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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(kāi)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(shí)，會(huì)影響受控設(shè)備的正常運(yùn)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(yùn)動(dòng)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(cè)與維護(hù)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

交流接觸器的機(jī)械故障中最常見(jiàn)的是分合閘故障，如彈跳時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致吸合時(shí)觸頭彈跳幅度增加，它會(huì)對(duì)交流接觸器分?jǐn)嚯娏鞯哪芰υ斐芍苯佑绊懀晃蠒r(shí)間長(zhǎng)，將導(dǎo)致燃弧時(shí)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(kāi)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(duì)應(yīng)降低，從而降低觸頭超程。

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

在實(shí)際的交流接觸器在線監(jiān)測(cè)過(guò)程中，人們只對(duì)發(fā)生故障的位置及是否發(fā)生故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無(wú)法反映接觸器的具體工作狀態(tài)。如果能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)交流接觸器觸頭運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障，積極制定檢修策略，對(duì)于延長(zhǎng)設(shè)備生命周期、提高電氣線路運(yùn)行穩(wěn)定性、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有十分的重要意義。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)交流接觸器動(dòng)態(tài)特性做了很多研究，然而其中大多數(shù)工作都是通過(guò)單一的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程來(lái)分析接觸器動(dòng)態(tài)特性，而對(duì)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(yùn)動(dòng)信號(hào)為非線性信號(hào)。常用于交流接觸器故障識(shí)別的非線性動(dòng)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(qiáng)等缺點(diǎn)，多尺度排列熵針對(duì)復(fù)雜時(shí)間序列具有魯棒性很強(qiáng)的特點(diǎn)，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(shí)頻分析法，局部均值分解（Local Mean Decomposition, LMD）與經(jīng)驗(yàn)?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(hào)的時(shí)候產(chǎn)生的諸多問(wèn)題。因此沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)特種電機(jī)與高壓電器教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員通過(guò)多尺度排列熵提取交流接觸器觸頭運(yùn)動(dòng)信號(hào)故障特征。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)原理框圖

目前有許多方法用于故障識(shí)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(shí)別方法，其需要借用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，沒(méi)有精確數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行取值。有學(xué)者采用對(duì)SVM參數(shù)優(yōu)化的方法，獲得SVM的最優(yōu)參數(shù)，通過(guò)使用遺傳算法全局搜索，構(gòu)造識(shí)別模型。但這種遺傳算法，其收斂速度很慢，對(duì)于基因變異所造成的不穩(wěn)定性很高。

圖2 試驗(yàn)系統(tǒng)

沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)特種電機(jī)與高壓電器教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)分析及故障診斷方法，配合試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)用在交流接觸器故障檢測(cè)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(shí)別準(zhǔn)確率和識(shí)別速度，更加適用于要求高可靠性的交流接觸器故障識(shí)別領(lǐng)域。

圖3 控制臺(tái)及負(fù)載

圖4 裝置裝配體設(shè)計(jì)圖

圖5 裝置裝配體實(shí)物圖

他們最后得出如下研究結(jié)論：

1）設(shè)計(jì)了一種交流接觸器觸頭系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析及故障診斷試驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)備的觸頭系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并對(duì)其不同的工作模式進(jìn)行定義。

2）對(duì)交流接觸器工作模式進(jìn)行識(shí)別，利用LMD分解將信號(hào)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(guò)主成分分析法降維及歸一化后，作為PSO-LSSVM的輸入量，實(shí)現(xiàn)交流接觸器工作模式的識(shí)別。

3）本故障診斷方法配合試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)用在交流接觸器故障檢測(cè)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(shí)別準(zhǔn)確率和識(shí)別速度，更加適用于可靠性要求高的交流接觸器故障識(shí)別領(lǐng)域。

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