【摘 要】
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随着光伏、风力、电动汽车等新能源领域的迅速发展,对电磁开关性能指标和工作可靠性提出了更高的要求。针对接触器、永磁真空断路器等典型电磁开关的智能控制技术一直都是开关电器领域研究的热点。本文依托国家自然科学基金青年项目“基于电磁操作机构的开关电器人工智能控制技术的研究”,引入现代控制相关理论对接触器这一典型电磁开关的智能控制技术展开研究,论文主要完成以下几个方面的工作:(1)以保留电流闭环控制优势的同
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随着光伏、风力、电动汽车等新能源领域的迅速发展,对电磁开关性能指标和工作可靠性提出了更高的要求。针对接触器、永磁真空断路器等典型电磁开关的智能控制技术一直都是开关电器领域研究的热点。本文依托国家自然科学基金青年项目“基于电磁操作机构的开关电器人工智能控制技术的研究”,引入现代控制相关理论对接触器这一典型电磁开关的智能控制技术展开研究,论文主要完成以下几个方面的工作:(1)以保留电流闭环控制优势的同时规避其缺陷为出发点,首次提出磁链外环控制电流内环的双闭环控制结构,并通过理论推导与仿真分析,证明恒磁链控制相较于电流闭环控制具有显著优势。在接触器起动过程构建电压积分磁链观测器,用于短时观测磁路磁链;在接触器保持过程,引入状态空间法,设计闭环磁链状态观测器,解决了磁路磁链无法直接测量的难题。所设计磁链观测器能够准确观测磁路磁链,为接触器磁链闭环控制打下坚实的基础。(2)证明了电磁系统线圈电流、磁路磁链及动铁心位移三者之间的单调对应关系。通过电压积分磁链观测器求得磁链构建磁链反求电流模型,之后结合接触器动态微分方程组,构建接触器本体的动态仿真程序;在此基础上融入联合仿真技术,进行磁链闭环控制模块与接触器本体的逐点闭环仿真,从而完成基于磁链闭环控制的智能接触器联合仿真,为后续控制方案的开发提供良好的平台。(3)基于接触器保持过程中动静铁心之间气隙突然增大会导致闭环观测磁链跃升的现象,提出接触器节能保持自校正控制:通过预设的梯度使磁路磁链循环下降,当动静铁心即将弹开时做出判断,迅速拉升磁链参考值,同时计算出最优保持磁链,随后以此磁链保持,有效降低了接触器的保持电流,减少了长时间保持时的电能损耗。采用NI c RIO设备构建了电磁开关快速控制原型验证系统,证实了磁链闭环控制和接触器节能保持自校正方案的可行性。论文引入现代控制相关技术,首次提出磁链外环控制电流内环的双闭环控制结构,完成了接触器动态特性仿真与控制方案设计。研究成果可为接触器的仿真及控制技术的研究提供有益的参考和借鉴。
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