智能接触器可靠性设计的软件实现方法(06-100)

　　基于零侵蚀带闭环容错控制的智能接触器

　　控制电器触头的零侵蚀机理

　　触头侵蚀是指触头在分断或闭合电路的过程中，由于机械的撞击和摩擦、化学的腐蚀、电弧与火花的烧蚀造成触头金属损失或材料定向转移的现象。近年来，由于对触头电弧侵蚀机理的研究，利用开关分断整个进程中，金属相和气相电弧两个不同过程，触头材料在阳极和阴极转移方向相反的现象，通过控制分断相角和燃弧延续时间，可实现触头材料的零磨损。

　　下面来分析触头的分断进程。当触头开始打开，由于接触电阻的增大，触头表面温度升高，使接触表面金属熔化而形成金属桥；进一步打开，间隙中的触头金属蒸汽被游离，而出现了电弧放电。该阶段由于电弧放电主要是金属离子形成，因而称为金属相电弧。在金属相电弧阶段，电子轰击阳极，使阳极表面释放金属蒸汽到间隙中；金属蒸汽经过游离产生带正电荷的金属离子，这些离子经过电场加速到达阴极并沉积于阴极表面，因而，在金属相阶段，触头材料由阳极向阴极转移。当触头进一步打开，周围空气渗透到电弧间隙中，并游离成正的气体离子。此时气体离子控制了电弧放电过程，这一阶段称为气相电弧。在气相电弧阶段，气体离子在电场的作用下加速并轰击阴极，使阴极表面的金属蒸汽释放到间隙并沉积于阳极。故在气相电弧阶段，触头材料由阴极向阳极转移(见图1)。

　　J.Swingle 等提出在交流电源条件下，若能控制电弧的燃弧时间，即分断的分闸相角，可使两种电弧现象的触头材料转移相互平衡，从而产生触头质量零磨损条件。并提供试验模型在分断速度为0.1、0.3、0.5、0.7、0.8m/s ；交流电流有效值为5.6、9.3、14.7、26.3和18.8A ；电源电压为240V，触头材料分别为AgSnO2和AgCdO的条件下，进行分断试验的数据。

　　试验中改变分闸相角，取半个周期τ=10ms,分闸相角对应于电流波形中的分断点的时间tPOW分别取1、3、5、7ms。考虑到电弧过零时分断，则电弧的燃弧延续时间为：ξ=τ-tPOW。当增加触头分断速度或分断电流，则燃弧时间增大或分闸相角减小。实践证明：接触器的零侵蚀控制关键在于分闸相角的控制。