基于运动过程随动控制的异步组合式智能接触器及其控制方法研究

接触器触头分、合过程中产生的电弧是影响其使用寿命的主要原因，若能实现其无电弧分断和无弹跳闭合，可显著提高接触器的使用寿命、降低对灭弧装置的要求、提高接触器的实际通断能力。本项目针对闭环控制的异步组合式智能接触器结构及控制方法进行深入研究，旨在探索接触器无弧分断和无弹跳闭合的新途径。异步组合是指N极接触器由N个独立闭环控制的触头系统组合而成，采用闭环控制可以消除操动机构分散性等诸多不定因素对电流过零开断准确性的影响，使分、合过程的触头运动跟随事先规划好的运动特性，可以准确控制每相触头的分断时刻、闭合时刻和触头弹跳，大大提高接触器在AC3和AC4使用类别下的使用寿命。接触器的异步组合结构和运动过程闭环控制是一种新的设计理念，其设计方法、时变系统的快速控制策略及触头开闭过程的运动特性规划等方面有很多问题需要深入研究，这对于完善接触器的结构和设计理论具有重要意义，对断路器同步控制具有重要参考价值。

交流接触器分合闸过程中产生的电弧是影响其电寿命的主要因素，减小或消除接触器分合闸过程中产生的电弧可以提高交流接触器的使用寿命。交流接触器无弧分断一直是低压电器领域的研究热点问题之一。相关的研究主要有混合式接触器和同步接触器，前者是有触点与无触点电器的结合，通过控制电子器件和接触器触点的导通顺序实现无电弧开断，这种方法成本较高，且不能实现真正意义上的“断开”；后者是通过预估接触器的运动时间，结合电流检测，实现电流过零与触头开断同步（电流过零开断），接触器参数的分散性以及外界因素影响使预估难以准确。本项研究通过对接触器运动过程闭环控制，研究接触器无弹跳闭合和无电弧开断的可行性和控制方法。. 项目的主要研究内容：. 1. 研究适于实现快速运动过程闭环控制的异步组合式接触器结构及设计方法。 . 2. 建立异步组合式接触器运动过程控制系统的数学模型，研究适合快速、时变接触器运动控制系统的控制策略与控制算法，研究控制器的控制性能及异步组合式接触器操作机构的运动特性。 . 3. 研究异步组合式接触器触头运动特性对分断时触头间电弧的影响，研究触头运动特性对闭合时触头弹跳的影响。研究实现触头无电弧或微电弧分断、无弹跳或微弹跳闭合控制时，触头所需的运动特性。. 项目的主要研究结果：. 1. 提出了两种实现运动过程闭环控制的异步组合式接触器结构与设计方法。. 2. 建立了异步组合式接触器运动过程控制系统的数学模型，研究了适合接触器运动过程闭环控制系统的控制策略与控制算法，研究了控制器的控制性能及异步组合式接触器的运动特性。. 3. 研究了触头运动特性对闭合时触头弹跳的影响。研究实现触头无电弧或微电弧分断、无弹跳或微弹跳闭合控制时，触头所需的运动特性。. 项目研究的科学意义：. 在构建考虑铁心磁压降的接触器运动过程动态数学模型中，研究了一种求解磁路逆问题的有效方法。这种方法对电磁类电气设备动态模型建立与仿真研究具有一定的参考价值。. 以触头无弹跳闭合、无电弧分断为目标的接触器闭环控制，改变了接触器常规控制方式，为高寿命接触器的研究提供了一个新途径。. 提出了实现接触器无弹跳闭合、无电弧分断的运动特性，对接触器设计有参考价值。