電磁機構是接觸器的感測部分,在接觸器中占有重要位置。根據智能交流接觸器的工作特點,對其電磁機構的動態過程進行動態分析 ,提出智能交流接觸器吸合過程動態控制的概念 。該概念是應用智能控制系統按不同電源電壓(激磁電壓) 調節控制參數,如合閘相位角、吸合過程強激磁的接通和斷開時間等,由此改變鐵心在吸合過程中的運動速度,減少鐵心撞擊,消除接觸器的主觸頭在吸合過程中的1 、2 次彈跳,從而減少觸頭磨損,提高各項性能指標,并節約能量。為了達到減少動、靜鐵心在閉合瞬間的撞擊速度,消除觸頭彈跳的目的,智能交流接觸器吸合過程動態控制概念的內容之一是通過以單片機為核心的智能控制系統,調節強激磁控制元件的導通和截止時間,從而改變吸合過程,實現不同的強激磁控制方案。強激磁控制方案有不分段控制方案與分段控制方案2 種。

　　圖4 為強激磁不分段控制方案 。圖中t1 為智能控制系統檢測到采樣電壓零點以后延時的時間( t1 處即合閘相角) , t2 為強激磁時間。在確定接觸器可靠閉合后,將強激磁關斷,只留下吸持電壓維持接觸器正常工作。由于確定完全吸合后才關斷強激磁信號,所以隨著鐵心行程的增大以及速度的增加,難以大幅度減少動、靜鐵心之間的碰撞和消除在吸合過程中動靜觸頭之間的彈跳。

　　圖5 為強激磁分段控制方案 。圖中t1 為合閘時刻(選定的合閘相角) ; t2 為強激磁回路導通的時間; t3 為關斷強激磁的時間; t4 為重新觸發強激磁回路導通的時間。再次關斷強激磁控制回路,使接觸器鐵心依靠慣性完成吸合任務,實現吸合過程的“軟著陸”,將鐵心之間的撞擊能量降到最小,觸頭之間的1 、2 次彈跳大大減少甚至完全消除。實驗表明,采用上述控制方案后,在不同的電網電壓下吸合過程的動態吸力特性都可以和接觸器的反力特性很好地配合,能明顯減少觸頭振動,提高接觸器的機械壽命和電壽命;在運行過程中采用智能控制可以減少接觸器所消耗的功率, 大幅度節能。

　　4. 2 　零電流分斷控制技術

　　零電流分斷控制技術即電流零點分斷控制技術,是智能交流接觸器的關鍵技術。交流電弧過零熄滅的原理是觸頭間隙的介質恢復強度高于電壓恢復強度 。理想的情況是:如果能使交流接觸器的觸頭在電流過零瞬間分開,并在瞬間將觸頭拉開到足以承受恢復電壓而不發生擊穿的距離,則此時觸頭間隙就不會產生電弧。同時,由于在電流過零瞬間弧隙處介質狀態,只需較小的極間距離,就可以承受較高的恢復電壓。然而,實際情況并非如此。實際上交流接觸器零電流分斷技術是讓接觸器觸頭在電流過零前的一個小區域內分開 。與普通交流接觸器相比,其大幅度降低了電弧的能量,從而提高觸頭間隙承受恢復電壓的能力,保證電弧電流過零后不重燃。

　　以最常見的三相中線不接地感性負載系統為例,討論其首開相分斷的問題。三相平衡工作系統電壓、電流波形示意圖如圖6 所示。

　　由圖6 可知,在三相平衡系統工作過程中,必有一相電流最先過零點。若接觸器觸頭在圖中的第Ⅰ相角區打開,那么B 相電流首先過零,B 相為首開相。如果B 相觸頭電弧在電流過零點熄滅,電路中的電流變為線電流ICA , IB 的零點正好對應ICA 的峰值,即再過5 ms 時間過零,故A、C 兩相燃弧時間等于B 相燃弧時間加上5 ms。由于在分斷過程中無法確定哪一相觸頭首先熄滅電弧,故在傳統的交流接觸器中,觸頭系統的滅弧均按首開相的電弧來考慮其觸頭系統的滅弧能力。采用新型的觸頭結構 ,首開相觸頭的開距大于其余兩相在結構上實現非首開相觸頭的打開時刻,比首開相觸頭打開時刻滯后約5 ms。因而,只要控制好首開相觸頭的打開時刻,就可實現三相觸頭系統的零電流分斷控制。

　　5 交流接觸器的發展

　　為了適應工業自動化控制系統發展和國際市場競爭的需要,交流接觸器應具備以下主要特點:①小型化、安全化、可靠、多功能組合化模塊結構;②全系列采用塑料滅弧罩,提高分斷性能,減小非弧區域; ③電流規格增加,從63～800 A ,電流等級一般在15 個規格以上; ④ 容量交流接觸器一般采用節能型磁系統,發展真空接觸器,以提高分斷性能和電壽命; ⑤發展4 級接觸器,以滿足不同控制系統需要; ⑥在交流接觸器上加裝電子式保護與控制模塊和計算機通訊接口,進而發展成為智能型交流接觸器。

　　6 　結　語

　　由于成本數倍于原來交流接觸器,該電器應用的領域受到很大的局限,在一定程度上又影響了智能交流接觸器的進一步發展。因此,智能交流接觸器在今后的研究中,既要注重理論方面的探討,又要加強經濟性能方面的“降本”,提高智能交流接觸器的性價比,這樣才能進一步促進智能交流接觸器的研究與應用。