智能化接触器闭合少弹跳控制技术研究

2017-11-28张晓筱

环球市场 2017年29期

关键词：吸力铁芯接触器

张晓筱刘红齐磊

辽宁省安全科学研究院

智能化接触器闭合少弹跳控制技术研究

张晓筱刘红齐磊

辽宁省安全科学研究院

接触器闭合产生的弹跳作用会降低接触器的电寿命，长时间后也将减弱接触器闭合的可靠性，影响配电系统的安全。本文介绍了国内外智能化接触器闭合少弹跳研究的最新进展，重点说明了接触器的吸合时间控制、参数确定、反馈控制等方面的内容及应用，对其中需要进一步研究的问题做出了构想。

接触器；闭合；弹跳；控制

1 引言

电磁机构能否可靠吸合取决于其吸力特性与反力特性配合是否得当。接触器吸合过程中，由于力的存在，导致触头之间、铁芯之间的碰撞，产生的触头弹跳现象是不可避免的，这种弹跳一方面会加剧触头的磨损，降低其机械寿命；另一方面，弹跳过程产生的电弧也将对其电气寿命带来一定的影响。因此，如何降低接触器闭合过程触头的弹跳已成为目前研究的一个热点，国内外学者提出了很多有效的控制方法。

2 接触器的吸合时间控制

对吸合时间和弹跳时间控制是减小接触器触头弹跳的重要途径之一，弹跳时间控制目前还没有具体的理论参考，而吸合时间控制方法目前已有实验性结论发表。

接触器吸合时间控制过程是将励磁线圈采样电流进行积分，并与吸合电流有效值进行比较，以判断是否达到吸合时刻，当达到吸合时刻时，进入保持阶段，降低励磁电压和电流，减小碰撞，降低损耗。电流有效值为下式。

将式(1)取极限并离散化，得到

由式(2)可知，当电流积分达到参考电流I时，即为吸合时刻。为了减小由于离散采样带来的误差，可应用高采样频率的处理芯片。实际中也可采取模拟电路构建积分器和比较器，以达到实时控制，这也将是下一步的一个研究方向。

3 基于反馈的智能化接触器动态控制

反馈是控制系统达到稳定的必经之路。为满足智能化接触器的动态稳定控制，希望线圈电压或电流能够保持稳定，且稍稍大于吸合值，以实现触头的软着陆。

西安交通大学刘颖异、陈德桂分别提出了智能接触器的电压[1]和电流反馈控制[2]。

交流电压经整流进入PWM(脉冲宽度调制)调节器，供电于接触器线圈，线圈电压经反馈至控制模块，控制模块完成PWM占空比的控制，实现线圈电压不变，驱动开关选择绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)。实验结果表明触头弹跳时间较普通交流接触器有了明显的减少。

电流反馈的原理与电压反馈基本一致，区别是硬件电路采用了误差放大器、PWM比较器、与非门等模拟器件。

4 接触器闭合过程可变参数的确定

接触器闭合是一个动态过程，正如前面分析的那样，有些参数是时变的。接触器电气回路方程为

根据式(3)，可知线圈电感是一个时变量，而电阻由于外界环境的变化也是变量。因此，为满足控制的准确性，这两个变量应予以明确。

对于电阻，通常采用人工学习法，通过建立学习样本，在实际中选择较为接近的电阻值进行计算；文献[3]提出了一种温度补偿控制策略，考虑参数在不同温度下的数值，通过实验建立了动态输出控制表。给出了不同工作电压下和不同环境温度下的最优PWM占空比及励磁时间。

西班牙加泰罗尼亚理工大学的Espinosa等人建立了电阻和电感的表达式[4]，该表达式表明电阻和电感可通过实时电压、电流及其变化量计算得到，该表达式的推广和应用将极大地降低装置的成本，并能加强控制的准确性。

5 基于PWM的铁芯磁通控制

电力电子变流技术的发展为智能化接触器控制方法的研究提供了广阔的平台，通过改变电力电子开关动作频率，进而改变加在线圈的电压和电流是控制铁芯磁通的重要手段之一。文献[5]将有源逆变电路应用于电磁接触器磁通控制中，采用PWM控制技术，通过控制线圈两端电压，使铁芯磁通出现増磁和弱磁两个过程，进而实现控制铁芯电磁吸力的目的。

交流电源经不可控整流以获得需要的直流电源，直流侧电容C2和二极管D1分别用于直流电压的稳定和保证直流电流的单向性，逆变侧采用单相桥式电路，由4个开关和4个反并联二极管构成，开关用于获得所需的PWM脉冲电压，反并联二极管用于能量的回馈。

増磁过程中施加正向电压并保持稳定，使电磁吸力略高于反力；在弱磁过程中施加反向电压，使电磁吸力快速减小，降低铁芯闭合速度和碰撞力，进而实现软着陆。