[发明专利]全闭环实时控制智能交流接触器

说明书

技术领域

    本发明涉及器械智能控制领域，特别是一种全闭环实时控制智能交流接触器。

背景技术

 20世纪80年代，为了进行节能和无声运行控制，交流接触器操作电磁机构的线圈在电磁机构吸合过程加以起动强直流励磁电流，使电磁机构有足够的吸力克服反力而使可动部分运动。当铁心闭合以后，施加较小的吸持直流励磁电流，并消除了短路环，达到了节能和无噪声的目的。到了20世纪90年代，日本富士公司提出了SC系列接触器的超级电磁机构线路，它不但具有吸持节能和无噪声的特点，更加入了门槛电压环节，消除了当电源电压发生骤降现象时，接触器铁心发生剧烈振动，而导致触头熔焊的现象。进入新世纪，富士公司对超级电磁机构又添加了新功能，它能够改善电磁机构的吸力与负载特性配合，减小触头闭合时的振动，提高在AC3使用类别下的电寿命。

在接触器操作电磁机构的控制电路中，引入微处理器，并带有闭环控制，可以实现接触器合闸的智能操作。这种带智能操作的接触器能够提高接触器的各项性能指标，特别是由于电磁机构吸合过程动态特性的改善，大幅度提高了AC3使用条件下的电寿命。实现接触器的智能合闸的目的是减小合闸过程可动部分的速度和动能。德国金钟-默勒公司开发的DILM系列185~820A的接触器采用电压反馈的方案，所以当线路电压变动时，它能保持恒流控制，保证动态吸力特性与反力特性良好配合。将金钟-默勒公司的DILM250智能操作接触器与同一额定电流的传统接触器相比，得出传统接触器在闭合过程中的触头振动比智能操作的差不多大6倍。1996年西英格兰大学的H.Nouri提出了一种电子操作的方案，其原理是对接触器的线圈施加直流励磁，并在电磁机构动作过程中，把励磁周期分成两段，其中增加停歇时间。通过改变停歇时间可以改变电磁机构动铁心的闭合速度，并达到减小触头振动的目的。2000年，H.Nouri又在线路中引入反馈形成闭环控制，自动调节停歇时间，以获得最佳的电磁机构动态特性。

在2002年前后，研究者在100A以上新系列交流接触器中，使用了智能控制技术，通过调节吸反力配合特性，使电磁机构吸合的冲击力降至最小，减少了触头的弹跳，提高了AC3使用条件下的电气寿命。对于工作于AC3使用类别的交流接触器而言，吸合过程的触头弹跳所造成的断续电弧是影响触头磨损和减少电寿命的重要因素，这是一个严重困扰电器研究者的大问题。

但是，对于任何AC4使用类别的交流接触器，需要承担6倍额定电流的开断，触头电弧侵蚀和电寿命主要决定于接触器的开断过程。由于交流电弧常常在过零时熄灭，因而传统的看法，让电弧在电流零区开断是一个最佳的开断瞬间，即零电流分断。基于该思路，福州大学将高电压起动、低电压保持的动态控制技术引入交流接触器的控制中，形成了具有微电弧能量分断特性的智能交流接触器，全面提高了接触器的各项性能指标。这种控制方法所需的元器件数量较少，简单可靠，用于控制线圈电阻较大的小容量接触器比较适合，但对于大容量的接触器，其线圈电阻较小，施加直流强激磁时会产生很大的起动电流（630A的交流接触器，其线圈的起动电流峰值高达150A左右），这一起动电流会使电磁系统处于过激励状态，甚至造成电磁系统的磁场饱和，使起动过程的吸力迅速增加到一个很大的值，大大缩短了接触器的吸合动态过程时间，增加了起动过程分段优化控制的难度和起动电子开关的电流应力与成本，交流接触器线圈属于感性负载，线圈电流不能产生突变，此种控制方式的高压起动电流和低压保持电流相差数十倍，在由高压起动转向低压保持的过程中，线圈电流要由起动电流连续衰减到保持电流，而此时线圈两端的供电电压为一低压保持电压，多由开关电源提供，切换瞬间的大电流从开关电源副边拉出，可能触发开关电源的过流保护或者拉低开关电源的输出电压，造成整个系统的不稳定，甚至复位整个系统，需要增加额外的电路避免这种现象的发生，控制电路的抗干扰问题也存在一定的难度，加上接触器动作时间的分散性，无法实现实时在线自适应控制。