适应零电流分断控制的动态分断过程研究.pdf

适应零电流分断控制的动态分断过程研究，Ic 许志红张培铭 (福州大学电气工程与自动化学院，福建福州350002) 擅要：在大量试验的基础上，提出智能交流接触器零电流分断控制的最佳控制区域，并对接触器分断过程进 行探讨，建立基于神经网络的智能交流接触器分断过程动态预测模型，从而提出智能交流接触器分断 过程动态计算与分析的新方法，为产品研究开发及虚拟优化设计奠定基础。 关键词；零电流分断控制智能交流接触器分断过程神经网络预测 开关电器的无弧分断，一直是电器工作者追求的目标。交流电弧具有零电流分断的特点， 因此控制开关电器的触头在电流零点之前分开，实现无弧分断，将大幅度提高电器产品的各项 性能指标。 智能交流接触器采用了智能控制模块与接触器本体相结合的产品结构，通过智能控制模块 实现起动、吸持、分断全过程的动态优化控制，尤其实现了三相电路的零电流分断控制。本文 通过大量试验研究确定了最佳零电流分断控制区域，并建立了智能交流接触器分断过程动态数 学模型，为进一步完成产品的整体优化设计奠定基础【l】： 1最佳零电流分断控制区域 采用新型的触头结构(已获国家专利)，首开相(B相)的开距大于其余两相，在结构上实 现非首开相的分断时间比首开相滞后5ms左右，因而只要控制好首开相的分断时刻，就可以实 现三相触头系统的零电流分断控制。接触器结构示意图见图1脚。 安装在结构底层的单片机控制模块检测到电源电压低 于最低吸合电压以后，转入分断控制程序，电流互感器信 号经过整流、滤波电路输入电流采样通道，由单片机检测 电流零点，检测到电流零点之后，延时相应时间切断保持 回路控制信号，经过接触器返回运动时间，首开相触头在 下一个电流零点之前打开，非首开相触头CA、C两相) 经过4--一5ms的时间延时(结构上保证)，在电流零点之前 打开，实现三相电路的零电流分断控制。 图1接触器结构示意图 f 控制好首开相(即B相)触头的动作时间是能否实现智能交流接触器零电流分断控制的关 键。但是，由于接触器是工业产品，工作环境差别很大，制造的分散性大，无法要求接触器有 很高的制造精度，并且随着工作时间、工作次数、工作任务的不同，接触器动作时间将 Fig。1 Chart ofcontactor structure发生变化，无法稳定在电流的零点分断。为此，提出零电流分断控制 239 区域的概念，即将首开相触头的分断时间控制在电流零点之前一个小范围内，同时采取相应的 熄灭小电弧的灭弧措施，实现零电流分断控制。 零电流分断控制区域由两方面因素决定：一是电流过零时刻触头之间的距离，距离太小所 承受电压的能力太弱，弧隙容易击穿，电弧重燃；二是小电弧的能量，越靠近电流零点分开， 电弧中积聚的能量越小，电弧越容易熄灭。电弧能量计算公式为： ． t ％=【。uhihdt (1) 其中：Un为电弧电压；t。为燃弧时间；i-为电弧电流：Wh为电弧能量。电弧的能量越少， 过零时电弧越容易熄灭，存在一个零电流分断控制的最佳开断区域。 选择交流接触器最严重的工作任务，经过大量的试验，确定智能交流接触器零电流分断的最 佳控制区域。表1为10台样机在福州大学低压电器检测站进行100A智能交流接触器AC4电寿 命试验的试验结果。试验电流600A(6倍额定电流)，操作频率600次／h(标准规定操作频率为 300次／h)。 表1试验结果 Tab 1．Testing result 样机 最佳分断时间 操作频率 试验电流 l# 0．2～O．6 ms 600次／时 600A 28 O．23～O．72 ms 600次／时 600A 3# 0．2～O．8 ms 600次／时 600A 49 O．23～1．03 ms 600次／时 600A 58 O．22～1．12 ms 600次／时 600A 6# 0．23～0．95 ms 600次／时 600h 79 0．Z～O．75 ms 600次／时 600A 8# 0．25～1．02 ms 600次／时 600A 9# O．25～O．89 ms 600次／时 600A 10# 0．24～O．97 ms 600次／时 600A 试验样机的触头系统与灭弧系统做了相应的改变。由此可以看出，首开相零电流分断的最 佳控制区域为电流零点之前的0．20．6 ms。如果将人工智能控制技术引入接触器的分断控制 过程，形成闭环控制，自适应调整接触器的动作时间，将形成下一代控制电器。 2电磁机构分断过程动态分析 实现零电流分断控制，接触器必须具有稳定而快速的分断时间，需要进行接触器分断过程 的动态计算。磁路中的磁状态直接影响接触器的释放过程动态计算，所以在接触器的激磁线圈 l’ 上，绕制了一个测试线圈，分析其感应电势的变化规律，由此建立接触器分断过程动态计算方 程，进行动态分析和计算，为进一步的