一種大容量接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種大容量接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略，以電流閉環(huán)為基礎(chǔ)內(nèi)環(huán)，在起動(dòng)過(guò)程中采用斜率外環(huán)控制電流內(nèi)環(huán)，降低動(dòng)鐵心的撞擊速度，減少起動(dòng)過(guò)程中的觸頭彈跳；在保持過(guò)程中，采用誤分?jǐn)啾O(jiān)測(cè)外環(huán)，預(yù)測(cè)接觸器的誤分?jǐn)喙收希皶r(shí)采取措施，防止誤分?jǐn)?；在分?jǐn)噙^(guò)程中，控制動(dòng)鐵心的分?jǐn)嗨俣?，既保證接觸器的快速分?jǐn)?，降低分?jǐn)嚯娀?duì)觸頭的燒蝕，同時(shí)減少分?jǐn)噙^(guò)程對(duì)接觸器框架造成的沖擊。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種大容量接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種大容量接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)家推出振興裝備制造業(yè)政策以來(lái)，我國(guó)的礦山、冶金、起重等重型裝備行業(yè)快速發(fā)展，裝備制造能力得到了大幅提升，隨著加工設(shè)備的大型化對(duì)配套電器產(chǎn)品的容量要求也越來(lái)越高，而接觸器作為工業(yè)生產(chǎn)中常用的低壓控制電器，對(duì)其大容量產(chǎn)品的需求更是緊迫。大容量接觸器多用在煤炭、礦業(yè)、冶金、風(fēng)電、變頻、機(jī)車(chē)、船舶等重型裝備領(lǐng)域中，控制著重要的大容量電路的通斷，鑒于這些行業(yè)惡劣的工作環(huán)境及其對(duì)自身設(shè)備工作可靠性的高要求，需要配套的大容量接觸器具有更高的性能及工作可靠性。
[0003]在大容量交流接觸器的設(shè)計(jì)中，觸頭通斷容量的增大決定了觸頭初壓力、終壓力、開(kāi)距及超程的增大，進(jìn)而決定了反力特性的增大，并最終導(dǎo)致配套電磁系統(tǒng)的增大，以便得到足夠的激磁磁勢(shì)。但同時(shí)也使運(yùn)行中的一系列問(wèn)題愈加凸顯，如:笨重的觸頭系統(tǒng)及電磁系統(tǒng)導(dǎo)致其動(dòng)作特性的分散性更為明顯;起動(dòng)過(guò)程沖擊大，觸頭彈跳嚴(yán)重，影響大容量接觸器的電壽命及接通能力的提高;分?jǐn)噙^(guò)程動(dòng)鐵心反力強(qiáng)烈，對(duì)接觸器框架存在較大的沖擊，影響機(jī)械壽命;線(xiàn)圈保持電流大，交流噪聲嚴(yán)重，90%以上的功耗損失在磁滯、渦流及短路環(huán)上，導(dǎo)致電磁系統(tǒng)發(fā)熱嚴(yán)重，影響接觸器的可靠保持；電磁系統(tǒng)更為敏感，更易受到電壓波動(dòng)及電壓跌落的影響;起動(dòng)及分?jǐn)噙^(guò)程中產(chǎn)生的電弧會(huì)對(duì)周邊電子線(xiàn)路的可靠工作產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾，等等。這些問(wèn)題僅通過(guò)合理設(shè)計(jì)接觸器本體難以取得大的改善，制約著大容量接觸器性能的提升。
采用電流閉環(huán)控制技術(shù)對(duì)大容量接觸器線(xiàn)圈電流進(jìn)行閉環(huán)控制，使其具有如下優(yōu)點(diǎn):“開(kāi)關(guān)”式、無(wú)抖顫吸合特性;具備一定的抗電壓波動(dòng)及抗電壓跌落能力;精確控制電磁系統(tǒng)激磁電流，可以交、直流通用，寬電壓運(yùn)行;保持過(guò)程節(jié)能、無(wú)聲，分?jǐn)噙^(guò)程無(wú)操作過(guò)電壓。電流閉環(huán)控制技術(shù)克服了傳統(tǒng)大容量接觸器運(yùn)行中存在的諸多缺陷，提升了產(chǎn)品的整體性能，但仍存在許多棘手的問(wèn)題亟待解決，如:目前，大容量接觸器的電壽命往往只有幾萬(wàn)次，相較于小容量接觸器百萬(wàn)次的電壽命，仍存在較大的提升空間；目前的電流閉環(huán)控制技術(shù)，當(dāng)接觸器的運(yùn)行環(huán)境存在振動(dòng)、沖擊等惡劣情況時(shí)將會(huì)發(fā)生失控現(xiàn)象:因?yàn)槭艿酵饨鐩_擊力作用時(shí)，動(dòng)靜鐵心間氣隙增大，線(xiàn)圈電流會(huì)被迫上升，大于保持參考電流，此時(shí)電流閉環(huán)陷入“惡性循環(huán)”，加劇分?jǐn)噙^(guò)程，限制了其在機(jī)車(chē)、船舶、行車(chē)等振動(dòng)劇烈場(chǎng)合中的應(yīng)用;大容量接觸器在分?jǐn)鄷r(shí)，較大的彈簧反作用力會(huì)造成動(dòng)鐵心對(duì)框架的嚴(yán)重沖擊，降低接觸器的機(jī)械壽命。
[0004]因此，想要進(jìn)一步提高大容量接觸器的性能及可靠性，在電流閉環(huán)的基礎(chǔ)上仍存在一系列問(wèn)題需要解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種大容量接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略，減少起動(dòng)過(guò)程中的觸頭彈跳，預(yù)測(cè)保持過(guò)程中接觸器的誤分?jǐn)喙收希瑴p少分?jǐn)噙^(guò)程中對(duì)接觸器框架的沖擊。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種大容量接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略，其特征在于:交直流輸入經(jīng)全橋整流模塊、電容濾波模塊后變成直流電壓，直流電壓經(jīng)線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的斬波控制后施加在接觸器線(xiàn)圈的兩端;所述線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路包括電力電子開(kāi)關(guān)S1、電力電子開(kāi)關(guān)S4、快速恢復(fù)二極管D2及快速恢復(fù)二極管D3;根據(jù)加在接觸器線(xiàn)圈兩端的電壓極性定義三種電路狀態(tài):
1)+1態(tài):電力電子開(kāi)關(guān)Si與電力電子開(kāi)關(guān)S4同時(shí)導(dǎo)通，正向電壓施加在線(xiàn)圈兩端，使接觸器線(xiàn)圈的電流快速上升，電流流通路徑為電力電子開(kāi)關(guān)S1、線(xiàn)圈、電力電子開(kāi)關(guān)S4;
2)-1態(tài):當(dāng)電力電子開(kāi)關(guān)5:與電力電子開(kāi)關(guān)S4同時(shí)關(guān)斷且接觸器線(xiàn)圈的電流不為零，接觸器線(xiàn)圈的電流通過(guò)快速恢復(fù)二極管D2及快速恢復(fù)二極管D3向電容濾波模塊回饋能量，負(fù)的電容電壓施加在接觸器線(xiàn)圈的兩端，迫使接觸器線(xiàn)圈的電流快速下降，電流流通路徑為快速恢復(fù)二極管D3、線(xiàn)圈、快速恢復(fù)二極管D2;
3)0態(tài):僅有電力電子開(kāi)關(guān)S4導(dǎo)通，接觸器線(xiàn)圈的電流通過(guò)快速恢復(fù)二極管D3、電力電子開(kāi)關(guān)S4續(xù)流，接觸器線(xiàn)圈的電流兩端承受負(fù)的快速恢復(fù)二極管D3及電力電子開(kāi)關(guān)S4的壓降，接近0V，接觸器線(xiàn)圈電流緩慢下降，電流流通路徑為快速恢復(fù)二極管D3、線(xiàn)圈、電力電子開(kāi)關(guān)S4;
接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略在時(shí)序上可以分為起動(dòng)過(guò)程、保持過(guò)程及分?jǐn)噙^(guò)程;在啟動(dòng)過(guò)程中，使電力電子開(kāi)關(guān)Si與電力電子開(kāi)關(guān)S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，接觸器快速建立起動(dòng)電流，之后控制電路狀態(tài)在+1態(tài)及-1態(tài)間快速切換，維持起動(dòng)電流動(dòng)態(tài)恒定;在保持過(guò)程中，當(dāng)-1態(tài)施加在接觸器線(xiàn)圈兩端，線(xiàn)圈電流快速下降至接觸器可靠保持的線(xiàn)圈電流值時(shí)，使電力電子開(kāi)關(guān)S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平，電路狀態(tài)在+1態(tài)及O態(tài)間快速切換;在分?jǐn)噙^(guò)程中，使電力電子開(kāi)關(guān)Si與電力電子開(kāi)關(guān)S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，-1態(tài)施加在接觸器線(xiàn)圈的兩端，接觸器線(xiàn)圈向電容濾波模塊回饋能量，接觸器退磁，觸頭分?jǐn)唷?br>[0007]進(jìn)一步的，所述線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路中，電力電子開(kāi)關(guān)3工的漏極與快速恢復(fù)二極管D2的負(fù)極連接作為線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的正輸入端，所述快速恢復(fù)二極管出的正極與電力電子開(kāi)關(guān)S4的漏極連接作為線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)輸出端，所述電力電子開(kāi)關(guān)S4的源極與快速恢復(fù)二極管D3的正極連接作為線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)輸入端，所述快速恢復(fù)二極管D3的負(fù)極與電力電子開(kāi)關(guān)S1的源極作為線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的正輸出端;所述電力電子開(kāi)關(guān)S1的柵極作為線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的第一控制端，所述電力電子開(kāi)關(guān)S4的柵極作為線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的第二控制端。
[0008]進(jìn)一步的，所述起動(dòng)過(guò)程、保持過(guò)程及分?jǐn)噙^(guò)程中，電力電子開(kāi)與電力電子開(kāi)關(guān)S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制由電流內(nèi)環(huán)完成，所述電流內(nèi)環(huán)采用電流傳感器對(duì)傳感器線(xiàn)圈的電流進(jìn)行隔離檢測(cè)，之后進(jìn)行周期性采樣，得到采樣線(xiàn)圈電流i?u，再通過(guò)電流內(nèi)環(huán)參考電流為iref與滯環(huán)寬度為iZ生成滯環(huán)電流上限Λ與滯環(huán)電流下限iL:1H=iref+iz/2 iL=iref-1z/2
滯環(huán)比較模塊的輸出端與線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的第一控制端及開(kāi)關(guān)控制I的第一動(dòng)端連接，所述開(kāi)關(guān)控制I的第二動(dòng)端與高電平連接，所述開(kāi)關(guān)控制I的不動(dòng)端與線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的第二控制端連接，所述控制開(kāi)關(guān)I的控制端與過(guò)程控制信號(hào)連接;所述采樣線(xiàn)圈電流上升到滯環(huán)電流上限Λ時(shí)，滯環(huán)比較模塊輸出低電平，根據(jù)過(guò)程控制信號(hào)，來(lái)關(guān)閉相應(yīng)的電子開(kāi)關(guān)，Ac11I下降；當(dāng)Lc1U下降到iL時(shí)，滯環(huán)比較模塊輸出高電平，電子開(kāi)關(guān)打開(kāi)，Ac11I上升;之后重復(fù)上一個(gè)周期的動(dòng)作，控制的平均值為irrf，這樣就完成了對(duì)的滯環(huán)控制;所述過(guò)程控制信號(hào)用于控制開(kāi)關(guān)控制I連接至第二不動(dòng)端，使線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)入O態(tài)。
[0009]進(jìn)一步的，所述起動(dòng)過(guò)程中，設(shè)置irefSis，其中is為足夠接觸器可靠啟動(dòng)的線(xiàn)圈電流值;所述保持過(guò)程中，設(shè)置iref為im，其中4為足夠接觸器可靠保持的線(xiàn)圈電流值;所述分段過(guò)程中，電力電子開(kāi)關(guān)Si與電力電子開(kāi)關(guān)S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是相同的，同時(shí)使irrf為O。
[0010]進(jìn)一步的，所述啟動(dòng)過(guò)程中，在電流內(nèi)環(huán)的基礎(chǔ)上構(gòu)建斜率外環(huán);通過(guò)對(duì)線(xiàn)圈電流Lu的比例、微分計(jì)算后，取反，得到線(xiàn)圈電流Lu的下降沿斜率ids，設(shè)置參考斜率為idsrrf，idsref與ids比較，當(dāng)idsref >=ids時(shí)，設(shè)置內(nèi)環(huán)參考電流iref為is ；當(dāng)idsref〈ids時(shí)，設(shè)置iref為O。
[0011]進(jìn)一步的，所述保持過(guò)程中，在電流內(nèi)環(huán)的基礎(chǔ)上構(gòu)建誤分?jǐn)啾O(jiān)測(cè)外環(huán)，使電力電子開(kāi)關(guān)S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)即線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的第二控制端的輸入信號(hào)始終為高電平。
[0012]進(jìn)一步的，所述分?jǐn)噙^(guò)程中，快速控制開(kāi)關(guān)控制I，插入O態(tài)，調(diào)節(jié)接觸器鐵心的分?jǐn)嗨俣取?br>[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:本發(fā)明在起動(dòng)過(guò)程中采用斜率外環(huán)控制電流內(nèi)環(huán)，降低動(dòng)鐵心的撞擊速度，減少起動(dòng)過(guò)程中的觸頭彈跳;在保持過(guò)程中，采用誤分?jǐn)啾O(jiān)測(cè)外環(huán)，預(yù)測(cè)接觸器的誤分?jǐn)喙收?，及時(shí)采取措施，防止誤分?jǐn)?在分?jǐn)噙^(guò)程中，控制動(dòng)鐵心的分?jǐn)嗨俣?，既保證接觸器的快速分?jǐn)?，降低分?jǐn)嚯娀?duì)觸頭的燒蝕，同時(shí)減少分?jǐn)噙^(guò)程對(duì)接觸器框架造成的沖擊。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明的控制策略原理圖。
[0015]圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的電流內(nèi)環(huán)控制原理圖。
[0016]圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的電流內(nèi)環(huán)仿真波形圖。
[0017]圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的起動(dòng)過(guò)程控制原理圖。
[0018]圖5是本發(fā)明一實(shí)施例的保持過(guò)程控制原理圖。
[0019]圖6是本發(fā)明一實(shí)施例的分?jǐn)噙^(guò)程控制原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]請(qǐng)參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供的大容量接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略的原理如圖1所示，其依托的硬件電路原理為:交直流輸入電源經(jīng)全橋整流、濾波后變?yōu)槊}動(dòng)較小的直流電壓，之后經(jīng)線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的斬波控制，施加在接觸器的線(xiàn)圈兩端;斬波控制電路由電力電子開(kāi)關(guān)S1J4及快恢復(fù)二極管D2、D3構(gòu)成，根據(jù)加在線(xiàn)圈兩端的電壓極性定義三種電路狀態(tài):當(dāng)S1、S4同時(shí)導(dǎo)通，正向電壓施加在線(xiàn)圈兩端，可使線(xiàn)圈電流快速上升，定義此時(shí)電路狀態(tài)為+1態(tài)，電流流通路徑為S1、線(xiàn)圈、S4;當(dāng)S1、S4同時(shí)關(guān)斷且線(xiàn)圈電流不為零時(shí)，線(xiàn)圈電流通過(guò)D2、D3向?yàn)V波電容回饋能量，負(fù)的電容電壓施加在線(xiàn)圈兩端，迫使線(xiàn)圈電流快速下降，定義此時(shí)電路狀態(tài)為-1態(tài)，電流流通路徑為D3、線(xiàn)圈、D2;當(dāng)僅有S4導(dǎo)通，線(xiàn)圈電流通過(guò)D3、S4續(xù)流時(shí)，線(xiàn)圈兩端承受負(fù)的D3及S4管壓降，接近0V，線(xiàn)圈電流緩慢下降，定義此時(shí)電路狀態(tài)為O態(tài)，電流流通路徑為D3、線(xiàn)圈、S4。
[0022]接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略在時(shí)序上可以分為起動(dòng)、保持及分?jǐn)噙^(guò)程，由過(guò)程控制信號(hào)進(jìn)行切換，電流閉環(huán)貫穿于接觸器的整個(gè)起動(dòng)、保持及分?jǐn)噙^(guò)程中，作為基本內(nèi)環(huán)，因此，圖1的控制原理在結(jié)構(gòu)上可以拆分為電流內(nèi)環(huán)+起動(dòng)外環(huán)/保持外環(huán)，軟件控制原理配合硬件控制電路實(shí)現(xiàn)接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制。
電流內(nèi)環(huán)的控制原理如圖2所示:采用電流傳感器對(duì)線(xiàn)圈電流進(jìn)行隔離檢測(cè)，之后進(jìn)行周期性采樣，得到采樣線(xiàn)圈電流i?u，電流內(nèi)環(huán)參考電流為iW，滯環(huán)寬度為iz，生成滯環(huán)電流上限iH=iref+iz/2和下限iL=iref-1z/2，當(dāng)線(xiàn)圈電流icoil上升到Λ時(shí)，滯環(huán)比較模塊輸出低電平，關(guān)閉電子開(kāi)關(guān)，Lc1U下降；當(dāng)Lc1U下降到Λ時(shí)，滯環(huán)比較模塊輸出高電平，電子開(kāi)關(guān)打開(kāi)，Lu上升;之后重復(fù)上一個(gè)周期的動(dòng)作，控制Lclll的平均值為iref，這樣就完成了對(duì)icon的滯環(huán)控制;通過(guò)控制周期性采樣的時(shí)間間隔可以控制滯環(huán)的最高頻率;開(kāi)關(guān)控制I模塊可以根據(jù)過(guò)程控制信號(hào)，迫使線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)入O態(tài)。
[0023]電流閉環(huán)控制過(guò)程如圖3所示:在起動(dòng)過(guò)程中，設(shè)置iref為is(足夠接觸器可靠起動(dòng)的線(xiàn)圈電流值)，同時(shí)設(shè)置開(kāi)關(guān)控制I模塊使S1、S4驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，在滯環(huán)電流控制下，接觸器快速建立起動(dòng)電流，之后電路結(jié)構(gòu)在+1態(tài)及-1態(tài)間快速切換，維持起動(dòng)電流動(dòng)態(tài)恒定，完成接觸器的起動(dòng)過(guò)程時(shí)段)；在保持過(guò)程中U3時(shí)刻起)，設(shè)置(足夠接觸器可靠保持的線(xiàn)圈電流值)，在滯環(huán)控制下，-1態(tài)施加在線(xiàn)圈兩端，快速下降，至?xí)r刻下降到im，此時(shí)開(kāi)關(guān)控制I模塊設(shè)置S4驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平，使電路結(jié)構(gòu)在+1態(tài)及O態(tài)間快速切換，維持保持電流的動(dòng)態(tài)恒定;在穩(wěn)定保持過(guò)程中，使驅(qū)動(dòng)電路在+1態(tài)及O態(tài)間快速切換，而不是在+1態(tài)及-1態(tài)間快速切換，可以顯著降低保持過(guò)程中的開(kāi)關(guān)頻率，降低開(kāi)關(guān)損耗，具有更好的節(jié)能效果，另外一個(gè)更重要的原因是便于可靠保持的過(guò)程控制；在分?jǐn)噙^(guò)程中時(shí)刻起)，設(shè)置開(kāi)關(guān)控制I模塊使S1、S4驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，iW為0，使-1態(tài)施加在線(xiàn)圈兩端，線(xiàn)圈向?yàn)V波電容回饋能量，接觸器快速退磁，觸頭快速分?jǐn)啵?1態(tài)饋能結(jié)束后，續(xù)流二極管自動(dòng)截止，既保證電磁系統(tǒng)快速退磁，又不會(huì)出現(xiàn)反向線(xiàn)圈電流，避免負(fù)壓過(guò)度作用，造成重吸合。靈活的電流閉環(huán)控制，為接觸器的起動(dòng)、保持及分?jǐn)嗟膭?dòng)態(tài)可靠控制打下基礎(chǔ)。
[0024]圖3的仿真波形中時(shí)段，存在運(yùn)動(dòng)反電勢(shì)引起的線(xiàn)圈電流被迫下跌，且動(dòng)鐵心閉合的越快，線(xiàn)圈電流下跌的也越快，因此可以檢測(cè)起動(dòng)過(guò)程中的線(xiàn)圈電流下降斜率，來(lái)間接反映動(dòng)鐵心的運(yùn)動(dòng)速度，因此，起動(dòng)過(guò)程控制原理如圖4所示。
[0025]在電流內(nèi)環(huán)的基礎(chǔ)上構(gòu)建斜率外環(huán)，設(shè)置開(kāi)關(guān)控制3及開(kāi)關(guān)控制2模塊用斜率外環(huán)控制內(nèi)環(huán)電流參考，設(shè)置開(kāi)關(guān)控制I模塊，使&、S4驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同；通過(guò)對(duì)線(xiàn)圈電流的比例、微分(PD)計(jì)算后，取反，得到線(xiàn)圈電流的下降沿斜率ids，設(shè)置參考斜率為idsre3f，idsrrf與ids比較，當(dāng)idsrrf>=ids時(shí)，設(shè)置內(nèi)環(huán)參考電流為is，繼續(xù)向接觸器電磁系統(tǒng)提供磁能，使動(dòng)鐵心加速閉合；當(dāng)idsrrf〈ids時(shí)，設(shè)置irrf為O，電流內(nèi)環(huán)使負(fù)壓施加在線(xiàn)圈兩端，電磁系統(tǒng)快速退磁，降低動(dòng)鐵心的運(yùn)動(dòng)速度，減少起動(dòng)過(guò)程中的觸頭彈跳。
[0026]在電流閉環(huán)控制下，線(xiàn)圈穩(wěn)態(tài)保持電流與接觸器的磁路電感關(guān)系不大，更多的是靠閉環(huán)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，但線(xiàn)圈電流的暫態(tài)變化卻與磁路電感關(guān)系密切。當(dāng)受到外力沖擊導(dǎo)致動(dòng)靜鐵心間氣隙增大時(shí)，磁路電感迅速減小，為了維持磁路電壓平衡，線(xiàn)圈電流會(huì)被迫上升，導(dǎo)致實(shí)際線(xiàn)圈電流大于參考電流，而此時(shí)，在電流內(nèi)環(huán)控制下，線(xiàn)圈電壓被置為0，以便將線(xiàn)圈電流快速調(diào)節(jié)到設(shè)定值，該過(guò)程進(jìn)一步加劇了動(dòng)鐵心的回彈，造成“惡性循環(huán)”，直至接觸器完全分?jǐn)?，是電流閉環(huán)保持的一大缺陷，在振動(dòng)較大的環(huán)境中會(huì)造成接觸器的誤分?jǐn)唷?br>[0027]因此，本發(fā)明提出了防止接觸器誤分?jǐn)嗟目煽勘３挚刂品桨?在穩(wěn)定保持過(guò)程中檢測(cè)線(xiàn)圈電流，當(dāng)檢測(cè)到電流被迫上升到一定值時(shí)，迅速將線(xiàn)圈電流參考值設(shè)為起動(dòng)電流值，向電磁系統(tǒng)補(bǔ)充能量，在動(dòng)靜觸頭分離前及時(shí)將動(dòng)鐵心壓下，防止接觸器誤分?jǐn)?，之后再將線(xiàn)圈電流重新設(shè)為保持電流值，具體控制原理如圖5所示。
[0028]接觸器受到較大擾動(dòng)力被迫分?jǐn)鄷r(shí)，會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)圈電流躍升，使Acill偏離iref，構(gòu)建保持過(guò)程誤分?jǐn)啾O(jiān)測(cè)閉環(huán)，設(shè)置開(kāi)關(guān)控制3、開(kāi)關(guān)控制2模塊，用誤分?jǐn)啾O(jiān)測(cè)閉環(huán)控制電流內(nèi)環(huán)，設(shè)置開(kāi)關(guān)控制I模塊，使S4驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終為高電平，電路結(jié)構(gòu)只在+1態(tài)及O態(tài)間變化，不僅僅是為了節(jié)能，同時(shí)還可以防止電流躍升信號(hào)被電路-1態(tài)抑制，而難以檢測(cè)；線(xiàn)圈電流icoU與參考電流iref比較得到誤差電流iem當(dāng)ierr大于設(shè)置的躍升閾值iys時(shí)，認(rèn)為接觸器即將誤分?jǐn)?，此時(shí)開(kāi)關(guān)控制5模塊將電流參考值irrf設(shè)置為is，持續(xù)一較短時(shí)間后(幾十毫秒)，再將電流參考值設(shè)回A，接觸器恢復(fù)正常保持過(guò)程，同時(shí)繼續(xù)監(jiān)測(cè)誤分?jǐn)唷?br>[0029]接觸器的分?jǐn)噙^(guò)程控制原理如圖6所示:設(shè)置開(kāi)關(guān)控制2模塊將電流參考值設(shè)為0，在電流滯環(huán)的控制下，電路-1態(tài)使接觸器電磁系統(tǒng)快速退磁，觸頭快速分?jǐn)?但觸頭分?jǐn)嗨俣冗^(guò)快，可能導(dǎo)致觸頭產(chǎn)生嚴(yán)重的過(guò)電壓，另外還可能對(duì)接觸器的框架造成較大的沖擊力，影響機(jī)械壽命;因此，在分?jǐn)噙^(guò)程中，可以快速控制開(kāi)關(guān)控制I模塊，插入電路O態(tài)，降低動(dòng)鐵心的分?jǐn)嗨俣龋乐惯^(guò)大的分?jǐn)噙^(guò)電壓，同時(shí)降低動(dòng)鐵心對(duì)接觸器框架的沖擊。
[0030]至此，完成了接觸器的起動(dòng)、保持及分?jǐn)嗟膭?dòng)態(tài)可靠控制。
[0031]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大容量接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略，其特征在于:交直流輸入經(jīng)全橋整流模塊、電容濾波模塊后變成直流電壓，直流電壓經(jīng)線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的斬波控制后施加在接觸器線(xiàn)圈的兩端;所述線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路包括電力電子開(kāi)、電力電子開(kāi)關(guān)S4、快速恢復(fù)二極管出及快速恢復(fù)二極管D3;根據(jù)加在接觸器線(xiàn)圈兩端的電壓極性定義三種電路狀態(tài): + 1態(tài):電力電子開(kāi)關(guān)Si與電力電子開(kāi)關(guān)S4同時(shí)導(dǎo)通，正向電壓施加在線(xiàn)圈兩端，使接觸器線(xiàn)圈的電流快速上升，電流流通路徑為電力電子開(kāi)關(guān)S1、線(xiàn)圈、電力電子開(kāi)關(guān)S4; -1態(tài):當(dāng)電力電子開(kāi)關(guān)3:與電力電子開(kāi)關(guān)S4同時(shí)關(guān)斷且接觸器線(xiàn)圈的電流不為零，接觸器線(xiàn)圈的電流通過(guò)快速恢復(fù)二極管D2及快速恢復(fù)二極管D3向電容濾波模塊回饋能量，負(fù)的電容電壓施加在接觸器線(xiàn)圈的兩端，迫使接觸器線(xiàn)圈的電流快速下降，電流流通路徑為快速恢復(fù)二極管D3、線(xiàn)圈、快速恢復(fù)二極管D2; O態(tài):僅有電力電子開(kāi)關(guān)S4導(dǎo)通，接觸器線(xiàn)圈的電流通過(guò)快速恢復(fù)二極管D3、電力電子開(kāi)關(guān)S4續(xù)流，接觸器線(xiàn)圈的電流兩端承受負(fù)的快速恢復(fù)二極管D3及電力電子開(kāi)關(guān)S4的壓降，接近0V，接觸器線(xiàn)圈電流緩慢下降，電流流通路徑為快速恢復(fù)二極管D3、線(xiàn)圈、電力電子開(kāi)關(guān)S4; 接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略在時(shí)序上可以分為起動(dòng)過(guò)程、保持過(guò)程及分?jǐn)噙^(guò)程;在啟動(dòng)過(guò)程中，使電力電子開(kāi)關(guān)Si與電力電子開(kāi)關(guān)S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，接觸器快速建立起動(dòng)電流，之后控制電路狀態(tài)在+1態(tài)及-1態(tài)間快速切換，維持起動(dòng)電流動(dòng)態(tài)恒定;在保持過(guò)程中，當(dāng)-1態(tài)施加在接觸器線(xiàn)圈兩端，線(xiàn)圈電流快速下降至接觸器可靠保持的線(xiàn)圈電流值時(shí)，使電力電子開(kāi)關(guān)S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平，電路狀態(tài)在+1態(tài)及O態(tài)間快速切換;在分?jǐn)噙^(guò)程中，使電力電子開(kāi)關(guān)Si與電力電子開(kāi)關(guān)S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，-1態(tài)施加在接觸器線(xiàn)圈的兩端，接觸器線(xiàn)圈向電容濾波模塊回饋能量，接觸器退磁，觸頭分?jǐn)唷?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略，其特征在于:所述線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路中，電力電子開(kāi)關(guān)Si的漏極與快速恢復(fù)二極管D2的負(fù)極連接作為線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的正輸入端，所述快速恢復(fù)二極管02的正極與電力電子開(kāi)關(guān)S4的漏極連接作為線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)輸出端，所述電力電子開(kāi)關(guān)S4的源極與快速恢復(fù)二極管D3的正極連接作為線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)輸入端，所述快速恢復(fù)二極管D3的負(fù)極與電力電子開(kāi)的源極作為線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的正輸出端;所述電力電子開(kāi)關(guān)Si的柵極作為線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的第一控制端，所述電力電子開(kāi)關(guān)S4的柵極作為線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的第二控制端。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大容量接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略，其特征在于:所述起動(dòng)過(guò)程、保持過(guò)程及分?jǐn)噙^(guò)程中，電力電子開(kāi)關(guān)&與電力電子開(kāi)關(guān)S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制由電流內(nèi)環(huán)完成，所述電流內(nèi)環(huán)采用電流傳感器對(duì)傳感器線(xiàn)圈的電流進(jìn)行隔離檢測(cè)，之后進(jìn)行周期性采樣，得到采樣線(xiàn)圈電流i?u，再通過(guò)電流內(nèi)環(huán)參考電流為irrf與滯環(huán)寬度為iz生成滯環(huán)電流上限Λ與滯環(huán)電流下限iL:1H=iref+iz/2iL=iref-1z/2 滯環(huán)比較模塊的輸出端與線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的第一控制端及開(kāi)關(guān)控制I的第一動(dòng)端連接，所述開(kāi)關(guān)控制I的第二動(dòng)端與高電平連接，所述開(kāi)關(guān)控制I的不動(dòng)端與線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的第二控制端連接，所述控制開(kāi)關(guān)I的控制端與過(guò)程控制信號(hào)連接;所述采樣線(xiàn)圈電流上升到滯環(huán)電流上限Λ時(shí)，滯環(huán)比較模塊輸出低電平，根據(jù)過(guò)程控制信號(hào)，來(lái)關(guān)閉相應(yīng)的電子開(kāi)關(guān)，ic^l下降；當(dāng)Lc1U下降到iL時(shí)，滯環(huán)比較模塊輸出高電平，電子開(kāi)關(guān)打開(kāi)，ic^l上升;之后重復(fù)上一個(gè)周期的動(dòng)作，控制的平均值為irrf，這樣就完成了對(duì)的滯環(huán)控制;所述過(guò)程控制信號(hào)用于控制開(kāi)關(guān)控制I連接至第二不動(dòng)端，使線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)入O態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大容量接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略，其特征在于:所述起動(dòng)過(guò)程中，設(shè)置irrf為is，其中is為足夠接觸器可靠啟動(dòng)的線(xiàn)圈電流值;所述保持過(guò)程中，設(shè)置iref為&，其中im為足夠接觸器可靠保持的線(xiàn)圈電流值;所述分段過(guò)程中，電力電子開(kāi)與電力電子開(kāi)關(guān)S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是相同的，同時(shí)使irrf為O。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大容量接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略，其特征在于:所述啟動(dòng)過(guò)程中，在電流內(nèi)環(huán)的基礎(chǔ)上構(gòu)建斜率外環(huán);通過(guò)對(duì)線(xiàn)圈電流ic^i的比例、微分計(jì)算后，取反，得到線(xiàn)圈電流Lil的下降沿斜率ids，設(shè)置參考斜率為idsrrf，idsrrf與ids比較，當(dāng)idsrrf> = ids時(shí)，設(shè)置內(nèi)環(huán)參考電流iVrf為is ；當(dāng)ids:ref〈ids時(shí)，設(shè)置irrf為O。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大容量接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略，其特征在于:所述保持過(guò)程中，在電流內(nèi)環(huán)的基礎(chǔ)上構(gòu)建誤分?jǐn)啾O(jiān)測(cè)外環(huán)，使電力電子開(kāi)關(guān)S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)即線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的第二控制端的輸入信號(hào)始終為高電平。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大容量接觸器的動(dòng)態(tài)可靠控制策略，其特征在于:所述分?jǐn)噙^(guò)程中，快速控制開(kāi)關(guān)控制I，插入O態(tài)，調(diào)節(jié)接觸器鐵心的分?jǐn)嗨俣取?br>【文檔編號(hào)】H01H47/22GK105914100SQ201610544197
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】許志紅, 湯龍飛
【申請(qǐng)人】福州大學(xué)