智能永磁接触器设计和控制技术的研究

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1、摘要永磁接触器作为一种基于新原理的新型开关电器，在节能、抗晃电和可靠性方面优于传统电磁式接触器，具有广阔的市场应用前景。深入研究其电磁优化设计、智能控制及远程通信等相关技术，对于提高此类产品综合性能以及智能化开关电器设计与控制水平，满足低压配电系统自动化的发展要求具有重要的理论意义和工程应用价值。本文在详细分析永磁操动机构及其控制电路设计的相关理论和技术的基础上，研究了永磁接触器操动机构的设计方法以及智能控制电路的模块化设计，研制了一台140A配螺管型和一台250A配双E型单稳态永磁操动机构的永磁接触器，并针对线圈的不同

2、激磁方式开发了配套的智能控制模块。研究了智能永磁接触器在不同合闸相角下的动态性能，建立了不同合闸相角下动态参数的模糊综合评判数学模型，基于模糊灰色理论综合评判了不同合闸相角下的动态特性参量，获得了最优运动特性下的合闸相角。利用智能控制实现了在最优相角下合闸控制以及过零点分断，减少了触头弹跳，有助于提高其电气和机械寿命。提出了一种永磁接触器电压反馈控制技术，实现了合闸过程的智能闭环控制。基于Matlab建立了电磁力计算模型、铁心和触头的合闸运动模型、铁心缓冲模型和触头弹跳模型，仿真与分析了在恒定电压以及变电压控制下的动态性

3、能，样机的实验结果验证了仿真方法的正确性和反馈控制技术的有效性。提出了一种永磁接触器位移分段控制策略，结合磁路和电路模型，实现了螺管型操动机构动铁心位移的估算，并据此调整控制电压PWM占空比，实现了合闸过程的智能动态控制。建立了位移分段控制下的动态特性方程，耦合电压平衡方程和机械运动方程，采用四阶龙格一库塔法仿真研究了整个合闸动态过程。实验结果验证了仿真模型和位移分段控制策略的正确性，可显著降低动触头及动铁心的闭合速度，减少触头一、二次弹跳。提出了一种永磁接触器弱磁控制策略，结合磁路和电路模型，实现了双E型操动机构动铁心

4、位移的估算，并据此调整控制电压正、反向PWM占空比，实现了合闸过程的智能动态调节，使接触器的动态吸力和反力特性达到良好的配合。建立了弱磁控制策略下的数学模型，仿真了整个合闸动态过程，实验结果表明，动触头和动铁心的运动速度得到明显调节，触头一、二次弹跳明显减少。分析了智能永磁接触器Modbus、Profibus．DP现场总线以及GPRS无线通信的硬件结构和通信原理，探讨了各自的通信命令格式以及软件设计，研制了相应的通信单元，实现了智能永磁接触器远程监测与控制技术。【关键词】永磁接触器，永磁操动机构，电磁设计，智能控制模块，

5、合闸动态过程，无位置传感器，智能控制技术，动态特性，远程控制技术东南大学博士学位论文AbstractPermanentmagnet(PM)contactor,akindofnovelswitchapparatusbasedonanewprinciple，hasbroadapplicationprospectbecauseofitsoutstandingbehaviorsontheaspectsofenergy-saving，power舒danti—disturbanceandreliabilityincomparison

6、totheconventionalelectromagneticcontactors．Studyingindepththerelatedtechnologiesofelectromagneticoptimationdesign，intelligentcontrolandremotecommunicationofPMcontactorisofgreatimportanceintheoryandengineeringforimprovingtheoverallperformanceanddesignandcontrollev

7、elofintelligentswitchesSOastomeetthedevelopmentrequirementsofdistributionpowersystemautomationforlow-voltage．BasedontheanalysisoftherelatedtheoriesandtechnologiesofPMactuatoranditscontrolcircuitdesign,thedesignmethodofPMactuatorandthemoduledesignoftheintelligentc

8、ontrolcircuitforPMcontactorareresearched．Twomono．stableactuatorsforPMcontactorwitha140Acylindricaltypeanda250Adouble-Etypearedevelopedrespectivelyandthecorresp