论低压开关中永磁控制技术的应用

龚荣福

（镇江市产品质量监督检验中心，江苏镇江，212003）

论低压开关中永磁控制技术的应用

龚荣福

（镇江市产品质量监督检验中心，江苏镇江，212003）

为了克服传统低压开关电动控制系统中所存在的诸如接触器主触头被烧、短路情况下断路器无法正常将电路分断、电机保护功能难以充分发挥等问题，可以通过永磁控制技术的应用加以实现。本文重点就低压开关的电磁控制技术进行探讨，以供参考。

低压开关；永磁控制技术；应用

在低压开关等电器中，永磁材料的应用由来已久，例如，极化继电器等。但受到传统永磁材料自身性能、价格因素、体积等一系列因素的影响，永磁技术的应用范围仍十分有限，直到钕铁硼稀土材料出现之后，由于其磁能积较高，因而为永磁控制技术在低压控制与保护开关中的应用提供了条件。

1　永磁控制原理

本文采取的电磁系统，需要在交流电压下实现吸合，在直流低压下维持。通过整流电路设计，电磁铁所通过的是脉动直流电压。因此，在系统电磁铁设计方面，需要根据直流电磁铁来着手，额定电压保持在9V，选择长期工作制。加入电磁铁后，低压开关永磁系统即可顺利实现，通过衔铁吸合、通电，永磁通、励磁通在相同方向上保持一致，所合成的磁通吸力超出了负载反力，实现了铁心的吸合。永磁体所带来了巨大吸力，在成功吸引衔铁后，线圈中电流中断，系统也不会耗费电能；当电枢线圈断开时，出现反向通电，此时，永磁、去磁磁通两者方向恰好相反，吸合所产生的磁通未达到负载力，此时衔铁将释放。

2　低压开关中永磁控制技术的应用

提出了一种基于永磁控制技术的低压开关控制与保护的设计思路，该系统主要包括电磁控制系统机构、操作机构、基座、主回路接触组、控制检测系统、脱口系统等构成。

2.1电磁控制系统机构。电磁控制系统机构主要包括线圈、铁芯、控制触点、基座等，提供欠压保护功能，可以根据通断操作指令，对主触头是否接通进行控制。这部分采用的是节能技术，最大化地减少了系统铁芯的损耗与短路环的损耗，达到了节约用电的目的，同时，也设置了缓冲装置，有效减少了系统能量的冲击，提升了低压开关的吸合性能，延长了开关的寿命。

2.2开关操作机构。低压开关电器操作机构可以收到来自各极接触组的短路信号，也能接收源自于控制检测系统所发来的故障信号，借助于控制触点，将线圈回路断开，由电磁系统将主回路分断开来，待故障解决之后，利用操作旋钮将其复位。

2.3主电路接触组。主电路接触组主要包括动桥式双断点触头、静桥式双断点触头、灭弧室、限流式短路脱扣器，各极保持独立。其中，中组存在限流式短路脱扣器与灭弧系统，因而能够达到高限流特性，并带来稳定、可靠的后备保护。一旦负载存在短路情况，脱扣器将在2-3ms之内迅速冲击，带动相应的操作机构，将控制线圈电路断开，从而切断主电路。

2.4低压开关控制与保护的实现。低压开关电器通断主要是由主接触组的主触头所完成的，其中，主接触组主要受到电磁系统的控制。电磁系统动作由外接控制电源与电磁线圈触点实现控制。

（1）短路保护。低压开关短路保护主要是由各极主接触器中所设置的限流短路脱扣器实现的，其能够对短路电路进行检测，并迅速冲击切断主接触器触头，并实现信号的成功传递，操作机构在动作之后，将电磁线圈回路断开，实现短路保护。

（2）过载保护。系统所提供的控制检测系统，能够对主回路是否存在过载情况进行检测，如有过、欠压，缺相、欠流、堵转、三相不平衡、漏电故障等情况，将会发出故障信号，电子脱口器接收该信号后发生动作，并带动操作机构加以动作，将电磁机构线圈回路切断，线圈将铁芯释放，继而切断主回路接触组，实现了过载保护。

2.5故障仿真与保护。本文利用Matlab/Simulink的仿真功能，利用该软件进行模型构建，并对其过载、短路、堵转等故障分别进行仿真，为低压开关的控制与保护提供依据。

（1）电动机故障仿真。该模型由电源、连接器、电子、线路、电机、测量等元件构成。通过调用Matlab/Simulink，从SimpowerSystems中各环节模块中将其相互连接，获取该电机仿真模型。为验证其有效性，可以输入三相异步电机参数加以仿真。

对电机短路故障进行仿真，使电机在0.7s、0.8s时发生一相、两相对地短路、相间短路，获取仿真结果，当存在短路故障时，故障相的电流为十倍的额定电流。

对堵转故障进行仿真，使电机在0.8s时出现堵转，电机转矩由额定转矩20.4N·m增加到70N·m，获取仿真结果，当存在堵转故障时，故障相的电流约为8倍的额定电流。

对过载故障进行仿真，使电机在0.8s时候出现过载，电机转矩由额定转矩20.4N·m增加到45N·m，获取仿真结果，当存在堵转故障时，故障相的电流约为3.5倍的额定电流。

对断相故障进行仿真，使电机在0.7s时出现断某一相、两相及三相全断，获取仿真结果，当切断某一相时，断掉相的电流值等于零，其它两相电流增加，当断掉某两相或三相全断时，电流值均等于零。

（2）故障保护。故障保护主要涉及到启动延时、过流、欠流、过压、欠压、漏电、断相、堵转、过载保护等等。根据故障仿真可知，不同故障下的电流值不尽相同，因此，动作及保护的时间也存在差异。若所处的档位不同，所采集的电流、标定电流二者之间的比值不同，此时，延时保护的时间方面也会出现很大的差异。电动机启动时若存在过压、短路、堵转、断相故障时，此时的电流会维持较大的值，且规定时间以内无法顺利恢复至正常。为避免电动机难以启动时可能引发的绕组损坏、轴承损坏，必须对过长保护延时保护时间进行设定，可设范围：0-99s，在电动机启动时间之内，只对过压、欠压、漏电、断相等故障进行保护，防止开机时大电流可能引发的电机受损，超过延时保护时间之后，可实现过流保护。当电流小于工作电流时，会对电机正常运行及寿命造成影响，因此，必须进行欠流保护，这需要根据所设定欠流值对是否进行欠流保护进行判断，若工作电流低于所设定值时，系统会在30s之内动作。当电极驱动设备存在堵塞或超负荷运行情况时，会开启堵转保护，工作电流为额定电流3.5-8倍时，系统将在0.5s内动作。若三相电压中某一相超过整定值，故障时间超过延时动作时间，会开启过电压保护，过压标定值通常设置为额定值的1.2倍，动作时间在15s内。

3　结语

一言以概之，低压电气设备是电力行业十分重要的组成部分，不仅数量、种类繁多，而且涵盖面极广，因此，是保障电力行业安全运行的重要保障，也是配电系统稳定运行的重要工具。为了加强低压开关电器的控制与保护，本文对永磁控制技术的应用进行了探讨，该技术的应用不仅确保了低压开关电器运行的稳定性、可靠性，还达到了节约电能的目的。

龚荣福，1981年10月21日，男，镇江市人，镇江市产品质量监督检验中心，监督审核部部长，工程师，低压电器及自动化控制方向 。

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，花银群，程广贵，等.基于永磁同步电机的高性能交流伺服控制系统研究［J］.科学技术与工程，2009，19 （01）： 129 - 133.

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