基于Bayes推断的交流接触器剩余电寿命预测

针对交流接触器可靠性开展研究,首先分析交流接触器的电弧侵蚀机理,建立了计及电弧电压及电弧重燃影响的电弧侵蚀模型,根据该模型仿真得到的交流接触器性能退化特征参量变化过程与交流接触器的实际退化规律一致。分析不同工况下性能退化数据特征,提出了不同工况下先验信息的等效折算方法,解决了不同工况下的先验信息利用问题。建立了基于Bayes推断的交流接触器剩余电寿命预测模型,提高了剩余电寿命预测精度,实现了利用不同工况下性能退化数据对交流接触器进行剩余电寿命预测。在AC-4、AC-3两种工况下进行了交流接触器电寿命仿真分析及实验分析,相对误差均小于5.5%,验证了方法的准确性。

接触器低速大吸力合闸优化控制策略

为了更好地抑制接触器合闸触头弹跳,提出一种控制策略以优化合闸过程。首先,利用线圈电压与电流作为输入构建参数观测器,实时观测接触器的动态吸力、弹簧反力、动铁心速度及位移。在此基础上,构造双闭环控制结构,外环采用模糊控制逐次调节超程前吸力裕量,内环将吸力裕量与实时弹簧反力叠加用作参考吸力,进行吸力闭环控制,实现外环动铁心合闸速度的逐次迭代优化。将观测位移与触头开距进行实时比较,一旦动铁心运动到超程阶段时,增大吸力参考,使电磁吸力快速增加,实现触头的低速大吸力合闸,以压制动铁心反弹,尽量抑制触头弹跳,并兼顾可靠合闸。通过仿真与实验验证了方案的可行性,该控制策略对依靠电磁力进行操动的电磁及永磁开关的合闸优化具有一定意义。

磁链闭环控制下接触器的优化设计方法

该文对接触器的优化设计进行研究,将磁链闭环控制引入接触器本体优化设计中,实现控制策略与本体优化设计的协同。首先,综合考虑接触器的外部漏磁和磁场分布特性,在三维有限元动态仿真的基础上构建改进的磁路模型,以实现磁路模型的参数化计算。然后,提出了一种改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)与磁路模型相结合进行优化设计,以Pareto前沿个数判断种群进化进程,实现自适应遗传-差分混合进化策略,提高了多目标优化设计算法的全局收敛性和收敛速度。最后,将恒磁链闭环控制策略与多目标优化设计相结合,通过减小接触器的电磁惯性、机械惯性及提高控制磁通密度,来提高机构响应速度和磁性材料利用率,同时减小触头弹跳。仿真及实验验证了改进磁路模型及多目标优化设计方法的有效性。

基于TSS-DTW的交流接触器状态划分方法

针对由非线性、非平稳、多状态相依和动态分布等特点导致的交流接触器状态难以准确划分问题,提出了一种基于TSS-DTW的交流接触器状态划分方法。探索采用斜率增量分段线性表示方法提取分割点,完成状态序列的时序分割。在此基础上,利用相邻子序列动态时间弯曲相似性度量形成关键分割点DTW相似性集合,并进行关键分割点鉴别遴选,实现接触器状态的准确划分。实例分析表明,所提方法可实现交流接触器状态划分,且划分界限清晰、类间差异性显著,状态划分精度优势明显。

基于触头燃弧损耗的动车组交流接触器剩余电寿命预测

动车组交流接触器的性能状态与列车运行安全密切相关。针对动车组交流接触器在三相不均匀燃弧损耗工况下,特征参数变化趋势与电寿命趋势的复杂映射关系问题,提出一种基于触头燃弧损耗的电寿命预测方法。首先,基于触点的燃弧机理,分析了导致三相触头之间燃弧损耗差异的原因,并在此基础上进行了随机燃弧损耗和定相燃弧损耗2种模式下的电寿命试验。然后,提取电寿命试验过程中的接触器特征参数,利用Spearman等级相关系数方法计算各特征参数与累积燃弧损耗之间的相关性,以此筛选出相关性强的特征参数构成状态识别的特征参数组。接着通过多元线性回归的方法对特征参数组进行融合,得到表征燃弧损耗状态的指标,对比指标曲线与实际寿命曲线发现试验样本存在初始燃弧损耗量的问题。之后建立基于相似性的接触器剩余燃弧损耗量预测模型,在评估环节引入能将初始燃弧损耗量的不确定性问题转化为时延问题的时延参数,通过交叉验证的方法选定最优时延参数,并建立综合评价指标对模型进行评估。最后,利用试验样本对预测模型进行了验证,并以定相燃弧损耗样本为例通过接触器电寿命映射模型对剩余电寿命进行了计算。结果表明,所提出的方法能够成功地定量评价接触器在三相不均匀燃弧损耗情况下的剩余电寿命,且能够直观表现剩余寿命的变化过程,预测误差仅为0.9%~12.1%。

铜蒸气对密封直流接触器氢-氮混合气体电弧特性的影响

密封直流接触器开断过程电弧烧蚀触头产生的铜蒸气对氢-氮混合气体电弧特性及开断性能具有重要作用。依据平衡态等离子体理论计算出铜蒸气不同占比的氢-氮混合气体的各项物性参数,引入铜蒸气影响,建立了基于磁流体动力学理论的氢-氮混合气体电弧模型,系统研究了铜蒸气在混合气体中占比及分布规律对燃弧特性、电弧发展演变特性等的影响规律。基于可拆卸腔体开展了实验验证,750 V/250 A密封直流接触器实验中电弧重击穿概率、熄弧时间变化等规律与理论分析结果基本相符,验证了铜蒸气对燃弧特性的影响。研究表明:随着铜蒸气在混合气体中占比提高,燃弧过程电弧温度缓慢降低,熄弧时间逐步提高,重击穿概率增大,且铜蒸气不均匀分布比均匀分布熄弧时间有所降低。研究结果为混合气体直流燃弧特性和高可靠性密封直流接触器优化设计提供理论参考。

电气部件三维建模方法探析——以交流接触器为例

介绍数字化电气设计中电气部件常用的两种三维建模方法,详细描述基于外形尺寸的三维绘制和借助扫描仪进行三维扫描建模的具体操作流程及注意事项。通过比较两种建模方法的优缺点,供设计者在实践中选择合适的建模方法,提高设计效率和准确性。

单稳态永磁接触器集成化磁链闭环控制技术

鉴于单稳态永磁接触器现有的控制方案存在成本高、可靠性低且优化困难等缺陷,该文提出一种集成化磁链闭环控制方案。首先,将电机传动领域的专用集成功率芯片应用到单稳态永磁接触器的智能控制中,设计其集成驱动电路;在此基础上,采用磁链闭环直接控制接触器的总磁链,在合闸过程中仅需设置一较小的恒定磁链参考值,即可实现自动弱磁,防止合闸末期永磁力过大造成严重的触头弹跳;在分闸过程中仅需设置总磁链参考值为0,即可使电磁磁链实时抵消永磁磁链,防止产生剩余吸力,造成分断速度降低,进而提高分闸性能。该文提出的方案既简化了单稳态永磁接触器硬件控制电路的设计,又降低了其优化控制的难度,对高性能永磁接触器的工程推广具有参考价值。

基于ERF和BO-SVC的交流接触器触头故障识别方法

针对交流接触器各状态样本不均衡导致故障状态识别精度低和特征冗余度高的问题,文中提出一种基于嵌入式随机森林(embedded random forest,ERF)和贝叶斯优化非线性支持向量机(Bayesian optimization-support vector classification,BO-SVC)的复合识别方法。首先,通过交流接触器全寿命试验平台提取接触器状态特征,并针对各状态样本间不均衡导致识别精度低现象,提出一种基于权重法的样本均衡处理策略。然后,使用ERF对均衡后样本进行特征选择和降维,提取最能表征触头状态变化规律的最优特征。最后,将最优特征输入到BO-SVC识别模型,与另外2种代表性模型作为对比,以精确率、召回率和F1-分数3个指标对各模型性能进行评估。在3个指标上,文中方法的结果分别达到95.22%、98.91%和97.01%,均高于对比模型。以F1-分数为指标,在4组样本上对各模型性能进行测试,结果表明文中方法的F1-分数平均高出对比模型0.56%和27.28%,验证文中研究有效解决了交流接触器特征冗余和故障识别精度低的问题。

塑壳断路器与接触器回路的保护跳闸方案研究

对于“塑壳断路器+接触器+热继电器”或“塑壳断路器+接触器+马达保护器”的回路,前者由塑壳断路器脱扣器实现短路保护,后者由塑壳断路器脱扣器与马达保护器配合实现。对于后者在满足一定条件下,可通过马达保护器动作接触器实现回路分断,否则应配置塑壳断路器分励脱扣器,由马达保护器动作塑壳断路器的分励脱扣器实现回路分断。

基于多特征增强融合的交流接触器状态表征

准确掌握交流接触器的运行状态是实现交流接触器智能化的基础,为此提出了一种基于多特征增强融合的状态表征方法。首先针对交流接触器特征参数非线性、非平稳、随机变化、趋势性不明显但符合一定统计特性的特点,利用Wasserstein概率距离进行特征变换得到趋势性较强的初态特征;然后以多属性初态特征参数为驱动,考虑参数间强耦合的特点,利用自编码器神经网络进行特征压缩提取,剔除冗余信息,保留有用信息;在此基础上,以压缩提取特征为输入,通过自组织映射神经网络来实现多维特征的竞争性融合输出,得到交流接触器运行状态的综合健康指标,实现交流接触器状态的定量表征。最后,结合实测数据验证了所提方法的有效性,并与其他2种方法相比较,结果表明:所提方法得到的健康指标趋势性、单调性和鲁棒性相比其他2种方法分别至少提高了4%、24%和5%,研究可为下一步研究交流接触器的精准控制和智能化提供参考。

不同磁场条件下直流接触器电弧开断特性的仿真研究

直流接触器是实现分断、功率切换以及故障保护等功能的关键器件。文中以某直流接触器为例,建立了直流接触器氢气电弧特性仿真的二维磁流体动力学模型,该模型综合考虑了外部负载电路、触头运动以及非均匀外部磁场等因素对接触器电弧特性的影响,仿真研究了不同磁钢厚度下密闭式直流接触器内电弧开断过程中的电流电压变化曲线以及温度场分布。研究结果表明,在不同磁钢厚度的非均匀磁场作用下,450 V/400 A、充气压力为4 atm(1 atm=101 kPa)的直流接触器内部电弧的燃弧时间有所不同,并且随着磁钢厚度增大,磁场强度变强,燃弧时间缩短,磁钢厚度为5.5 mm时的燃弧时间最短。

IGBT无触点式接触器在矿用电动轮自卸卡车上的应用

为了解决矿用电动轮自卸卡车机械式接触器故障率高的问题,基于矿用电动轮自卸卡车动态制动的工作原理,分析了IGBT无触点式接触器替代机械式接触器的方法。结果表明:无触点式接触器模块有效应用,提高了设备维修及配件更换质量,有效降低生产运营成本,降低了维修人员劳动强度。

并联双线圈式直流接触器电磁机构合闸动作特性

直流接触器是新能源系统以及电动汽车中配置最为广泛的开关电器之一。而直流接触器的动态特性是衡量直流接触器性能的重要指标之一。文中以并联双线圈式直流接触器为研究对象,建立了直流接触器电磁机构的动力学模型,利用基于Adams与Maxwell软件的联合仿真研究方法对直流接触器的电磁机构进行合闸过程的仿真分析,研究结果表明,机构合闸动作的仿真合闸时间与试验合闸时间相吻合,验证了该仿真方法的正确性。同时研究了弹簧参数和线圈参数等因素对机构合闸运动特性的影响,发现在一定范围内弹簧预压力变化对合闸时间影响不大,线圈安匝数增大会导致合闸时间变小,线圈内阻增大会导致合闸时间变大且动触头弹跳更剧烈。文中的仿真方法与结果能为直流接触器电磁机构的改进设计与优化提供一定参考。

家用及类似用途机电式接触器在建筑配电中的应用及参数分析

主要研究家用及类似用途机电式接触器在建筑电气设计中的参数选择问题。指出同一型号的接触器在不同使用类别下的参数不同。通过实际案例分析了家用及类似用途机电式接触器在照明回路中的配电故障,指出了接触器标称额定电流与负载特性不匹配造成的故障原因。整理了各类建筑负载和各种光源的电流特性,并提出了选择接触器额定电流的原则。比较了不同品牌家用及类似用途机电式接触器的产品样本,分析各类负载的允许电流。根据研究结果提出了选用家用及类似用途机电式接触器时的注意事项和建议。

基于多物理场耦合的交流接触器动态特性研究

针对振动环境下交流接触器的动态特性研究,为深入分析其内部触头、铁芯等关键机构所受影响,设计了振动条件下交流接触器联合仿真模型。采用磁场与磁路相结合的电磁吸力计算方法,通过ADAMS与MATLAB/Simulink联合仿真实现机械-运动-电磁-电路等多种物理场耦合计算;仿真研究了不同振动条件对接触器关键机构吸合过程的动态特性影响;通过与试验结果对比验证了仿真模型的准确性。研究成果可为工作在风机、船舶等振动环境下的接触器动态性能评价提供依据。

基于超程时间退化特性的电磁接触器寿命预测方法

从接触器失效机理出发,通过有限元和动力学仿真详细分析超程时间退化过程,进而提出一种基于超程时间退化特性的电磁接触器寿命预测方法。建立基于超程时间退化特性的电磁接触器寿命预测模型,设计并搭建接触器可靠性试验平台,并基于SJD-10048NK电磁接触器试验数据,分析预测接触器的剩余寿命,相对误差约为10%,验证了所提方法的有效性。结果表明所提方法能够对接触器寿命进行准确预测,对于接触器的可靠性状态评估及其维护管理具有重要指导意义。

基于数据增强SDAE-BiGRU的交流接触器剩余电寿命预测

针对目前交流接触器剩余电寿命存在单一特征预测精度低、未充分考虑开断前后的关联性和忽略了长时间序列特点的问题,该文提出基于数据增强堆叠降噪自动编码器-双向门控循环单元(stacked denoised autoencod-er-bidirection gated recurrent unit,SDAE-BiGRU)的交流接触器剩余电寿命预测方法。首先,通过交流接触器全寿命试验提取特征参量,采用近邻成分分析(neighborhood component analysis,NCA)和斯皮尔曼等级相关系数选择最优特征子集,来有效表征电寿命退化信息。然后,对最优特征子集进行数据增强,充分考虑前后状态的关联性,并利用SDAE对增强后的特征信息进行融合来降低输入维度。最后,将交流接触器剩余电寿命视为长时序问题,通过BiGRU进行时序预测。实例分析表明,该模型比循环神经网络(recurrent neural network,RNN)、长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)、GRU、BiGRU和SDAE-BiGRU模型预测效果好,平均有效精度达到96.68%,有效证明了时序预测模型应用在电器设备剩余寿命预测领域中的可行性。

具有可控开距接触器的研究

为了提高传统电磁式接触器分断电流的能力,并解决大开距下合闸功耗高、动铁心冲击力大、铁心磨损严重等问题,设计一种具有可控开距的接触器。通过结构改进,增大传统交流接触器结构层面可打开开距,利用基于单片机的控制电路识别分断电流,并在分断过程中对励磁线圈施加不同宽度的脉冲电流,使接触器在不同分断电流下具有不同的开距,完成分断后触头回到小开距的平衡位置。通过实验,验证了所设计的接触器具有可控开距的功能。

膜接触器内TETA-DEEA-TMS-H_(2)O相分离捕获剂吸收CO_(2)传质性能

化学吸收法特别是胺法捕获燃烧后尾气中的CO_(2)目前最具产业化应用前景。然而,传统胺溶液[以30%单乙醇胺(MEA)为基准]存在再生能耗高等难题,在填料塔内吸收CO_(2)可能会存在液泛、发泡、夹带等操作运行问题。胺基相分离型CO_(2)吸收剂吸收CO_(2)后,仅需送富CO_(2)相溶液去解吸,有望大幅降低CO_(2)解吸能耗。本文通过高效胺基相分离型捕获剂耦合中空纤维膜接触器强化CO_(2)吸收传质。首先,利用CO_(2)吸收-解吸筛选装置探究了几种吸收剂的CO_(2)吸收-解吸综合性能和分相特性,实验结果表明三乙烯四胺(TETA)-N,N-二乙基乙醇胺(DEEA)-环丁砜(TMS)-水具有较好的分相性能和CO_(2)捕获性能。然后,在中空纤维膜接触器内研究了CO_(2)负载量、TETA浓度、液相进料温度、液体流速、进口气速和CO_(2)分压对TETA-DEEA-TMS-H_(2)O相分离吸收剂CO_(2)吸收通量的影响规律。结果表明:CO_(2)吸收通量随CO_(2)负载量的增加而降低,随液相进料温度、液体流速、进口气速和CO_(2)分压的增大而增大,由于分相原因使CO_(2)吸收通量随TETA浓度的增加呈现先增大后减小的趋势;CO_(2)脱除率与进口气速和CO_(2)分压呈负相关关系。最后,建立了较准确的气相总传质系数KG的预测模型,其绝对平均误差为11.94%。