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1、密级：具有软启动和无弧通断功能交流接触器设计Design of AC Contactor with Soft-start and Non-Arc On/Off Function学 院：电气工程学院专 业 班 级：电气工程及其自动化学 号：学 生 姓 名： 指 导 教 师： （副教授）2011 年 06 月II 摘 要接触器是属于长期工作制的、用途最为广泛的低压电器之一。但一般的交流接触器无论是就其自身的触头灭弧系统（动、静触头及灭弧罩等），还是其在降低大电动机启动电流方面都存在常规设计所不能克服的缺点。如：交流接触器的电寿命远远低于其机械寿命，无法降低电动机大电流启动对电网电压和自身使用寿命的
2、影响等等。这些缺点不仅会浪费能源，增加不必要的自身损耗，甚至还会影响到电网中其它设备的正常使用。基于此，本文将展开了对交流接触器无弧化通断与对电动机软启动的研究。本文对目前已有的交流接触器结构及工作原理，进行了详细分析。同时就合闸、保持与分闸三个方面对交流接触器国内外发展现状及趋势，进行深入研究。在此基础上，进行了交流接触器的动态参数的测量，提出软启动与无弧通断接触器的整体方案。 该方案将利用双向可控硅与原交流接触器的主触点相并联，通过可控硅辅助回路在主回路通断时进行分流，来实现无弧通断，提高接触器的电寿命；利用单片机信号控制辅助回路上可控硅的导通角，对电动机启动进行调压，来实现电动机软启动，
3、降低电动机启动时对电网与自身的影响；利用永磁体来保持交流接触器的分合闸状态，减少能量的损耗，与触头振动。设计多种电源电路，对交流接触器的各个部分进行供电。设计主电路电压电流检测电路，通过对测得的电压电流值进行分析，证明接触器初步具有了无弧通断与电机软启动的功能。关键词：接触器；无弧通断；软启动；永磁保持；单片机AbstractContacts are part of long-term work system, one of the most widely used low-voltage electrical appliances. But in general AC contacts, w
4、hether on its own contact arc-system (dynamic, static contact and the arc chute, etc.) or in terms of reducing the large motor starting current aspects of conventional design can not overcome the existing shortcomings. For example, AC contactor life is in far less than its mechanical life cannot red
5、uce the motor starting current influence on power system voltage and their own life, and so on. These shortcomings will not only waste energy, adding unnecessary equipment loss, or even affect the normal use of devices. Based on these, the article will expand to the study of non-ARC AC contactor and
6、 motor soft-start. In the article currently carry out a detailed analysis of the structure and working principle of AC contactor. At the same time in-depth study the status and development trend of domestic and foreign on the closing, maintaining, and sub-gate-three aspects of the AC contactors. On
7、this basis, measure dynamic parameters of AC contactors, make of soft starter and no-arc contactors as a whole program. The program will use TRIAC with the original contactors main contacts in parallel, by SCR secondary circuit in the primary circuit-break, and to achieve non-ARC-break, improving th
8、e electrical life of contactors; Using single-chip signal control on the SCR conduction angle of the secondary circuit, the motor starting voltage to achieve motor soft-start, reduce motor starting on power system and its effects; Keep AC contactor with permanent magnet to closed, reducing energy lo
9、ss, and contact vibration.Design a variety of power supply circuits used to supply power to parts of the AC contactor. Design of main circuit of voltage and current detection circuit, through the analysis of measured voltage and current values, prove that contactors Preliminarily has the non-arc on/
10、off and motor soft-start function.Keywords: contacts; non-arc on/off; soft-start; permanent magnet to maintain; SCM I目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题研究背景、目的及意义11.2 课题国内外研究现状及趋势11.2.1 合闸控制技术发展现状21.2.2 节能保持技术发展现状61.2.3 分闸控制技术发展现状71.2.4 其他理论技术发展现状101.3 课题主要研究内容10第2章 CJ20-100接触器动作参数测量实验112.1 引言112.2 测量实验设
11、计112.2.1 设计思想与待解决问题112.2.2 实验中问题的解决办法132.2.3 动作参数测量实验电路182.3 动作参数测量实验过程182.3.1 吸合时间测量实验过程192.3.2 释放时间测量实验过程192.4 动态参数测量实验数据20第3章 软启动无弧通断交流接触器总体设计213.1 引言213.2 研究对象简介213.2.1 接触器技术性能分析213.2.2 接触器工作原理简述223.3硬件总体设计233.4软件总体设计25第4章 软启动无弧通断交流接触器硬件设计264.1 引言264.2 系统直流供电电源设计264.2.1 芯片5V直流电源设计264.2.2 调压驱动直流电
12、源设计274.3 分合闸执行系统设计274.3.1 分合闸执行系统设计274.3.2 分合闸保持系统设计284.4 可控硅分流调压主回路设计304.5 可控硅调压信号驱动电路设计324.6 中央控制与测量显示系统设计354.6.1 基本芯片介绍354.6.2 中央控制系统设计374.6.3 测量显示系统设计424.6.4 控制系统I/O口设计444.7 电压电流检测系统设计44第5章 结论48参 考 文 献49致谢52沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 课题研究背景、目的及意义接触器是属于长期工作制的、用途最为广泛的低压电器之一，但一般的交流接触器无论是就其自身的触头灭弧系统
13、（动、静触头及灭弧罩等）还是其在降低大电机启动电流方面都存在常规设计所不能克服的缺点1。首先，其触头在分断电路电流时，不可避免地会产生电弧。而交流接触器的电寿命之所以远远低于其机械寿命，主要就是因为分断过程中电弧的存在。在强力熄弧、无弧分断方面以往有很多研究成果，但由于可靠性、工艺等诸多原因，一直未能得以推广应用；其次，电动机的启动电流达到额定电流的57倍，将引起电网电压急剧下降，使启动转矩减小，造成启动失败，且影响其他用电设备的正常运行。同时，直接启动势必对电动机本身带来很大的冲击力，产生过热，影响使用寿命。电动机容量越大，受影响的程度越深。虽然以往在这方面也有许多探索性研究结果，同样由于可
14、靠性、成本、方案复杂等原因，市场上成型产品也不多见1。基于以上两方面的问题，毕业设计将针对触头灭弧系统和电动机的软启动控制分别提出一种简单易行、可靠性高、成本低、性能优的解决方案。以增加交流接触器的电寿命，并可以使电动机软启动，降低对电动机自身与电网中其他用电设备的影响。1.2 课题国内外研究现状及趋势具有多种附加功能（如：软启动、无弧通断等）的永磁交流接触器的主要理论包括：电器理论（接触器线圈的励磁方式、永磁铁在接触器中的使用）、电力电子理论（对接触器进行软启动功能方面的改进、对接触器进行无弧通断功能方面的改进、进行软启动无弧通断接触器控制回路的设计）、单片机技术理论（接触器软启动无弧通断触
15、发信号的生成、检测信号的显示、接触器软启动无弧通断方面的编程）。其中具有软启动和无弧通断功能的智能化交流接触器是目前复合型交流接触器的主要研究趋势，其包括合闸、保持和分闸三个部分。合闸关键技术分为交流激磁合闸，直流激磁合闸与无触点器件对电动机进行降压启动。保持关键技术分为低压直流保持和永磁保持等。分闸的关键技术有过零分断技术、无触点器件分流调压技术及主触头系统改进技术等2。1.2.1 合闸控制技术发展现状(1) 交流励磁技术的发展现状交流激磁指励磁线圈加交流电压3。交流激磁智能合闸操作原理是通过控制功率晶体管定时、定相导通线圈激磁电压，其原理图如图1-1所示。图1-1 交流智能合闸原理图福州大学最早通过试验，得出合闸相角不同，铁芯闭合末速度不同，触点振动情况不同的结论。触头回跳产生的断续电弧造成触头侵蚀，因而必须寻找合适的合闸相角以减小触头的回跳，从而延长接触器电寿命4,5。传统的方法是通过实验得到不同电压、不同合闸相角下的触头振动波形，通过观察法检测回跳情况从而寻找出最佳合闸相角。并通过分析与电寿命、机械寿命和接通能力最密切相关的各参量，并组成模糊综
