基于零侵蝕帶閉環(huán)容錯控制的智能接觸器

　　控制電器觸頭的零侵蝕機理

　　觸頭侵蝕是指觸頭在分?jǐn)嗷蜷]合電路的過程中，由于機械的撞擊和摩擦、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，由于對觸頭電弧侵蝕機理的研究，利用開關(guān)分?jǐn)嗾麄€進(jìn)程中，金屬相和氣相電弧兩個不同過程，觸頭材料在陽極和陰極轉(zhuǎn)移方向相反的現(xiàn)象，通過控制分?jǐn)嘞嘟呛腿蓟⊙永m(xù)時間，可實現(xiàn)觸頭材料的零磨損。

　　下面來分析觸頭的分?jǐn)噙M(jìn)程。當(dāng)觸頭開始打開，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，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，電子轟擊陽極，使陽極表面釋放金屬蒸汽到間隙中；金屬蒸汽經(jīng)過游離產(chǎn)生帶正電荷的金屬離子，這些離子經(jīng)過電場加速到達(dá)陰極并沉積于陰極表面，因而，在金屬相階段，觸頭材料由陽極向陰極轉(zhuǎn)移。當(dāng)觸頭進(jìn)一步打開，周圍空氣滲透到電弧間隙中，并游離成正的氣體離子。此時氣體離子控制了電弧放電過程，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極。故在氣相電弧階段，觸頭材料由陰極向陽極轉(zhuǎn)移(見圖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?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)嘣囼灥臄?shù)據(jù)。

　　試驗中改變分閘相角，取半個周期τ=10ms,分閘相角對應(yīng)于電流波形中的分?jǐn)帱c的時間tPOW分別取1、3、5、7ms。考慮到電弧過零時分?jǐn)?，則電弧的燃弧延續(xù)時間為：ξ=τ-tPOW。當(dāng)增加觸頭分?jǐn)嗨俣然蚍謹(jǐn)嚯娏?，則燃弧時間增大或分閘相角減小。實踐證明：接觸器的零侵蝕控制關(guān)鍵在于分閘相角的控制。