基于實時服役參數(shù)的交流接觸器電壽命最大化控制策略

李 奎 張國盼 鄭淑梅 黃少坡 趙成晨

（1. 省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室（河北工業(yè)大學(xué)） 天津 300130 2. 河北省電磁場與電器可靠性重點實驗室（河北工業(yè)大學(xué)） 天津 300130 3. 中國地震局第一監(jiān)測中心 天津 300180）

0 引言

交流接觸器是一種應(yīng)用廣泛的低壓控制電器，主要用于遠距離頻繁接通和斷開交流主電路和大容量的控制電路[1-2]。通常交流接觸器的機械壽命遠高于電壽命，分斷過程中電弧侵蝕引起的觸頭磨損是造成交流接觸器失效的主要原因[3]。許多學(xué)者在抑制電弧侵蝕和提升接觸器壽命方面進行了大量研究。

文獻[4]在實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對分斷過程中燃弧時間、電弧能量、起弧相角（Arc Starting Phase Angle, ASPA）、觸頭質(zhì)量損失進行研究，分析得出電弧電流和燃弧時間是決定電弧侵蝕量大小的關(guān)鍵因素。文獻[5]借鑒斷路器觸頭磨損機理，給出了交流接觸器觸頭電弧侵蝕量的計算方法。在文獻[5]基礎(chǔ)上，文獻[6]通過分析接觸器三相觸頭的燃弧電流和電弧侵蝕量計算方法建立了交流接觸器電壽命模型。文獻[7-10]基于上述模型研究交流接觸器電壽命的分布，并運用多種方法對交接觸器的剩余壽命進行預(yù)測。零電流分斷技術(shù)是減小電弧侵蝕、提升交流接觸器壽命的有效手段[11-12]。但是由于交流接觸器分斷過程中三相電流不同時過零，導(dǎo)致三相零電流分斷較難實現(xiàn)[13]。有學(xué)者提出使用可獨立控制的三臺小規(guī)格單相接觸器組合成為三相交流接觸器，通過分別控制各臺單相接觸器來實現(xiàn)三相零電流分斷[14]。文獻[15]設(shè)計了一種三相觸頭開距不同的接觸器結(jié)構(gòu)，使三相零電流分斷變?yōu)榭赡?。文獻[16]基于統(tǒng)計方法對大量實驗數(shù)據(jù)的分斷電弧特性進行研究，提出可以通過控制起弧相角降低分斷過程中的燃弧能量。由于多種因素的影響，從線圈斷電時刻到觸頭剛剛分離時刻的時間間隔具有隨機性，導(dǎo)致很難通過控制線圈斷電時刻實現(xiàn)起弧相角的精確控制[17]。文獻[18]設(shè)計了一種接觸器控制拓撲，利用去磁電路縮短接觸器吸持到分斷的動作時間，以減小釋放時間波動性對分斷過程的影響。文獻[19]應(yīng)用小波能量譜分析觸頭電壓與電弧重燃的關(guān)聯(lián)，探討了抑制分斷電弧和重燃的最佳分斷區(qū)域。

本文在不改變交流接觸器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，基于觸頭電弧侵蝕量和觸頭累積損傷理論，提出一種交流接觸器電壽命最大化的分斷控制策略。同時，考慮交流接觸器釋放時間的隨機性以及運行過程中實時服役參數(shù)的變化，進行控制參數(shù)的實時修正，實現(xiàn)交流接觸器電壽命的最大化控制，并進行實驗驗證。

1 基于電弧侵蝕的交流接觸器電壽命分析

1.1 起弧相角對觸頭電弧侵蝕的影響

綜合考慮電弧電流和燃弧時間的影響，用電弧電流對燃弧時間的積分來反映觸頭電弧侵蝕量，其計算式為[5]

式中，q為電弧侵蝕量；α為電弧侵蝕常數(shù)；ts為起弧時刻，即接觸器觸頭開始分離的時刻；tx為熄弧時刻，即電弧電流過零熄滅的時刻；ih(t)為燃弧期間的電弧電流。

起弧相角示意圖如圖1 所示，將起弧時刻前最近的一個負載電流周期起點作為參考零點，如圖中t0所示。從參考零點到起弧時刻經(jīng)過的相角記為起弧相角φs，從參考零點到熄弧時刻經(jīng)過的相角記為熄弧相角φx。

圖1 起弧相角示意圖Fig.1 Schematic diagram of ASPA

電弧侵蝕量計算公式可表示為電弧電流對燃弧相角的積分，即

式中，ω為電源角頻率。對于設(shè)計和制造工藝成熟的同型號接觸器，可認為電弧侵蝕常數(shù)α相同，一般可以通過測量觸頭質(zhì)量隨操作次數(shù)變化關(guān)系獲得。相同工作條件下電源角頻率ω也相同，則由式（2）可知，電弧侵蝕量的大小由起弧相角?s、熄弧相角x?和電弧電流ih(φ)三個量決定。由于三相電流的相位差為120°，交流接觸器分斷過程中某相觸頭的電流會先于其他兩相電流過零，則該相觸頭的電弧首先熄滅。交流接觸器在控制電機類負載時，負載中性點與電源中性線不連接。以A相觸頭電流相角為基準，將起弧相角分為[0,π/3]、[π/3,2π/3]、[2π/3,π]三個區(qū)域，三相的燃弧電流如圖2 所示。

圖2 起弧相角在不同區(qū)域的電弧電流Fig.2 Arcing currents at different ASPA

圖2 中粗線為電弧電流，虛線表示起弧時刻，點畫線表示首開相熄弧時刻。由圖2 分析可得各相觸頭的熄弧相角，將熄弧相角分別代入式（2）可得各相觸頭電弧侵蝕量的表達式。相同工作條件下，負載電流的有效值I不變，選取αI2作為基準值對電弧侵蝕量進行標幺化，觸頭電弧侵蝕量標幺值q*隨起弧相角的變化規(guī)律如圖3 所示。

圖3 電弧侵蝕量隨起弧相角的變化規(guī)律Fig.3 Arc erosions at different ASPA

由圖3 可得，在[0,π/3]、[π/3,2π/3]、[2π/3,π]三個區(qū)域內(nèi)，各相觸頭的電弧侵蝕量均單調(diào)遞減，磨損最嚴重相依次為B 相、A 相、C 相。

1.2 控制方式對交流接觸器電壽命的影響

根據(jù)電弧侵蝕的損傷累積效應(yīng)可知，隨著分斷次數(shù)的增加，電弧侵蝕對觸頭的磨損量也不斷累積。當(dāng)觸頭的磨損量達到其磨損閾值Q時觸頭失效，此時的操作次數(shù)即為其壽命值。若交流接觸器每相觸頭的磨損閾值Q相同，則三相交流接觸器電壽命由磨損最嚴重相觸頭的壽命決定。如圖3 所示，起弧相角在[0,π/3]內(nèi)B 相觸頭的電弧侵蝕量最大，則B相觸頭的壽命即為交流接觸器的壽命。交流接觸器在不同分斷控制方式下，其觸頭的電弧侵蝕不同。一般情況下，分斷控制方式可以分為：隨機起弧相角分斷、固定起弧相角分斷、三相均勻磨損分斷三種方式。

1.2.1 隨機起弧相角分斷方式

一般情況下，交流接觸器釋放命令是隨機的，因此起弧相角也是隨機的，稱之為隨機起弧相角分斷方式。在這種方式下，可以認為起弧相角在[0,π]內(nèi)服從均勻分布，因此三相觸頭在[0,π]內(nèi)的累積磨損量相同，任意相觸頭的平均電弧侵蝕量為

交流接觸器的電壽命可以用平均電壽命表示為

隨機起弧相角分斷方式下，三相觸頭累積磨損量基本相等。為分析不同控制方式對交流接觸器電壽命的影響，可以將其他控制方式下的電壽命與平均電壽命進行對比分析。

1.2.2 固定起弧相角分斷方式

固定起弧相角分斷方式下，每次分斷的起弧相角相同，觸頭的電弧侵蝕量也相同。在用固態(tài)繼電器控制時，由于固態(tài)繼電器是電流過零關(guān)斷，因此交流接觸器線圈也過零斷電，若忽略隨機影響因素，可以認為其分斷控制方式為固定起弧相角分斷方式。由圖3 可知，起弧相角在[0,π/3]、[π/3,2π/3]、[2π/3,π]三個區(qū)域內(nèi)交流接觸器電壽命的變化規(guī)律相同。固定起弧相角分斷方式下交流接觸器電壽命記為Tg，則

式中，qm為磨損最嚴重相觸頭的電弧侵蝕量。根據(jù)式（5）可得固定起弧相角分斷方式下電壽命Tg與隨機分斷方式下平均電壽命的比值如圖4 所示。

圖4 固定起弧相角分斷的相對壽命Fig.4 Electrical life under the fixed ASPA control

由圖4 可知，固定起弧相角分斷方式下，隨著起弧相角的增大，電壽命增加。起弧相角為0°時，電壽命Tgmin為

起弧相角為60°時，電壽命Tgmax為

綜上所述，固定起弧相角分斷方式下，相對壽命的最小值約為0.42，最大值約為1.11。

1.2.3 三相均勻磨損分斷方式

三相均勻磨損分斷采用輪流控制方式，使交流接觸器各相觸頭的平均磨損相同。在該方式下將6次分斷作為一個控制周期，6 次分斷的起弧相角分別記為?1～?6。使一個控制周期中的?1～?6分別在[0,π/3]、[π/3,2π/3]、[2π/3,π]、[π,4π/3]、[4π/3,5π/3]、[5π/3,2π]六個區(qū)域內(nèi)且依次相差60°，則可實現(xiàn)每個控制周期后三相觸頭的累積磨損量相等，即三相觸頭磨損均勻。

三相均勻磨損分斷方式下，一個控制周期內(nèi)任意相觸頭6 次分斷的累積電弧侵蝕量用qk表示為

則三相均勻磨損分斷方式下接觸器電壽命Tk為

根據(jù)式（8）和式（9）可得三相均勻磨損分斷方式下的相對壽命，如圖5 所示。

圖5 三相均勻磨損分斷的相對壽命Fig.5 Electrical life under three-phase uniform wear control

由圖5 可知，三相均勻磨損分斷方式下，隨1?增大電壽命增加，當(dāng)1?為30°時交流接觸器的電壽命與隨機起弧相角分斷方式下的平均電壽命相同。

1?為0°時電壽命記為Tkmin，為

φ1為60°時電壽命記為Tkmax，為

三相均勻磨損分斷方式下，相對壽命的最小值約為0.71，最大值約為1.67。當(dāng)1?＞30°時，電壽命大于隨機起弧相角分斷方式下的電壽命，且每個控制周期后三相觸頭磨損均勻，接觸器失效時三相觸頭的累積磨損量相同。

2 交流接觸器壽命最大化控制

2.1 最佳起弧相角的分析

將線圈斷電時刻主回路的電源電壓的相角記為釋放相角，用?r表示。線圈斷電時刻到觸頭開始分離時刻經(jīng)過的時間記為釋放時間，用trs表示。釋放相角、釋放時間和起弧相角對應(yīng)關(guān)系如圖6 所示。

圖6 釋放時間與釋放相角對應(yīng)關(guān)系Fig.6 Schematic of release time and release phase angle

由圖6 分析可知，起弧相角?s由釋放相角?r、釋放時間trs和功率因數(shù)角?決定，則?s可以表示為

式中，T為電源周期k取值為可以使?s在[0,2π]內(nèi)的任意整數(shù)。現(xiàn)有控制技術(shù)和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)可以精確控制釋放相角?r，且相同工作條件下功率因數(shù)角?不變。但是由于受各種因素的影響，相同釋放相角下的釋放時間trs具有隨機性。根據(jù)大數(shù)定律，可以用正態(tài)分布描述相同釋放相角下釋放時間的規(guī)律。由式（12）可知，釋放時間與起弧相角是線性關(guān)系，因此相同釋放相角下的起弧相角也服從正態(tài)分布，可以用起弧相角的標準差σs表征起弧相角的分散程度。由于起弧相角具有隨機性，無法通過控制釋放相角使起弧相角精確地保持在60°、120°、180°、240°、300°和360°處。由前面分析可知，電弧侵蝕量最小點屬于不穩(wěn)定點。因此在釋放時間有分散性的情況下，為避免觸頭磨損最大，應(yīng)確保觸頭在電流過零點前分離，且盡可能靠近零點。

2.2 基于電弧侵蝕的交流接觸器電壽命仿真分析

根據(jù)電弧侵蝕模型和觸頭累積損傷效應(yīng)，采用Monte-Carlo 法對交流接觸器三相均勻磨損分斷方式下的運行情況進行仿真，仿真流程如圖7 所示，在仿真中考慮了起弧相角隨機性的影響。

若交流接觸器平均電壽命取36 000 次，則觸頭磨損閾值Q可由式（5）計算獲得，試品數(shù)p設(shè)為1 000 臺，N(j)表示第j臺交流接觸器的電壽命值。其中，起弧相角均值μs以1°為間隔從0°遞增至60°；起弧相角標準差σs以3°為間隔從0°遞增至27°。按照上述仿真條件進行電壽命仿真，對壽命仿真結(jié)果進行分析，將1 000 臺試品的壽命平均值繪制成曲線，如圖8 所示。

圖7 交流接觸器電壽命仿真流程Fig.7 Flow chart of electrical life simulation

圖8 壽命仿真結(jié)果Fig.8 Results of electrical life simulation

圖8 中各條曲線分別表示起弧相角標準差σs為0°～27°的平均壽命仿真結(jié)果。平均壽命曲線左側(cè)的谷值為最小平均壽命；右側(cè)的峰值為最大平均壽命，對應(yīng)的起弧相角均值為μmax。由圖8 可得，起弧相角分散性不同則曲線的峰值不同，且峰值的位置也不同。隨著起弧相角分散性增大，壽命均值曲線峰值降低且峰值位置向左移動，相關(guān)比較見表1。

表1 不同起弧相角標準差下的電壽命Tab.1 Electrical life at different standard deviations of ASPA

圖9 最大和最小相對壽命變化規(guī)律Fig.9 Variation of maximum and minimum life

從表1 和圖9 可以看出，當(dāng)σs＞15°時，使電壽命最大的起弧相角均值為45°；當(dāng)σs≤15°時，最佳起弧相角均值μmax在45°～60°間，且隨σs變化而變化；當(dāng)σs≤9°時，最大平均壽命可提高20%左右。通過觀察σs≤15°時μmax隨σs的變化趨勢，在Matlab 中利用非線性最小二乘法進行曲線擬合，獲得σs≤15°時μmax關(guān)于σs的近似表達式為

由圖8 可知，在三相均勻磨損分斷控制中，無論起弧相角標準差σs是多少，將起弧相角均值控制在30°～60°之間，則交流接觸器平均壽命均高于隨機控制方式下的平均壽命。σs較小時，應(yīng)將起弧相角均值控制在45°～60°之間，并可由表1 或式（13）確定平均壽命最大時的起弧相角期望值。同時，由表1 和圖9 可以看出，σs＜10°時，交流接觸器的壽命提升比較明顯，才能體現(xiàn)壽命最大化控制優(yōu)勢。

2.3 交流接觸器電壽命的最大化控制方法

隨著分斷次數(shù)增加，交流接觸器性能的變化會引起釋放時間的變化，相應(yīng)起弧相角的分布情況也隨之變化。因此，以起弧相角標準差σs為參考依據(jù)，以運行過程中起弧相角的統(tǒng)計量為反饋參量，實時修正釋放相角?r，進行電壽命最大化控制。電壽命最大化控制策略流程如圖10 所示。

圖10 電壽命最大化控制策略流程Fig.10 Flow chart of the maximum life control

首先通過實驗方法或者根據(jù)同類產(chǎn)品的歷史運行數(shù)據(jù)建立起弧相角初始數(shù)據(jù)庫。根據(jù)初始數(shù)據(jù)庫的起弧相角標準差確定第一個控制循環(huán)內(nèi)6 次分斷的起弧相角目標均值，選擇對應(yīng)的釋放相角。當(dāng)起弧相角的標準差σs≤15°時，先根據(jù)式（13）確定可以使電壽命最長的起弧相角均值μmax，再選擇μmax對應(yīng)的釋放相角控制接觸器分斷；當(dāng)起弧相角的標準差σs＞15°時，選擇起弧相角均值μs為45°+k×60°k對應(yīng)的釋放相角控制接觸器分斷。其中，k依次取從0 到5 的整數(shù)，對應(yīng)一個控制循環(huán)內(nèi)的六次分斷。

運行過程中，實時采集交流接觸器每次分斷的釋放相角?r和起弧相角?s，并將其添加到數(shù)據(jù)庫中，同時重新計算起弧相角的均值σs和標準差μs。以實時更新的起弧相角統(tǒng)計量為參考，修正下一個控制循環(huán)的釋放相角，提高控制的準確性。若實時采集的起弧相角與數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的起弧相角均值相差超過其3 倍標準差時，則可以判定其為無效數(shù)據(jù)，不對數(shù)據(jù)庫進行更新，從而減小干擾引起的數(shù)據(jù)大幅度波動對控制的影響。

3 實例分析

3.1 電壽命實驗條件

為驗證電壽命最大化控制策略的有效性，在AC4 實驗條件下對六臺CJX2-18 型交流接觸器進行電壽命對比實驗，負載中性點與電源中性線不連接。其中編號為1 和2 的兩臺試品采用固定相角控制方式；編號為3 號和4 號的兩臺試品采用隨機相角控制方式，其釋放相角在0°～360°內(nèi)均勻分布，直至接觸器失效。編號為5 號和6 號的兩臺試品采用電壽命最大化控制策略。電壽命實驗參數(shù)見表2。

表2 電壽命實驗參數(shù)Tab.2 Parameters of electrical life experiment

3.2 控制參量的獲取與更新

實現(xiàn)電壽命的最大化控制，需要根據(jù)起弧相角數(shù)據(jù)庫中起弧相角標準差σs選擇最佳起弧相角均值，確定釋放相角?r與起弧相角均值μs之間的對應(yīng)關(guān)系。對于設(shè)計和生產(chǎn)工藝成熟的交流接觸器，可認為同批次同型號交流接觸器的釋放時間trs隨釋放相角?r的變化趨勢相同，則在相同實驗條件下通過一定數(shù)量的測試并根據(jù)式（12）計算建立起弧相角初始數(shù)據(jù)庫。

對三臺CJX2-18 型交流接觸器進行分斷操作實驗，測量不同釋放相角下的釋放時間，從而建立起弧相角初始數(shù)據(jù)庫。根據(jù)起弧相角初始數(shù)據(jù)庫計算起弧相角均值μs和標準差σs，得到不同釋放相角?r下起弧相角的統(tǒng)計量，見表3。

由于交流電源具有周期性，起弧相角超過360°時數(shù)值發(fā)生突變，如表3 中釋放相角為160°時起弧相角均值所示。應(yīng)用時，在突變點通過增加或減去360°來保證起弧相角數(shù)據(jù)的連續(xù)性。因此，可以根據(jù)相鄰釋放相角處的起弧相角均值進行線性模擬獲得任意釋放相角的起弧相角。

表3 不同釋放相角下起弧相角統(tǒng)計量Tab.3 Statistics of arc starting phase angle at different release phase angles（單位：°）

3.3 釋放相角的調(diào)整與控制效果

隨著分斷次數(shù)增加，交流接觸器的性能發(fā)生變化。與起弧相角初始數(shù)據(jù)庫相比，實時的起弧相角數(shù)據(jù)能夠更好地表征接觸器當(dāng)前的性能狀態(tài)，并且能在一定程度上體現(xiàn)接觸器性能未來的變化趨勢。因此，實驗過程中實時采集起弧相角更新數(shù)據(jù)庫，并重新計算起弧相角均值μs和標準差σs，實時更新表3 中數(shù)據(jù)，并以實時更新的起弧相角統(tǒng)計量為參考調(diào)整釋放相角?r，減小分斷過程中的電弧侵蝕。

實驗中，按照數(shù)據(jù)庫中起弧相角標準差由小到大順序依次獲得最佳起弧相角均值μmax。結(jié)合表3數(shù)據(jù)選擇sσ較小且μmax盡可能接近60°及其整數(shù)倍角度對應(yīng)的釋放相角。根據(jù)選定的釋放相角，由計算機程序設(shè)置釋放命令，控制交流接觸器進行分斷操作。圖11 為采用電壽命最大化控制的6 號試品某次分斷過程主回路電壓和電流波形。

圖11 實驗過程6 號試品主回路電壓和電流波形Fig.11 Voltage and current of No.6 contactor in the experiment

UA、UB、UC表示三相的電源電壓；Ua、Ub、Uc分別表示主回路三相觸頭兩端的電壓，與三相的電源電壓相同；IA、IB、IC表示主回路三相的電流。虛線位置表示釋放時刻，即接觸器線圈斷電時刻。圖中A 相起弧相角為174.1°，B 相起弧相角為56.4°，C 相起弧相角為312.4°，實現(xiàn)了A 相電弧侵蝕最小控制。采用同樣方法即可以依次使A 相、B 相、C相的電弧侵蝕最小，使各相觸頭的電弧侵蝕均勻且侵蝕率最小，實現(xiàn)接觸器電壽命最大化控制。

3.4 實驗結(jié)果分析

按照上述方案進行實驗，定期導(dǎo)出三種分斷方式下交流接觸器的運行數(shù)據(jù)，計算各相觸頭的累積電弧侵蝕量。圖12 所示為動作29 400 次后六臺接觸器試品各相觸頭的累積電弧侵蝕量。其中，1 號和2 號試品采用固定相角分斷控制方式；3 號和4號試品采用隨機相角分斷控制方式；5 號和6 號試品采用電壽命最大化控制策略。由圖12 可知，1 號和 2 號接觸器各相觸頭的累積電弧侵蝕量互不相等，并且某相觸頭的電弧侵蝕量遠大于其他兩相；3 號和4 號接觸器各相觸頭的累積電弧侵蝕量互不相等的情況有所改善，但仍有明顯的差距；5 號和6號接觸器各相觸頭的累積電弧侵蝕量基本一致。此外，5 號和6 號接觸器的累積電弧侵蝕量明顯小于其他四臺接觸器的累積電弧侵蝕量最大值。綜上所述，經(jīng)過相同操作次數(shù)后，采用電壽命最大化控制策略的接觸器試品三相觸頭累積磨損量較小，且三相觸頭磨損均勻。最終六臺交流接觸器試品的電壽命實驗結(jié)果見表4。

圖12 動作29 400 次后觸頭的累積電弧侵蝕量Fig.12 Arc erosions of contacts after 29 400 breaks

表4 交流接觸器電壽命實驗結(jié)果Tab.4 Results of the electrical life experiment

由表4 可得，采用電壽命最大化控制的接觸器壽命均大于采用其他控制方式的接觸器壽命。5 號和6 號試品的壽命均值為53 086 次，3 號和4 號試品的壽命均值為41 435 次，兩者比值為1.28，證明電壽命最大化控制策略可以使交流接觸器電壽命更長。該比值與表1 仿真結(jié)果中起弧相角標準差為6°時的值接近，分析表3 中根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算所得起弧相角標準差可以看出，大部分起弧相角標準差在6°附近范圍內(nèi)。因此，以表3 中數(shù)據(jù)為參考進行電壽命最大化控制的實驗結(jié)果與表1 中仿真分析的結(jié)果基本一致。

另外，通過本文的研究可以解釋在交流接觸器實驗和實際使用中出現(xiàn)的一些特殊現(xiàn)象。主要分析如下：

（1）交流接觸器實驗中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)同一試品的各相觸頭磨損程度不一致，甚至出現(xiàn)有的觸頭完全燒蝕而有的觸頭完好無損的現(xiàn)象。通過前面分析可知，出現(xiàn)這種情況，相當(dāng)于在固定起弧相角控制方式下進行的實驗，燒蝕很少的觸頭是在電流過零前分斷的，燒蝕越少觸頭的起弧相角越靠近電流零點。

（2）在交流接觸器電壽命對比實驗中，同批產(chǎn)品在不同實驗室得到電壽命相差較大。一般在對比實驗中，人們比較關(guān)注電源電壓及質(zhì)量、負載大小、功率因數(shù)和操作頻率等指標，沒有關(guān)注交流接觸器實驗的控制方式及接觸器的本身特征。由于控制方式和接觸器本身特征的共同作用，導(dǎo)致起弧相角不同，造成同批產(chǎn)品表現(xiàn)出來的電壽命相差較大，如圖4、圖5、圖8 所示。

（3）交流接觸器線圈的實際控制方式對其電壽命的影響。在實際使用中，一般采用有觸點的電磁繼電器或無觸點的固態(tài)繼電器來控制交流接觸器，在這兩種控制方式下，交流接觸器線圈電流過零斷電，相當(dāng)于交流接觸器固定相角釋放。若釋放時間穩(wěn)定，就相當(dāng)于起弧相角固定的控制方式。由圖8可知，當(dāng)起弧相角在0°～30°間交流接觸器電壽命較短，在30°～60°間壽命較長。因此，在實際使用中，交流接觸器釋放時間的隨機性反而有利于提升其最小使用壽命。

4 結(jié)論

文中通過理論分析和實驗驗證對交流接觸器最佳起弧相角和控制策略進行了研究，通過釋放相角實現(xiàn)起弧相角的控制，可以提升交流接觸器的電壽命。本文主要結(jié)論如下：

1）分析了隨機起弧相角、固定起弧相角、三相均勻磨損三種控制方式下交流接觸器電壽命變化規(guī)律，理想情況下三相交流接觸器在起弧相角為60°及其整數(shù)倍角度處輪流分斷可以使三相觸頭磨損均勻，并且有利于減小觸頭的電弧侵蝕速度。

2）釋放時間波動造成起弧相角的隨機性，起弧相角的標準差越小，電壽命最大化控制策略下交流接觸器壽命越長，并利用軟件仿真分析了不同起弧相角標準差下電壽命分布特征。

3）以實時起弧相角均值和標準差作為交流接觸器電壽命最大化控制的反饋參量，可減小實際運行過程中交流接觸器性能參數(shù)變化的影響，并通過實驗驗證了采用電壽命最大化的控制策略可以有效提升交流接觸器的電壽命。