智能接觸器準臨界電流搜索自起動控制

莊杰榕 許志紅

關鍵詞：數字閉環;下降拐點;自起動;準臨界電流;模糊觀測

DOI：10.15938/j.emc.2019.06.000

中圖分類號文獻標志碼：A 文章編號：1007 -449X（2019）06 -0000 -00

Abstract：A selfstarting control strategy with quasicritical current for intelligent contactor was proposed. The forced down phenomenon of coil current was analyzed and the constraint condition for current closedloop was inferred. Based on these， the universal feedback signal of movement of contacts was established. Thus the quasicritical starting current was obtained when turning point occurred. By fuzzy observation， the starting current for contactor of different capacity was provided for the first time. A digital closedloop control method with opposite polarity voltage was designed. The high response online current search was used to approach critical starting current under the current working condition， in order to realize selfstarting process control with coordination between attraction and counterforce. The proposed control strategy which is insensitive of contactor parameters change and voltage fluctuation， can adaptively search for the quasicritical current to suppress the contact bounce. At the same time， it has the advantages of starting block fault alarm， coil overcurrent protection and so on. The effectiveness of the control strategy is verified by the related simulations and experiments.

Keywords：digital closedloop;dropping turning;selfstarting;quasicritical starting;current fuzzy observation

0 引 言

高性能的智能接觸器在新能源并網、電動汽車等領域中承擔著可靠通斷電路的控制任務，受到國內外學者的廣泛認可及研究[1-4]。文獻[5-7]分別采取實驗歸納及數值仿真方法，分析交流接觸器最佳的合閘相角，設計選相控制方案，一定程度上抑制了觸頭彈跳;文獻[8-11]將電磁系統的勵磁方式由交流變換為直流，實現無分磁環的本體結構，顯著減小磁滯渦流損耗，開關可節能無聲運行;文獻[12-16]引入電壓或電流反饋，快速調節電磁機構勵磁狀態，解決開環控制缺陷，實現電磁系統交直流通用、寬電壓運行，觸頭系統彈跳抑制等;文獻[17-19]分別基于電磁機構的磁路模型、電路模型及動態仿真分析，實現永磁接觸器位移分段PWM控制;文獻[20]將模型預測融入接觸器運動過程仿真，改變電壓施加時間進而調節勵磁電流，顯著減小因開關投切彈跳引起的系統暫態涌流。總結以上文獻，勵磁電流曲線是直接影響接觸器吸合過程吸反力配合的重要參數，間接關系到觸頭彈跳和動作穩定性。文獻中大多通過離線方法獲取這一關鍵控制參量，離線方法可分為機理建模和試驗，得到的控制規律具有一定效果。然而，離線參量始終指導接觸器在線時變的運行狀態，局限性大：接觸器規格種類繁多，反力等特性不同;運行工況日益復雜，以安裝于海上風機系統的接觸器為例，面臨高低溫、電壓大幅波動、機械振動等復雜工作條件，極大地增加機理建模和試驗調試的周期和難度;建模依賴接觸器實際參數和假設條件，即便針對固定的本體，接觸器長期運行后自身特性發生改變，離線建立的模型與實際模型逐漸脫節;實驗室難以完全復現實際工況，離線實驗數據對接觸器的長期控制指導意義有限;電磁系統與觸頭系統在電氣上各自獨立，缺少機械狀態反饋變量是制約接觸器在線控制的重要原因。接觸器裝配緊湊，在有限的空間安裝位移等機械信號傳感器，不可避免帶來運動部件質量的增加，影響接觸器運行狀態，傳感器需要頻繁承受振動沖擊，成為機械上的薄弱點。

為解決上述缺陷，本文提出智能接觸器準臨界電流搜索自起動的控制思路：對運動反電勢引起線圈電流強迫下跌現象進行分析，推導得出區分電流閉環調節與電流強迫下跌的電壓約束條件，在此約束條件下，電流下降拐點與觸頭閉合時刻存在時間近似關系，間接建立起反映觸頭運動狀態的通用反饋信號，無需添加額外的機械傳感器，不依賴接觸器的具體參數;采用雙極性數字電流閉環實現高動態響應的線圈電流變換，以臺階方式進行在線搜索，將下降拐點處的線圈電流定義為準臨界電流，不斷逼近當前工況下的起動臨界電流;采用模糊觀測器建立起動電流的通用預判模型，將人為經驗轉換為精確的數字量，從而預估不同容量接觸器首次起動電流的在線搜索范圍，為搜索區間的劃分提供依據。所提控制策略無需機理建模就可自適應地獲取準臨界起動電流，完成吸反力良好配合的自起動過程，對電壓波動、本體參數變化不敏感。

4 結 論

本文提出一種準臨界電流搜索自起動控制策略，通過仿真和實驗結果可得出以下結論：

1）分析線圈電流強迫下跌的變化規律，得出區分電流閉環調節與強迫下跌的約束條件，間接建立反映觸頭運動狀態的通用反饋信號;

2）設計雙極性數字電流閉環，基于觸頭狀態反饋信號，進行高動態響應的電流搜索，不斷逼近當前工況下的起動臨界電流，實現吸反力良好配合的自起動過程控制;

3）建立模糊觀測模型，無需機理建模，以靜態電阻、電感為輸入量，為參數未知的接觸器提供自起動預判電流初值;

4）控制策略能夠自適應獲取準臨界起動電流，抑制觸頭彈跳，同時具有卡澀故障警報、線圈過流保護等優點。

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（編輯：賈志超）