CN113421794B - 一种智能交流接触器自适应分断控制方法 - Google Patents

一种智能交流接触器自适应分断控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智能交流接触器自适应分断控制方法；其中，智能交流接触器由三相触头，智能电磁操动机构和电流互感器构成。三相触头用于投切负载，智能电磁操动机构用于控制触头，电流互感器用于监测触头回路的电流。在接触器的分断过程中，根据智能电磁操动机构中的线圈电流检测断开时间，由电流互感器检测接触器的分断时间，进而计算得到三相触头的总燃弧时间。在频繁操作的工况下，以总燃弧时间最短为优化目标，动态调整分断过程的延时动作时间，持续寻找最优的延时，使接触器自主调整至当前负载下最短燃弧时间的工作状态。本发明使智能接触器能够在不同负载下自适应调整工作状态，达到最短燃弧时间，有利于提高电寿命。

Description

一种智能交流接触器自适应分断控制方法
技术领域
本发明涉及低压电器技术领域，特别是一种智能交流接触器自适应分断控制方法。
背景技术
交流接触器分断过程的电弧是影响电寿命的重要因素。缩短燃弧时间、降低燃弧能量，可有效减少触头烧蚀，有利于提高电寿命。结合电子控制技术，根据接触器的断开时间，设定延时动作时间，使得接触器的触头在最有利的相位分断，构成选相分断控制方案。选相分断控制不仅可用于缩短接触器燃弧时间，还可用于抑制分断过电压、缩短过载电流或短路电流的开断时间等。然而，接触器的操作频率较高且电寿命在数十万次至百万次，在接触器的服役期间，机构磨损、触头烧蚀、超程变化等将导致断开时间发生变化；而受工作空间、绝缘性能要求等限制，难以加装激光位移传感器或加速度传感器，直接获取动作过程的机械信号，或加装电压传感器监测触头分断时的电压突变，获取断开时间；因此在实际应用中，通常采用固定的延时动作时间，且在接触器的断开时间变化后，无法自行调整延时，需进行离线整定，以保证燃弧时间较短。在反馈接触器断开时间同时，为满足绝缘性能和小体积的需求，需采用其他信号实现接触器断开时间的在线检测，并且为建立自适应分断控制方案奠定基础。
对于单相，最有利的分断相位为电流零点附近，而交流接触器通常为紧凑型设计，由一个电磁操动机构带动三相触头，三相触头同时分断，难以使得三相触头都在电流零点附近分断，但存在触头的最佳分断相位，使得三相总燃弧时间最短。最佳分断相位与交流接触器的负载类型有关，而接触器的负载类型多样，包括线性负载和非线性负载，触头电流差异大，有必要在线检测三相触头的燃弧情况，自适应调整延时动作时间，保证触头的分断相位能够自适应的逼近不同负载下的最佳分断相位。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种智能交流接触器自适应分断控制方法，使智能接触器能够在不同负载下自适应调整工作状态，达到最短燃弧时间，有利于提高电寿命。
本发明采用以下方案实现：一种智能交流接触器自适应分断控制方法，提供一智能交流接触器，所述智能交流接触器包括三相触头SA、SB、SC、智能电磁操动机构K、第一电流互感器CTA、第二电流互感器CTB和第三电流互感器CTC；所述智能电磁操动机构K与所述三相触头SA、SB、SC连接，用以控制三相触头SA、SB、SC；所述三相触头SA、SB、SC与外部负载连接，用于控制外部负载的投切；所述三相触头SA与外部交流电源的连线穿过所述第一电流互感器CTA，所述三相触头SB与外部交流电源的连线穿过所述第二电流互感器CTB，所述三相触头SC与外部交流电源的连线穿过所述第三电流互感器CTC，用于监测三相触头SA、SB、SC回路的电流；
具体包括以下步骤：
步骤S1：智能交流接触器检测到分断操作，即检测到控制电源与智能电磁操动机构K的连接断开；
步骤S2：通过第二电流互感器CTB，检测SB触头电流的过零点；
步骤S3：以SB触头的电流过零点为基准，延时0～10ms，给出负压信号，控制接触器分断；
步骤S4：在接触器分断过程中，根据感应电势大于智能电磁操动机构K中线圈回路总电阻压降的关系，由智能电磁操动机构K中线圈电流检测接触器的断开时间；
步骤S5：根据第一电流互感器CTA、第二电流互感器CTB、第三电流互感器CTC的信号获取各触头的分断时间；当电流互感器信号持续为零时，认为触头完全断开电路；负压信号至触头完全断开电路的时间间隔即为分断时间；
步骤S6：由断开时间和分断时间，计算得到三相触头的总燃弧时间，并存储；
步骤S7：以n次分断操作为一组，根据n个燃弧时间的历史数据，以延时动作时间为优化变量，以总燃弧时间最小为优化目标，通过遗传算法，优化得到新的n次分断操作的延时；
步骤S8：在后续n次分断过程中，依次执行优化得到的n个延时；
步骤S9：重复步骤S1至步骤S8，存储总燃弧时间，再次寻优，动态调整延时，最终实现智能交流接触器在当前负载下三相总燃弧时间最小的状态下运行。
进一步地，所述第一电流互感器CTA、第二电流互感器CTB和第三电流互感器CTC均为隔离型电流互感器。
进一步地，所述步骤S3、S4的具体内容为：
首先，在智能电磁操动机构K中，开关管VT1、VT2保持截止，VT3保持导通，瞬态抑制二极管TVS产生负压施加在线圈两端，使线圈电流快速下降并在动静铁心完全分离时降至零，该过程称为触动阶段；当线圈电流为零后，动静铁心完全分离，动铁心快速运动，VT2导通，旁路TVS，同时以占空比为d2的脉冲宽度信号调整补偿电阻Rcomp在线圈回路的平均阻值，该过程可称为运动阶段；最终，动铁心带动触头断开，三相燃弧结束后，切断负载与交流电源的连接；
在接触器分断过程的运动阶段，根据线圈中感应电势与线圈回路总电阻的压降关系，能够实现接触器断开时间的检测；为保证断开时间的检测有高精度，需配置线圈回路总电阻Rtotal，原则如式(3)
Figure BDA0003132185320000041
式中，Rcoil为线圈电阻；Rcomp为补偿电阻；d2为控制Rcomp阻值的占空比；v为触头刚分时刻的动铁心速度；dLcoil/dx为触头刚分时刻的线圈电感Lcoil随动铁心位移x的变化率；在运动阶段中，最初，感应电势大于线圈回路总电阻压降，线圈电流逐渐上升；随后，感应电势快速降低，当感应电势小于总电阻后，线圈电流逐渐下降；运动阶段的线圈电流为先增后减的状态，设置占空比d2为α，通过配置补偿电阻Rcomp，使得线圈电流峰值点与触头刚分时刻对应，实现无传感器的接触器断开时间在线检测，此时的线圈回路总电阻Rtotal；断开时间topen(j)通过线圈电流峰点检测，保证电磁系统与触头系统的隔离，且检测精度不受负载类型影响。
进一步地，所述步骤S6至S9的具体内容为：首先，随机设定n次操作的延时时间td(j)，其中，j＝1,2……n；接触器在后续分断操作过程，依次执行td(j)；在各次分断过程中，检测断开时间topen(j)和分断时间tbreak(B)(j)、tbreak(B)(j)、tbreak(B)(j)，由分断时间和断开时间算得三相触头的燃弧时间总和，即总燃弧时间tarc(j)，如式(1)所示，并建立数组；
tarc(j)＝tbreak(A)(j)+tbreak(B)(j)+tbreak(C)(j)-3topen(j) (1)
根据各次分断过程的总燃弧时间，计算td(j)的个体适应值P(j)，如式(2)所示，燃弧时间越短，个体适应值越大；
Figure BDA0003132185320000051
根据轮盘赌徒策略，随机选择父代延时td(α)，个体适应值越大的延时td(j)，被选择为父代的概率越高；随机选择母代延时td(β)；随机生成两个数x、y与预设值λ、β进行大小比较，决定父代与母代是否执行交叉、变异；若x>λ，则不执行交叉和变异，将父代延时td(α)作为新的延时t'd(j)；若x≤λ且y>β，则仅执行交叉，将td(α)和td(β)转换为二级制编码，随机选择交叉位置，将td(α)的交叉位置前的码元和td(β)的交叉位置后的数据码元拼接，生成新代码，然后转为十进制，作为新的延时t'd(j)；若x≤λ且y≤β，则执行交叉和变异，先将td(α)和td(β)进行交叉，然后在新代码中随机选取一位码元反转，再转为十进制，作为新的延时t'd(j)；在生成新的n个延时时间t'd(j)后，依次执行新生成的延时t'd(j)，获取和存储总燃弧时间，更新数组的数据，并再次优化延时；在接触器后续操作过程中，延时动作时间将收敛于最优值，此时智能交流接触器的三相总燃弧时间最短。
进一步地，在步骤S4中的断开时间检测过程，为削弱线圈电阻变化对断开时间topen(j)检测精度的影响，建立了基于脉冲宽度调制的补偿电阻Rcomp阻值调节方案，进而稳定线圈回路总电阻Rtotal。在不同的环境温度、接触器工作条件下，线圈电阻将发生变化。为保证断开时间检测精度高，需根据线圈电阻变化情况，调整占空比d2进而稳定线圈回路总电阻Rtotal，保持线圈电流峰值点与触头刚分时刻对应；线圈电阻可通过平均励磁电压和线圈电流计得到，控制补偿电阻阻值的所需的占空比d2可由式(4)算得。
Figure BDA0003132185320000061
式中，uC为电源整流滤波后的电压，d1为开关管VT1的脉冲宽度信号占空比；当线圈电流稳定时，采集10ms的uC，d1和icoil，根据所需线圈回路总电阻Rtotal和线圈驱动电路中配置的补偿电阻Rcomp的计算得到所需的占空比d2。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明使智能接触器能够在不同负载下自适应调整工作状态，达到最短燃弧时间，有利于提高电寿命。
(2)本发明通过改变脉冲宽度调制信号的占空比，调整补偿电阻的阻值，稳定线圈回路总电阻，确保断开时间的检测精度。
(3)本发明通过补偿电阻调节感应电势与线圈回路总电阻压降的大小关系，由线圈电流表征触头状态，进而在线检测接触器断开时间，且检测精度不受负载类型的影响，为接触器总燃弧时间的计算奠定基础。
附图说明
图1为本发明实施例的智能交流接触器自适应分断控制方法流程图。
图2为本发明实施例的智能交流接触器分断过程各参量示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本实施例提供一种智能交流接触器自适应分断控制方法，提供一智能交流接触器，所述智能交流接触器包括三相触头SA、SB、SC、智能电磁操动机构K、第一电流互感器CTA、第二电流互感器CTB和第三电流互感器CTC；所述智能电磁操动机构K与所述三相触头SA、SB、SC连接，用以控制三相触头SA、SB、SC；所述三相触头SA、SB、SC与外部负载连接，用于控制外部负载的投切；所述三相触头SA与外部交流电源的连线穿过所述第一电流互感器CTA，所述三相触头SB与外部交流电源的连线穿过所述第二电流互感器CTB，所述三相触头SC与外部交流电源的连线穿过所述第三电流互感器CTC，用于监测三相触头SA、SB、SC回路的电流；
具体包括以下步骤：
步骤S1：智能交流接触器检测到分断操作，即检测到控制电源与智能电磁操动机构K的连接断开；
步骤S2：通过第二电流互感器CTB，检测SB触头电流的过零点；
步骤S3：以SB触头的电流过零点为基准，延时0～10ms，给出负压信号，控制使接触器分断；
步骤S4：在接触器分断过程中，根据感应电势大于智能电磁操动机构K中线圈回路总电阻压降的关系，由智能电磁操动机构K中线圈电流检测接触器的断开时间；
步骤S5：根据第一电流互感器CTA、第二电流互感器CTB、第三电流互感器CTC的信号获取各触头的分断时间；当电流互感器信号持续为零时，认为触头完全断开电路；负压信号至触头完全断开电路的时间间隔即为分断时间；
步骤S6：由断开时间和分断时间，计算得到三相触头的总燃弧时间，并存储；
步骤S7：以n次分断操作为一组，根据n个燃弧时间的历史数据，以延时动作时间为优化变量，以总燃弧时间最小为优化目标，通过遗传算法，优化得到新的n次分断操作的延时；
步骤S8：在后续n次分断过程中，依次执行优化得到的n个延时；
步骤S9：重复步骤S1至步骤S8，存储总燃弧时间，再次寻优，动态调整延时，最终实现智能交流接触器在当前负载下三相总燃弧时间最小的状态下运行。
在本实施例中，所述第一电流互感器CTA、第二电流互感器CTB和第三电流互感器CTC均为隔离型电流互感器。
在本实施例中，延时的优化过程中的总燃弧时间是根据接触器的分断时间和断开时间计算得到，其中的断开时间检测是关键。断开时间的检测在接触器分断控制过程中完成。接触器分断控制方法，以及断开时间topen(j)的检测方法如下，即
所述步骤S3、S4的具体内容为：
首先，在智能电磁操动机构K中，开关管VT1、VT2保持截止，VT3保持导通，瞬态抑制二极管TVS产生负压施加在线圈两端，使线圈电流快速下降并在动静铁心完全分离时降至零，该过程可称为触动阶段；当线圈电流为零后，动静铁心完全分离，动铁心快速运动，VT2导通，旁路TVS，同时以占空比为d2的脉冲宽度信号调整补偿电阻Rcomp在线圈回路的平均阻值，该过程可称为运动阶段；最终，动铁心带动触头断开，三相燃弧结束后，切断负载与交流电源的连接；
在接触器分断过程的运动阶段，根据线圈中感应电势与线圈回路总电阻的压降关系，能够实现接触器断开时间的检测；为保证断开时间的检测有高精度，需配置线圈回路总电阻Rtotal，原则如式(3)
Figure BDA0003132185320000101
式中，Rcoil为线圈电阻；Rcomp为补偿电阻；d2为控制Rcomp阻值的占空比；v为触头刚分时刻的动铁心速度；dLcoil/dx为触头刚分时刻的线圈电感Lcoil随动铁心位移x的变化率；在运动阶段中，最初，感应电势大于线圈回路总电阻压降，线圈电流逐渐上升；随后，感应电势快速降低，当感应电势小于总电阻后，线圈电流逐渐下降；运动阶段的线圈电流为先增后减的状态，设置占空比d2为α，通过配置补偿电阻Rcomp，使得线圈电流峰值点与触头刚分时刻对应，实现无传感器的接触器断开时间在线检测，此时的线圈回路总电阻Rtotal；断开时间topen(j)通过线圈电流峰点检测，保证电磁系统与触头系统的隔离，且检测精度不受负载类型影响。
在本实施例中，所述步骤S6至S9的具体内容为：首先，随机设定n次操作的延时时间td(j)，其中，j＝1,2……n；接触器在后续分断操作过程，依次执行td(j)；在各次分断过程中，检测断开时间topen(j)和分断时间tbreak(B)(j)、tbreak(B)(j)、tbreak(B)(j)，由分断时间和断开时间算得三相触头的燃弧时间总和，即总燃弧时间tarc(j)，如式(1)所示，并建立数组；
tarc(j)＝tbreak(A)(j)+tbreak(B)(j)+tbreak(C)(j)-3topen(j) (1)
根据各次分断过程的总燃弧时间，计算td(j)的个体适应值P(j)，如式(2)所示，燃弧时间越短，个体适应值越大；
Figure BDA0003132185320000111
根据轮盘赌徒策略，随机选择父代延时td(α)，个体适应值越大的延时td(j)，被选择为父代的概率越高；随机选择母代延时td(β)；随机生成两个数x、y与预设值λ、β进行大小比较，决定父代与母代是否执行交叉、变异；若x>λ，则不执行交叉和变异，将父代延时td(α)作为新的延时t'd(j)；若x≤λ且y>β，则仅执行交叉，将td(α)和td(β)转换为二级制编码，随机选择交叉位置，将td(α)的交叉位置前的码元和td(β)的交叉位置后的数据码元拼接，生成新代码，然后转为十进制，作为新的延时t'd(j)；若x≤λ且y≤β，则执行交叉和变异，先将td(α)和td(β)进行交叉，然后在新代码中随机选取一位码元反转，再转为十进制，作为新的延时t'd(j)；在生成新的n个延时时间t'd(j)后，依次执行新生成的延时t'd(j)，获取和存储总燃弧时间，更新数组的数据，并再次优化延时；在接触器后续操作过程中，延时动作时间将收敛于最优值，此时智能交流接触器的三相总燃弧时间最短。
在本实施例中，在步骤S4中的断开时间检测过程，为削弱线圈电阻变化对断开时间topen(j)检测精度的影响，建立了基于脉冲宽度调制的补偿电阻Rcomp阻值调节方案，进而稳定线圈回路总电阻Rtotal。在不同的环境温度、接触器工作条件下，线圈电阻将发生变化。为保证断开时间检测精度高，需根据线圈电阻变化情况，调整占空比d2进而稳定线圈回路总电阻Rtotal，保持线圈电流峰值点与触头刚分时刻对应；线圈电阻可通过平均励磁电压和线圈电流计得到，控制补偿电阻阻值的所需的占空比d2可由式(4)算得。
Figure BDA0003132185320000121
式中，uC为电源整流滤波后的电压，d1为开关管VT1的脉冲宽度信号占空比；当线圈电流稳定时，采集10ms的uC，d1和icoil，根据所需线圈回路总电阻Rtotal和线圈驱动电路中配置的补偿电阻Rcomp的计算得到所需的占空比d2。
如图1所示为智能交流接触器自适应分断控制方法框图。智能交流接触器由三相触头SA、SB、SC，智能电磁操动机构K，和电流互感器CTA、CTB、CTC构成。触头用于投切负载，智能电磁操动机构用于控制三相触头，电流互感器用于监测触头回路的电流。智能电磁操动机构中，线圈由电子元件构成的线圈驱动拓扑进行控制，即通过开关管VT1、VT2、VT3调制施加在线圈两端的电压，调节线圈电流，控制电磁力，实现接触器的合分闸与接触器线圈参数的在线检测。当智能交流接触器接收到分断操作信号后，开始检测SB触头电流的过零点；在电流过零后，延时一段时间，使接触器分断；根据线圈电流变化，检测接触器的断开时间，根据电流互感器的信号获取各触头的分断时间；由断开时间和分断时间，计算得到三相触头的总燃弧时间，并存储；以n次分断操作为一组，根据n个燃弧时间的历史数据，以延时动作时间为优化变量，以总燃弧时间最小为优化目标，通过遗传算法，优化得到下n次分断操作的延时；在后续n次分断过程中，执行上组优化得到的延时，存储总燃弧时间，再次寻优，以此往复，动态调整延时，最终实现智能交流接触器在当前负载下三相总燃弧时间最小的状态下运行。
分断过程中的各参量如图2所示。在发生分断操作后，检测电流互感器CTB信号的零点，即SB触头电流的过零点；待检测到电流过零点后，延时td(j)；延时结束后，接触器进入分断过程，经断开时间topen(j)，三相触头分断；当三相燃弧结束后，接触器完全切断三相触头回路电流。断开时间topen(j)可通过线圈电流的波峰点检测，分断时间tbreak(j)可通过电流互感器CT信号获取，由分断时间和断开时间算得各相燃弧时间总和tarc(j)。以总燃弧时间tarc(j)最小为目标，优化延时td(j)，最小化分断电弧对触头的烧蚀。优化过程与负载的类型、功率因素等特性无关，在不同负载下均能自主调整触头分断相位，构成自适应分断控制方案。延时的优化过程如下所述：首先随机设定n次操作的延时时间td(j)，其中j＝1,2……n；接触器在后续分断操作过程，依次执行td(j)，获取各次分断操作的总燃弧时间tarc(j),并建立数组；根据各次分断过程的总燃弧时间，计算td(j)的个体适应值并排序，燃弧时间越短，个体适应值越大；根据轮盘赌徒策略，选择父代和母代的延时，经交叉、变异，生成新的延时t'd(j)；执行新生成的延时t'd(j)，获取和存储总燃弧时间，更新数组的数据，并再次优化延时；在接触器后续操作过程中，延时动作时间将收敛于最优值，此时接触器的三相总燃弧时间最短。
延时的优化过程中的总燃弧时间是根据接触器的分断时间和断开时间计算得到，其中的断开时间检测是关键。断开时间的检测在接触器分断控制过程中完成。接触器分断控制方法，以及断开时间topen(j)的检测方法，如下：首先，在智能电磁操动机构K中，开关管VT1、VT2保持截止，VT3保持导通，瞬态抑制二极管TVS在线圈两端产生负压，使线圈电流快速下降并在动静铁心完全分离时降至零，该过程可称为触动阶段；当线圈电流为零后，动静铁心完全分离，动铁心快速运动，VT2导通，旁路TVS，同时以占空比为d2的脉冲宽度信号调整补偿电阻Rcomp在线圈回路的平均阻值，该过程可称为运动阶段；最终，动铁心带动触头断开，三相燃弧结束后，切断负载与交流电源的连接。
在接触器分断过程的运动阶段，根据线圈中感应电势与线圈回路总电阻的压降关系，可实现接触器断开时间的检测。为保证断开时间的检测有较高的精度，需配置合适的线圈回路总电阻Rtotal，原则如式(3)
Figure BDA0003132185320000141
式中，Rcoil为线圈电阻；Rcomp为补偿电阻；d2为控制Rcomp阻值的占空比；v为触头刚分时刻的动铁心速度；dLcoil/dx为触头刚分时刻的线圈电感Lcoil随动铁心位移x的变化率。在运动阶段中，最初，感应电势大于线圈回路总电阻压降，线圈电流逐渐上升；随后，感应电势快速降低，当感应电势小于总电阻后，线圈电流逐渐下降。运动阶段的线圈电流为先增后减的状态，通过配置合适的线圈回路总电阻Rtotal，使得线圈电流峰值点与触头刚分时刻对应，可实现无传感器的接触器断开时间在线检测。断开时间topen(j)通过线圈电流峰点检测，可保证电磁系统与触头系统的隔离，且检测精度不受负载类型影响。
本实施例提出了基于脉冲宽度调制的补偿电阻调节策略，具体为削弱线圈电阻变化对断开时间topen(j)检测精度的影响，建立了补偿电阻Rcomp的基于脉冲宽度调制的阻值调节方案，进而稳定线圈回路总电阻Rtotal。在不同的环境温度、接触器工作条件下，线圈电阻将发生变化。为保证断开时间检测精度高，需根据线圈电阻变化情况，调整占空比d2进而稳定线圈回路总电阻Rtotal，保持线圈电流峰值点与触头刚分时刻对应；线圈电阻可通过平均励磁电压和线圈电流计得到，控制补偿电阻阻值的所需的占空比d2可由式(4)算得。
Figure BDA0003132185320000151
式中，uC为电源整流滤波后的电压，d1为开关管VT1的脉冲宽度信号占空比。当线圈电流稳定时，采集10ms的uC，d1和icoil，根据所需线圈回路总电阻Rtotal和线圈驱动电路中配置的补偿电阻Rcomp的计算得到所需的占空比d2。
较佳的，本实施例提出一种接触器断开时间在线检测方案。分析接触器分断过程中线圈中感应电势与线圈回路总电阻压降的关系，通过配置合适的补偿电阻阻值，使得线圈电流变化特征能够与接触器触头分断位置对应，实现断开时间的检测。该方案利用智能电磁操动机构的参量反映接触器触头的状态，使得断开时间检测不受负载类型的影响，为不同负载下的接触器总燃弧时间的计算奠定基础。
较佳的，本实施例提出了基于脉冲宽度调制的补偿电阻调节策略。在线圈驱动拓扑中，通过配置补偿电阻并由脉冲宽度调制信号控制阻值，实现高精度的断开时间在线检测。在智能接触器长期工作过程中，温升将导致线圈电阻变化，影响线圈电流波峰与触头刚分位置的对应关系。通过改变脉冲宽度调制信号的占空比，调整补偿电阻的阻值，稳定线圈回路总电阻，确保断开时间的检测精度。
较佳的，本实施例提出了延时动作时间的在线优化方案，建立了自适应分断控制方法。在优化过程中，根据断开时间、分断时间的在线检测结果，算得接触器三相总燃弧时间数据，并建立数组；根据遗传算法，以三相触头的总燃弧时间最短为目标，优化下组延时动作时间，更新数组的数据；延时动作时间将收敛至定值，此时的总燃弧时间最短。自适应分断控制方案直接以燃弧时间为优化依据，能够在不同负载类型和工况下有效的削弱分断电弧，有利于提高接触器电寿命。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种智能交流接触器自适应分断控制方法，其特征在于：提供一智能交流接触器，所述智能交流接触器包括三相触头SA、SB、SC、智能电磁操动机构K、第一电流互感器CTA、第二电流互感器CTB和第三电流互感器CTC；所述智能电磁操动机构K与所述三相触头SA、SB、SC连接，用以控制三相触头SA、SB、SC；所述三相触头SA、SB、SC与外部负载连接，用于控制外部负载的投切；所述三相触头SA与外部交流电源的连线穿过所述第一电流互感器CTA，所述三相触头SB与外部交流电源的连线穿过所述第二电流互感器CTB，所述三相触头SC与外部交流电源的连线穿过所述第三电流互感器CTC，用于监测三相触头SA、SB、SC回路的电流；
具体包括以下步骤：
步骤S1：智能交流接触器检测到分断操作，即检测到控制电源与智能电磁操动机构K的连接断开；
步骤S2：通过第二电流互感器CTB，检测SB触头电流的过零点；
步骤S3：以SB触头的电流过零点为基准，延时0～10ms，给出负压信号，控制接触器分断；
步骤S4：在接触器分断过程中，根据感应电势大于智能电磁操动机构K中线圈回路总电阻压降的关系，由智能电磁操动机构K中线圈电流检测接触器的断开时间；
步骤S5：根据第一电流互感器CTA、第二电流互感器CTB、第三电流互感器CTC的信号获取各触头的分断时间；当各个电流互感器信号持续为零时，认为触头完全断开电路；负压信号至触头完全断开电路的时间间隔即为分断时间；
步骤S6：由断开时间和分断时间，计算得到三相触头的总燃弧时间，并存储；
步骤S7：以n次分断操作为一组，根据n个燃弧时间的历史数据，以延时动作时间为优化变量，以总燃弧时间最小为优化目标，通过遗传算法，优化得到新的n次分断操作的延时；
步骤S8：在后续n次分断过程中，依次执行优化得到的n个延时；
步骤S9：重复步骤S1至步骤S8，存储总燃弧时间，再次寻优，动态调整延时，最终实现智能交流接触器在当前负载下三相总燃弧时间最小的状态下运行；
所述步骤S3、S4的具体内容为：
首先，在智能电磁操动机构K中，开关管VT1、VT2保持截止，VT3保持导通，瞬态抑制二极管TVS产生负压施加在线圈两端，使线圈电流快速下降并在动静铁心完全分离时降至零，即触动阶段；当线圈电流为零后，动静铁心完全分离，动铁心快速运动，VT2导通，旁路TVS，同时以占空比为d2的脉冲宽度信号调整补偿电阻Rcomp在线圈回路的平均阻值，即运动阶段；最终，动铁心带动触头断开，三相燃弧结束后，切断负载与交流电源的连接；
在接触器分断过程的运动阶段，根据线圈中感应电势与线圈回路总电阻的压降关系，能够实现接触器断开时间的检测；为保证断开时间的检测有高精度，需配置线圈回路总电阻Rtotal，原则如式(3)
Figure FDA0003634385550000031
式中，Rcoil为线圈电阻；Rcomp为补偿电阻；d2为控制Rcomp阻值的占空比；v为触头刚分时刻的动铁心速度；dLcoil/dx为触头刚分时刻的线圈电感Lcoil随动铁心位移x的变化率；在运动阶段中，最初，感应电势大于线圈回路总电阻压降，线圈电流逐渐上升；随后，感应电势快速降低，当感应电势小于总电阻后，线圈电流逐渐下降；运动阶段的线圈电流为先增后减的状态，设置占空比d2为α，通过配置补偿电阻Rcomp，使得线圈电流峰值点与触头刚分时刻对应，实现无传感器的接触器断开时间在线检测，此时的线圈回路总电阻Rtotal；断开时间topen(j)通过线圈电流峰点检测，保证电磁系统与触头系统的隔离，且检测精度不受负载类型影响；
在步骤S4中的断开时间检测过程，为削弱线圈
电阻变化对断开时间topen(j)检测精度的影响，建立了基于脉冲宽度调制的补偿电阻Rcomp阻值调节方案，进而稳定线圈回路总电阻Rtotal；在不同的环境温度、接触器工作条件下，线圈电阻将发生变化；为保证断开时间检测精度高，需根据线圈电阻变化情况，调整占空比d2进而稳定线圈回路总电阻Rtotal，保持线圈电流峰值点与触头刚分时刻对应；线圈电阻可通过平均励磁电压和线圈电流计得到，控制补偿电阻阻值的所需的占空比d2可由式(4)算得，
Figure FDA0003634385550000041
式中，uC为电源整流滤波后的电压，d1为开关管VT1的脉冲宽度信号占空比；当线圈电流稳定时，采集10ms的uC，d1和icoil，根据所需线圈回路总电阻Rtotal和线圈驱动电路中配置的补偿电阻Rcomp的计算得到所需的占空比d2。
2.根据权利要求1所述的一种智能交流接触器自适应分断控制方法，其特征在于：所述第一电流互感器CTA、第二电流互感器CTB和第三电流互感器CTC均为隔离型电流互感器。
3.根据权利要求1所述的一种智能交流接触器自适应分断控制方法，其特征在于：所述步骤S6至S9的具体内容为：
首先，随机设定n次操作的延时时间td(j)，其中，j＝1，2......n；接触器在后续分断操作过程，依次执行td(j)；在各次分断过程中，检测断开时间topen(j)和分断时间tbreak(A)(j)、tbreak(B)(j)、tbreak(C)(j)，由分断时间和断开时间算得三相触头SA、SB、SC的燃弧时间总和，即总燃弧时间tarc(j)，如式(1)所示，并建立数组；
tarc(j)＝tarc(A)(j)+tarc(B)(j)+tarc(C)(j)＝tbreak(A)(j)+tbreak(B)(j)+tbreak(C)(j)-3topen(j)(1)
根据各次分断过程的总燃弧时间，计算td(j)的个体适应值P(j)，如式(2)所示，燃弧时间越短，个体适应值越大；
Figure FDA0003634385550000051
根据轮盘赌徒策略，随机选择父代延时td(α)，个体适应值越大的延时td(j)，被选择为父代的概率越高；随机选择母代延时td(β)；随机生成两个数x、y与预设值λ、β进行大小比较，决定父代与母代是否执行交叉、变异；若x＞λ，则不执行交叉和变异，将父代延时td(α)作为新的延时t′d(j)；若x≤λ且y＞β，则仅执行交叉，将td(α)和td(β)转换为二级制编码，随机选择交叉位置，将td(α)的交叉位置前的码元和td(β)的交叉位置后的数据码元拼接，生成新代码，然后转为十进制，作为新的延时t′d(j)；若x≤λ且y≤β，则执行交叉和变异，先将td(α)和td(β)进行交叉，然后在新代码中随机选取一位码元反转，再转为十进制，作为新的延时t′d(j)；在生成新的n个延时时间t′d(j)后，依次执行新生成的延时t′d(j)，获取和存储总燃弧时间，更新数组的数据，并再次优化延时；在接触器后续操作过程中，延时动作时间将收敛于最优值，此时智能交流接触器的三相总燃弧时间最短。
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