晃電故障下交流接觸器的工作特性分析

1、第31卷 第24期 2011年8月25日 中 國(guó) 電 機(jī) 工 程 學(xué) 報(bào)Proceedings of the CSEE Vol.31 No.24 Aug. 25, 2011(2011) 24-0131-07 中圖分類號(hào)：TM 57 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 學(xué)科分類號(hào)：47040 文章編號(hào)：0258-8013晃電故障下交流接觸器的工作特性分析林抒毅，許志紅(福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福建省 福州市 350108)Performance Characteristics of AC Contactor During Voltage SagLIN Shuyi, XU Zhihong(School of E

2、lectrical Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350108, Fujian Province, China)ABSTRACT: Electromagnetic contactor is a kind of widelyused electric product. When the voltage drops suddenly, the contactor will be open or closed frequently, and the circuit will be influenced seriously. Based on the r

3、esearch of CJ20-63A contactor dynamic equations were established during closing, closed and opening processes; the movement process of the moving contact and the bounce of the contacts were considered at the meantime. The experimental data shows the model is correct. Simulations were carried out wit

4、h respect to different working states and various closing phase angles. Influences of the range, duration and occurrence time of voltage drop, and the variation of voltage phases on performance characteristics of contactors were analyzed; the result indicates that the influences of voltage sag on th

5、e contactor are related to the closing time directly in the closing process; and a critical time value should be considered after the contactor is closed. This research provides the basic for the further study on the intelligent AC contactor with anti-voltage sag.KEY WORDS: voltage sag; AC contactor

6、; performance characteristic; bounce of the contacts摘要：電磁式交流接觸器是一種應(yīng)用廣泛的低壓電器產(chǎn)品，當(dāng)晃電故障發(fā)生時(shí)，交流接觸器可能因?yàn)椴环€(wěn)定電壓而頻繁接通或分?jǐn)?，?duì)系統(tǒng)造成很大的影響。論文以CJ20-63A交流接觸器為研究對(duì)象，建立考慮觸頭運(yùn)動(dòng)情況的電磁機(jī)構(gòu)吸合過程、吸持階段以及釋放過程的磁路動(dòng)態(tài)計(jì)算方程，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的正確性。針對(duì)不同的合閘相角和工作狀態(tài)進(jìn)行仿真，分析了發(fā)生晃電故障時(shí)電壓下降幅度、晃電故障持續(xù)時(shí)間、晃電故障發(fā)生時(shí)刻及電壓相角變化對(duì)接觸器工作特性的影響。結(jié)果表明，吸合階段的晃電影響與吸合時(shí)間有直接關(guān)系，吸合以后的

7、晃電故障影響存在臨界時(shí)間的問題，為進(jìn)一步研制抗晃電智能交流接觸器奠定了相關(guān)基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：晃電；交流接觸器；工作特性；觸頭彈跳基金項(xiàng)目：福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2011J01295)。 Fujian National Science Foundation Project (2011J01295).0 引言隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，新技術(shù)產(chǎn)業(yè)不斷出現(xiàn)，電力用戶比以往任何時(shí)候都更加關(guān)注電能質(zhì)量的問題。對(duì)于大型鋼鐵、石化及化工企業(yè)等，由于電網(wǎng)質(zhì)量問題引起電機(jī)故障所造成的經(jīng)濟(jì)損失影響巨大1-2。電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)會(huì)遇到多種故障，由于雷擊、短路故障重合閘、企業(yè)外部或內(nèi)部電網(wǎng)故障、大型設(shè)備起動(dòng)等原因，造成電

8、壓瞬間較大幅度地波動(dòng)或者短時(shí)斷電又恢復(fù)，這種現(xiàn)象稱為晃電故障3。電磁式交流接觸器是一種應(yīng)用廣泛的電器產(chǎn)品，用來接通或斷開帶負(fù)載的交流主電路或大容量控制電路。當(dāng)電路發(fā)生晃電故障時(shí)，交流接觸器可能會(huì)因?yàn)椴环€(wěn)定電壓而頻繁接通或分?jǐn)?，將?duì)電路造成很大的影響。目前抗晃電的方法主要有以下4種：1）應(yīng)用斷電延時(shí)繼電器、電機(jī)再起動(dòng)器等。該種保護(hù)下，接觸器線圈電壓受到晃電故障的影響，工作特性將改變，觸頭斷開。該方法控制回路原理復(fù)雜，且電機(jī)再起動(dòng)器的成本很高。2）采用儲(chǔ)能延時(shí)元件，為接觸器線圈在晃電故障期間繼續(xù)提供能量，保證主觸頭的吸合，接觸器的工作狀態(tài)不發(fā)生改變。此種抗晃電方式選型不靈活、選擇范圍小，并將增加控

9、制線路的復(fù)雜程度。3）應(yīng)用延時(shí)鎖扣頭裝置，在接觸器吸合后線圈轉(zhuǎn)入省電模式，靠鎖扣頭鎖扣作用保持主觸頭的接通?；坞姽收习l(fā)生時(shí)接觸器的工作特性發(fā)生變化，由于鎖扣頭的作用，接觸器觸頭不斷開，工作狀態(tài)沒有改變。但這種鎖扣頭只能與專門設(shè)計(jì)的特殊接觸器配合使用，并且鎖定的主觸頭在斷電的情況下斷開需要獨(dú)立的電源，在大于170 A的接觸132 中 國(guó) 電 機(jī) 工 程 學(xué) 報(bào) 第31卷器時(shí)，并沒有與之配套的鎖扣裝置。4）采用雙電源供電方式?；坞姽收蠒r(shí)，接觸器線圈電壓不變，接觸器的工作特性沒有變化。這種方法成本高、線路復(fù)雜4。目前新型的智能交流接觸器，主要由接觸器本體和智能控制模塊組成，智能控制模塊實(shí)時(shí)采集電源電

10、壓，當(dāng)電源電壓達(dá)到規(guī)定最低吸合電壓時(shí)，控制接觸器吸合，當(dāng)電源電壓低于最低吸合電壓時(shí)，控制接觸器斷開。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，交流接觸器操作機(jī)構(gòu)應(yīng)在85%額定電壓下可靠吸合，一般工廠為了保證接觸器在低電壓下可靠工作，把電磁機(jī)構(gòu)的最低吸合電壓設(shè)計(jì)在70%75%額定電壓5?；坞姽收蠈?dǎo)致電源電壓下降到接觸器最低吸合電壓以下時(shí)，接觸器斷開。因此，不論是普通電磁式交流接觸器還是智能交流接觸器，產(chǎn)生晃電故障而導(dǎo)致電壓下降到最低吸合電壓時(shí)，接觸器均會(huì)斷開。由于電磁式交流接觸器多應(yīng)用于低壓系統(tǒng)，抗晃電保護(hù)措施還未得到廣泛的應(yīng)用，常用的抗晃電接觸器依靠在接觸器本體上增加儲(chǔ)能延時(shí)模塊來躲過晃電故障，并沒有針對(duì)晃電故障導(dǎo)致

11、的接觸器運(yùn)行機(jī)理發(fā)生變化進(jìn)行分析，從而沒有從根本上解決晃電故障對(duì)電磁式交流接觸器的影響。本文通過計(jì)算CJ20-63A交流接觸器的吸合過程、吸持階段以及釋放過程晃電故障的影響，在動(dòng)態(tài)計(jì)算模型中，加入了觸頭運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，仿真得到鐵心和觸頭的運(yùn)動(dòng)過程，觸頭模型同時(shí)考慮了閉合過程中的觸頭彈跳。分析了晃電故障對(duì)交流接觸器工作特性的影響。環(huán)、反力彈簧、動(dòng)靜觸頭及動(dòng)靜鐵心等幾部分組成。接觸器有3種狀態(tài)：吸合過程、吸持階段和釋放過程。以往對(duì)于接觸器電磁機(jī)構(gòu)的分析和計(jì)算過程大多局限于交流接觸器的吸合過程。文獻(xiàn)6-13通過仿真計(jì)算，分析了接觸器在吸持狀態(tài)下發(fā)生晃電故障對(duì)接觸器電磁機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的影響，但沒有將晃電

12、故障對(duì)觸頭系統(tǒng)以及主電路的影響考慮在內(nèi)。而關(guān)于起動(dòng)階段發(fā)生晃電故障對(duì)交流接觸器工作特性的分析，未見相關(guān)報(bào)道?；坞姽收蠈?duì)交流接觸器工作特性的影響體現(xiàn)在接觸器由吸持狀態(tài)轉(zhuǎn)向釋放狀態(tài)的過程之中。交流接觸器的釋放過程根據(jù)觸頭與鐵心的狀態(tài)分為2個(gè)階段：1）動(dòng)靜鐵心已經(jīng)分開，動(dòng)靜觸頭仍然閉合；2）動(dòng)靜鐵心以及動(dòng)靜觸頭均已分開。接觸器觸頭的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)決定主電路是否斷開。觸頭閉合瞬間，動(dòng)靜觸頭碰撞，發(fā)生彈跳14。彈跳結(jié)束后速度降為0，鐵心繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，使觸頭可靠吸合。假設(shè)動(dòng)觸頭的質(zhì)量為m1(忽略彈簧的質(zhì)量)，以速度v1撞向靜觸頭，忽略摩擦和介質(zhì)阻力，則動(dòng)觸頭剛與靜觸頭碰撞前所具有的動(dòng)能為m1v12/2。碰撞后，動(dòng)觸

13、 頭的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成觸頭表面材料變形的位能，當(dāng)彈性形變恢復(fù)時(shí)動(dòng)觸頭發(fā)生反彈，假設(shè)動(dòng)觸頭反彈的速度為v2，反彈的初速度為v20，由于觸頭材料不是理想彈性體，在碰撞壓縮變形時(shí)總有一部分能量消耗在材料的塑性形變上，設(shè)塑性形變消耗的能量為WA，則根據(jù)能量守恒定律，可以得到：1 交流接觸器的數(shù)學(xué)模型本文以CJ2063A交流接觸器為本體建立數(shù)學(xué)模型。CJ20系列交流接觸器是一種單U型的接觸器，其組成部分如圖1所示。接觸器由線圈、分磁112m1v12=m1v20+WA (1) 22令v1= v20，其中為觸頭材料的彈性系數(shù)。整理式(1)可以得到：11WA=(12)m1v12=Km1v12 (2)22式中K=(1

14、2)，為觸頭材料的恢復(fù)系數(shù)。以往觸頭材料一般選用AgCdO，AgCdO材料具有優(yōu)良的抗電弧侵蝕性、抗熔焊性和較低的接觸y電阻，長(zhǎng)期以來被認(rèn)為是最好的電接觸材料，但鎘(Cd)有毒性，影響人體健康，現(xiàn)已開發(fā)出AgSnO2、AgZnO、AgCuO和銀稀土氧化物等無毒的新型電接觸材料15。銀合金材料通常取K=0.81。通過 式(1)、(2)可以得到觸頭反彈時(shí)的初速度v20。動(dòng)、靜觸頭反彈后的受力情況如圖2所示。圖1 接觸器結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Structure of the AC contactor第24期 林抒毅等：晃電故障下交流接觸器的工作特性分析 133210vcX圖2 動(dòng)靜觸頭接觸時(shí)受力分析圖

15、 Fig. 2 Force analysis when contacts closed動(dòng)靜觸頭反彈后受到的力有3個(gè)部分組成：觸頭的預(yù)壓力F0；碰撞后動(dòng)觸頭反彈壓縮彈簧產(chǎn)生的力F1；碰撞后鐵心繼續(xù)運(yùn)動(dòng)壓縮彈簧產(chǎn)生的力F2；則動(dòng)觸頭的動(dòng)力學(xué)微分方程為圖3 接觸器工作狀態(tài)仿真圖Fig. 3 Simulation of contactor in working state壓；v為動(dòng)鐵心運(yùn)動(dòng)速度；vc為動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)速度；X為動(dòng)鐵心位移；Xc為動(dòng)觸頭位移。區(qū)域IIII表示接觸器吸合過程，其中，區(qū)域I表示接觸器觸動(dòng)階段，在該階段鐵心尚未開始運(yùn)動(dòng)；區(qū)域II表示接觸器吸合運(yùn)動(dòng)階段，該階段電磁吸力開始大于彈簧反力，

16、鐵心開始運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)動(dòng)觸頭向靜觸頭運(yùn)動(dòng)，動(dòng)靜觸頭還未閉合；區(qū)域III接觸器觸頭閉合，鐵心尚未閉合，為了保證接觸器可靠吸合，鐵心繼續(xù)運(yùn)動(dòng)直至走完超程。區(qū)域IV表示接觸器吸持階段，在該階段接觸器可靠吸合，機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程結(jié)束。區(qū)域d2xm12=F2+F1+F0dtF=cx(3) 00F=cx11F2=cx2式中：x為觸頭位移；c為彈簧剛度；x0為觸頭彈簧預(yù)壓常數(shù)；x1為動(dòng)觸頭反彈后壓縮彈簧的位移；x2為動(dòng)靜觸頭碰撞后動(dòng)鐵心繼續(xù)運(yùn)動(dòng)壓縮彈簧的 位移。觸頭發(fā)生彈跳時(shí)，鐵心與觸頭之間靠彈簧連接，二者之間不再是剛性連接，鐵心同時(shí)也受到觸頭反彈產(chǎn)生的力的作用，得到的動(dòng)態(tài)方程如下：VVII表示接觸器釋放過程，其中

17、區(qū)域V表示接觸器開釋階段，該階段由于電磁吸力大于彈簧反力，鐵心仍然閉合；區(qū)域VI、VII表示返回運(yùn)動(dòng)階段，區(qū)域VI中，電磁吸力開始小于彈簧反力，鐵心開始斷開，交流接觸器仍然處于閉合狀態(tài)；區(qū)域d=UiRdtdvFxFfF1(4) =tmd2dx=vdt式中：為電磁系統(tǒng)全磁鏈；t為時(shí)間；U為線圈勵(lì)磁電壓；I為線圈電流；R為線圈電阻；v為運(yùn)動(dòng)速度；m2為接觸器可動(dòng)部分的質(zhì)量；Fx為運(yùn)動(dòng)吸力；Ff為運(yùn)動(dòng)反力；F1為動(dòng)觸頭彈跳引起的對(duì)鐵心的作用力，F(xiàn)1與F1是一對(duì)作用與反作用力，二者大小相等，方向相反。當(dāng)觸頭穩(wěn)定閉合后，F(xiàn)1將消失。根據(jù)以上數(shù)學(xué)模型計(jì)算出CJ2063A交流接觸器的吸合過程、吸持階段和釋放

18、的過程工作特性，如3圖所示。圖3中，電壓為0時(shí)合閘，i為電流；u為電VII中，觸頭開始運(yùn)動(dòng)，接觸器真正斷開主電路。2 模擬仿真與驗(yàn)證為了驗(yàn)證建立模型的正確性，實(shí)驗(yàn)得到交流接觸器在吸合過程、吸持階段以及釋放過程中鐵心、觸頭、線圈電壓和線圈電流信號(hào)，與仿真得到的數(shù)據(jù)對(duì)比如圖4所示。圖4(a)為接觸器吸合過程以及吸持階段的動(dòng)態(tài)特性，圖4(b)為接觸器吸持階段以及分?jǐn)噙^程動(dòng)態(tài)特性。圖中實(shí)線為實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)，虛線為仿真得到數(shù)據(jù)。從圖4(a)、(b)可以看出仿真與實(shí)驗(yàn)得到的波形變化規(guī)律相同。將部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果列于表1。從表1可以看出，所建立的動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算模型能夠真實(shí)的反應(yīng)觸頭與電磁機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀況。13

19、4 中 國(guó) 電 機(jī) 工 程 學(xué) 報(bào) 第31卷信號(hào)/V晃電故障持續(xù)時(shí)間t、晃電故障發(fā)生時(shí)刻t(對(duì)應(yīng)電源電壓相位為)以及晃電故障導(dǎo)致電壓相位變化量這4個(gè)方面16-19。從以上幾個(gè)方面對(duì)晃電故障發(fā)生時(shí)接觸器的工作特性進(jìn)行仿真，得到接觸器在吸合過程以及在吸持階段發(fā)生晃電故障的工作特性。t/ms(a) 接觸器吸合過程與吸持階段仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比信號(hào)/Vt/ms(b) 接觸器釋放過程仿真與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比3 晃電故障對(duì)接觸器吸合過程工作特性的影響對(duì)于交流接觸器，合閘相角不同接觸器的工作特性有很大不同。不同合閘相角下發(fā)生的晃電故障對(duì)交流接觸器工作特性有很大影響。通過仿真計(jì)算能夠找到晃電故障對(duì)接觸器工作特性影響最大

20、的合閘相角。通過大量的仿真計(jì)算，得出不同合閘相角下交流接觸器的動(dòng)態(tài)吸合過程。由仿真得到：合閘相角=10°時(shí)接觸器動(dòng)作時(shí)間td=19.7 ms；=80°時(shí)，td=35.2 ms。交流接觸器的吸合過程可以分為2個(gè)階段：觸動(dòng)階段和吸合運(yùn)動(dòng)階段。觸動(dòng)階段鐵心還未開始運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)階段發(fā)生晃電故障不會(huì)導(dǎo)致接觸器出現(xiàn)合閘分閘再合閘的現(xiàn)象，晃電故障將導(dǎo)致接觸器動(dòng)作時(shí)間增加；在吸合運(yùn)動(dòng)階段，鐵心開始帶動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)，該階段發(fā)生晃電故障可能導(dǎo)致3種狀態(tài)：觸頭信號(hào)；鐵心信號(hào)；電壓信號(hào)；電流信號(hào)。圖4 接觸器動(dòng)態(tài)過程仿真與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比 Fig. 4 Data contrast of simulatio

21、n and test表1 實(shí)驗(yàn)與仿真數(shù)據(jù)對(duì)比表Tab. 1 Data comparison of test and simulation過程實(shí)驗(yàn)值/ms t觸t鐵仿真值/ms t觸t鐵相對(duì)誤差/% t觸t鐵吸合過程 15.2 16.4 14.4 16.9 5.26 3.05 分?jǐn)噙^程 14.2 10.0 15.6 10.7 9.86 7.00 注：t觸為觸頭動(dòng)作時(shí)間；t鐵為鐵心動(dòng)作時(shí)間。在接觸器吸合過程和吸持階段發(fā)生晃電故障 有可能導(dǎo)致接觸器在很短的時(shí)間內(nèi)2次合閘，將對(duì)電路造成很大的影響。以下討論不同階段發(fā)生晃電故障對(duì)接觸器工作特性的影響?；坞姽收习l(fā)生時(shí)電壓的變化情況如圖5所示。電壓/V0.0

22、21）觸頭還未閉合前就已經(jīng)彈開，晃電故障恢復(fù)后接觸器繼續(xù)吸合，整個(gè)吸合過程接通主電路一次；2）觸頭閉合后還未彈開晃電故障恢復(fù)，雖然晃電故障導(dǎo)致接觸器鐵心斷開，但接觸器觸頭未斷開，整個(gè)吸合過程接通主電路一次；3）晃電故障持續(xù)觸頭閉合后又彈開，晃電故障恢復(fù)后，時(shí)間t較長(zhǎng)，接觸器繼續(xù)吸合。在工作狀態(tài)1）、2）下，接觸器吸合過程只接通主電路一次，晃電故障影響了接，接觸器在觸器的動(dòng)作時(shí)間，而對(duì)于工作狀態(tài)3）t/s短時(shí)間內(nèi)閉合斷開閉合電路，有可能對(duì)電路造成危害。狀態(tài)2）、3）之間，存在一個(gè)臨界時(shí)間圖5 晃電故障發(fā)生時(shí)電壓波形 Fig. 5 Voltage waveform of voltage sagt臨

23、，當(dāng)晃電故障時(shí)間t<t臨時(shí)，接觸器處于第2種情況，當(dāng)t>t臨時(shí)，接觸器處于第3種情況。以下討論不同晃電故障對(duì)吸合運(yùn)動(dòng)過程中交流接觸器的影響。圖5中，合閘初相角為，晃電故障發(fā)生時(shí)刻為t1，此時(shí)電壓相角為，電壓下降幅度U*=U/Ue，其中，U為電壓下降后的有效值，Ue為正常電壓有效值，單位均為V。由于接觸器所接負(fù)載也不同，晃電故障導(dǎo)致電壓下降幅度不同，電壓相角變化量為，晃電故障持續(xù)時(shí)間為t=t2t1，在t2處晃電故障結(jié)束。不同的晃電故障主要體現(xiàn)在電壓下降幅度U*、1）晃電故障發(fā)生時(shí)刻t對(duì)接觸器工作特性的 影響。當(dāng)合閘相角=10°時(shí)，接觸器動(dòng)作時(shí)間td= 19.7 ms，觸動(dòng)時(shí)

24、間tcd=3.7 ms，因此晃電故障發(fā)生時(shí)刻t的范圍為3.719.7 ms，對(duì)應(yīng)的電壓相角的范圍第24期 林抒毅等：晃電故障下交流接觸器的工作特性分析 135表4 =10°時(shí)，臨界時(shí)間與U*和關(guān)系 Tab. 4 Relationship of critical time with U* and when =10°U*為123°364.6°。仿真時(shí)=90°270°，改變量為30°；當(dāng)合閘相角=80°時(shí)，接觸器動(dòng)作時(shí)間td=35.2ms，晃電故障發(fā)生時(shí)刻t的范圍為2.335.2 ms，對(duì)應(yīng)的電壓相角的范圍為0°

25、;360°，仿真時(shí)=0°180°，改變量為30°?；坞姽收想妷合嘟亲兓?0°，電壓下降幅度U*=00.7，改變量為0.1的情況下，各種晃電故障對(duì)應(yīng)的t臨，如表2、3所示。表2 =10°時(shí)，臨界時(shí)間與U*和關(guān)系 Tab. 2 Relationship of critical time with U* and臨界時(shí)間/s=90°=120°=150°=180° =210° =240°=270° 0.018 1 0.019 0 0.021 50.018 80.038 8 0

26、.025 50.019 5 when =0°U*表5 =80°時(shí)，臨界時(shí)間與U*和關(guān)系 Tab. 5 relationship of critical time with U* and when =80°U*臨界時(shí)間/s=90° =120° =150° =180° =210° =240°=270° 0.0 0.2 0.4 0.60.018 3 0.018 0 0.015 2 0.010 00.010 500.016 0 0.016 4 0.013 0 0.010 00.012 750.018 0

27、 0.017 3 0.015 0 0.014 40.010 000.059 0 0.057 5 0.055 5 0.054 00.046 50臨界時(shí)間/s=90°=120°=150°=180° =210° =240°=270° 0.07表3 =80°時(shí)，臨界時(shí)間與U*和關(guān)系 Tab. 3 Relationship of critical time with U* and 0.09 0.065 when =80°U*現(xiàn)象。即接觸器動(dòng)作時(shí)間越短，則電壓相角改變量對(duì)接觸器工作特性影響越顯著，接觸器更容易發(fā)生合閘

28、過程中合閘分?jǐn)嗪祥l的現(xiàn)象。從以上仿真分析可以看出：在同一時(shí)刻、同一電壓相角改變量下，交流接觸器的動(dòng)作時(shí)間越短越容易發(fā)生合閘過程中合閘分?jǐn)嗪祥l的現(xiàn)象，晃電故障的影響越嚴(yán)重，對(duì)上文模型，合閘相角=10°時(shí)發(fā)生晃電故障對(duì)接觸器的影響最嚴(yán)重。 臨界時(shí)間/s=90° =120° =150° =180° =210° =240°=270° 0.0 0.2 0.4 0.60.017 40.017 90.012 00.014 60.015 00.016 00.059 00.057 50.065注：代表接觸器處于第一種狀態(tài),不存在臨界

29、時(shí)間?？梢钥闯霰砀?、3中同一個(gè)電壓相角下，=10°時(shí)不同U*對(duì)應(yīng)的t臨比=80°時(shí)的小。即當(dāng)=10°時(shí)更容易發(fā)生合閘過程中合閘分?jǐn)嗪祥l的現(xiàn)象，即接觸器動(dòng)作時(shí)間越短，則電壓下降幅度對(duì)接觸器工作特性影響越顯著，接觸器更容易發(fā)生合閘過程中合閘分?jǐn)嗪祥l的現(xiàn)象。4 晃電故障對(duì)接觸器吸持階段工作特性的影響交流接觸器吸持階段發(fā)生晃電故障，對(duì)系統(tǒng)及負(fù)載的影響更大，可能造成嚴(yán)重的事故。根據(jù)鐵心跟觸頭的運(yùn)動(dòng)情況也可以分為2種工作狀態(tài)：1）從晃電故障開始到結(jié)束，鐵心分開后又吸合，觸頭始終保持吸合狀態(tài)，主電路未斷開，晃電故障對(duì)電路的影響不大；2）鐵心、觸頭均開始運(yùn)動(dòng)，主電路斷開，晃電故

30、障恢復(fù)后接觸器重新吸合，晃電故障有可能對(duì)電路造成很大的危害。存在晃電故障持續(xù)的時(shí)間臨界值t臨，當(dāng)晃電故障持續(xù)時(shí)間t<t臨2）晃電故障發(fā)生導(dǎo)致電壓相角變化對(duì)接觸器工作特性的影響。由于接觸器所接負(fù)載不同導(dǎo)致發(fā)生晃電故障時(shí)電壓相角變化也不同，取=0°180°，改變量為30°，仿真在相同晃電故障發(fā)生時(shí)刻t(=10°時(shí)，=80°對(duì)應(yīng)的電壓相角為0°)，對(duì)應(yīng)電壓相角=150°；電壓下降幅度U*=00.7情況下各種晃電故障對(duì)應(yīng)的t臨，如表4、5所示?？梢钥闯霰砀?、5中同一個(gè)電壓相角改變量下，=10°時(shí)不同U*對(duì)應(yīng)的t臨比

31、=80°時(shí)的小。即時(shí)，接觸器工作在第1種狀態(tài)下，t>t臨時(shí)，接觸器工作在第2種工作狀態(tài)下。接觸器吸持階段發(fā)生晃電故障時(shí)，晃電故障發(fā)生時(shí)刻t可以是任意的，對(duì)應(yīng)的電壓相角取值范圍為0°360°，晃電故障導(dǎo)致的電壓相角變化是由接觸器所接負(fù)載決定的，=10°下更容易發(fā)生合閘過程中合閘分?jǐn)嗪祥l的136 中 國(guó) 電 機(jī) 工 程 學(xué) 報(bào) 第31卷取值范圍為0°360°，電壓下降幅度U*范圍為00.7。以下將討論晃電故障對(duì)接觸器工作特性的影響。障，電壓相角越接近90°，得到的曲線越趨向單調(diào)上升，當(dāng)電壓相角為90°時(shí)，t臨隨著

32、U*的增大而增大。1）電壓下降幅度對(duì)接觸器工作狀態(tài)的影響。 改變電壓下降幅度U*=00.7，每次計(jì)算遞增3）電壓相角變化量對(duì)接觸器工作狀態(tài)的 影響。以上的仿真曲線都是在晃電故障發(fā)生時(shí)導(dǎo)致電壓相角變化量=0°的情況下得到的。由于晃電故障會(huì)導(dǎo)致電壓相角發(fā)生突變，突變量由電路中所接負(fù)載決定。假設(shè)晃電故障發(fā)生時(shí)電壓相角為0°。改變的值，使之從0°變化到180°，改變量為30°。計(jì)算出不同、U*下，對(duì)應(yīng)的t臨，如圖8所示。0.1；晃電故障持續(xù)時(shí)間t從0.020.1 s，每次計(jì)算遞增0.02 s；=0°，=0°，計(jì)算得到不同晃電故障持續(xù)

33、時(shí)間t、不同U所對(duì)應(yīng)的t臨，如圖6所示。t/s*0.0 0.4 0.2 0.6 0.8U*圖6 電壓下降幅度與臨界時(shí)間關(guān)系t/sFig. 6 Relationship of critical time and U*在圖6區(qū)域1中，接觸器觸頭斷開，工作在第2種狀態(tài)；在區(qū)域2，接觸器觸頭閉合，工作在第1種狀態(tài)。從圖中可以看出，t臨隨著U*的增加先下降后上升。從圖中A、B點(diǎn)可以看出，雖然A點(diǎn)電壓下降幅度比B點(diǎn)電壓大，但是工作在A點(diǎn)接觸器處于區(qū)域2，接觸器不斷開，而工作在B點(diǎn)接觸器處于區(qū)域一，反而斷開了。當(dāng)U*=0.58時(shí)t臨最小，即當(dāng)晃電故障導(dǎo)致電壓下降到58%額定電壓時(shí)，接觸器最容易斷開。U*圖8

34、 電壓相角變化量與臨界時(shí)間關(guān)系 Fig. 8 Relationship of critical time and 由圖8可以看出，對(duì)接觸器的影響顯著。在0°<<180°范圍內(nèi)，隨著的增加，仿真得到的曲線越趨向于平穩(wěn)，t臨呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，U*對(duì)接觸器工作狀態(tài)的影響減小。2）電壓相角對(duì)接觸器工作狀態(tài)的影響。 晃電故障發(fā)生時(shí)，電壓相角是隨機(jī)的，討論晃電故障發(fā)生時(shí)電壓相角對(duì)接觸器的影響，改變的值，使之從0°變化到180°，改變量為30°。電壓相角變化量=0°，U*范圍為：00.7。仿真計(jì)算不同、U情況下的t臨，如圖7所示。*5 結(jié)

35、論本文通過建立含觸頭系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)情況的交流接觸器動(dòng)態(tài)計(jì)算模型，以CJ2063A交流接觸器為研究對(duì)象，分別對(duì)其吸合運(yùn)動(dòng)過程和吸持階段電路發(fā)生晃電故障時(shí)接觸器的工作狀態(tài)進(jìn)行了分析和研究，由此可以看出：觸動(dòng)階段發(fā)生晃電故障時(shí)，不會(huì)發(fā)生合閘分?jǐn)嗪祥l的現(xiàn)象；吸合運(yùn)動(dòng)階段發(fā)生晃電故障時(shí)，動(dòng)作時(shí)間越短，越容易發(fā)生合閘分?jǐn)嗪祥l的過程，對(duì)電路越不利；吸持階段發(fā)生晃電故障時(shí)存在臨界時(shí)間，當(dāng)晃電故障持續(xù)時(shí)間小于臨界時(shí)間時(shí)，接觸器可以避過晃電故障，臨界受電壓下降幅度、晃電故障發(fā)生時(shí)刻以及電壓相角變化量共同影響。本文研究結(jié)果可以為抗晃電交流接觸器的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)和過程控制提供依據(jù)，為進(jìn)一步研究智能化抗晃電交流接觸器奠定了基礎(chǔ)

36、。t/sU*圖7 電壓相角與臨界時(shí)間關(guān)系 Fig. 7 Relationship of critical time and 從圖7中可以看出，晃電故障發(fā)生時(shí)電壓相角對(duì)接觸器的影響很大。當(dāng)0°<<180°時(shí)發(fā)生晃電故第24期 林抒毅等：晃電故障下交流接觸器的工作特性分析 137voltage sagC/2009 Transmission & Distribution Conference & Exposition：Asia and Pacific (T&D Asia)Seoul Korea：IEEE，2009：1-412 Collins E

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