直流接触器的智能控制系统研究文献综述

 2022-10-29 08:10

文献综述(或调研报告):

直流接触器广泛应用于冶金、矿山、地铁、电力牵引、化工等部门的直流电路中,由于直流电流没有过零点,直流接触器开断电路特别是开断感性电路时将产生强烈电弧.不仅影响了性能指标的提高,还降低了工作可靠性。目前,国内应用中的低压电器产品基本分为三代【1】:第一代开发于上世纪60年代,具有体积大、性能指标低和耗材耗能等缺点;第二代开发于70年代末~80年代末,技术指标较前明显提高,体积明显缩小,保护特性较完善;第三代开发于90年代,具有小型化、性能高、电子化和多功能化等优点。传统产品技术含量不高,尤其是我国低压电器产品相比国际上还处于落后水平。比较落后的第一代产品仍然占据着相当的市场份额,市场上流行的大部分是第二代产品,而第三代产品的市场占有率只有10%左右【2】

随着微电子技术与电力电子技术的迅速发展,采用单片机控制的智能型无弧直流接触器得以实现。将可控电力电子器件与直流接触器相结合【3】,由单片机控制的智能型无弧直流接触器。其接通与分断过程由电力电子器件完成,正常运行时由直流接触器工作,使之取长补短,实现无弧接通与无弧分断。这不仅大幅度提高了直流接触器的性能指标,而且增强了控制功能。

相对于其他部件,电子控制单元的可靠性是最差的,也是制约可靠性提升的最大障碍之一。因此,当前阶段研制智能控制技术代替传统的接触器,提高其可靠性,是十分关键的问题。智能化是把电器元器件和配电装置以及整个配电系统联系起来的纽带,也是促进低压电器向多功能、高性能和小型化发展的关键【4】。通过智能化控制技术,可以很容易地实现机构分合点和运行特性的精确控制。正是有了智能化这一基础,开发新一代集成化电器产品CPSD才成为可能。

目前国内外对接触器智能化控制方面的研究主要集中在传统电磁式交流接触器上。福州大学张培铭、许志红等学者在智能交流接触器控制方面做了大量研究工作【5-7】,主要成果有:提出了智能交流接触器吸合过程动态控制的概念,对接触器吸合、吸持、分断全过程进行动态控制:建立了基于神经网络的智能交流接触器分断过程动态预测模型,提出智能交流接触器分断过程动态计算与分析的新方法;提出了一种基于蚁群算法和人工神经网络的智能交流接触器全过程动态优化设计方案等。

西安交通大学陈德桂、刘颖异等学者在智能交流接触器的触头弹跳等方面展开研究【8~9】。针对一种带电压反馈的智能接触器,采用虚拟样机技术,研究其闭合的动态过程,并对触头弹跳进行仿真;开发了一种基于专用集成电路的智能交流接触器,通过电子线路控制交流接触器触头接触时的碰撞速度以减小接通过程的触头弹跳等。

西班牙加泰罗尼亚理工大学A.GEspinosa等学者对电磁接触器的动态合闸过程做了详细研究【10~11】,提出了电磁接触器的铁心位置估算方法,并采用模糊控制方法对电磁接触器的合闸过程进行控制,达到了减少触头弹跳,从而减少电弧的目的。

接触器的触头弹跳能够导致触头过热、熔焊和提前报废等问题。为了在不增加生产成本的前提下提高电磁式接触器可靠性和使用寿命,文献【12】提出了一种基于高效微控制器的控制模块。文献【13】采用模糊控制的方法来减少触头弹跳。选择触头的相对位置和相对速度作为模糊控制器的输入,模糊控制器的输出是电压信号。实验表明,采用模糊控制后,触头的弹跳次数和弹跳持续时间都得到了显著减少。

文献【14】采用AT89C5l单片机设计了具有欠压和失压保护功能的智能控制单元,降低了接触器合、分闸电流,节能效果良好。

文献【15】针对一种新型并联磁路永磁机构接触器,提出基于PWM控制的新型永磁机构控制器。通过调节PWM集成控制芯片TL494的输出脉冲占空比,利用直流斩波电路控制输出电压为吸合和保持两种电压值,以减小接触器触头弹跳并在闭合状态下降低能耗。对不同类型的接触器,可以通过调节控制信号电路输出的PWM参考电平,改变TL494输出占空比,从而方便地输出不同的吸合电压和保持电压。配合并联磁路永磁机构完成接触器的可靠吸合,降低工作能耗,减少噪声污染和触头弹跳。

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