关键词：交流接触器；智能控制技术；发展
引言
接触器智能控制技术是针对传统接触器存在的问题，通过加装控制模块来改善接触器的动态特性和性能指标。本文主要对交流接触器智能控制技术的发展现状进行归纳，并探讨了每种控制策略的优缺点。通过分析可以发现，随着微机控制技术和电子技术的发展，接触器的智能控制技术也越来越丰富，针对接触器动态特性的机械分散性等问题，采用闭环控制技术可以较好的克服这些问题。
1重要性
由于接触器大部分时间工作在吸合保持阶段，故产生了极大的能量浪费，多余的能量还导致线圈发热加剧，影响其寿命。另一方面，在吸合过程中，传统交流接触器无法对电磁吸力进行有效控制，吸力与反力特性配合无法达到最佳。若吸力小于反力，则可能使接触器不可靠吸合，触头和铁芯产生振动，烧损触头。若吸力远大于反力，则将使得动静触头之间及动静铁芯之间闭合时剧烈碰撞。同时，电网电压波动导致接触器处于过压和欠压状态工作时，传统接触器无法做出调整，将处于非正常工作状态，也会使接触器出现振动和触头严重烧损等现象。针对以上问题，结合现代微机控制技术和电力电子技术，在电磁机构吸力特性和反力特性合理配置，线圈激励由交流电源控制改用直流电源控制，还有对合闸相角进行选相合闸控制等方面进行研究，可以有效改善交流接触器的性能指标．
2交流接触器常见故障
无论是工业生产设备还是家用电器，在内外部大环境下，造成交流接触器线圈烧毁、运行期间噪音过大、接触器不吸合、接触器失电不释放等等现象都是日常生活中常见的状况。（1）接触器得电不吸合：主要原因有线圈电压未给入或者电压偏低导致线圈开路，弹簧老化力度不够或铁芯卡壳等多种原因。（2）交流接触器在运行过程中响声过大：例如接触器铁芯接触面不平整，控制电压过低、触头弹簧力度不够或移位等都可造成响声过大。（3）接触器线圈烧毁：例如接入的外部电源与接触器线圈电压或频率等额定范围与接触器不匹配，或者是范围波动较大偏高或偏低都有可能烧毁线圈。
3接触器智能控制的研究现状
3.1选相合闸控制技术
线圈的电压、电流的大小与初始相位角φ0有关，接触器从铁芯开始运动到闭合，总用时在20ms左右，而控制电压的频率为50Hz，即一个电压波形周期为20ms，所以初始相位对接触器的合闸动态过程影响比较大。做了相关的试验验证，结果表明:在不同的合闸相角下，电磁机构的吸力、衔铁的运动速度与位移量的变化规律都不一样，同时可能导致不合闸的情况发生;而在另一些相角下，虽然能可靠合闸，但闭合末速度太大，导致触头弹跳加剧，影响触头的机械寿命和电寿命。为了改变合闸相角对接触器动态特性的影响，选相合闸控制技术被提出来了。选相合闸技术是通过以单片机为核心的控制系统，在采集到合闸电压的过零点后，延时时间t后驱动电力电子开关器件导通，从而达到选相合闸的目的，至于延时时间t的确定，一般通过试验得到较优合闸相角，然后通过人机交互界面设定。
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3.2零电流分断控制技术
对于大容量的接触器，接通和分断过程额定电流很大，尤其是工作在AC4(笼型异步电动机的起动，点动，反接制动与反向)重任务的交流接触器，在合闸和分闸过程主触点要承受6倍的额定电流，所以分断过程将会产生强电弧，电弧会直接影响接触器的电寿命及运行的可靠性。交流电流具有电流过零的特点，因此控制交流接触器的电磁机构使其在电流过零点附近断开，可实现微弧少弧的分断控制即所谓的零电流分断控制。实现交流接触器三相触头系统的零电流分断控制，研究学者提出了以下几种控制方案:(1)通过微机及软件控制，使三相触头随机在电流过零点分断，这样的话每一次分断过程只有一相触头实现零电流分断。(2)改变触头的结构，使三相触头之间的开距不同，这样分断的时候三相触头就不同步，假设中间相的触头开距大于其余两相，且其分开时刻刚好领先其他两相一定的时间t，则在分断的时候只要控制中间相，使其在电流过零点分断，其他两相在延时t时刻后也达到电流过零点，这样就实现了接触器三相触头零电流分断。(3)采用组合式接触器，执行分相控制。用一台单极交流接触器和一台两极交流接触器组合，单极接触器代替方案(2)中的首开触头，负责首开相的分断，两极交流接触器负责其余两相。通过微机控制系统实现接触器三相电路的零电流分断。这三种方案都需要通过微机控制系统控制，其实现存在问题:由于接触器结构、工艺等机械因素，随着触头的机械磨损及电磨损，接触器的分断动态过程具有较大的分散性，无法保证触头每一次的分断时间都稳定在某一数值，这就使得微机设定的控制参数可能会失效，影响接触器的可靠性。
3.3开环控制技术
接触器的开环控制一般采用电磁系统的分时或者分段PWM控制技术。单片机控制系统在检测控制回路得电之后发出一定占空比的PWM驱动信号驱动开关管，使经过整流滤波后得到的直流电压变为高频方波电压施加在线圈两端，通过控制每个时段的占空比就能调节线圈两端的激励，从而调节电磁机构的动态特性。将闭合过程以等时间间隔分为3段，每段10ms，在每一时段施加不同的占空比的驱动信号，使线圈获得不同大小的激励，从而调节接触器的吸合曲线。对于占空比的选取，其在不同占空比组合下测试接触器的动态特性，根据实验数据采用支持向量机回归方法建立PWM控制模型并优化控制参数，此模型可以根据占空比组合预测接触器吸合时间和动铁心合闸末速度。
3.4闭环控制技术
前面提到接触器吸力特性与反力特性的配合十分的重要，其决定接触器性能的优劣。接触器的反力包括机械弹簧提供的分断反力，触头系统安装的超程弹簧提供的反力，辅助触头系统恢复弹簧的反力，还有各运动部件产生的摩擦力等一系列阻碍铁芯闭合的力的合力。这么多机械力的合力表现出的机械分散性使得接触器的吸力和反力之间的配合具有不稳定性，这时候如果采用闭环控制系统，根据实时有效的反馈信号来调节电磁吸力的大小，这样就能使接触器既能可靠闭合，也不会造成吸力过大加剧触头弹跳和机械磨损。闭环控制需要有效的反馈信号，反馈信号主要包括几种:线圈电压、电流、铁芯运动速度、铁芯位移量等几种。作者设计了一个以单片机为核心的控制系统，在采集到线圈电压后控制调压器，使其输出稳定在一定数值，这样尽管电网电压存在波动(国标规定的85%～110%额定电压范围内波动)，接触器的动态特性也会保持稳定，试验证明控制效果良好。
结语
早期学者提出的节能控制方案虽可以节省一定的运行能耗，但控制可靠性降低，对合闸及分断性能均存在不良影响，在实际运用中逐渐被淘汰。随着微处理器及相关电力电子技术的广泛应用，接触器的智能化控制也会越来越完善。现有的智能控制方案理论上都能改善接触器的某些方面的性能指标，但实际应用还需考虑到接触器在使用过程中动态参数的分散性的特点，采用闭环控制和相关的参数自校正技术可以改善这个问题。
参考文献
［1］刘炳彰，林李杰．交流接触器节电综述(二)［J］．江苏电器，2002，03:6－14．
［2］李志春，张尊华，喻方平．单片机技术在智能交流接触器实时调控中的应用研究［J］．船海工程，2007，01:82－85．
论文作者:1高伟生 2焦振洋3胡晓庆
论文发表刊物:《中国电业》2020年1期
论文发表时间:2020/4/23
标签：接触器论文; 线圈论文; 触头论文; 电压论文; 电流论文; 吸力论文; 技术论文; 《中国电业》2020年1期论文;