交流接觸器是一種廣泛運(yùn)用于低壓配電系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)控制電器。由于配電系統(tǒng)中需要頻繁操作交流接觸器,因此,交流接觸器控制的可靠性關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。而當(dāng)前制約接觸器使用壽命的主要因素是合/分閘時(shí)由于觸頭彈跳產(chǎn)生的電弧帶來(lái)觸頭侵蝕,這也是交流接觸器發(fā)展的瓶頸。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者也對(duì)此方面做了大量研究工作,但多數(shù)為理論上的分析,實(shí)際產(chǎn)品上鮮有改進(jìn)與應(yīng)用。因此本文針對(duì)目前交流接觸器產(chǎn)品中的不足,提出和設(shè)計(jì)了一款智能化交流接觸器控制系統(tǒng),并通過(guò)樣機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文首先介紹了傳統(tǒng)電磁式交流接觸器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理,分析了交流接觸器吸合過(guò)程中的吸/反力特性以及觸頭的動(dòng)能變化。根據(jù)理論和數(shù)據(jù)對(duì)比分析了傳統(tǒng)交流接觸器控制方式的不足,據(jù)此,提出了能使其更加智能化的改進(jìn)控制方案;采用直流激磁替代交流激磁,吸合過(guò)程在線圈兩端加載高電壓,吸持階段加載低電壓。根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況,提出PWM(Pulse Width Modulation)脈沖寬度調(diào)制控制方法,使吸合過(guò)程中吸/反力配合更加合理,進(jìn)一步優(yōu)化了接觸器合閘動(dòng)作的動(dòng)態(tài)過(guò)程:分閘階段利用并聯(lián)在觸頭兩端的晶閘管引流,降低了分閘拉弧對(duì)觸頭的侵蝕,延長(zhǎng)了接觸器的使用壽命。其次結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)合并針對(duì)上述控制要求,設(shè)計(jì)了智能交流接觸器控制系統(tǒng),以ARM系列的S3C6410為核心板搭建控制系統(tǒng),采用模塊化的設(shè)計(jì)思想,設(shè)計(jì)符合控制功能的外圍硬件電路,包括線圈驅(qū)動(dòng)電路,晶閘管驅(qū)動(dòng)電路,三相電壓采集板,三相電流采集板,在理論分析和軟硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上繪制了功能所需的PCB(Printed Circuit Board)電路板。最后,基于現(xiàn)有的德力西CDC6-400交流接觸器樣機(jī)控制系統(tǒng)平臺(tái)針對(duì)本文提出的優(yōu)化策略進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的智能交流接觸器控制系統(tǒng)能夠在合閘、分閘、狀態(tài)監(jiān)測(cè)三個(gè)方面有效地改善接觸器的動(dòng)態(tài)性能。本文設(shè)計(jì)的交流接觸器控制系統(tǒng)有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TM572.2
【部分圖文】：

（２）觸頭系統(tǒng)改造技術(shù)：本技術(shù)是在結(jié)合前一種過(guò)零分?jǐn)嗉夹g(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)??現(xiàn)三相觸點(diǎn)均在電流過(guò)零點(diǎn)處分?jǐn)�，最大程度上減小電弧。觸頭改造技術(shù)示意圖如??圖１．１所示，它改變其中一相觸頭的開(kāi)距，其它兩相觸頭開(kāi)距保持不變：例如，圖??１．１中是Ｂ相觸頭的開(kāi)距改變了。??文獻(xiàn)［２３］對(duì)接觸器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，如圖１．１所示的新型觸頭系統(tǒng)，在三相工??頻電力系統(tǒng)中，三相觸頭的電角度互差１２０°。如針對(duì)Ｂ相觸頭進(jìn)行機(jī)械改造，改??變Ｂ相觸頭的開(kāi)距，使其先于其它兩相觸頭斷開(kāi)，Ａ、Ｃ兩相觸頭在延時(shí)５ｍｓ后斷??開(kāi)，相電流ｉａ、１同時(shí)過(guò)零，因此該方法使三相觸頭均能夠過(guò)零分?jǐn)�。因�(yàn)椋孪嘤|??頭的電流過(guò)零斷開(kāi)后，三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)電路變?yōu)椋粒脙上嘭?fù)載串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電路，如圖??１．２所示，Ａ相超前Ｂ相９０°，?Ｃ相滯后Ｂ相９０°，在經(jīng)歷四分之一個(gè)周期后，同??時(shí)過(guò)零點(diǎn)，而工頻電的周期為２０ｍｓ，所以Ａ、Ｃ兩相觸頭在延時(shí)５ｍｓ后可以過(guò)零??

（３）混合式開(kāi)關(guān)技術(shù)：除了以上對(duì)于機(jī)械觸點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)以外，還可以采取在??觸頭兩端并聯(lián)電力電子開(kāi)關(guān)的方法［２５＿２８］，美國(guó)伊頓電氣的ＤＩＬ系列接觸器采用主??觸頭并聯(lián)雙向可控硅的方式，延長(zhǎng)了機(jī)械觸點(diǎn)的使用壽命。示意圖如圖１．３所示，??原ＡＢＣ三相觸點(diǎn)兩端分別并聯(lián)晶閘管Ｔｕ?Ｔ２、Ｔ３，接觸器穩(wěn)定吸合工作的時(shí)候由??原本的機(jī)械觸頭承擔(dān)電流，而在接觸器觸頭分?jǐn)噙^(guò)程中，使電力電子器件導(dǎo)通分流，??實(shí)現(xiàn)無(wú)弧分?jǐn)唷ｋ娏﹄娮悠骷噍^普通機(jī)械開(kāi)關(guān)，響應(yīng)速度快，壽命高，因此在實(shí)??際接觸器改進(jìn)中有較廣泛應(yīng)用。??ＡＢＣ??＼ｓ１Ｔ２￣ｉ２?＾ｓ２Ｔ３￣＾２?＼?Ｓ３??負(fù)載??圖１．３混合開(kāi)關(guān)技術(shù)示意圖??Ｆｉｇ．?１．３?Ｈｙｂｒｉｄ?ｓｗｉｔｃｈ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ??１．２．３交流接觸器節(jié)能保持技術(shù)的研究現(xiàn)狀??傳統(tǒng)交流接觸器線圈通過(guò)交變電流時(shí)會(huì)帶來(lái)磁滯損耗與渦流損耗，溫升大，能??量損失多，造成不必要的浪費(fèi)，另外由于交流電的工頻脈動(dòng)以及在每個(gè)周期存在兩??個(gè)過(guò)零點(diǎn)，使得接觸器運(yùn)行過(guò)程中存在噪音過(guò)大和振動(dòng)等問(wèn)題。如果利用直流激磁??替代交流激磁，那么在解決上述問(wèn)題的同時(shí)，還能夠保持接觸器分?jǐn)鄷r(shí)間的穩(wěn)定，??這就對(duì)接觸器的精確控制大有裨益。根據(jù)國(guó)標(biāo)ＧＢ１４０４８．?４－２００規(guī)定［２９］

?的節(jié)能運(yùn)行帶來(lái)可能。而且根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，高電壓吸持的釋放時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于??低電壓吸持釋放時(shí)間。圖１．４為低壓直流保持控制技術(shù)示意圖。??—＾降???ｓ??？２２０Ｖ／￣?Ｊ?＞?ＡＣ－ＤＣ??＞?器??３８０Ｖ?電?＃???＾路?１??圖１．４低壓直流保持技術(shù)示意圖??Ｆｉｇ．?１．４?Ｌｏｗ?ｖｏｌｔａｇｅ?ＤＣ?ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ??在節(jié)能保持技術(shù)上，可以將永磁接觸器中的永磁體運(yùn)用到交流接觸器上，因?yàn)??永磁體在線圈掉電后，仍然保持磁性，能夠?yàn)閯?dòng)／靜鐵芯的穩(wěn)定吸合提供吸力，降??低在保持階段的線圈的電能消耗。??文獻(xiàn)［３０－３２］都提出了用直流激磁替代交流激磁，因?yàn)榻涣麟妷簳?huì)為接觸器的??電磁線圈帶來(lái)額外的磁滯損耗與渦流損耗，造成不必要的電能損失，直流激磁除了??避免上述問(wèn)題外，還降低了交流運(yùn)行時(shí)的噪聲。??文獻(xiàn)［３３］提出了一種機(jī)械鎖扣方式，在動(dòng)／靜鐵芯穩(wěn)定吸合后，可以斷電保持吸??持狀態(tài)，但機(jī)械鎖扣方式的穩(wěn)定性差，難以對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)。??文獻(xiàn)［３４
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2892314