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。     

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。     

126 kV真空断路器操动机构机械可靠性研究

文中在分析讨论传统可靠性设计方法在真空断路器机械可靠性设计应用中存在局限性的基础上,提出基于失效物理和可靠性物理(PoF/RP)的真空断路器操动机构及其零部件可靠性设计方法,对操动机构内部传动部件的冲击疲劳寿命计算方法进行了理论分析。分别对126 kV单断口真空断路器弹簧操动机构、分离磁路式双稳态永磁操动机构,以及快速斥力机构在断路器合分闸操作冲击应力作用下易损部件的疲劳寿命进行了分析。计算结果显示:弹簧操动机构合分闸联锁挚子在断路器合分闸操作冲击应力的作用下其疲劳寿命计算结果为1 654次;双稳态永磁操动机构在断路器以2.5 m/s速度分闸、1.5 m/s速度合闸时,其动、静铁心在冲击应力作用下的疲劳寿命17 710次;快速斥力机构触头簧传动支撑部件在断路器以5.5 m/s速度分闸、1.3 m/s速度合闸过程中,其冲击疲劳寿命为302次;该计算结果与实验结果相近。     

高压断路器永磁电机机构及控制系统设计

为实现126 k V高压真空断路器的智能化操作,满足断路器分合闸速度要求,提出一种新型的断路器分合闸电机操动机构及控制系统。结合126 k V高压真空断路器的负载特性,在分析表贴式、燕尾槽表贴埋入型、直线内嵌型和外V内嵌型4种电机转子后,提出了一种多槽双层表贴埋入式定子及转子永磁电机设计方案,并设计了以数字信号处理器为核心的硬件控制装置。开展126 k V高压真空断路器的联机实验,结果表明,采用上述操动机构及控制系统能够满足126 k V高压真空断路器分合闸速度指标的要求,且分合闸时间具有良好的稳定性。     

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。     

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。     

双稳态永磁操动机构设计与分析

1引言真空断路器作为一种在电路系统中既能实现正常电流的关合与分断,同时也能切断过载、短路等故障电流的开关电器,目前在中压开关领域居主导地位。然而,现有中压以上断路器大都是有触点机械式开关,且操作频繁,因此其灭弧室本体和操动机构的性能就成为真空断路器是否具有高可靠性的关键。近年来,一种电磁操动、永磁保持、电子控制的操动机构受到了关注。这种操动机构由于取消了脱、锁扣装置,而采用永久磁铁进行终端位置的保持,动作元件和零部件数目明显减少,因而可靠性大大提高。目前,在电力运行部门和开关制造企业已形成了一个永磁操动真空断路器的研发热点。然而,现有研究工作主要集中于触头开距较小的12kV真空断路器用永磁机构的理论分析和产品研发。更高电压等级的断路器由于触头开距较大而对操动机构要求较高,研究具有较大难度。本文采用数值计算方法对35kV真空断路器用永磁操动机构的磁场和操动力进行了计算和分析,在此基础上研制了35kV真空断路器永磁操动机构样机并进行了实验。测试结果表明断路器合、分闸速度等性能指标均满足设计要求。2永磁机构的工作原理本文设计的35kV真空断路器操动机构为圆柱形双稳态永磁机构。所谓双稳态是指动铁心无论在分闸还是在合闸...     

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。     

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。     

高压断路器用电机驱动机构路径动态规划方法

电机驱动操动机构相较于传统操动机构结构简单,动作可控性强,极大的提高了断路器分合闸操作的可控性及可靠性。针对电机驱动机构的控制方法即机构的运动轨迹方法,提出了一种电机驱动机构的路径动态规划方法,由建立的电机输出轴与开关动触头之间的数学模型,推导开关动触头最佳运动轨迹和电机轴最佳输出曲线的数学关系,最后搭建126kV电机驱动操动机构试验平台,由试验平台所得的结果证明,提出的动态规划方法与预置曲线法相比,能够有效缩短运行时间,提高断路器的机械寿命。关键字:     

35 kV侧动式高速真空断路器研究

基于侧动式机械缓冲装置对真空灭弧室合闸冲击力小,电磁斥力分闸操动机构反应时间短等优点,在大量分析和优化设计的基础上,研制一种永磁合闸、电磁斥力分闸的35 kV双稳态侧动式高速真空断路器。试验表明,该真空断路器合闸速度在10 ms以内,分闸速度在5 ms以内。解决了传统断路器难以实现快速分合闸和寿命短的缺陷问题,为行业内断路器操动机构的选择提供参考。     

电机转矩波动对断路器运动速度影响的研究

为了减小驱动电机换相转矩波动对真空断路器动触头运动速度的影响,提出一种换相期间PWM调制电机驱动回路开关管的方法。根据电机操动机构的工作原理,计算得到断路器动触头运动速度与电机输出转矩之间的数学关系,同步调节换相过程中各开关管触发信号PWM的占空比,减小输出转矩下降幅度,提高动触头运动速度。真空断路器电机操动机构联机实验结果表明,换相期间采用PWM调制的动触头运动速度整体得到提升,断路器平均合闸速度提高了0.21 m/s。     

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。     

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...     

新型126 kV电机直驱高压真空断路器伺服控制系统研究

高压断路器的稳定工作是电力系统正常运行的关键,为了优化其分合闸控制的性能,研究了一种由永磁同步电机(PMSM)驱动的高压真空断路器操动机构及由DSP作为主控模块的伺服控制系统。构建了一台由126 kV真空断路器、永磁同步电机、DSP及外围控制系统组成的实验装置进行实验。针对与电机转矩惯量比相关的定子尺寸与永磁体厚度进行了优化分析,并设计了与真空断路器性能匹配的控制系统程序流程。通过采用最大转矩电流比控制策略控制电机,可以实现真空断路器按预设的参考曲线进行分合闸操作。实验结果表明,基于DSP控制的电机直驱高压真空断路器分合闸特性满足技术要求,稳定性好。     

新型无刷电励磁电机操动机构设计与试验研究

为了简化电机操动机构的结构并提高其工作可靠性,本文以40.5kV真空断路器为研究对象,依据其动态机械特性设计一种新型无刷电励磁电机操动机构。对40.5kV真空断路器进行负载特性分析,并利用断路器负载反力曲线对所提出新结构电机进行了三维有限元分析。在此基础上搭建了操动机构控制系统硬件平台,制作40.5kV真空断路器样机以及新型无刷电励磁电机样机,并对其进行联机合闸试验操作。仿真与试验结果均满足40.5kV高压真空断路器的合闸技术要求。验证了新型无刷电励磁电机操动机构的可行性。     

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。     

VS1型真空断路器合闸弹跳优化方案探析

当前真空断路器广泛应用于中压领域,操动机构是决定断路器性能的关键部件之一,与电磁操动机构和永磁操动机构相比,弹簧操动机构由于采用小功率交流电机为合闸弹簧储能而使机构动作不受电源影响,更加稳定,并且掉电后仍能操作一次,同时在分闸时由于参与动作部件少,因而分闸弹簧能实现较好的分闸特性等特点而使用更为广泛。文中的目标是针对目前中国广泛使用的VS1型户内真空断路器,通过运用Adams对VS1型真空断路器的弹簧操动机构进行动力学分析,并结合样机的机械特性实验结果,找出影响VS1型真空断路器合闸弹跳的因素,并提出优化建议。仿真分析和实验测量发现合闸过程之后出现的弹跳问题是由于凸轮机构的配合不当引起。为此针对凸轮机构提出了优化建议,即可以通过修改凸轮轮廓尺寸和提高分闸掣子限位平面来实现减少弹跳,达到提高VS1型真空断路器的合闸可靠性的目的。     

智能化构架下的电机操动机构驱动电机设计

以高压开关智能化构架为背景,基于126 kV真空断路器反力特性和操作速度要求确定驱动电机的设计目标,针对断路器驱动电机特殊的工况对智能化电器驱动电机的结构设计和电磁设计方案进行论述.建立驱动电机的有限元仿真模型并搭建126 kV真空断路器电机操动机构驱动电机的试验平台,结果表明电机可以满足设计要求和断路器分合闸的性能要...     

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。