永磁接触器相比于传统的电磁式接触器,其结构更加趋于简单,省电率高达99%以上,几乎没有温升,并且其工作时接近于无噪音,受电网的波动影响很小[1]。这些优点使永磁接触器具有广阔的发展前景。目前,国内外学者对永磁接触器已做了诸多工作,如永磁接触器的静、动态特性分析[2-4]、操作机构的本体优化设计[5-7]等,但关于优化永磁接触器动态合闸特性的智能控制方法的相关文献相对较少。

本文通过港珠澳大桥桥墩警示标志的能源系统设计，给读者介绍了一种能源配置的方法。能源系统设计是航标能否正常运行的基础工作，了解并掌握航标能源系统设计方法，对提升航标技能，开展航标业务具有重要意义

经研究显示,永磁接触器合闸时,通常出现两种弹跳过程。其中,一次弹跳主要受动静触头的碰撞引起,会引发电弧,对触头进行烧蚀,从而降低接触器的电寿命。二次弹跳发生在一次弹跳之后,由动静铁心碰撞引起,由于此时流过触头的电流比一次弹跳时大很多,造成了触头弹开时电弧能量也更大,从而引起触头的严重磨损与熔焊,严重损害了永磁接触器的电寿命和使用寿命。因此,探寻改善永磁接触器的动态合闸特性的方法,适当地减少触头的一次弹跳次数,消除二次弹跳,对永磁接触器的优化设计以及整体性能的提升具有重大的理论意义与实用价值。

1 模糊控制器设计

永磁接触器动态合闸过程是一个集电场、磁场以及机械运动等相互作用的复杂过程,而模糊控制无需被控对象的精确模型,实现方法较为简单,并且对过程参量变化不敏感等特点,故本文采用Mamdani模型的模糊控制方法实现对永磁接触器动态合闸特性的优化。

本文所构建的模糊控制器,其输入量为动铁心的移动位移x与速度变量v,输出量为PWM的占空比D。模糊控制的规则基于相关控制经验和仿真的经验总结[8]。所建立的模糊控制规则如表1所示,其中S、M和L分别表示为小、中和大。

表1 模糊控制规则表

移动位移x移动速度vSMLSMLLLMLMSMSS

为说明表1所表达的内容,特此举例:

IF x is S and v is S then D is L

即当动铁心移动距离为小时,并且移动速度也为小时,则此时应该施加的占空比应该很大。通过施加很大的占空比,使线圈电流增加,增加动铁心与静铁心之间的吸力,促使动铁心加快其移动速度,达到减少闭合时间的目的。

从图3可以看出,随着时间的增加,其控制开关的PWM输出占空比也越来越小。通过电磁线圈的电流变化波动较大,这是由于交流电压的缘故。从图中还可以看出,由于占空比的减小,线圈电流也在呈现波动减小的趋势。

2 模糊控制系统仿真

基于模糊控制搭建的永磁接触器闭合运动过程仿真模型如图1所示。针对模糊控制输出的占空比D,本文将其隶属度函数[0,1]均分为5等份,取其中间值作为控制开关的占空比,如[0,0.2]之间取占空比为0.1,设定其PWM周期为2 ms。仿真的初始条件是动铁心初始速度v为0 m/s,初始位移为0 mm。仿真以动铁心移动的最大位移7.06 mm为结束标志。

图1 模糊控制系统仿真模型

图2 动铁心位移与速度对比图

2.1 仿真结果比较分析

基于MATLAB分别建立了系统未加模糊控制以及加入模糊控制的仿真模型,在相同的输入电压条件下,仿真得到的关于动铁心的位移与速度对比结果,如图2所示。从图2可以看出,加入模糊控制后,动铁心的移动末速度明显减少,可以明显减少触头的碰撞能量,对减少触头的弹跳次数有重要的意义。

在上述仿真中,模糊控制系统主电路控制开关的PWM与通入电磁线圈的电流波形之间的关系,如图3所示。

选取2015年3月—2016年2月期间，我院收治的动脉瘤患者24例，其中男性患者11例，女性患者13例，患者年龄40至65岁，平均（56.2±7.1）岁，所有患者均经过外科手术证实为动脉瘤。

图3 PWM输出与线圈电流波形图

本文所采用的模糊控制推理过程是基于Mamdani算法,解模糊化过程是基于重心法,各个模糊语言的变量均量化为[0,1]。

《秀才胡同》共使用10种修辞、11种典故，《东风破》共使用6种修辞、9处典故。在修辞的使用上，《秀才胡同》数量远超《东风破》。此二者对修辞的运用的方式也有所异同，以下进行讨论。

2.2 合闸相位角对动态特性的影响

考虑到交流电压220V经整流后,合闸开通相位角的范围将约束在0°～180°,因此本文选取开通相位角在0°、30°、60°、90°、120°、150°进行仿真分析,如表2所示。从表2可以看出,动触头末速度V触末最大相差0.07 m/s,动铁心末速度V动末最大相差0.12 m/s,合闸相位角对永磁接触器的动态性能有一定的影响。由于模糊控制的加入,有效地减小了动铁心以及动触头速度的波动,明显减少了触头的末速度V触末,尤其是动铁心的末速度V动末,这将极大地减少触头之间和铁心之间的碰撞能量,对减少触头的一次弹跳和二次弹跳次数有重要的意义。由此可知,模糊控制方法可以有效地减小合闸相位角对动态特性的影响,减少触头和铁心间的碰撞能量,减少触头弹跳次数,改善永磁接触器的动态特性。

表2 不同合闸开通相位角下有无模糊控制方法对比

合闸开通相位角ΦV触末/(m/s)模糊无模糊V动末/(m/s)模糊无模糊0°30°60°90°120°150°0．850．850．850．850．860．860．880．900．940．950．910．880．990．991．001．001．001．001．941．961．961．851．841．90

2.3 工作电压对动态特性的影响

What happened to Carter’s team members after opening the tomb?

表3 不同工作电压下有无模糊控制方法对比

工作电压u/VV触末/(m/s)模糊无模糊V动末/(m/s)模糊无模糊1802002202400．850．850．850．850．760．820．880．930．990．990．990．991．781．851．942．02

从表3中可以看出,未施加模糊控制时,动触头与静触头碰撞的初始速度为0.76 m/s～0.93 m/s;动铁心的末速度为1.78 m/s～2.02 m/s,工作电压的波动对永磁接触器的动态特性有较大的影响。施加模糊控制后,动触头与静触头接触的初始速度为0.85 m/s,动铁心移动的末速度为0.99 m/s,二者速度不受工作电压的影响。由此可知,模糊控制方法可以有效地减小工作电压对触头和铁心末速度的影响,减少其波动性,提高系统的稳定性。

3 实验

为验证所设计的永磁接触器动态特性改善方法是否有效,进行实验验证。鉴于永磁接触器动作时,难以检测到触头弹跳的具体现象,因此,在触头上增加了直流电源与采样电阻,具体原理如图4所示。当动触头与静触头之间的接触时,会使采样电阻上形成电压,而当其发生弹跳现象时,动触头与静触头分离,会造成采样电阻两端失压。根据上述原理,利用示波器,可以准确获得反映触头弹跳现象的波形。

图5 永磁接触器未施加PWM控制时工作波形图

图4 触头弹跳测试原理图

3.1 动作特性试验

当永磁接触器发生动作时,接触器触头也会发生相应的动作。利用图4的原理,可以测得未施加PWM控制方法时,永磁接触器合闸和分闸的触头弹跳情况和动铁心移动位移情况,如图5所示。

由图5可以看出,当触头发生弹跳时,会检测到尖峰脉冲,而由图4分析知,该尖峰脉冲的次数即为触头弹跳的次数。当永磁接触器合闸时,由图5(a)知,触头弹跳现象极其突出,一次弹跳多达17次,并且伴随着二次弹跳,严重影响永磁接触器的电寿命和可靠性。当永磁接触器分闸时,由图5(b)知,触头弹跳次数很少,几乎没有,这是由于永磁接触器分闸时,是由反力弹簧以及弱化磁场引起触头分开,并无机械碰撞,故触头的弹跳现象几近于无,对永磁接触器的寿命和可靠性影响很低,故本文对永磁接触器的分闸特性不再做具体分析;此外,在图5(b)中还可以看到,动铁心静止前发生波动,这是由于分闸时,动铁心受到很大的反力作用,碰触到永磁接触器的外壳,而发生弹跳的现象,对接触器几乎没有危害,可以忽略其影响。

为验证模糊控制方法的有效性,减少触头检测时一些不可控因素的影响,分别对未施加PWM控制、施加50%占空比的方波以及施加模糊控制进行了20次的实验。所得到的对比情况如表4所示。

由前文分析知,通过控制线圈的电流,可以有效地调节电磁吸力,从而减少触头间的碰撞次数。鉴于永磁接触器的合闸时间不能太慢,在与未施加PWM控制的同等电压条件下,对主电路施加50%额定的占空比、周期为2 ms的方波,得到该条件下永磁接触器的合闸动作波形,如图6所示。

图6 50%占空比条件下合闸

图7 模糊控制条件下合闸

从图6可以看出,相比于未施加PWM控制时,触头弹跳次数明显减少,一次弹跳次数为7次,二次弹跳并不明显。

图7为通过施加模糊控制后,永磁接触器的合闸情况,由图中可以看出,相比于施加额定50%占空比的方波,触头弹跳次数更加减少,一次弹跳次数为4次,没有二次弹跳现象的发生,减少了由触头弹跳产生的电弧对触头的损害,实现永磁接触器的动作特性的优化,使永磁接触器的可靠性加强。图8为图7施加模糊控制时,对主电路施加的PWM控制波形,当控制电压为低电平时,主电路开通。从图8可以看出,其施加的占空比由高逐渐降低,实现对线圈电流的调节功能。

图8 模糊控制条件下输出的PWM波形

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表4 3种控制方案比较表

控制方案一次弹跳次数二次弹跳次数合闸时间/ms未施加PWM控制16．602．9515．1950%占空比的方波7．050．7522．40模糊控3．90020．35

由表4可以看出,相比较未施加PWM控制和施加50%占空比的方波这两种方法,模糊控制方法极大地减少了触头的弹跳次数,二次弹跳现象没有发生,并且合闸时间较于施加50%占空比的方波更加缩短,这是由于永磁接触器初始合闸时,模糊控制调制的占空比较于50%更高,从而使线圈电流更大,电磁吸力更大,致使合闸时间更加缩短。

此外,合闸开通相位角以及接触器工作电压对接触器的动态特性有较大影响[9-10],接下来将对其及进行逐一分析。

式中:ξ，η为水平平面上的正交坐标;vk为零均值高斯白噪声的过程噪声,用于以标准偏差σv=3 mm/s2模拟加速度.

4 结语

[5] Lin H Y,Wang X B,Fang S H,et al. Design,Optimization,and Intelligent Control of Permanent-Magnet Contactor[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics,2013,11:5148-5159.

参考文献:

[1] 曲祥义,边海民,徐桂明. 永磁式交流接触器的使用和问题分析[J]. 电世界,2013(1):14-15.

[2] 贺开华,荣命哲,吴翊,等. 三气隙永磁接触器电磁特性分析[J]. 低压电器,2012,13:6-10.

我们离开六渡桥，走进一个胡同，再转入一个胡同，弯弯转转，到达一幢多层楼前。我以为到了地方，一路奔波，我双膝酸软，急需休息。李大头依然领着我们走。我们进了一个更为狭小、更为隐秘的胡同。这让我感觉像是在干什么坏事，比如毒品贩子送货或取货。幸好我身后还跟着一个王幸福。他的存在，让我少了恐惧。

[3] 汪先兵,费树岷,王祥傲,等. 基于遗传算法的双E型永磁接触器仿真优化设计[J]. 低压电器,2013(8):11-16.

根据相关规定,接触器应在额定工作电压的75%～110%实现可靠吸合。为便于研究,本文选取交流工作电压有效值分别为180V、200V、220V和240V,进行仿真分析,仿真结果如表3所示。

[4] 符郁林,朱翔鸥. 带分闸脉冲故障保护的永磁机构接触器的研究[J]. 电器与能效管理技术,2015(20):16-19,71.

马克思主义实践哲学及其历史唯物主义认为，包括教育在内的人类社会的发展和进步归根到底是由一系列矛盾驱动的，也即“没有矛盾就没有世界”［2］。在矛盾论的视角下，特定事物的性质由矛盾的主要方面所决定，而事物的发展方向则是由主要矛盾决定的。

本文研究了永磁接触器动态合闸特性,采用MATLAB建立了模糊控制优化的永磁接触器合闸过程动态仿真模型,对仿真结果进行比较分析。在合闸特性验证方面,通过实验对比未施加PWM控制、施加50%占空比的方波以及施加模糊控制3种方法,验证了模糊控制方法有效减少永磁接触器合闸过程的弹跳现象,改善其动态性能。

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[6] Ren Z Y,Zhang D H,Koh C S. Investigation of Reliability Analysis Algorithms for Effective Reliability-Based Optimal Design of Electromagnetic Devices[J]. IET Science,Measurement and Techno-logy,2016,10:44-49.

[7] 汪先兵. 智能调节型永磁接触器合闸过程动态特性仿真与实验分析[J]. 系统仿真学报,2014,26(6):1331-1335.

[8] 汪先兵,林鹤云,房淑华,等. 永磁接触器位移分段PWM控制及吸合过 程动态特性分析[J]. 中国电机工程学报,2010(3):113-118.

[9] Hung C Y. Contact-Bounce Control and Remote Monitoring Interface Implementation of a PM Contactor[J]. WSEAS Transactions on Systems and Control,2011(6):157-171.

[10] 王立潮. 交流接触器温度场仿真及影响因素的解析[J]. 电子技术与软件工程,2013(20):177.

侯雪峰(1990-),女,汉族,江苏徐州人,南京工业大学电气工程与控制科学学院,硕士研究生,主要研究方向为电力电子技术,404599621@qq.com;

张九根(1963-),男,通信作者,汉族,江苏泰州人,南京工业大学电气工程与控制科学学院,副教授,主要研究方向为建筑电气智能化,343712897@qq.com。

1958年7月15—17日涑水河流域普降暴雨，造成涑水河发生特大洪水，位于涑水河上游的吕庄水文站7月16日实测洪峰流量655 m3/s。而涑水河由于河道行洪能力不足，洪水在蓄滞洪区和伍姓湖大量蓄积，受此影响流域把口站张留庄水文站所测数据不能直接反映本次洪水的演进过程。为研究涑水河流域暴雨洪水时空分布规律，弥补水文实测资料的不足，特针对本次洪水作历史洪水调查。