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交流接觸器是一種廣泛用于低壓電氣線路控制與保護(hù)的開關(guān)設(shè)備，負(fù)責(zé)電氣線路大電流和主回路頻繁的合分操作。交流接觸器發(fā)生故障時，會影響受控設(shè)備的正常運行，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生。因此，為了能夠?qū)涣鹘佑|器進(jìn)行觸頭系統(tǒng)運動分析及故障診斷研究，需要從科學(xué)的角度給出接觸器各種工作模式與工作狀態(tài)，為接觸器的檢測與維護(hù)奠定堅實基礎(chǔ)。

交流接觸器的機(jī)械故障中最常見的是分合閘故障，如彈跳時間長，導(dǎo)致吸合時觸頭彈跳幅度增加，它會對交流接觸器分?jǐn)嚯娏鞯哪芰υ斐芍苯佑绊懀晃蠒r間長，將導(dǎo)致燃弧時間增加，不僅影響系統(tǒng)的性能，而且降低接觸器的電壽命；未達(dá)到預(yù)期開距，可以間接反映出觸頭燒蝕情況，電弧侵蝕引起交流接觸器觸頭質(zhì)量損耗，使其電接觸性能不斷退化；未達(dá)到預(yù)期超程，電弧侵蝕觸頭，觸頭厚度對應(yīng)降低，從而降低觸頭超程。

觸頭碰撞速度快，會增加觸頭彈跳幅度；接觸器銜鐵和動觸頭分閘速度與溫度呈線性關(guān)系，觸頭分閘速度慢會使電弧溫度升高，增加滅弧時間，影響接觸器使用壽命，對接觸器的運行構(gòu)成危害。

在實際的交流接觸器在線監(jiān)測過程中，人們只對發(fā)生故障的位置及是否發(fā)生故障進(jìn)行監(jiān)測，無法反映接觸器的具體工作狀態(tài)。如果能夠?qū)崟r監(jiān)測交流接觸器觸頭運動系統(tǒng)狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)潛在故障，積極制定檢修策略，對于延長設(shè)備生命周期、提高電氣線路運行穩(wěn)定性、增強市場競爭力具有十分的重要意義。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對交流接觸器動態(tài)特性做了很多研究，然而其中大多數(shù)工作都是通過單一的機(jī)構(gòu)運動方程來分析接觸器動態(tài)特性，而對接觸器觸頭系統(tǒng)的故障診斷有待進(jìn)一步研究。交流接觸器的觸頭運動信號為非線性信號。常用于交流接觸器故障識別的非線性動力學(xué)參數(shù)分析方法，如樣本熵、近似熵都存在魯棒性不強等缺點，多尺度排列熵針對復(fù)雜時間序列具有魯棒性很強的特點，可以獲取更詳細(xì)的信息。

多尺度分解是一種手段，局部均值分解是一種自適應(yīng)時頻分析法，局部均值分解（Local Mean Decomposition, LMD）與經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解（Empirical Mode Decomposition, EMD）相比較而言，LMD很好地改善了EMD在分解信號的時候產(chǎn)生的諸多問題。因此沈陽工業(yè)大學(xué)特種電機(jī)與高壓電器教育部重點實驗室的研究人員通過多尺度排列熵提取交流接觸器觸頭運動信號故障特征。

圖1 測試系統(tǒng)原理框圖

目前有許多方法用于故障識別，有學(xué)者利用變分模態(tài)分解與支持向量機(jī)（Support Vector Machine, SVM）相配合的故障識別方法，其需要借用傳統(tǒng)的經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解，沒有精確數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行取值。有學(xué)者采用對SVM參數(shù)優(yōu)化的方法，獲得SVM的最優(yōu)參數(shù)，通過使用遺傳算法全局搜索，構(gòu)造識別模型。但這種遺傳算法，其收斂速度很慢，對于基因變異所造成的不穩(wěn)定性很高。

圖2 試驗系統(tǒng)

沈陽工業(yè)大學(xué)特種電機(jī)與高壓電器教育部重點實驗室的研究人員提出了基于粒子群優(yōu)化算法最小二乘支持向量機(jī)（Least Squares Support Vector Machine Based on Particle Swarm Optimization, PSO-LSSVM）的交流接觸器觸頭系統(tǒng)運動分析及故障診斷方法，配合試驗系統(tǒng)運用在交流接觸器故障檢測中，與目前的交流接觸器故障定性診斷方法相比，能夠明顯地提高識別準(zhǔn)確率和識別速度，更加適用于要求高可靠性的交流接觸器故障識別領(lǐng)域。

圖3 控制臺及負(fù)載

圖4 裝置裝配體設(shè)計圖

圖5 裝置裝配體實物圖

他們最后得出如下研究結(jié)論：

1）設(shè)計了一種交流接觸器觸頭系統(tǒng)運動分析及故障診斷試驗系統(tǒng)，通過設(shè)備的觸頭系統(tǒng)運動試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并對其不同的工作模式進(jìn)行定義。

2）對交流接觸器工作模式進(jìn)行識別，利用LMD分解將信號自適應(yīng)分解，由改進(jìn)多尺度排列熵與能量矩共同構(gòu)成特征向量，再經(jīng)過主成分分析法降維及歸一化后，作為PSO-LSSVM的輸入量，實現(xiàn)交流接觸器工作模式的識別。

3）本故障診斷方法配合試驗系統(tǒng)運用在交流接觸器故障檢測中，與目前的交流接觸器故障定性診斷方法相比，能夠明顯提高識別準(zhǔn)確率和識別速度，更加適用于可靠性要求高的交流接觸器故障識別領(lǐng)域。

本文編自2021年《電工技術(shù)學(xué)報》增刊2，論文標(biāo)題為“交流接觸器觸頭系統(tǒng)運動分析及故障診斷研究”，作者為劉樹鑫、宋健 等。