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接觸器是低壓電器中重要的開關(guān)器件，承擔(dān)著主從回路切換、設(shè)備控制等功能。接觸器的壽命是廠家和用戶關(guān)心的關(guān)鍵指標(biāo)，通常認(rèn)為壽命越高，其工作可靠性越高。接觸器在切換至開通狀態(tài)時(shí)，電氣系統(tǒng)存在的容性負(fù)載為了維持電壓平衡，導(dǎo)致觸點(diǎn)通過的電流浪涌導(dǎo)致接觸電阻增大；在切換至關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，電氣系統(tǒng)存在的感性負(fù)載為了維持電流續(xù)流，觸點(diǎn)產(chǎn)生電弧，對觸點(diǎn)表面燒蝕。因此，接觸器的開通關(guān)斷次數(shù)可作為表征壽命的參數(shù)。

圖1 接觸器典型結(jié)構(gòu)示意圖

通常，學(xué)者在分析開關(guān)電器的可靠性時(shí)，主要關(guān)注觸點(diǎn)表面形貌、電弧侵蝕及觸點(diǎn)接觸電阻，并以此為特征量進(jìn)行壽命預(yù)測研究。

• W. Rieder認(rèn)為繼電器觸點(diǎn)每次的開通、關(guān)斷，均會(huì)改變接觸電阻的數(shù)值。
• 鄭淑梅等將電弧電流作為交流接觸器觸頭系統(tǒng)侵蝕的參數(shù)，建立了基于起弧相角的觸點(diǎn)磨損數(shù)學(xué)模型。
• 李奎等以累積燃弧能量作為反映交流接觸器電壽命的關(guān)鍵因素，建立了剩余電壽命預(yù)測的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
• 崔行磊、陳默等用燃弧電量反映觸頭燒蝕量，以此建立接觸器壽命模型。與此同時(shí)，從觸點(diǎn)著手的研究方法，存在隨機(jī)因素大、試驗(yàn)裝置復(fù)雜的問題。

電弧侵蝕觸點(diǎn)，觸點(diǎn)厚度相應(yīng)減小，導(dǎo)致觸點(diǎn)超程減小。但觸點(diǎn)超程無法在開關(guān)電器工作時(shí)進(jìn)行測量，只能將超程時(shí)間作為超程的表征參數(shù)，開展壽命預(yù)測研究。

• 翟國富等分別以超程時(shí)間、吸合時(shí)間為主變量對繼電器壽命進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果表明以超程時(shí)間為主變量優(yōu)于以吸合時(shí)間為主變量的壽命預(yù)測方法。
• 李志剛、李華均等基于超程時(shí)間，提出開關(guān)電器產(chǎn)品的壽命預(yù)測方法。同樣，以超程時(shí)間為特征的壽命預(yù)測方法，存在試驗(yàn)周期長、可推廣性差、數(shù)據(jù)噪聲大的問題。

針對這些問題，哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院、桂林航天電子有限公司的研究人員，提出了解決方案。

首先在壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，分析觸點(diǎn)超程與壽命之間的關(guān)系，確定觸點(diǎn)超程的退化機(jī)理及退化范圍；然后基于虛擬樣機(jī)仿真模擬觸點(diǎn)超程退化過程，分析觸點(diǎn)超程退化特征，提取退化特征值；基于實(shí)際產(chǎn)品壽命試驗(yàn)觸點(diǎn)超程的退化數(shù)據(jù)，提出利用支持向量機(jī)對觸點(diǎn)超程退化等級進(jìn)行分類的方法，完成對觸點(diǎn)超程退化狀態(tài)的診斷；最后通過實(shí)例驗(yàn)證診斷方法的可行性，診斷結(jié)果表明該方法具有較高的準(zhǔn)確率，可大大縮短接觸器壽命預(yù)測所需要的時(shí)間。

圖5 虛擬樣機(jī)模型

圖15 觸點(diǎn)超程退化狀態(tài)診斷流程

研究人員最后得出結(jié)論如下：

• 1）通過對接觸器壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得到，接觸器粘接失效的主要原因是觸點(diǎn)超程減小，導(dǎo)致彈簧提供的反力減小，直至反力小于觸點(diǎn)熔焊力，觸點(diǎn)發(fā)生粘接失效。
• 2）研究了總行程減小量與觸點(diǎn)磨損厚度對超程時(shí)間的影響。通過實(shí)物模擬超程減小獲取退化狀態(tài)數(shù)據(jù)，縮短了研究所需的時(shí)間，降低了經(jīng)濟(jì)成本，提高了工作效率。
• 3）針對超程在線狀態(tài)下無法測量獲取的問題，提出了以支持向量機(jī)為基礎(chǔ)的方法，用以診斷觸點(diǎn)超程的退化狀態(tài)。超程不僅通過影響觸點(diǎn)接觸壓力進(jìn)而影響接觸電阻，而且可作為壽命狀態(tài)的表征參數(shù)，該方法的提出為產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)、壽命狀態(tài)檢測提供了新的思路。

同時(shí)，在批量開關(guān)電器中，觸點(diǎn)超程存在離散性，該方法僅可應(yīng)用于一致性較高的情況下。為了解決此問題，可從特征提取、診斷算法著手，提高分類模型的泛化能力，使其能夠覆蓋離散性引入的波動(dòng)。

以上研究成果已發(fā)表在2020年第1期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“接觸器觸點(diǎn)超程分析及其退化狀態(tài)的診斷”，作者為付饒、梁慧敏、葉雪榮、由佳欣、韋震。