交流接触器零电流分断智能控制方法研究

李 娟，陈岁岁，马永斌

（商丘工学院信息与电子工程学院，河南 商丘 476000）

0 引 言

由于交流接触器在运行过程中对断开电路的选择具有一定的随机性，同时对于作业频繁且任务艰巨的交流接触器，其在接通和分断电路电流过程中，需要承受额定电压下5 倍的额定电流，所以交流接触器在工作过程中触角会产生比较强烈的电弧，该电弧具有一定的危险性和破坏性。实际上，交流接触器零电流分断过程中触角产生的电弧问题，将直接影响到交流接触器的使用寿命、分段效果、运行的稳定性和交流接触器各项性能指标[1]。传统控制方法由于控制效率较低，且不能取得较好的控制效果，所以此次对交流接触器零电流分断智能控制方法进行研究。实现交流接触器零电流分断过程控制，同样也是对所谓交流接触器微电弧能量的分断控制，是现代电器共同想要实现的目标。

1 交流接触器零电流分断智能控制方法

通常交流接触器在运行过程中，其三相电流的相位相差150°。在交流接触器运行过程中，必有一相电流最先过零点。假设某相电流先过零点，并且该相电弧首先熄灭，此时另外两相弧隙仍然处于导通状态。如果交流接触器触头第一相角区打开，那么该相区电流将会首先通过零点，该相成为交流接触器的首开相[2]。 如果在经过该相区时，交流接触器的触头电弧在经过零点时熄灭，交流接触器电路中的电流成为线电流i1，则此时线电流i2的零点正好对应在电流i1的峰值，再经过10 ms 时间线电流i3会通过零点，所以交流接触器零电流分断智能控制最重要也是最核心的是控制好交流接触器的电势释放时间。

1.1 拟合交流接触器零电流分断电势变化曲线

由于交流接触器零电流分断过程具有非线性特征，无法用数学表达式计算出其分断电势变化规律曲线，而人工神经网络具有高度非线性映射功能，所以此次利用人工神经网络技术拟合出交流接触器零电流分断电势变化曲线[3]。此次选择三层人工神经网络，通过大量的训练得出交流接触器零电流分断电势变化规律。首先选取一组交流接触器零电流分断数据进行训练，以时间轴为出入矢量，以交流接触器零电流分断感应电势作为输出矢量，训练次数取10 000 次，训练误差取0.000 1，得到交流接触器零电流分断电势变化曲线。

1.2 建立数学模型

在拟合的交流接触器零电流分断电势曲线规律的基础上，通过建立相对应的数学模型，对交流接触器零电流分断过程进行动态分析，其模型公式如下：

其中，ϖ为交流接触器电磁机构中磁通；v为铁心返回运动速度；f1为电磁吸力；f2为电磁反力；m为电磁运动质量；N为交流接触器线圈匝数；t为时间。通过数学模型计算出交流接触器在零电流分断过程中铁心分离时刻、首开相触头打开时间以及非首开相触头打开时刻，为后续实现交流接触器零电流分断提供准确依据。

1.3 实现交流接触器零电流分断控制

控制交流接触器首开相经过零电流的时间是实现交流接触器零电流分断智能控制的关键，根据建立的数学模型求得结果来看，首开相触头经过零电流前 4 ms 是最理想的分断时间。由于交流接触器首开相触头分断电路负担较重，若要将首开相触头经过零电流时间控制在4 ms，将会导致首开相触头与非首开相触头开具相差较大，从而加重交流接触器电磁机构的工作负担。考虑到交流接触器实际结构、分断工艺以及分断动作特性等因素，将时间控制在2.5～3 ms。具体控制过程如下。

在交流接触器铁心分离时刻，电磁机构磁路中的磁通发生突变，反映在感应线圈上产生一个零电流分断电势变化点，利用人工神经网络拟合出零电流分断电势曲线。将线圈的信号输入给交流接触器的单片机芯片系统，由单片机芯片系统判断线圈上的零电流分断电势变化情况，设定相应的零电流分断电势的基值信号，将信号带入数学模型，由此感知交流接触器铁心的分离时刻[4-6]。将交流接触器输出分断信号至铁心分离时刻的时间差与预先设定的分断时间进行比较，如果需要，在首开相触头分开以后的2.5～3 ms 进行分断，在相应时刻触发强激磁供电回路，给电磁机构增加一个激磁磁势，延长首开相触头的打开时间，调整首开相与非首开相之间的分断过程时间差。通过改变分断过程强激磁时间，实现交流接触器三相电路零电流分断智能控制。

2 对比实验

此次根据对交流接触器零电流分断过程动态分析，设计了一个控制方法。为了检验该方法是否能够满足交流接触器零电流分断控制需求，将其与传统方法进行一组对比实验。此次实验选取一台200 A 的交流接触器，电磁感应系统选用KL20-10A。实验参数设置为：交流接触器电压220 V，电流为500 A，实验过程中交流接触器零电流分断操作频率为500 次/时。此次实验使用两种方法对交流交流接触器进行5 h 零电流分断控制，检验此次提出方法控制误差。将此次提出方法用方法1 表示，将传统方法用方法2 表示，表1 为两种方法实验结果。

表1 两种方法实验结果

从表1 可以看出，此次提出的方法平均控制误差为1.65，传统方法平均控制误差高达17.4，由此证明了此次方法具有较低的控制误差，对交流接触器零电流分断可以取得较好的控制效果。

3 结 论

交流接触器零电流分断过程是一个非线性运动过程，此次将人工神经网络技术结合数学模型，实现对交流接触器零电流分断智能控制，形成一种新的控制方法。由于该方法未经过大量实际应用，还存在一些不足之处，需要在今后的不断操作应用过程中对其进行完善和创新，以延长交流接触器触头使用寿命，同时也为交流接触器正常工作提供安全保障。