基于线圈电流的永磁真空断路器控制方法

为使永磁真空断路器(VCB)分合闸的动作时间保持一致,实现可靠的同步关合,基于永磁机构(PMA)的动态特性,分析了动触头在不同运动阶段下的线圈电流,以及参考电流曲线的获取方法。基于Simulink控制模型,通过改进滞环控制方法有效实现了对参考电流曲线的跟踪。为检验控制算法,设计了以ARM处理器为核心的智能控制器,通过选取3种不同容量的储能电容,在150～200V电压范围内进行了断路器的分合闸实验。结果表明,基于上述控制原理设计的控制器可以有效控制断路器的动触头的行程轨迹,使动触头的运动轨迹与参考电流曲线的运动轨迹保持一致;在选定的线圈参考电流曲线下,实际断路器分合闸的动作时间的误差≤0.3ms。     

真空断路器循迹控制

采用带自调整函数的模糊算法,能够使断路器永磁机构按给定曲线动作,保证断路器的合闸时间稳定,从而提高选相操作的精度。通过该算法可实时纠正断路器永磁机构的运动位移偏差,在电容电压、环境温度等外界因素发生变化时,使机构仍按给定曲线动作。通过开关特性测试仪和DSP2812硬件控制系统,得到标准位移曲线及控制算法中的基本参量值,并在 Matlab 中建立了考虑续流过程的真空断路器闭环控制系统,给出了电容电压变化的仿真结果,验证了上述控制方法的可行性。此外,针对单相配永磁机构真空断路器,进行大量的合闸实验。实验结果表明：在上述外界因素变化时,该控制方法能将断路器合闸时间稳定在±0.5 ms之内。     

基于双信号检测及跟踪的真空断路器永磁机构控制方法研究

为了提高真空断路器永磁机构同步操作能力,有效抑制电力系统暂态过程。在断路器操作过程中,对多传感器输出信号进行检测,并采用双闭环PID控制方法对永磁机构进行控制,实现对目标参考触头行程、激磁线圈电流曲线的跟踪。以12 kV真空断路器单稳态永磁机构为控制对象,研制了以数字信号处理器(DSP)为核心的操作控制系统。结果表明控制系统采用上述控制方法,能够有效控制永磁机构触头行程与线圈电流,使触头运动特性处于受控状态,提高了控制系统的鲁棒性及控制精度,实现断路器关合时间误差在±0.3 ms以内,为同步关合的实际操作奠定基础。     

配永磁机构真空断路器运动特性控制技术的研究

真空断路器的动触头运动特性对其开断能力和寿命影响很大。介绍了一种控制分闸运动特性的方法,通过控制永磁机构的分、合闸线圈的接入时间,控制分闸的的运动特性。在实验室进行了试验,验证了该方法的可行性。     

基于操作功最优的永磁机构参数控制优化

以永磁机构分、合闸操作功与真空断路器开断性能要求匹配最优为目标,基于四连杆传动规律将12 kV真空断路器本体及传动机构的反力特性归算至永磁机构的运动部件动铁芯上,构建永磁机构操动特性数学模型。利用ANSYS-Maxwell仿真得到配永磁机构真空断路器的动铁芯位移、线圈电流、电容电压变化曲线等操动特性,计算出机构平均合闸速度、操作功等参数。以真空断路器操作功最优为目标函数,以线圈匝数、线径、操动电流为约束条件,在仿真的基础上建立正交回归实验,利用遗传算法对线圈参数进行优化设计,并通过实验进行验证。结果表明,在保证永磁机构操动特性满足真空断路器动作特性需求条件下,线圈优化设计后的永磁机构操作功从970.41 J降低到362.26 J,降低了动铁芯碰撞速度,提高了机构的稳定性。     

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。     

单稳态永磁操动机构驱动线圈等效电感辨识方法研究

永磁真空断路器运动过程中,驱动线圈电感具有非线性变化特点,给永磁真空断路器智能控制带来困难。在Maxwell上搭建实际单稳态永磁真空断路器操动机构的电磁模型,利用有限元法计算机构在分、合闸过程中线圈电流、电容电压等参数的变化情况并作分析;在Matlab上分别应用磁链电流法与微分方程法对分、合闸过程中线圈等效电感进行辨识;比较两种方法的辨识结果,验证两种方法在实现线圈等效电感辨识上的可行性与可靠性,为进一步的单稳态永磁真空断路器的智能控制研究打下基础。     

真空断路器合闸速度与动触头合闸弹跳探析

由于真空断路器触头采用平面对接方式接触,合闸瞬间动静触头碰撞会引起动触头弹跳,动触头合闸弹跳时间是真空断路器机械特性的一项重要参数。对真空断路器而言,稳定的性能参数是其安全运行的前提。动触头合闸弹跳时间是影响真空断路器的电寿命、机械寿命、触头熔焊和合闸过电压的重要因素。真空断路器动触头合闸弹跳分散性很大,影响因素也很多。从动静触头接触产生碰撞为切入点,研究解决动触头合闸     

一种永磁操动机构真空断路器性能测试方法

针对配有永磁操动机构的真空断路器性能特点，介绍了性能测试的基本方法，即将激磁线圈的电压电流信号与触头信号结合起来的测试方法。并运用此方法对35kV配永磁操动机构真空断路器的触动时间、激磁电流和电压的大小、动触头弹跳时间的长短等进行了测试，验证了方法的可行性与实用性，为断路器的性能测试提供了有益参考。     

永磁操动机构储能电容大小的确定方法研究

真空断路器永磁操动机构的驱动电源多采用储能电解电容器,电容器容量大小对永磁机构的动态特性有重要影响,但如何确定电容器容量大小尚无明确原则。基于此,笔者通过分析永磁机构的电路励磁特征和运动特性,提出一种电容量大小确定方法,即可根据电容放电电流的第1个峰值达到永磁机构动作的临界电流来确定电容容量。在此基础上,以某永磁操动机构为例,具体介绍了电容大小的计算步骤。最后,根据所确定的储能电容大小计算了永磁机构动态特性,计算结果表明,笔者所提出的储能电容大小确定方法既可保证断路器可靠分、合闸,又能使电容量取值最小,从而优化了永磁机构的设计。     

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。     

单稳态柱上永磁机构断路器电源设计

对柱上永磁机构真空断路器控制器的电源系统进行了研究,给出了电源系统中电源切换、电容器电压监测、IGBT全桥驱动等功能模块的实现方法。通过微控制单元(MCU)的I/O口发出的脉冲来控制IGBT导通时间,从而控制分合闸线圈通电时间,以此完成分合闸操作。对分合闸线圈的电流波形进行分析,通过实验测试确定可靠的分合闸脉冲时间。实验结果表明:采用所设计的电源后,柱上永磁机构真空断路器的可靠分闸脉冲时间为20 ms、合闸脉冲时间为40 ms,在保证动作成功率的同时有效地缩短了分闸时间和合闸时间。     

真空断路器触头弹跳性能分析

1引言永磁操动机构真空断路器的开断性能有其自身的特点,它的终端位置的保持力都由永磁体来单独提供,取消了原有传统操动机构的锁、脱扣机构,大大减少了运动零部件;降低了机械故障率;提高了断路器的稳定工作性能;真正实现免维护。但由于分合闸实现机理的不同,触头弹跳产生的原因也就颇有差异。本文详细地分析了VS1—12型永磁操动机构分合闸弹跳的原因并提出行之有效的克服弹跳方法。2断路器分、合闸功能实现的基本原理永磁操动机构真空断路器在分合闸终端位置时,都由永磁体提供的磁能来实现稳定保持,断路器接到分合闸指令时,由电容器组或者直流电源向分合闸激磁线圈供电流产生电磁力,当电磁力逐渐增大到足以克服永磁体所提供的保持力时断路器的动触头开始运动并达到一定的速度值从而成功实现分合闸性能。因此,电源给激磁线圈的供电时间、所提供的操作功的大小及永磁体提供保持力大小是影响触头碰撞速度大小的主要因素,进而影响到断路器分合闸的弹跳性能。3动触头弹跳性能分析的重要性3.1合闸弹跳及其产生的原因、危害性带载工作的断路器由于触头弹跳的反复动作将产生很高的过电压,从而影响整个电力系统的供电稳定性,同时也将产生电流很大的电弧引起高温烧损触头甚至熔焊,这一...     

同步真空断路器高精度位置控制研究

同步真空断路器的合、分闸时间的稳定性受控制电压、环境温度、触头磨损和机械老化等外界因素的影响,采用高精度位置伺服控制使断路器触头按照给定的最佳轨迹运动,可保证同步真空断路器操作时间的稳定性。首先,采用MATLAB建立永磁机构真空断路器动态运动模型,设计自适应模糊控制器实现断路器的高精度位置控制;其次,对设计的断路器位置模糊控制算法性能进行仿真分析和优化;最后,对设计的真空断路器位置控制进行试验测试。仿真和测试结果表明,位置控制真空断路器伺服性能良好,断路器合、分闸时间分散性小于±0.5 ms,满足IEC 62271-302标准对同步真空断路器操作时间一致性的要求。     

基于永磁机构的剩余电流重合闸断路器设计

永磁驱动机构运动部件少、可靠性高,用于剩余电流重合闸断路器是一种创新的探索.介绍了基于永磁机构的剩余电流重合闸断路器工作原理、结构、永磁机构类型及驱动方式的选择,采用MaxweⅡ软件进行合闸机械特性、分闸机械特性的仿真优化,调整分闸弹簧、触头弹簧,使该产品的触头压力、分断速度达到一个优良的组合.经试验验证,设计的重合闸...     

高压真空断路器的三线圈永磁操动机构分析

高压真空断路器触头大开距的特点限制了永磁机构在高压领域的发展。文中提出了一种三线圈永磁操动机构,通过与其他结构的仿真对比,证明了该结构不但可以显著提高分闸速度,而且在动铁心行程的末段还可以有效地限制其冲击速度。文中提出了分段导通的控制方法,在解决三线圈结构永磁机构线圈电流过大问题的同时,进一步降低刚合速度,为真空断路器的动触头提供缓冲保护,减小触头冲击力,能够有效地抑制传统双稳态永磁机构合闸速度过快造成的触头弹跳,延长了触头寿命。     

配永磁机构的真空断路器同步分合闸控制系统设计与实现

为减少电力系统中断路器投切无功补偿电容器组时产生的电磁暂态效应,研究了一种配永磁机构的真空断路器同步分合闸控制系统;给出了中性点不接地星形方式连接的并联电容器组的同步分合闸控制策略,以数字信号处理器(DSP)为核心设计了同步分合闸控制系统的原理样机,给出了同步分合闸控制算法流程.通过分析影响永磁机构动作时间的因素,研究了同步分合闸控制的关键技术,包括设计FIR数字滤波器以准确提取系统电压电流过零点、径向基函数神经网络(RBF)预测控制、机构老化与触头磨损的自适应补偿控制等.最后给出并分析了同步分合闸控制精度的实验结果.实验结果表明,同步分合闸操作时的动作分散性基本保持在±0.5 ms以内.     

基于单神经元自适应PID控制的高压断路器永磁直线伺服电机操动机构的研究

高压断路器永磁直线伺服电机操动机构采用直线电机驱动断路器操作杆,带动机构运动,实现分合闸操作,具有良好的快速响应能力及控制性能.该伺服系统采用数字式双闭环控制,内环为电流环,采用PI控制,外环为速度环,采用单神经元自适应PID控制,通过建立直线伺服电机操动机构控制系统仿真模型,详细分析了单神经元自适应PID控制算法以及数学模型,并建立了以输出误差二次方为性能指标的单神经元自适应PID控制器模型.并分别用传统PID与单神经元PID控制算法,对高压断路器触头运动特性控制过程进行了仿真.结果表明,单神经元自适应PID控制器能够较好的实现触头速度的跟踪控制,使其按理想运动特性曲线运动,实现最优操作,该算法是一种较理想、有效的控制方法.     

基于回归模型的永磁操动机构励磁回路优化

永磁操动机构励磁回路是影响其合闸特性的关键结构。为此对其工作原理和经典数学模型进行分析,针对经典模型中涉及的励磁回路主要变量,基于二次回归正交试验建立数学模型,研究回路中储能电容容量、初始电压及励磁线圈匝数等参数对机构合闸特性的影响,并在此基础上定义了励磁回路综合评价系数,利用该系数对机构进行优化设计。优化结果显示:优化后机构平均合闸速度提升的同时大大降低了储能电容容量,综合优化率达到61%,使得励磁回路参数配置合理化,机构执行能力高效化。真空断路器永磁操动机构励磁回路的优化设计通过了仿真试验验证,为机构开发及结构优化提供了技术支持。     

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。