具自我调适功能之交流接触器在闭合阶段接点弹跳现象之控制策略.PDF

科 技 學 刊 第 16 卷 科 技 類 第 1 期 頁 27-37 中 華 民 國 96 年 2 月 具自我調適功能之交流接觸器在閉合階段接點彈跳現象之控制策略 紀捷聰 建國科技大學電機系 摘 要 本文旨在研究當以電磁接觸器主接點控制電感性負載閉合動作時，因為接觸器電磁機構 產生之電磁吸力與機構本身產生之反力配合不當而引起接觸器主接點產生碰撞現象及 彈跳結果。一般如感應電動機之電感性負載的啟動電流大約為其額定電流的 6 到 10 倍 之多，故以接觸器接點啟動時必然會因接點撞擊而引起之彈跳產生斷續電弧，此電弧不 僅會產生能量損耗，同時也會因伴隨產生之高溫電弧而使接點表面出現材料離子游離， 使接點厚度漸漸變薄，降低接觸器的動作可靠度及電氣壽命。本文擬以接觸器接點於閉 合時之所產生之彈跳次數、電源電壓及可動鐵心位移等作為回授參數，發展一適應性控 制方法，隨著接觸器的動作階段動態調整線圈電壓大小，使接觸器接點在執行閉合過程 得以將接點彈跳次數最少化。最後，本文利用所建立之接觸器控制雛型進行相關實驗與 量測，由實驗結果之數據顯示本文所提之控制方法確實可以滿足預期的控制結果。 關鍵詞 ：電磁接觸器、電磁吸力、反力、電弧、接點彈跳 Ⅰ. 前 言 可能因無法精確控制而使後續之系統控制產生動作錯誤結 一般電磁接觸器 (Electromagnetic contactor) 在閉合及切斷 果。 過程中，往往因為接觸器本體機構的設計特性，接觸器的 對於電磁鐵動態特性及交流接觸器的動態過程的分析，盡 接點會因為可動、固定接點在快速閉合瞬間產生碰撞現 管國內外的學者做了大量有益的工作，但其中的主要工作 象，又因接觸器接點在構造及組成材質上其實就是一種彈 僅對閉合過程的線圈電流，可動部份的行程，速度和吸力 性體，所以在接點產生碰撞現象過後，接著在接點間將會 等參數進行了詳細的分析。如文獻 (Arkadan, et al., 1997; 持續產生一序列的小碰撞或彈跳，隨著可動、固定接點之 Gollee, et al., 2000; Kawase, et al., 1994a; Kawase, et al., 間的動能漸漸降低，最後可動、固定接點才會保持在閉合 1994b; Lin, et al., 2003; Sadowski, et al., 1998) 就是基於三 狀態。接觸器的接點在接通及切斷過程中所產生的接點彈 維磁場有限元分析，計算電磁吸力的數值，耦合簡單的機 跳現象，對於接觸器接點控制大型電感性負載啟/ 閉動作 構動作方程式和激磁線圈電路方程式，從而得到電磁鐵的 時，尤其是當接觸器工作於AC-3類型負載下，例如以接觸 動態特性。接點碰撞後的彈跳問題一直沒有得到許多專家 器接點控制感應電動機的導通與切斷動作，當感應電動機 學者的關注，在近年來唯一有涉及該問題的文獻 (Wada, et 啟動時，啟動電流約為感應電動機額定電流的 6~10倍左 al., 2002) 中，是在假設系統機構動作時沒有摩擦力的影響 右，此一大電流勢必於接點彈跳瞬間