学术简报｜基于磁链变量的宽电压智能交流接触器触头弹跳抑制策略
福州大学电气工程与自动化学院的研究人员张长坤、许志红，在2018年第21期《电工技术学报》上撰文，为推进智能交流接触器小型化进程，建立无电容线圈驱动拓扑，并结合接触器电流闭环控制技术，在吸合过程中引入磁链变量，提出在宽范围控制电源电压下智能交流接触器触头弹跳抑制策略，实现宽电压下的触头弹跳抑制。
利用两种不同规格的双E型直动式接触器验证了通过磁链判别触头是否即将闭合方案的可行性，并以其中一种规格为例探究控制电源电压和励磁相位对磁链变化的影响，建立宽电压触头弹跳抑制策略控制流程并进行实验。
实验结果表明，触头弹跳抑制策略能够明显减小宽电压智能交流接触器的触头弹跳时间。
交流接触器作为工业自动化领域中的控制电器，广泛应用在电机控制、电源切换、电容投切、铁路和新能源等场合。传统交流接触器存在线圈工作电压范围窄，对电压暂降敏感、工作过程不可控，触头弹跳较大等不足，为此国内外学者展开了大量研究。文献[1]在试验研究基础上提取得到了交流接触器电压暂降的敏感度曲线。文献[2-6]通过实验或仿真的方法分析了触头闭合过程和影响触头弹跳的触头闭合速度等因素。
根据国标规定，220 V额定控制电源电压的传统接触器应能够在187～242 V内可靠吸合。为提高传统接触器应对电压暂降、电压跌落的能力，防止接触器发生误动作而引起线路故障，造成损失，用于接触器工作在宽控制电源电压下的控制策略被提出。
文献[7]以智能功率芯片为核心，对交流接触器进行闭环控制，实现接触器在宽控制电源电压下可靠工作。文献[8]指出LS产电已推出适用于宽控制电源电压的MC2100AF系列接触器。同时，接触器吸合过程的触头弹跳不仅影响系统性能（例如导致补偿器出现过零投切失效等现象），且引起的电弧对触头的烧蚀会降低接触器电寿命，严重时将引起熔焊。
可利用虚拟仿真技术探究接触器触头弹跳的影响因素，通过判断接触器吸合过程电流变化情况或建立数学模型等方式，优化吸合过程的线圈驱动电压、线圈电流，实现吸合过程中吸力和反力的良好配合，降低触头闭合速度，实现触头弹跳的抑制。
随着智能电网、物联网的发展，具有高性能、小型化等特征的第四代低压电器将成为主流，智能交流接触器便是其重要组成部分之一。缩小控制模块体积是推进智能交流接触器小型化进程的有效措施，减小模块体积的关键在于降低电容容值，减小电容体积。而电容容值的降低意味着在宽电压下的接触器吸合过程中，无法确保线圈励磁电压幅值平稳，导致线圈电流产生波动，因此关于抑制接触器触头弹跳的智能控制方案就不能照搬。
本文为推进智能交流接触器小型化进程，建立了无电容接触器线圈驱动拓扑，同时为实现宽电压下的触头弹跳抑制，提出在宽电压智能交流接触器电流闭环控制方案中引入磁链变量。通过分析恒电流吸合阶段中智能交流接触器磁链变化的特点，提出通过磁链判别触头是否即将闭合的方案，并取两种不同规格的E型直动式接触器验证可行性。
以其中一种规格接触器为例，通过实验分析交流控制电源下磁链的影响因素，建立控制流程，并实验验证了引入磁链变量的触头弹跳抑制策略可有效降低宽电压智能交流接触器的吸合运动速度，抑制触头弹跳。
图10 宽电压触头弹跳抑制方案实验现场
本文提出无电容智能交流接触器线圈驱动拓扑，通过分析双E型直动式交流接触器在恒电流吸合过程中的磁链变化特点，提出宽电压下抑制触头弹跳的控制策略。得出以下结论：
1）对于双E型直动式交流接触器恒电流吸合，在吸合过程初期磁链变化较平稳，在触头即将闭合阶段出现磁链快速上升的现象，可通过磁链变化判别触头是否即将闭合。
2）以50 A接触器样机为例，探究在无电容线圈驱动拓扑、恒电流吸合控制方式下，控制电源电压和励磁相位对接触器吸合运动过程中磁链变化产生的影响。得出定相励磁有助于稳定宽电压下吸合过程的磁链变化。
3）提出基于磁链变量的宽电压触头弹跳抑制策略，该策略适应宽电压智能交流接触器在不同电压下吸合过程的变化，实现了宽电压下的触头弹跳抑制。