高压断路器永磁无刷直流电机操动机构的设计及动态仿真

为了提高高压断路器的动作可靠性,设计了一种新型操动机构——有限转角永磁无刷直流电机操动机构。针对40.5kV真空断路器机械特性的要求,对驱动电机结构和主要参数(电负荷、磁负荷、极数及极弧系数等)进行了设计。并采用有限元法对电机的动态特性进行仿真,结果表明,电机设计合理、满足较高的分、合闸速度的要求。     

126kV真空断路器永磁摆角电机操动机构的设计与动态特性分析

为提高断路器的可靠性并结合高压开关设备的智能化发展方向,针对126 kV真空断路器设计了一种新型永磁摆角电机驱动操动机构。根据126 kV真空灭弧室的性能要求对该操动机构进行了运动学分析,提出驱动电机的设计参数,采用场-路-运动耦合法对驱动电机的动态性能进行了有限元分析,在此基础上建立了断路器的虚拟样机模型并对其动力学特性进行仿真研究。基于仿真结果制成了永磁摆角电机操动机构样机并与真空断路器进行了联机分合阐操作试验。试验结果表明,永磁摆角电机操动机构能可靠实现126 kV真空断路器的分合闸操作并能满足断路器灭弧室的速度特性要求,验证了操动机构设计的合理性。此外,仿真计算与试验结果基本吻合,验证了仿真分析的正确性。     

126kV真空断路器电机操动机构动态仿真与试验研究

为了简化高压真空断路器操动机构的结构并提高其工作可靠性,笔者对不同转子结构的真空断路器电机操动机构的动态特性进行了研究。建立了126 kV真空断路器操动机构的动态仿真模型,推导了驱动电机主轴侧的等效转动惯量、动态反力以及动触头行程与驱动电机转角的关系。依据上述分析并综合考虑绕组端部效应对电机启动过程的影响,采用场—路—运动耦合法对驱动电机在断路器分、合闸操作过程中的瞬态磁场和动态机械特性参数进行了仿真计算。结合仿真结果制成了永磁驱动电机样机,进行了操动机构与断路器联机试验试验。试验结果表明:电机操动机构能实现断路器的可靠分、合闸操作,平均合闸速度达到2.51 m/s,平均分闸速度达到3.35 m/s,满足断路器的要求。动态性能仿真结果与试验结果基本吻合,验证了仿真分析的有效性。     

高压断路器新型电机操动机构的研究

本文研究了高压断路器新型电机操动机构,分析了两种不同运动方式的电机操动机构及其运动特性.基于40.5kV户内真空断路器采用电机操动机构,研究了永磁直线直流电机和有限转角永磁无刷直流电机,利用有限元方法对两种电机的基本特性和起动过程进行了动态特性仿真,得到了电机运行时的电磁推力、电流、速度等曲线并进行了分析,分析两种电机操动机构在起动性能、运行方式及机构的复杂性、控制方面等特点,这为高压断路器采用电机操动机构提供了可靠的依据.     

真空断路器新型电机操动机构的多体动力学仿真

为提高断路器的可靠性,研究了一种新型的电机机构,该电机机构具有结构简单、体积小、响应快且运动过程可控等优点,研究重点为在电机机构操作下真空断路器的分/合闸机械特性。结合40.5 kV配电机机构的真空断路器,采用多体动力学仿真软件(automatic dynamic analysis ofmechanical systems,ADAMS)建立真空断路器新型电机机构的虚拟样机模型,对断路器的分/合闸过程进行仿真分析。由动态仿真得到电机转角与动触头行程的对应关系、断路器动触头的行程及速度特性曲线等,同时对断路器进行分/合闸操作实验,通过安装在转轴上的扭矩传感器及绝缘拉杆处位移传感器测得相应的运动特性,并将仿真结果与实验结果进行对比分析,仿真模型的输出特性与实验结果吻合较好,表明虚拟样机模型是有效的。     

12 kV真空断路器永磁直线电机操动机构特性分析

为解决12 kV真空断路器(Vacuum Circuit Breaker, VCB)传统操动机构和旋转电机操动机构结构复杂、可靠性低、动作分散性大以及有槽直线电机操动机构定位力引起推力脉动、振动、噪声及速度控制退化等而导致其难以精确分、合闸的问题,提出无槽圆筒形永磁直线同步电机操动机构。根据12 kV真空断路器分、合闸特性要求,对无槽圆筒形永磁直线同步电机(Slotless Tubular Permanent Magnet Linear Synchronous Motor, STPMLSM)的结构和参数进行设计,推导出其数学模型。利用有限元法对该电机操动机构的静、动态特性进行仿真分析,得到启动过程中电磁推力与时间的关系,分合闸过程中断路器动触头行程与时间、速度与时间的关系。结果表明:所设计的电机操动机构结构参数能够满足断路器分合闸特性要求,且推力波动得到有效抑制,为各电压等级断路器采用此类电机操动机构提供可靠依据。     

高压断路器新型电机操动机构的动态特性分析

研究了两种高压断路器新型电机操动机构,设计分析了两种电机操动机构及其运动特性.根据40.5 kV户内真空断路器的操作特性要求,研究了永磁直线直流电机和有限转角永磁无刷直流电机操动机构.对两种电机的结构和特性参数进行的初步的设计,同时利用有限元方法对两种电机的基本特性和起动过程进行了动态特性仿真,得到了电机运行时的电磁推力、电流、速度等曲线.通过有限元的仿真结果的分析,一方面调整了电机设计参数,最终得到符合操作特性要求的电机操动机构;另一方面表明两种电机操动机构在起动性能、运行方式及机构的复杂性、控制方面等方面特点,为高压断路器采用电机操动机构提供了可靠的依据.     

基于开关电容器组的高压断路器操动控制研究

为了减小断路器分合闸操作中电机操动机构驱动电机启动的响应时间,提高断路器的分合闸速度并改善断路器的触头震荡现象,提出了应用于电机操动机构的控制系统内储能电容的升压变换器技术。针对126kV真空断路器分合闸的技术要求,采用开关电容器组作为升压装置,利用电容器切换技术改变断路器进行分合闸操作的能量存储和释放方式,对断路器动触头的运动过程进行分段控制。在开关电容器组和普通储能电容器的条件下,进行了126kV真空断路器电动机操动机构的分合闸试验。实验结果验证,与采用普通储能电容的分合闸特性实验相比较,采用基于开关电容器组的电机控制系统可以有效地提高断路器的分闸和合闸速度,并改善断路器的触点弹跳。     

高压真空断路器用无刷直流电机操动机构控制器设计研究

为实现真空断路器的智能控制,在建立无刷直流电机作为操动机构数学模型的基础上,提出基于DSP的操动机构的控制系统方案,完成了控制系统的软硬件设计。试制了1台永磁无刷直流电机操动机构样机,并完成了与126 kV真空断路器的联机调试试验。实验结果表明,在电机的不同占空比条件下,均能实现断路器分合闸操作和触头运动速度调节,可见该型操作机构的控制器具有合理性,为新一代高压断路器的研制奠定了基础。     

高压断路器新型电机操动机构的动态特性

研究一种高压断路器新型电机操动机构,设计分析永磁直线直流电机及其运动特性。根据40.5kV真空断路器机械特性的要求,设计了一台配有制动保持装置的电机操动机构。利用有限元方法建立电机操动机构的仿真模型,对永磁直线直流电机的基本特性和起动过程进行动态特性仿真,得到了电机运行时的电磁推力、电流、速度等曲线,并进行了分析。结果表明,电机操动机构能够提供足够的合分闸速度,满足真空断路器开断和关合的要求。     

真空断路器电机操动机构RBF-PID控制方法研究

为提高真空断路器分合闸性能和智能化操作水平,提出了适用于真空断路器电机操动机构的RBF-PID控制方法,结合有限转角永磁无刷直流驱动电机动态数学模型,分析了驱动电机转速响应特性和运动过程可控性,构建了电机操动机构神经网络控制方程,对PID控制参数进行优化整定,分别计算分析常规PID和RBF-PID控制方法作用下真空断路器操作速度的跟踪特性。研制了电机操动机构速度控制系统,开展了真空断路器电机操动机构速度跟踪特性实验,结果表明,采用RBF-PID控制方法可以有效降低速度跟踪误差,操作过程中最大跟踪误差小于0.2 m/s,满足真空断路器智能化操作要求。     

高压断路器直线电机操动机构的动态特性分析

研究了一种高压断路器直线电机操动机构,设计分析了永磁直线直流电机及其运动特性。基于40.5 kV真空断路器机械特性的要求,设计了一台配有制动保持装置的永磁直线直流电机操动机构,利用有限元方法建立了电机的仿真模型,对永磁直线直流电机的基本特性和起动过程进行了特性仿真,得到了电机运行时的电磁推力、电流、速度等曲线并进行了分析,得出了电机操动机构能够提供的机械特性,为真空断路器采用直线电机操动机构提供了依据。     

双稳态永磁操动机构在40.5kV户内真空断路器上的应用

对双稳态永磁操动机构的磁场分布、铁芯受力和动态性能进行了分析与计算。并在此基础上对40.5kV户内真空断路器永磁操动机构样机进行了设计和性能试验。通过试验得到的数据和曲线证明了断路器各项性能良好。     

126kV真空断路器分离磁路式永磁操动机构

永磁操动机构因其结构简单、可靠性高、操作寿命长、动作分散性小以及与真空断路器配合良好等特点被广泛应用于中低压等级(3.6~40.5k V)的真空断路器中。但由于高电压等级真空断路器触头的运动行程长、分合闸速度高,依靠传统结构形式的永磁机构难适应输电等级(72k V)真空断路器高速度要求。因此,本文提出一种适用于126k V真空断路器的新型双稳态轴对称分离磁路永磁机构,将永磁保持部分与电磁操动部分分离,减少两部分磁路在工作时的干扰,进而提高永磁机构的分、合闸速度。同时引入非工作气隙的设计,当保持动铁心离开分合闸位置时永磁力急剧下降,减少了永磁铁在运动过程中对机构运动特性的影响。本文采用有限元软件与多体动力学软件耦合仿真方法对该机构的静态特性及动态特性进行了计算,并根据计算结果制作了样机。样机的实验结果证明该新型永磁机构的速度特性可满足126k V真空断路器的要求,实验结果与仿真结果具有较好的一致性。     

基于DSP高压断路器电机机构智能监测系统研究

设计了一种高压断路器电机机构智能监测系统。详细阐述了基于DSP下位机数据采集系统软、硬件结构的设计、CAN总线通信网络的构建以及上位机监控软件的实现。该智能监测系统通过检测电机操动机构及断路器等电气、机械参数、电网的实时数据,完成运算、数据存储等功能。同时驱动断路器动作来跟踪理想速度特性曲线,并将上述数据适时上传后,通过上位机进行监测,实现对断路器、电机机构的机械性能,电网的实时参数和二次回路完好性进行全面监测。结合40.5 kV户内真空断路器及电机操动机构进行了空载试验,结果表明系统硬件电路简单、实时性好,功能完善,上位机监测界面友好,信息量大,完全满足断路器监测系统的要求,为断路器的智能化操作奠定了坚实的基础。     

高压断路器电机机构智能控制系统研制

为满足智能电网建设对智能化设备的需求,提高高压断路器的操控性能及运行可靠性,应用现代智能控制技术的电机操动机构得到越来越多关注。针对真空断路器电机操动机构控制特点,提出一种永磁电机机构模糊免疫PID速度随动跟踪智能控制方法。为实现操动机构智能控制,研制基于DSP28335+FPGA+单片机多CPU结构全数字化伺服电机操动机构控制系统,并对断路器不同的运行状态:分/合闸操作、自动重合闸、分阶段速度调控及速度跟踪等操作分别进行测试,验证研究的控制方法及控制系统有效性。实验结果表明:该控制系统参数在PWM为10 kHz,占空比为80%时,126 kV真空断路器机械参数为:合闸时间为38 ms,分闸时间为21 ms;平均合闸速度为2.24 m/s,平均分闸速度为3.63 m/s。满足了真空灭弧室分合闸时间以及分合闸速度等参数要求,所研究的电机操动机构控制技术能够对高压真空断路器的运行状态进行有效控制。     

35kV真空断路器永磁操动机构的研制

文章给出了真空断路器永磁操动机构的磁场计算方法，分析了永磁机构中的磁场分布和铁心受力。在计算的基础上研制了35kV真空断路器永磁操动机构样机并进行了实验。该永磁机构采用了圆柱形双稳态永磁机构，并通过对线圈和弹簧的设计与调试得到了满意的断路器分合闸性能。     

126kV真空断路器新型磁力操动机构研究与设计

对比永磁操动机构,磁力机构具有出力大、行程长等优点,可用于中高压等级。在126 kV真空灭弧室研制成功的基础上,文中提出一种适用于126 kV单断口真空断路器的新型长行程磁力操动机构。利用Ansys仿真软件对126 kV磁力机构静态特性进行仿真设计,通过改变辅助永磁体排列方式、端盖封装方式增大了机构合闸保持力,采用增大合闸保持力的方法使机构分闸速度得到提高。分析了充电电容、线圈匝数等电气参数对磁力机构动态特性的影响,并在此基础上进行了参数优化。仿真结果表明,文中设计的126 kV单断口真空断路器磁力操动机构具有良好的动作特性。     

从动力配合角度对真空断路器弹簧操动机构进行优化设计

论述了真空断路器所使用的弹簧操动机构的优化方法,提出对每种断路器均需要一种动力与之相配合的操动机构,同时在110kV真空断路器样机负载特性给定的条件下,对传动杆件进行了优化设计分析.     

高压断路器电机驱动操动机构控制方法

为了提高高压断路器的工作特性,研究了一种永磁同步电机(PMSM)驱动的高压断路器操动机构及其控制方法。搭建了一台126k V高压断路器电机驱动操动机构样机。根据断路器分合闸的技术要求设计了分合闸运动曲线,通过永磁同步电机位置伺服控制,可以控制断路器按照预先给定的运动曲线进行分合闸操作。实验结果证明,通过电机驱动操动机构控制的断路器的分合闸操作满足技术要求,并且运动特性稳定,一致性好。