論低壓開關(guān)中永磁控制技術(shù)的應(yīng)用

龔榮福

（鎮(zhèn)江市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，江蘇鎮(zhèn)江，212003）

論低壓開關(guān)中永磁控制技術(shù)的應(yīng)用

龔榮福

（鎮(zhèn)江市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，江蘇鎮(zhèn)江，212003）

為了克服傳統(tǒng)低壓開關(guān)電動(dòng)控制系統(tǒng)中所存在的諸如接觸器主觸頭被燒、短路情況下斷路器無(wú)法正常將電路分?jǐn)?、電機(jī)保護(hù)功能難以充分發(fā)揮等問題，可以通過永磁控制技術(shù)的應(yīng)用加以實(shí)現(xiàn)。本文重點(diǎn)就低壓開關(guān)的電磁控制技術(shù)進(jìn)行探討，以供參考。

低壓開關(guān)；永磁控制技術(shù)；應(yīng)用

在低壓開關(guān)等電器中，永磁材料的應(yīng)用由來(lái)已久，例如，極化繼電器等。但受到傳統(tǒng)永磁材料自身性能、價(jià)格因素、體積等一系列因素的影響，永磁技術(shù)的應(yīng)用范圍仍十分有限，直到釹鐵硼稀土材料出現(xiàn)之后，由于其磁能積較高，因而為永磁控制技術(shù)在低壓控制與保護(hù)開關(guān)中的應(yīng)用提供了條件。

1　永磁控制原理

本文采取的電磁系統(tǒng)，需要在交流電壓下實(shí)現(xiàn)吸合，在直流低壓下維持。通過整流電路設(shè)計(jì)，電磁鐵所通過的是脈動(dòng)直流電壓。因此，在系統(tǒng)電磁鐵設(shè)計(jì)方面，需要根據(jù)直流電磁鐵來(lái)著手，額定電壓保持在9V，選擇長(zhǎng)期工作制。加入電磁鐵后，低壓開關(guān)永磁系統(tǒng)即可順利實(shí)現(xiàn)，通過銜鐵吸合、通電，永磁通、勵(lì)磁通在相同方向上保持一致，所合成的磁通吸力超出了負(fù)載反力，實(shí)現(xiàn)了鐵心的吸合。永磁體所帶來(lái)了巨大吸力，在成功吸引銜鐵后，線圈中電流中斷，系統(tǒng)也不會(huì)耗費(fèi)電能；當(dāng)電樞線圈斷開時(shí)，出現(xiàn)反向通電，此時(shí)，永磁、去磁磁通兩者方向恰好相反，吸合所產(chǎn)生的磁通未達(dá)到負(fù)載力，此時(shí)銜鐵將釋放。

2　低壓開關(guān)中永磁控制技術(shù)的應(yīng)用

提出了一種基于永磁控制技術(shù)的低壓開關(guān)控制與保護(hù)的設(shè)計(jì)思路，該系統(tǒng)主要包括電磁控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)、操作機(jī)構(gòu)、基座、主回路接觸組、控制檢測(cè)系統(tǒng)、脫口系統(tǒng)等構(gòu)成。

2.1電磁控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)。電磁控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)主要包括線圈、鐵芯、控制觸點(diǎn)、基座等，提供欠壓保護(hù)功能，可以根據(jù)通斷操作指令，對(duì)主觸頭是否接通進(jìn)行控制。這部分采用的是節(jié)能技術(shù)，最大化地減少了系統(tǒng)鐵芯的損耗與短路環(huán)的損耗，達(dá)到了節(jié)約用電的目的，同時(shí)，也設(shè)置了緩沖裝置，有效減少了系統(tǒng)能量的沖擊，提升了低壓開關(guān)的吸合性能，延長(zhǎng)了開關(guān)的壽命。

2.2開關(guān)操作機(jī)構(gòu)。低壓開關(guān)電器操作機(jī)構(gòu)可以收到來(lái)自各極接觸組的短路信號(hào)，也能接收源自于控制檢測(cè)系統(tǒng)所發(fā)來(lái)的故障信號(hào)，借助于控制觸點(diǎn)，將線圈回路斷開，由電磁系統(tǒng)將主回路分?jǐn)嚅_來(lái)，待故障解決之后，利用操作旋鈕將其復(fù)位。

2.3主電路接觸組。主電路接觸組主要包括動(dòng)橋式雙斷點(diǎn)觸頭、靜橋式雙斷點(diǎn)觸頭、滅弧室、限流式短路脫扣器，各極保持獨(dú)立。其中，中組存在限流式短路脫扣器與滅弧系統(tǒng)，因而能夠達(dá)到高限流特性，并帶來(lái)穩(wěn)定、可靠的后備保護(hù)。一旦負(fù)載存在短路情況，脫扣器將在2-3ms之內(nèi)迅速?zèng)_擊，帶動(dòng)相應(yīng)的操作機(jī)構(gòu)，將控制線圈電路斷開，從而切斷主電路。

2.4低壓開關(guān)控制與保護(hù)的實(shí)現(xiàn)。低壓開關(guān)電器通斷主要是由主接觸組的主觸頭所完成的，其中，主接觸組主要受到電磁系統(tǒng)的控制。電磁系統(tǒng)動(dòng)作由外接控制電源與電磁線圈觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)控制。

（1）短路保護(hù)。低壓開關(guān)短路保護(hù)主要是由各極主接觸器中所設(shè)置的限流短路脫扣器實(shí)現(xiàn)的，其能夠?qū)Χ搪冯娐愤M(jìn)行檢測(cè)，并迅速?zèng)_擊切斷主接觸器觸頭，并實(shí)現(xiàn)信號(hào)的成功傳遞，操作機(jī)構(gòu)在動(dòng)作之后，將電磁線圈回路斷開，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。

（2）過載保護(hù)。系統(tǒng)所提供的控制檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)χ骰芈肥欠翊嬖谶^載情況進(jìn)行檢測(cè)，如有過、欠壓，缺相、欠流、堵轉(zhuǎn)、三相不平衡、漏電故障等情況，將會(huì)發(fā)出故障信號(hào)，電子脫口器接收該信號(hào)后發(fā)生動(dòng)作，并帶動(dòng)操作機(jī)構(gòu)加以動(dòng)作，將電磁機(jī)構(gòu)線圈回路切斷，線圈將鐵芯釋放，繼而切斷主回路接觸組，實(shí)現(xiàn)了過載保護(hù)。

2.5故障仿真與保護(hù)。本文利用Matlab/Simulink的仿真功能，利用該軟件進(jìn)行模型構(gòu)建，并對(duì)其過載、短路、堵轉(zhuǎn)等故障分別進(jìn)行仿真，為低壓開關(guān)的控制與保護(hù)提供依據(jù)。

（1）電動(dòng)機(jī)故障仿真。該模型由電源、連接器、電子、線路、電機(jī)、測(cè)量等元件構(gòu)成。通過調(diào)用Matlab/Simulink，從SimpowerSystems中各環(huán)節(jié)模塊中將其相互連接，獲取該電機(jī)仿真模型。為驗(yàn)證其有效性，可以輸入三相異步電機(jī)參數(shù)加以仿真。

對(duì)電機(jī)短路故障進(jìn)行仿真，使電機(jī)在0.7s、0.8s時(shí)發(fā)生一相、兩相對(duì)地短路、相間短路，獲取仿真結(jié)果，當(dāng)存在短路故障時(shí)，故障相的電流為十倍的額定電流。

對(duì)堵轉(zhuǎn)故障進(jìn)行仿真，使電機(jī)在0.8s時(shí)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩由額定轉(zhuǎn)矩20.4N·m增加到70N·m，獲取仿真結(jié)果，當(dāng)存在堵轉(zhuǎn)故障時(shí)，故障相的電流約為8倍的額定電流。

對(duì)過載故障進(jìn)行仿真，使電機(jī)在0.8s時(shí)候出現(xiàn)過載，電機(jī)轉(zhuǎn)矩由額定轉(zhuǎn)矩20.4N·m增加到45N·m，獲取仿真結(jié)果，當(dāng)存在堵轉(zhuǎn)故障時(shí)，故障相的電流約為3.5倍的額定電流。

對(duì)斷相故障進(jìn)行仿真，使電機(jī)在0.7s時(shí)出現(xiàn)斷某一相、兩相及三相全斷，獲取仿真結(jié)果，當(dāng)切斷某一相時(shí)，斷掉相的電流值等于零，其它兩相電流增加，當(dāng)斷掉某兩相或三相全斷時(shí)，電流值均等于零。

（2）故障保護(hù)。故障保護(hù)主要涉及到啟動(dòng)延時(shí)、過流、欠流、過壓、欠壓、漏電、斷相、堵轉(zhuǎn)、過載保護(hù)等等。根據(jù)故障仿真可知，不同故障下的電流值不盡相同，因此，動(dòng)作及保護(hù)的時(shí)間也存在差異。若所處的檔位不同，所采集的電流、標(biāo)定電流二者之間的比值不同，此時(shí)，延時(shí)保護(hù)的時(shí)間方面也會(huì)出現(xiàn)很大的差異。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)若存在過壓、短路、堵轉(zhuǎn)、斷相故障時(shí)，此時(shí)的電流會(huì)維持較大的值，且規(guī)定時(shí)間以內(nèi)無(wú)法順利恢復(fù)至正常。為避免電動(dòng)機(jī)難以啟動(dòng)時(shí)可能引發(fā)的繞組損壞、軸承損壞，必須對(duì)過長(zhǎng)保護(hù)延時(shí)保護(hù)時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，可設(shè)范圍：0-99s，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間之內(nèi)，只對(duì)過壓、欠壓、漏電、斷相等故障進(jìn)行保護(hù)，防止開機(jī)時(shí)大電流可能引發(fā)的電機(jī)受損，超過延時(shí)保護(hù)時(shí)間之后，可實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。當(dāng)電流小于工作電流時(shí)，會(huì)對(duì)電機(jī)正常運(yùn)行及壽命造成影響，因此，必須進(jìn)行欠流保護(hù)，這需要根據(jù)所設(shè)定欠流值對(duì)是否進(jìn)行欠流保護(hù)進(jìn)行判斷，若工作電流低于所設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在30s之內(nèi)動(dòng)作。當(dāng)電極驅(qū)動(dòng)設(shè)備存在堵塞或超負(fù)荷運(yùn)行情況時(shí)，會(huì)開啟堵轉(zhuǎn)保護(hù)，工作電流為額定電流3.5-8倍時(shí)，系統(tǒng)將在0.5s內(nèi)動(dòng)作。若三相電壓中某一相超過整定值，故障時(shí)間超過延時(shí)動(dòng)作時(shí)間，會(huì)開啟過電壓保護(hù)，過壓標(biāo)定值通常設(shè)置為額定值的1.2倍，動(dòng)作時(shí)間在15s內(nèi)。

3　結(jié)語(yǔ)

一言以概之，低壓電氣設(shè)備是電力行業(yè)十分重要的組成部分，不僅數(shù)量、種類繁多，而且涵蓋面極廣，因此，是保障電力行業(yè)安全運(yùn)行的重要保障，也是配電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要工具。為了加強(qiáng)低壓開關(guān)電器的控制與保護(hù)，本文對(duì)永磁控制技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討，該技術(shù)的應(yīng)用不僅確保了低壓開關(guān)電器運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性，還達(dá)到了節(jié)約電能的目的。

龔榮福，1981年10月21日，男，鎮(zhèn)江市人，鎮(zhèn)江市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，監(jiān)督審核部部長(zhǎng)，工程師，低壓電器及自動(dòng)化控制方向 。

On the application of permanent magnet control technology in low voltage switch

Gong Rongfu
（Zhenjiang product quality supervision and inspection center，Zhenjiang Jiangsu，212003）

In order to overcome the traditional low voltage switch electric control system such as the main contact of the contactor is burned，short circuit breaker can not be normal circuit breaking，it is difficult to give full play to the function of protecting the motor and other issues， through permanent magnet control technology to be realized.This paper focuses on the low voltage switch electromagnetic control technology for reference.

low voltage switch；permanent magnet control technology；application

［1］薛青，花銀群，程廣貴，等.基于永磁同步電機(jī)的高性能交流伺服控制系統(tǒng)研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2009，19 （01）： 129 - 133.

［2］王正，朱興動(dòng)，張六弢.UC3843 控制多路輸出開關(guān)電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.航空計(jì)算技術(shù)，2011，34 （02） ： 288 - 290.