【正文】 穩(wěn)壓保持電源紋波情況如圖 ，測(cè)試放大倍數(shù)為 ，從圖中可以發(fā) 現(xiàn)紋波電壓小于 ，測(cè)試未采用衰減，具體數(shù)值如圖 。 具體的軟件流程如圖 所示。 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(jì)論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 Exc itation pow er c ontrol ac tuator princ iple diagram 智能 激磁 軟件部分 設(shè)計(jì) 多脈沖穩(wěn)壓直流激磁控制方案的成功實(shí)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。當(dāng)智能控制系統(tǒng)得到合閘信號(hào)時(shí)，Atmega16L 根據(jù)之前實(shí)驗(yàn)得到的反力與吸力數(shù)據(jù)曲線圖，分析計(jì)算相應(yīng)的控制方案，進(jìn)而控制激磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)智能控制。 智能 激磁 硬件 部分 設(shè)計(jì) 由上述激磁方案可知，準(zhǔn)確控制激磁電源和保持電源時(shí)間是實(shí)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(lái)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)。 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 。 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)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。 穩(wěn)壓直流保持電源設(shè)計(jì) 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(shí)達(dá)到節(jié)能和分閘時(shí)間一致性高的要求。差分電路的設(shè)計(jì)類似與反饋設(shè)計(jì)方法，通過(guò)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。 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。 穩(wěn)壓直流激磁電源的設(shè)計(jì) 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。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(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行。針對(duì)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。 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)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。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(guò)大時(shí)，若激磁時(shí)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(guò)大時(shí)，同樣會(huì)增加硬件設(shè)計(jì)成本和負(fù)擔(dān)。在保證接觸器可靠閉合的前提條件下，利用圖 所示電路測(cè)試主觸頭彈跳時(shí)間，以 2ms 為彈跳時(shí)間合格線。 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5V51 0 ΩGN D 圖 觸頭振動(dòng)檢測(cè)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(shí)間、吸合時(shí)間與電壓的關(guān)系如圖 所示。采用三個(gè)主觸頭串聯(lián)方式，可以反映交流接觸器觸頭整體振動(dòng)情況。在主觸頭可靠閉合的前提下，保證振動(dòng)時(shí)間最短和閉合時(shí)間盡可能短 [25]。 1T 時(shí)刻關(guān)閉激磁信號(hào)，觸發(fā)穩(wěn)壓保持電源信號(hào)，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)。 t(m s )U/VU 0U 1T 激磁T on T 1 T of fT 保持 圖 激磁時(shí)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。 接觸器接到合閘 信號(hào) 后，經(jīng)過(guò)信號(hào) 調(diào)理電路 調(diào)節(jié) ，觸發(fā) Atmega16L 內(nèi)部定時(shí)器 1開始進(jìn)行 計(jì)數(shù) 操作 ， 在定時(shí)器溢出中斷處理程序中對(duì)激磁電壓 觸發(fā)信號(hào) 進(jìn)行調(diào)節(jié) [24]。 具體的測(cè)試方法：測(cè)試 系統(tǒng) 按一定規(guī)律改變 激磁電壓 及 激磁時(shí)間 兩個(gè)參數(shù) ， 而后測(cè)量接觸器主觸頭回跳時(shí)間以及接觸器完全 吸合時(shí)間， 最后根據(jù)每組實(shí)驗(yàn)給出的 激磁電壓與激磁時(shí)間 以 及 實(shí)驗(yàn)得到的 回跳時(shí)間和 吸合時(shí)間 得出變量之間 的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 所以說(shuō)合理調(diào)節(jié)電磁吸力和彈簧反力之間的大小關(guān)系，對(duì)接觸器合閘過(guò)程智能化改進(jìn)過(guò)程意義重大。對(duì)于 AC 4? 使用類型 來(lái)說(shuō) ，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(guò)程觸頭彈跳 問(wèn)題的話，觸頭彈跳產(chǎn)生的 斷續(xù)電弧 將會(huì) 對(duì) 主 觸頭 產(chǎn)生強(qiáng)烈的侵蝕影響 。 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(guò)上述分析可知，使動(dòng)、靜鐵芯碰撞時(shí)速度達(dá)到最小（即使兩者碰撞能量）最小既提高了交流接觸器的機(jī)械壽命又改善了交流接觸器的電壽命。 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)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。綜上所述，本文針對(duì)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]。研究表明， 當(dāng)交流 接觸器 完成合閘操作 后， 不需要施加很高的電壓就可以保持交流接觸器處于吸合狀態(tài) 。如果采用多脈沖穩(wěn)壓直流激磁方式則不需要安裝短路環(huán)， 只需合理設(shè)計(jì) 穩(wěn)壓直流激磁 電源 和穩(wěn)壓保持電源，就可以實(shí)現(xiàn)交流接觸器合閘過(guò)程的穩(wěn)定性 和運(yùn)行的可靠性 [21]。針對(duì)上述問(wèn)題，普通交流接觸器在靜鐵心上都會(huì)加上短路環(huán)，既能降低噪聲干擾又提高了接觸器閉合可靠性。 對(duì)于交流勵(lì)磁來(lái)說(shuō)，每個(gè)勵(lì)磁周期，勵(lì)磁電壓信號(hào)都會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)過(guò)零點(diǎn)。從這方面來(lái)講，接觸器激磁過(guò)程中合閘初相角是不固定的，另一方面也增加了合閘執(zhí)行部分任務(wù)。但是這種激磁方式同樣存在不 足： （ 1） 線圈控制電壓是由電網(wǎng)整流而來(lái)，電網(wǎng)電壓本身有一定波動(dòng)范圍， 交流接觸器要求在線圈額定電壓 (85% ~ 110%)范圍內(nèi)均能保證接觸器可靠閉合。 （ 2）電網(wǎng)電壓波動(dòng)的檢測(cè)需要精度很高、相移很小的傳感器檢測(cè)跟蹤，從而造成了控制系統(tǒng)成本設(shè)計(jì)的增加。 然后，再次 停止 激磁 信號(hào) ，使 交流 接觸器鐵心 在慣性作用下緩慢吸合 ， 最終 實(shí)現(xiàn) 交流接觸器 吸合過(guò)程 所謂 的“軟著陸”， 這種激磁控制方案可以 將 最大限度減小鐵芯碰撞速度 ， 進(jìn)而減少或消除了觸頭的二次彈跳問(wèn)題。針對(duì)此激磁控制方案存在的問(wèn)題，提出了分段 激磁控制方案，控制方案原理如圖 所示。 檢測(cè)到交流接觸器完全閉合后，關(guān)閉激磁電源信號(hào)，此刻接入保持電壓進(jìn)行工作保持。圖中 所示 1t 時(shí)刻 為 合閘相角處，即 系統(tǒng)檢測(cè)到電壓 過(guò) 零點(diǎn)以后 需要延長(zhǎng)的時(shí)間 。同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)激磁控制部件導(dǎo)通時(shí)刻和關(guān)斷時(shí)刻可以進(jìn)一步優(yōu)化吸合過(guò)程，根據(jù)調(diào)節(jié)方式的不同可以將激磁控制方式分為：不分段激磁控制方法和分?jǐn)嗉ご趴刂品椒ā? 綜上所述 ， 給予接觸器線圈 不同的激磁電壓，其磁路中的磁狀態(tài) 也會(huì)隨著激磁電壓的變化而變化 ， 因而最佳合閘初相角與激磁電壓值也是息息相關(guān)的。對(duì)于交流接觸 器線圈來(lái)說(shuō)，其磁路方程式如下： . . .u Ir E?? （ ） .. j f ??? （ ） 其電磁吸力等效為式（ ）： 2012xF A??? （ ） 式（ ）中： u 電源電壓； E 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； f 電源頻率； ? 磁路總磁鏈； ? 氣隙磁通； 0? 空氣導(dǎo)磁率； 0? 空氣導(dǎo)磁率； 0? 空氣導(dǎo)磁率； A 鐵芯端面面積。 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 激磁電壓對(duì)吸合過(guò)程的影響 根據(jù) 20xxGB ? 標(biāo)準(zhǔn) 參數(shù) 規(guī)定， 交流接觸器控制電壓必須在 85% 額定電壓下才能穩(wěn)定閉合。合閘初相角選擇不合適有可能造成無(wú)法合閘的現(xiàn)象， 嚴(yán)重影響交流接觸器正常工作；同樣合閘初相角選擇不合適，還可能造成接觸器吸合過(guò)程動(dòng)鐵芯速度過(guò)大， 引起動(dòng)靜鐵芯碰撞和觸頭彈跳現(xiàn)象，同樣也會(huì)影響交流接觸器正常工作。 m0s in ( ) 1ti I t I e ?? ???? ? ? ? ??????? （ ） m0s in ( ) 12ttTi I t e I e ??? ?? ????? ? ? ? ??????? ?? （ ） 由上述理論分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)合閘初相角 ? 不同時(shí)，接觸器線圈中激磁電流具有不同的變化規(guī)律。 由于 LT R? ，i Rctg L? ??,m mUI R?，可以將式（ ）改成式（ ）所示。39。 0sin( ) sin( ) 1 ttm TiiUi i i t e I eZ ?? ? ? ? ? ???? ??? ? ? ? ? ? ? ? ??? ?????? （ ） 式（ ）中： 39。 39。在接觸器吸合導(dǎo)通的 暫態(tài)過(guò)程中，可以將線圈電流分解為暫態(tài)分量和穩(wěn)態(tài)分量?jī)煞N分量，且二者均與接入初相角 ? 有 關(guān)聯(lián) 。工作方式是在接觸器吸合過(guò)程中激磁電壓和保持電壓是同時(shí)加在接觸器線圈上進(jìn)行勵(lì)磁操作的，且激磁電源是通過(guò)電網(wǎng)相電壓整流得到的脈動(dòng)直流電源。同時(shí)，影響脈動(dòng)直流激磁方案的因素有以 下三點(diǎn)：合閘相角、激磁電壓以及激磁控制方式 [1720]。如果能有效實(shí)現(xiàn)合閘過(guò)程電磁吸力與彈簧反力之間良好配合 ，可以 大大減小動(dòng)、靜 鐵心 碰撞瞬間 的速度， 進(jìn)而 減少 動(dòng)、靜 鐵心 碰撞 能量， 進(jìn)而減小或杜絕了主觸頭在合閘 過(guò)程中的 二次 彈跳 問(wèn)題 ， 不僅提高了交流接觸器機(jī)械壽命，而且還提高了交流接觸器的電壽命 。對(duì) 于 普通交流接觸器 而言 ， 交流接觸器合閘過(guò)程產(chǎn)生的 二次彈跳 對(duì)主觸頭的影響遠(yuǎn)大于 一次彈跳 產(chǎn)生的 影響 [16]。 觸頭之間的振動(dòng)將造成觸頭彈開產(chǎn)生電弧，當(dāng)電流為 i 時(shí)，其電弧能量為 : 1( ). .haE u u i dt??? () 式中， au 為電極的近極區(qū)壓降， 1u 為弧柱壓降，當(dāng)觸頭材料為 2Agsno 時(shí)， au 值為(9~12)V 。 二次彈跳 ： 類似與動(dòng)、靜 觸頭 的碰撞 ， 動(dòng)鐵心在向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程勢(shì)必會(huì)與靜鐵心相互接觸碰撞 ， 同樣動(dòng)鐵心具備一定動(dòng)能，其具備的動(dòng)能能量一部分消耗在動(dòng) 鐵心形變 上 ， 另一部分剩余動(dòng)能提供動(dòng)鐵心反向運(yùn)動(dòng)的能量 。 首先是動(dòng)、靜觸頭相互接觸碰撞，此刻動(dòng)觸頭具備一定動(dòng)能，其具備的動(dòng)能能量一部分消耗在動(dòng)靜觸頭的形變上，另一部 分以另一種能量形式消耗在觸頭彈簧上，其余部分能量消耗在動(dòng)觸頭反向運(yùn)動(dòng)上 。 在碰撞中的形變，但是考慮由形變所產(chǎn)生的能量損 失 。C1C2 圖 普通交流接觸