論低壓開關中永磁控制技術的應用

龔榮福

（鎮江市產品質量監督檢驗中心，江蘇鎮江，212003）

論低壓開關中永磁控制技術的應用

龔榮福

（鎮江市產品質量監督檢驗中心，江蘇鎮江，212003）

為了克服傳統低壓開關電動控制系統中所存在的諸如接觸器主觸頭被燒、短路情況下斷路器無法正常將電路分斷、電機保護功能難以充分發揮等問題，可以通過永磁控制技術的應用加以實現。本文重點就低壓開關的電磁控制技術進行探討，以供參考。

低壓開關；永磁控制技術；應用

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

1　永磁控制原理

本文采取的電磁系統，需要在交流電壓下實現吸合，在直流低壓下維持。通過整流電路設計，電磁鐵所通過的是脈動直流電壓。因此，在系統電磁鐵設計方面，需要根據直流電磁鐵來著手，額定電壓保持在9V，選擇長期工作制。加入電磁鐵后，低壓開關永磁系統即可順利實現，通過銜鐵吸合、通電，永磁通、勵磁通在相同方向上保持一致，所合成的磁通吸力超出了負載反力，實現了鐵心的吸合。永磁體所帶來了巨大吸力，在成功吸引銜鐵后，線圈中電流中斷，系統也不會耗費電能；當電樞線圈斷開時，出現反向通電，此時，永磁、去磁磁通兩者方向恰好相反，吸合所產生的磁通未達到負載力，此時銜鐵將釋放。

2　低壓開關中永磁控制技術的應用

提出了一種基于永磁控制技術的低壓開關控制與保護的設計思路，該系統主要包括電磁控制系統機構、操作機構、基座、主回路接觸組、控制檢測系統、脫口系統等構成。

2.1電磁控制系統機構。電磁控制系統機構主要包括線圈、鐵芯、控制觸點、基座等，提供欠壓保護功能，可以根據通斷操作指令，對主觸頭是否接通進行控制。這部分采用的是節能技術，最大化地減少了系統鐵芯的損耗與短路環的損耗，達到了節約用電的目的，同時，也設置了緩沖裝置，有效減少了系統能量的沖擊，提升了低壓開關的吸合性能，延長了開關的壽命。

2.2開關操作機構。低壓開關電器操作機構可以收到來自各極接觸組的短路信號，也能接收源自于控制檢測系統所發來的故障信號，借助于控制觸點，將線圈回路斷開，由電磁系統將主回路分斷開來，待故障解決之后，利用操作旋鈕將其復位。

2.3主電路接觸組。主電路接觸組主要包括動橋式雙斷點觸頭、靜橋式雙斷點觸頭、滅弧室、限流式短路脫扣器，各極保持獨立。其中，中組存在限流式短路脫扣器與滅弧系統，因而能夠達到高限流特性，并帶來穩定、可靠的后備保護。一旦負載存在短路情況，脫扣器將在2-3ms之內迅速沖擊，帶動相應的操作機構，將控制線圈電路斷開，從而切斷主電路。

2.4低壓開關控制與保護的實現。低壓開關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的控制。電磁系統動作由外接控制電源與電磁線圈觸點實現控制。

（1）短路保護。低壓開關短路保護主要是由各極主接觸器中所設置的限流短路脫扣器實現的，其能夠對短路電路進行檢測，并迅速沖擊切斷主接觸器觸頭，并實現信號的成功傳遞，操作機構在動作之后，將電磁線圈回路斷開，實現短路保護。

（2）過載保護。系統所提供的控制檢測系統，能夠對主回路是否存在過載情況進行檢測，如有過、欠壓，缺相、欠流、堵轉、三相不平衡、漏電故障等情況，將會發出故障信號，電子脫口器接收該信號后發生動作，并帶動操作機構加以動作，將電磁機構線圈回路切斷，線圈將鐵芯釋放，繼而切斷主回路接觸組，實現了過載保護。

2.5故障仿真與保護。本文利用Matlab/Simulink的仿真功能，利用該軟件進行模型構建，并對其過載、短路、堵轉等故障分別進行仿真，為低壓開關的控制與保護提供依據。

（1）電動機故障仿真。該模型由電源、連接器、電子、線路、電機、測量等元件構成。通過調用Matlab/Simulink，從SimpowerSystems中各環節模塊中將其相互連接，獲取該電機仿真模型。為驗證其有效性，可以輸入三相異步電機參數加以仿真。

對電機短路故障進行仿真，使電機在0.7s、0.8s時發生一相、兩相對地短路、相間短路，獲取仿真結果，當存在短路故障時，故障相的電流為十倍的額定電流。

對堵轉故障進行仿真，使電機在0.8s時出現堵轉，電機轉矩由額定轉矩20.4N·m增加到70N·m，獲取仿真結果，當存在堵轉故障時，故障相的電流約為8倍的額定電流。

對過載故障進行仿真，使電機在0.8s時候出現過載，電機轉矩由額定轉矩20.4N·m增加到45N·m，獲取仿真結果，當存在堵轉故障時，故障相的電流約為3.5倍的額定電流。

對斷相故障進行仿真，使電機在0.7s時出現斷某一相、兩相及三相全斷，獲取仿真結果，當切斷某一相時，斷掉相的電流值等于零，其它兩相電流增加，當斷掉某兩相或三相全斷時，電流值均等于零。

（2）故障保護。故障保護主要涉及到啟動延時、過流、欠流、過壓、欠壓、漏電、斷相、堵轉、過載保護等等。根據故障仿真可知，不同故障下的電流值不盡相同，因此，動作及保護的時間也存在差異。若所處的檔位不同，所采集的電流、標定電流二者之間的比值不同，此時，延時保護的時間方面也會出現很大的差異。電動機啟動時若存在過壓、短路、堵轉、斷相故障時，此時的電流會維持較大的值，且規定時間以內無法順利恢復至正常。為避免電動機難以啟動時可能引發的繞組損壞、軸承損壞，必須對過長保護延時保護時間進行設定，可設范圍：0-99s，在電動機啟動時間之內，只對過壓、欠壓、漏電、斷相等故障進行保護，防止開機時大電流可能引發的電機受損，超過延時保護時間之后，可實現過流保護。當電流小于工作電流時，會對電機正常運行及壽命造成影響，因此，必須進行欠流保護，這需要根據所設定欠流值對是否進行欠流保護進行判斷，若工作電流低于所設定值時，系統會在30s之內動作。當電極驅動設備存在堵塞或超負荷運行情況時，會開啟堵轉保護，工作電流為額定電流3.5-8倍時，系統將在0.5s內動作。若三相電壓中某一相超過整定值，故障時間超過延時動作時間，會開啟過電壓保護，過壓標定值通常設置為額定值的1.2倍，動作時間在15s內。

3　結語

一言以概之，低壓電氣設備是電力行業十分重要的組成部分，不僅數量、種類繁多，而且涵蓋面極廣，因此，是保障電力行業安全運行的重要保障，也是配電系統穩定運行的重要工具。為了加強低壓開關電器的控制與保護，本文對永磁控制技術的應用進行了探討，該技術的應用不僅確保了低壓開關電器運行的穩定性、可靠性，還達到了節約電能的目的。

龔榮福，1981年10月21日，男，鎮江市人，鎮江市產品質量監督檢驗中心，監督審核部部長，工程師，低壓電器及自動化控制方向 。

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.基于永磁同步電機的高性能交流伺服控制系統研究［J］.科學技術與工程，2009，19 （01）： 129 - 133.

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