智能接觸器可靠性設(shè)計(jì)的軟件實(shí)現(xiàn)方法(06-100)

　　基于零侵蝕帶閉環(huán)容錯(cuò)控制的智能接觸器

　　控制電器觸頭的零侵蝕機(jī)理

　　觸頭侵蝕是指觸頭在分?jǐn)嗷蜷]合電路的過(guò)程中，由于機(jī)械的撞擊和摩擦、化學(xué)的腐蝕、電弧與火花的燒蝕造成觸頭金屬損失或材料定向轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。近年來(lái)，由于對(duì)觸頭電弧侵蝕機(jī)理的研究，利用開(kāi)關(guān)分?jǐn)嗾麄€(gè)進(jìn)程中，金屬相和氣相電弧兩個(gè)不同過(guò)程，觸頭材料在陽(yáng)極和陰極轉(zhuǎn)移方向相反的現(xiàn)象，通過(guò)控制分?jǐn)嘞嘟呛腿蓟⊙永m(xù)時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)觸頭材料的零磨損。

　　下面來(lái)分析觸頭的分?jǐn)噙M(jìn)程。當(dāng)觸頭開(kāi)始打開(kāi)，由于接觸電阻的增大，觸頭表面溫度升高，使接觸表面金屬熔化而形成金屬橋；進(jìn)一步打開(kāi)，間隙中的觸頭金屬蒸汽被游離，而出現(xiàn)了電弧放電。該階段由于電弧放電主要是金屬離子形成，因而稱為金屬相電弧。在金屬相電弧階段，電子轟擊陽(yáng)極，使陽(yáng)極表面釋放金屬蒸汽到間隙中；金屬蒸汽經(jīng)過(guò)游離產(chǎn)生帶正電荷的金屬離子，這些離子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速到達(dá)陰極并沉積于陰極表面，因而，在金屬相階段，觸頭材料由陽(yáng)極向陰極轉(zhuǎn)移。當(dāng)觸頭進(jìn)一步打開(kāi)，周圍空氣滲透到電弧間隙中，并游離成正的氣體離子。此時(shí)氣體離子控制了電弧放電過(guò)程，這一階段稱為氣相電弧。在氣相電弧階段，氣體離子在電場(chǎng)的作用下加速并轟擊陰極，使陰極表面的金屬蒸汽釋放到間隙并沉積于陽(yáng)極。故在氣相電弧階段，觸頭材料由陰極向陽(yáng)極轉(zhuǎn)移(見(jiàn)圖1)。

　　J.Swingle 等提出在交流電源條件下，若能控制電弧的燃弧時(shí)間，即分?jǐn)嗟姆珠l相角，可使兩種電弧現(xiàn)象的觸頭材料轉(zhuǎn)移相互平衡，從而產(chǎn)生觸頭質(zhì)量零磨損條件。并提供試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诜謹(jǐn)嗨俣葹?.1、0.3、0.5、0.7、0.8m/s ；交流電流有效值為5.6、9.3、14.7、26.3和18.8A ；電源電壓為240V，觸頭材料分別為AgSnO2和AgCdO的條件下，進(jìn)行分?jǐn)嘣囼?yàn)的數(shù)據(jù)。

　　試驗(yàn)中改變分閘相角，取半個(gè)周期τ=10ms,分閘相角對(duì)應(yīng)于電流波形中的分?jǐn)帱c(diǎn)的時(shí)間tPOW分別取1、3、5、7ms?？紤]到電弧過(guò)零時(shí)分?jǐn)?，則電弧的燃弧延續(xù)時(shí)間為：ξ=τ-tPOW。當(dāng)增加觸頭分?jǐn)嗨俣然蚍謹(jǐn)嚯娏?，則燃弧時(shí)間增大或分閘相角減小。實(shí)踐證明：接觸器的零侵蝕控制關(guān)鍵在于分閘相角的控制。