基于无触点控制技术的混合式无弧交流接触器的研究本科毕业设计(编辑修改稿)

基于无触点控制技术的混合式无弧交流接触器的研究本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

闭合运行。 图 所示电路 采用降压直流智能控制 策略 ， 由于采用直流保持方式 可以 大幅 减少 交流 接触器 功耗 ， 同时采用直流励磁消除了噪声干扰 ， 使交流接触器稳定无噪声运行。 采用直流电源保持的另一个好处是 在直流保持下 分断 接触器， 其分断 时间基本稳定， 不存在很大分散性， 提高 了交流接触器 分断的控制精度。 图 为低压直流保持控制技术示意图。 降压电路AC D C接触器线圈~2 20 V /~3 80 V 图 稳压直流保持原理图 The DC holding sc hematic diagram 国内外研究表明，交流接触器保持策略还存在一种剩磁理论。 即励磁铁采用永磁体来做载体，且永磁结构具有掉电自保持的功能，正好适用于交流接触器节能保持方案中，给交流接触器提供了另一种环保、节能控制方法。 20xx 毕业设计论文 20xx 毕业设计论文 课题的研究的理论 依据与实践方案 在使用交流接触器控制电气设备的通断时，触点间存在很强的飞弧。 特别是频繁地启动和停止设备时，更易使触点粘合或烧毁，需要频繁的更换触头，增加设备维修工作量和生产成本，更严重时会由于触点飞弧或烧融而导致生产事故。 智能交流接触器器采用 普通 交流接触器与电力电子器件相结合的方案，在三相触头分别并联一个电力电子器件，在以为微处理器为核心的控制系统配合下实现交流接触器的无弧分合闸， 为了克服普通交流接触器吸合过程中出现的二次弹跳问题，提出了 采用 多段脉冲 稳压直流可控激磁、低压直流保持、分闸可控的电磁智能 系统方 案， 实验证明基本实现了减少或消除触头二次弹跳的目标。 智能 交流接触器采用的是无触点电力电子器件分流技术实现智能分闸。 在智能 交流 接触器 分 闸阶段，当单片机给出 分 闸信号后，主触头开始进行分闸操作，同时双向可控硅触发电路给出触发信号。 主触头分断时，其接触面接触电阻不断增大，主电路额定电流不变，导致主触头两端电压不断增大，当主触头两端电压增大到 6V 左右时，双向可控硅满足导通条件，进而主电路电流流经双向可控硅，主触头分断过程无电弧产生。 延时一段时间关闭双向可控硅触发信号，则双向 可控硅 在主电路电流过零时自然关断，从而完成 了交流接触器分断过程的无弧操作。 论文章节安排 本文的章节安排如下 : 第一章为绪论部分，首先根据国内外低压电器的发展状况，分析了电器产品智能化的紧迫性和必然性，分析了 低压电器的智能化控制技术在电器优化设计中应用的重要性。 阐述了交流接触器的发展历程，从交流接触器的智能化控制技术、智能化的测试技术、基于现场总线的通信技术角度出发，提出本文的研究背景与意义。 第二章 主要论述了智能交流接触器整体设计思路并详细介绍了智能交流接触器工作原理及其智能改进目标，同时介绍了智能交流接触器所具备的智能保护功能并详细 介绍了各个模块工作原理。 第三章 重点讨论智能交流接触器的电磁系统改进方案。 本章列举了智能交流接触器电磁系统两种主要改进方案：脉动直流励磁和多脉冲稳压直流励磁，并且进行了详细对比分析。 通过对比本文选择多脉冲稳压直流激磁方案 ， 针对最佳激磁参数的确定本文设计了相应的实验电路，并根据实验得出的最佳激磁参数设计 相应的系统激磁电源和 智能激磁 执行电路。 通过智能激磁实验测试发现，智能激磁大大 减少了接触器触头回跳时间，从而改善了由于触头 二次弹跳引起的拉弧 所造成的侵蚀影响。 20xx 毕业设计论文 20xx 毕业设计论文 第四章 重点论述针对普通交流接触器分闸过程中产生强烈电 弧侵蚀影响，设计了智能分断控制系统。 类似与第四章介绍， 针对交流接触器分断过程智能控制理念，介绍了两种主要分断理念： 零电流分断控制技术和无触点分断控制技术。 通过分析对比，本文采用 无触点分断控制技术。 针对双向可控硅选型及触发模式本章也进行了详细分析，硬件电路搭建完毕后，本文对交流接触器分断过程进行了相应的实验测试，实验测试结果表明，针对交流接触器分断过程的智能改进方案有效。 第五章 主要针对智能交流接触器智能保护功能进行详细论述。 主要是从硬件和软件两个部分进行了论述。 硬件方面： 根据产品所要求的具体技术指标进行硬件 线路的设计。 通过对硬件电路的设计和调试，实现对过载保护、过压保护、欠压保护和漏电保护等不同电流、电压信号的采集和处理。 实现对中央处理单元、执行单元和键盘的设计和调试。 软件部分 ： 根据 各种保护的优先级，完成主程序的设计。 对采样电流值进行即采即比，求取主线路电流的有效值，根据电流有效值计算该电流下对应的温升，根据对计算值与设定温升值的比较，实现对主线路发生过载故障时的保护。 由于本产品所控制的电力系统为三相三线制结构，对三相电流进行矢量求和后的中线电流求取有效值，通过与设定值进行比较，实现主线路漏电故障的保护 ，进而 完成各个功能子程序的设计与调试。 20xx 毕业设计论文 20xx 毕业设计论文 2 智能交流接触器 总体设计 方案 引言 智能 交流接触器是针对普通交流接触器存在的缺陷进行相关改进形成的一种新型的低压开关电器。 采用了以微处理器为核心的智能控制系统，通过相关智能控制理念，实现了交流接触器合闸、保持、分闸过程的智能操作。 本文设计的 交流接触器主要从两个方面进行智能改进： （ 1）针对普通交流接触器采用交流励磁存在的缺陷提出了 多段脉冲 稳压直流激磁和小电压直流保持的控制策略； （ 2） 针对无弧分合闸的设计要求，对接触器触头 系统进行无触点电子开关改进，具体做法是每相触头两端并联一个双向可控硅。 智能交流接触器采用稳压直流激磁和小电压直流保持的控制策略。 本文针对该控制策略设计了相应的实验测试电路，测试得出了最佳的激磁参数。 并且根据激磁参数设计了相应的稳压激磁电源和保持电源。 交流接触器合闸过程最容易 出现二次弹跳，而二次弹跳带来的电弧也是影响交流接触器电寿命的重要因素。 对于 AC3 使用类别来说，合闸过程中主触头需承受主回路 6 倍以上的额定 电流冲击，这也是交流接触器合闸过程中造成触头侵蚀的重要因素。 所以说优化交流接触器合闸过程对提高交流接触器整体智能化具有重要推动作用。 对于普通交流接触器的分闸过程来说，不可避免会产生电弧，特别是对于 AC4 使用类别来说，触头的分断过程要承受 6 倍以上的主回路额定电流，致使动静触头之间产生强烈的电弧，这对于主触头来说有很大的侵蚀影响。 针对这一问题，智能交流接触器对接触器分闸过程进行相关智能改进，主要是采用了无触点分 闸的智能控制理念，也是本文研究的重点内容 [13]。 智能 交流接触器具备以下主要功能： （ 1）合闸过程的智能控制 合闸过程中若一直采用额定控制电压进行交流励磁势必会引起主触头弹跳，这也是造成触头二次弹跳的主要原因。 本文根据实验测得的最佳激磁参数对电磁系统进行智能改进，采用稳压直流激磁的方案，主要是 采用 多段脉冲电压激磁的方式，主要是根据之前设定使线圈电磁吸力和弹簧反力之间良好配合，最终使动铁心实现“零速度”着陆。 从而大大减少了触头二次弹跳的几率。 （ 2）分闸过程的无弧化控制 20xx 毕业设计论文 20xx 毕业设计论文 针对分闸过程产生的强烈电弧影响，本文 采用了无触点分断控制策略，主要做法是在每相触头两端并联一个双向可控硅，主要是利用双向可控硅在分闸的瞬间实现分流的功能。 最终达到无弧分闸的目标。 通过上述改进大大提高了交流接触器的电寿命。 （ 3）交流接触器的 智能 保护性 本文研究的智能型交流接触器除了针对电磁系统和触头系统进行智能改造外，还添加了接触器 智能 保护功能，使交流接触器更加智能化。 通过对硬件电路的设计和调试，实现对过载保护、过压保护、欠压保护和漏电保护等 故障保护功能。 实现对中央处理单元、执行单元和键盘及显示单元的设计和调试。 研究对象简介 CJ10 系列交流接触器，主要用于交流 50Hz （ 或 60Hz ）额定工作电压至 400V ，额定工作电流至 150A 的电路中，供远距离接通和分断电路之用，并可与适当的热过载继电器组合，以保护可能发生操作过负载的电路。 本文选用德力西公司的 CJ10 20 交流接 触器如图 所示，主触头额定电压（也称为最大工作电压）为 380V/50Hz，额定工作电流为 20A ， 环境参考温度为 30℃ ~40℃ ， 线圈控制回路电压也有相应限制 ， 由于电网电压的波动性一般要保证 吸合电压维持在 85%U 额定~110%U 额定 ， 分断电压尽量维持在 20% U 额定 ~75%U 额定。 静触头反力弹簧动铁芯静铁芯励磁线圈动触头 图 交流接触器结构示意图 Sc hematic diagram of AC c ontac t or 交流接触器工作原理：当接触器线圈得电后，励磁线圈内部产生交变的磁场进而产生电磁吸力，而后动铁芯在静铁芯的吸力作用下加速吸合，同时反力弹簧受到动铁芯的连带压缩，进而动静触头接触，接触器合闸成功；当接触器失电后，励磁线圈内部不会再产生电磁吸力，此时动铁芯在反力弹簧的作用下向分离方向运行，进而分闸成功。 20xx 毕业设计论文 20xx 毕业设计论文 智能交流接触器控制 原理 分析 智能 交流接触器 控制系统 主要是由 Atmega16L 中央处理模块、电源供电模块、双向可控硅驱动模块以及智能激磁控制电路组成。 图 为 系统 控制原理图。 可控硅触发模块线圈智能激磁控制回路电 源模 块At me ga 16 L处 理器U V W GKM 图 智能交流接触器 控制原理图 The sketch map of the Intelligent AC contactor 图 所示控制电路在系统上电之后，对合闸信号和分闸信号进行循环检测和查询，看是否合闸信号或分闸信号到来，并根据信号来选择进入合闸程序模块还是分闸程序模块。 当接到合闸信号后，首先触发并联在触头两端的双向可控硅，然后接通激磁电源控制电路，并按照之前设定的激磁方式进行智能激磁，当检测到触头已完全闭合后，断开可控硅触发信号，实现智能 合闸过程。 当接到分闸信号时，同样先触发并联在触头两端的双向可控硅，但此刻双向可控硅两端电压不足以令触头导通，所以给予双向可控硅触发信号一段时间后，断开保持电源，使接触器进入分闸过程。 由于触头的接触电阻随着分断过程不断增加，导致触头两端电压也不断增加，当增加到一定程度后触头便满足导通条件。 此后，触头便承担起主电路电流的分流任务直到接触器完全分断为止。 接触器完全分断后，断开双向可控硅触发信号，双向可控硅便在电流过零时自行关断，实现无弧分闸过程 [14]。 为了给予 交流接触器 智能分合闸 的良好环境，排除负载故障的影响 ，智能交流接触器除了具备智能分合闸优点外，还具备 智能 保护功能，具体实现原理如图 所示。 智能交流接触器通过检测单元获得主线路的电流和电压信号，而后分别经过信号调理电路进行滤波、放大操作，最后经过微处理器逻辑单元分析、判断后，发出相应的指示信号或动作信号。 采用以 ATMEGA16 单片机为控制核心，通过相应传感器对关键参数进行实时采集与分析，进而对接触器运行状况进行实时准确的判断。 系统具体实现原理如图 所示。 20xx 毕业设计论文 20xx 毕业设计论文 缺相保护电路三相电流信号三相电压信号信号调理电路信号调理电路A T M E G A 1 6 单 片机负载线圈电压信号线圈A B CIa Ib IcUa Ub UcKMT A T B T C线圈电流信号输入电压信号调理电路智能激磁调理电路输入电压幅值检测电路 图 智能 保护原理 框图 The bloc k diagram of fault protec tion 图 中 KM 为普通交流接触器，选择工作场合为工频 50Hz，相电压 220V，线电压380V。 通过对负载各相电压的监测判断，即可知道系统是否处于过压、欠压及缺相 (由缺相保护电路检测 )运行。 若发现负载正在缺相运行，可立即封锁激磁信号，使系统停止运行并给出故障信息。 若系统处于欠压状态可以给出故障报警和实际电压值，根据检测的三相电压值计算三相负荷不平衡度，若在运行范围内即不影响正常工作时，负载保持运行状态；当三相不平衡度超过 限定值则停止系统运行进行故障检修，并给出报警信号。 智能交流接触器实验样机 智能交流接触器样机由双向可控硅及其控制电路板、电源及其控制电路板和电子控制电路板组成。 图 为基于 CJ1020 型交流接触器的智能交流接触器 实验 样机。 图 智能交流接触器试验样机示意图 The Sc hematic diagram of intelligent nonarc AC c ontac tor test prototype 20xx 毕业设计论文 20xx 毕业设计论文 本章小结 本章主要是对智能交流接触器工作原理及 其具备的特殊功能做了简短介绍。 主要介绍了针对普通交流接触器激磁系统及触头进行的智能改造方案。 除此之外还添加了 智能 保护功能，使交流接触。