【導(dǎo)讀】隨著材料科學(xué)的發(fā)展，交流接觸器的機(jī)械壽命得到很大提升，但是遠(yuǎn)低于。機(jī)械壽命的電壽命卻成為了制約交流接觸器發(fā)展的瓶頸所在。對于AC-4使用類別下，合。綜上所述，解決交流接觸器合閘階段觸頭彈跳問題和分閘階段產(chǎn)生的電弧問題。問題，提出了多段脈沖穩(wěn)壓直流激磁和直流小電壓保持的激磁方案。對于交流接觸器分閘過程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，就國內(nèi)而言，過零分?jǐn)嗫刂萍夹g(shù)是研究熱點。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子開關(guān)器件越來越成為低壓電器控制的焦點。套設(shè)計相應(yīng)的觸發(fā)電路。使交流接觸器實現(xiàn)無弧分閘操作,大大提高了交流接觸器的電壽命。了交流接觸器智能分合閘環(huán)境的穩(wěn)定性以及使其更趨于智能化。

　　

【正文】 交流接觸器處于吸合狀態(tài) 。 實驗測試表明，若采用直流小電壓保持的控制策略，不僅可以降低交流接觸器運(yùn)行時功耗，還可以提高交流接觸器分?jǐn)噙^程的穩(wěn)定性。綜上所述，本文針對交流接觸器 電磁系統(tǒng) 進(jìn)行了智能改進(jìn)操作，采用了 多段脈沖 穩(wěn)壓 直流激磁、直流小電壓保持的 控制方案 [22,23]。 多 段 脈沖穩(wěn)壓直流激磁理念，采用恒定直流進(jìn)行激磁，并按照一定占空比對接觸器線圈進(jìn)行激磁操作，通過控制占空比來控制觸頭吸合過程的速度，基本可以將觸頭彈跳時間控制在可以忽略的區(qū)間。 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 多 段 脈沖穩(wěn)壓直流 激磁系統(tǒng)參數(shù)分析 按照 93? 規(guī)定，交流接觸器操作電磁鐵 需 在 85% 額定電壓下 穩(wěn)定 吸合。圖 所示 為線圈通電后產(chǎn)生的電磁吸 力特性 )(F ?f?吸合 和彈簧反力特性)(F ?ff ? 之間的關(guān)系圖 ， 從圖中可以發(fā)現(xiàn)，若對接觸器線圈采用額定電壓激磁時 ，其 彈簧反力 Ff 遠(yuǎn)小于線圈電磁吸力 額定F ， 這種激磁方式會造成合閘 過程 動鐵心 的動能 過大 ， 既對動、靜鐵芯的機(jī)械壽命產(chǎn)生影響還造成接觸器主觸頭產(chǎn)生不必要的彈跳 。 F 額定F 吸合FδF f 圖 吸力和反力配合曲線圖 Suc tion and antiattrac tion matc hing graph 通過上述分析可知，使動、靜鐵芯碰撞時速度達(dá)到最?。词箖烧吲鲎材芰浚┳钚〖忍岣吡私涣鹘佑|器的機(jī)械壽命又改善了交流接觸器的電壽命。合理處理電磁吸力和彈簧反力之間關(guān)系是實現(xiàn)上述目標(biāo)的關(guān)鍵所在。對于 AC 4? 使用類型 來說 ，接觸器 吸合瞬間 主觸頭需 承擔(dān)大于主回路 額定電流 6 倍的電流 沖擊 ， 所以如果不能很好解決合閘過程觸頭彈跳 問題的話，觸頭彈跳產(chǎn)生的 斷續(xù)電弧 將會 對 主 觸頭 產(chǎn)生強(qiáng)烈的侵蝕影響 。 特別對于感性負(fù)載來說 ， 合閘過程觸頭回跳現(xiàn)象會令主回路電流激增，產(chǎn)生更加強(qiáng)烈的電弧，對主觸頭的侵蝕影響更為嚴(yán)重 。 所以說合理調(diào)節(jié)電磁吸力和彈簧反力之間的大小關(guān)系，對接觸器合閘過程智能化改進(jìn)過程意義重大。 （ 1） 激磁 參數(shù)實驗測試 原理分析 確定最佳激磁參數(shù)的設(shè)計原理圖如圖 所示。 具體的測試方法：測試 系統(tǒng) 按一定規(guī)律改變 激磁電壓 及 激磁時間 兩個參數(shù) ， 而后測量接觸器主觸頭回跳時間以及接觸器完全 吸合時間， 最后根據(jù)每組實驗給出的 激磁電壓與激磁時間 以 及 實驗得到的 回跳時間和 吸合時間 得出變量之間 的對應(yīng)關(guān)系。 合閘 按鍵在 onT 時刻給出 合閘 信號 , ofT 時刻給出 激磁結(jié)束 信號。 接觸器接到合閘 信號 后，經(jīng)過信號 調(diào)理電路 調(diào)節(jié) ，觸發(fā) Atmega16L 內(nèi)部定時器 1開始進(jìn)行 計數(shù) 操作 ， 在定時器溢出中斷處理程序中對激磁電壓 觸發(fā)信號 進(jìn)行調(diào)節(jié) [24]。 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 A T M E G A 16 L時間測試調(diào)理電路勵磁電源控制電路可調(diào)電源 U 0接觸器線圈 圖 激磁參數(shù) 測試 原理圖 Exc itation parameters determination princ iple diagram 激磁電壓和保持電壓的通斷控制如圖 所示。 t(m s )U/VU 0U 1T 激磁T on T 1 T of fT 保持 圖 激磁時序圖 The exc itation sequenc e diagram 本文采用的激磁方案是多段脈沖 穩(wěn)壓直流 激磁，直流小電壓保持的智能激磁方案。具體實施過程如下：當(dāng)智能交流接觸器接到合閘信號后 (即時刻 onT )，微處理器立即輸出激磁電壓觸發(fā)信號，接觸器在激磁電壓的作用下開始進(jìn)行合閘操作，當(dāng)激磁電源加在勵磁線圈上時，動鐵芯在靜鐵芯的吸力作用下做加速運(yùn)動，而后斷開激磁電源，此時動鐵芯在彈簧反力的作用下做減速運(yùn)動，而后以這種勵磁方式循環(huán)勵磁直到主觸頭閉合，這種激勵方式的關(guān)鍵在于選擇合適的激磁占空比，使得觸頭閉合的瞬間速度接近于 0。 1T 時刻關(guān)閉激磁信號，觸發(fā)穩(wěn)壓保持電源信號，使得直流小電壓加在接觸器線圈兩端，使得接觸器處 于低功耗運(yùn)行狀態(tài)。主觸頭的閉合時間和振動時間是確定最優(yōu)激磁電壓與最優(yōu)激磁時間的判斷依據(jù)。在主觸頭可靠閉合的前提下，保證振動時間最短和閉合時間盡可能短 [25]。 將一直流電源和負(fù)載電阻加于串聯(lián)的接觸器觸頭兩端，電阻兩端的電壓反映了在接觸器觸頭閉合的過程中觸頭的振動情況。采用三個主觸頭串聯(lián)方式，可以反映交流接觸器觸頭整體振動情況。實驗原理圖如圖 所示。 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 5V51 0 ΩGN D 圖 觸頭振動檢測原理圖 Contac t vibration measuring princ iple diagram （ 2） 激磁結(jié)果分析及激磁參數(shù)確定 最短激磁時間、吸合時間與電壓的關(guān)系如圖 所示。 75 10 0 12 5 15 0 17 5 20 0 22 5 25 0 27 5 30 00102030405060708075 10 0 12 5 15 0 17 5 20 0 22 5 25 0 27 5 30 001020304050607080T/m sU/ v最佳激磁時間吸合時間 圖 最佳激磁時間與吸合時間原理圖 Optimal exc itation time and response time diagram 實驗測試按照 10V 增幅進(jìn)行實驗測試，電壓測試范圍為 (90V ~ 300V)。在保證接觸器可靠閉合的前提條件下，利用圖 所示電路測試主觸頭彈跳時間，以 2ms 為彈跳時間合格線。 由圖 可知，激磁時間和閉合時間與激磁電壓成反比，由圖可知，在 (90V ~ 255V)電壓 范圍內(nèi)， T 激磁 ＞ T 吸合 ；在 ( ~ )電壓 范圍內(nèi)， T 激磁 T 吸合 。當(dāng)然準(zhǔn)確控制激磁電壓也是重中之重，若線圈添加的激磁電壓過大時，若激磁時間把握不好，很容易造成線圈發(fā)熱以至于燒壞；另外， 激磁電壓過大時，同樣會增加硬件設(shè)計成本和負(fù)擔(dān)。 此外，電網(wǎng)三相線電壓并不是穩(wěn)定在 380V 不變，而是有一個跳躍范圍，一般為上下10%，而且交流接觸器線圈控制電壓吸合電壓范圍在 (85% ~ 110%)范圍，該因素的影響必須考慮在激磁電源設(shè)計中，通過圖 及實驗測試選擇 240V 穩(wěn)壓直流作為最佳激磁電壓。 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 交流接觸器可靠閉合后，需要添加穩(wěn)壓保持電 壓進(jìn)行吸合保持。實驗發(fā)現(xiàn)，交流接觸器閉合后，只需要添加一個直流小電壓就可以實現(xiàn)接觸器穩(wěn)定閉合。針對德力西公司的CJ10 20? 交流接觸器參數(shù)查詢，其最小保持電壓可以為 15V。但是，通過實驗發(fā)現(xiàn)，如果添加低于 20V 直流電壓很容易出現(xiàn)不能閉合的情況。為此，本文選擇 24V 直流電壓作為穩(wěn)壓保持電壓，不僅可以保證交流接觸器可靠閉合運(yùn)行，同樣可以實現(xiàn)低功耗運(yùn)行。 激磁電源設(shè)計 由上述方案分析可知，交流接觸器的電磁系統(tǒng)已由原來的交流勵磁改成直流勵磁，這時候就需要設(shè)計相應(yīng)的系 統(tǒng)電源來提供激磁電源和保持電源 [26]。 穩(wěn)壓直流激磁電源的設(shè)計 由 93? 規(guī)定及 CJ10 20? 型交流接觸器參數(shù)可知 ，接觸器線圈控制電壓必須保持在 85%以上才能使接觸器可靠吸合。同樣，電網(wǎng)電壓也有其波動范圍，這都需要考慮到激磁電源設(shè)計過程中。 1234D2B R I D G E 1Q1C 323 0Q2C 368 8C2C1220 uF 50 VC3R1Q3C 100 8R2R4R3D1I N 4 735D3Q4C 100 8Q5C 100 8R 10R8R5120 KR9R 15 R7R6D4I N 4 735D5 I N 4 735R 12100 KR 11R 13R 14120 KC4220 uF~ 2 2 0 V / 5 0 H z+ 2 4 0 V 圖 240V 激磁電源原理圖 The 240V exc itation pow er supply sc hematic diagram 圖 所示為 240V 激磁電源原理圖。該電源電路主要由穩(wěn)壓整流、信號放大、電壓采樣對比及差分放大部分組成。差分電路的設(shè)計類似與反饋設(shè)計方法，通過輸出電壓與基準(zhǔn)電壓的比較，按一定比例進(jìn)行調(diào)節(jié)直到二者相同為止。同樣，該電路還將溫度因素影響考慮在內(nèi)，使得電路更加強(qiáng)壯。 穩(wěn)壓直流保持電源設(shè)計 CJ10 20? 交流接觸器可靠閉合后，只需要加不小于 24V 的直流電壓，接觸器就可以穩(wěn)定運(yùn)行，同時達(dá)到節(jié)能和分閘時間一致性高的要求。 24V 保持電源的原理圖如圖 所示 。 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 1234D6B R I D G E 1C647 0 0u FC710 u FC510 u FD7I N 4 00 7D8D I O D EQ6I R F D 11 0R 162. 4K / 2 WQ890 1 3R 20 1KQ7T L 43 1C910 u FC8R 17R 18470~ 2 4 V / 5 0 H z+ 24 V 圖 24V 穩(wěn)壓保持電源原理圖 keeping 24V regulated pow er supply sc hematic diagram 220V 交流工頻電壓經(jīng)降壓整流穩(wěn)壓得到 30V 直流。 30V 經(jīng)升壓得到 60V 用于控制MOSFET 的通斷。 TL431 提供 的電壓基準(zhǔn)，并調(diào)節(jié) MOSFET 的 GS 端電壓差，從而控制 MOSFET 通斷，調(diào)節(jié)輸出電壓使之穩(wěn)定 。當(dāng)輸出電流過大時，三極管 9013截至，電流被鉗制以保護(hù)硬件電路 。 智能 激磁 硬件 部分 設(shè)計 由上述激磁方案可知，準(zhǔn)確控制激磁電源和保持電源時間是實現(xiàn)智能激磁的關(guān)鍵所在，本文選擇 MOSFET IRF840作為激磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開關(guān)管，主要用來控制 240V 激磁電源和 24V 保持電源的通斷，圖 所示電路圖為激磁電源控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 單片機(jī)上電 復(fù)位后， I/O 口被置位為 1，光耦處于不導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)而 MOSFET 得不到驅(qū)動信號也處于截止?fàn)顟B(tài)，接觸器線圈得不到供電信號。當(dāng)智能控制系統(tǒng)得到合閘信號時，Atmega16L 根據(jù)之前實驗得到的反力與吸力數(shù)據(jù)曲線圖，分析計算相應(yīng)的控制方案，進(jìn)而控制激磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)實現(xiàn)智能控制。在未接到分閘信號之前，接觸器一直在低壓直流保持電壓下低功耗運(yùn)行。 I R F 840U3R3510+5R5100+ 24R 16100D7+ 24 0VD9R 17680R 18100C6 FI R F 840U4R 19510+5R 20100+ 24R 21100D8+ 24 VD 10R 22680R 23100C7 F線圈P C 4P C 5 圖 激磁電源控制執(zhí)行 部分 原理圖 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 Exc itation pow er c ontrol ac tuator princ iple diagram 智能 激磁 軟件部分 設(shè)計 多脈沖穩(wěn)壓直流激磁控制方案的成功實施是在硬件部分和軟件部分相互配合下達(dá)到的，硬件是控制系統(tǒng)的骨骼，軟件就是控制系統(tǒng)的靈魂。智能激磁控制的主要參數(shù)如下：激磁時間控制在 ，激磁頻率為 ，激磁信號周期為 256us，占空比為 %。 具體的軟件流程如圖 所示。 開始合閘按鍵是否按下？NY進(jìn)入多段脈沖穩(wěn)壓激磁子程序激磁結(jié)束？接通穩(wěn)壓保持電源結(jié)束NY是否已經(jīng)合閘？結(jié)束NY 圖 智能激磁軟件流程圖 Flow c hart of intelligent exc itation 實驗測試 及結(jié)果分析 激磁電源性能測試 本文采用 AC 220V 作為激磁電源的輸入，輸出為 DC 240V，選用阻值為 150Ω ，功率為 1000W 的大功率電阻作為測試條件，且激磁電源的紋波情況如圖 所示，測試放大倍數(shù)為 ，從圖中可以清晰發(fā)現(xiàn)紋波電壓小于 ，本文采用 10 倍衰減測試，具體數(shù)值如圖 所示。 穩(wěn)壓保持電源紋波情況如圖 ，測試放大倍數(shù)為 ，從圖中可以發(fā) 現(xiàn)紋波電壓小于 ，測試未采用衰減，具體數(shù)值如圖 。 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 圖 激磁電源的紋波波形圖 The ripples of 240VDC exc itation pow er 圖 穩(wěn)壓保持電源紋波波形圖 The ripples of the 24VDC holding pow er 實驗樣機(jī)合閘