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交流接觸器的電壽命指標(biāo)是其關(guān)鍵的性能指標(biāo)之一。通常交流接觸器的機(jī)械壽命可達(dá)上百萬(wàn)次，但是電壽命只有幾萬(wàn)次，電壽命的優(yōu)劣直接影響低壓配電系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量與水平。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)交流接觸器電壽命預(yù)測(cè)的研究主要集中于退化參數(shù)的分析方法，如觸頭磨損、吸合時(shí)間、觸頭接觸電阻、燃弧能量等參數(shù)的分析。這些基于退化參數(shù)的接觸器電壽命預(yù)測(cè)方法，可以比較直觀地反映接觸器當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，但由于涉及具體參數(shù)的測(cè)量，需要對(duì)接觸器進(jìn)行拆卸或者破壞，過程較為復(fù)雜，在實(shí)際工程應(yīng)用中存在弊端。

采用音頻分析的方法可以通過非接觸的方式對(duì)設(shè)備、裝置運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析和診斷，可有效避免接觸式診斷方法的弊端。目前這種方法在大型機(jī)電設(shè)備領(lǐng)域有一定研究。

但是，目前基于音頻特征對(duì)交流接觸器進(jìn)行電壽命預(yù)測(cè)的研究還較少。河北工業(yè)大學(xué)、溫州大學(xué)樂清工業(yè)研究院的研究人員基于音頻特征的交流接觸器電壽命預(yù)測(cè)方法，采用快速傅里葉變換法分析交流接觸器線圈工作電壓異常、觸頭磨損和殼體松動(dòng)三種狀態(tài)下接觸器合閘時(shí)的音頻特征，分別與正常的交流接觸器音頻特征進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果發(fā)現(xiàn)，非正常狀態(tài)的交流接觸器合閘時(shí)其音頻特征與正常狀態(tài)時(shí)明顯不同。

圖1 電壽命試驗(yàn)裝置原理框圖

為進(jìn)一步研究接觸器合閘時(shí)的振動(dòng)發(fā)聲機(jī)理，基于振動(dòng)方程和聲壓波動(dòng)方程建立接觸器合閘時(shí)的聲場(chǎng)模型，仿真結(jié)果表明，該聲場(chǎng)模型產(chǎn)生的音頻頻譜幅值隨線圈工作電壓的增大而變大、頻譜分布隨觸頭形貌改變而變化。分別運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）構(gòu)建交流接觸器合閘音頻特征與電壽命的關(guān)聯(lián)模型，對(duì)比了L-M算法、擬牛頓法、動(dòng)量BP法和自適應(yīng)梯度下降法四種BP網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法，建立電壽命驗(yàn)證平臺(tái)。

圖2 碰撞發(fā)聲仿真流程

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，L-M算法性能最優(yōu)，預(yù)測(cè)電壽命誤差小于10%；CNN可以在線學(xué)習(xí)和提取音頻特征，但其預(yù)測(cè)誤差超過20%。

研究人員最后得出以下結(jié)論：1）接觸器控制電壓變化造成音頻特定頻率的幅度變化；2）接觸器殼體松動(dòng)造成音頻頻譜分布變化，造成音頻幅值變化；3）接觸器觸頭磨損情況產(chǎn)生的音頻頻譜，能在低頻分布權(quán)重dw參數(shù)中體現(xiàn)；4）運(yùn)用MFCC法提取的音頻特征作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，采用L-M學(xué)習(xí)算法可獲得低于10%的錯(cuò)誤率，滿足工程應(yīng)用的需求；5）運(yùn)用CNN法雖然免去音頻特征提取步驟，但對(duì)接觸器的壽命預(yù)測(cè)效果欠佳。

以上研究成果發(fā)表在2021年第9期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于音頻特征的交流接觸器電壽命預(yù)測(cè)方法”，作者為游穎敏、王景芹 等。