智能接觸器可靠性設計的軟件實現方法(06-100)

　　基于零侵蝕帶閉環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斷或閉合電路的過程中，由于機械的撞擊和摩擦、化學的腐蝕、電弧與火花的燒蝕造成觸頭金屬損失或材料定向轉移的現象。近年來，由于對觸頭電弧侵蝕機理的研究，利用開關分斷整個進程中，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移方向相反的現象，通過控制分斷相角和燃弧延續時間，可實現觸頭材料的零磨損。

　　下面來分析觸頭的分斷進程。當觸頭開始打開，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；進一步打開，間隙中的觸頭金屬蒸汽被游離，而出現了電弧放電。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；金屬蒸汽經過游離產生帶正電荷的金屬離子，這些離子經過電場加速到達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移。當觸頭進一步打開，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，即分斷的分閘相角，可使兩種電弧現象的觸頭材料轉移相互平衡，從而產生觸頭質量零磨損條件。并提供試驗模型在分斷速度為0.1、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，進行分斷試驗的數據。

　　試驗中改變分閘相角，取半個周期τ=10ms,分閘相角對應于電流波形中的分斷點的時間tPOW分別取1、3、5、7ms?？紤]到電弧過零時分斷，則電弧的燃弧延續時間為：ξ=τ-tPOW。當增加觸頭分斷速度或分斷電流，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鍵在于分閘相角的控制。