高压断路器操动机构的驱动电机及其控制系统的研究

发布时间：2020-05-17 12:21

【摘要】：高压断路器在电网运行中起着重要的设备控制与保护的双重作用,核心部件包括灭弧室、动静触头和操动机构。为了可靠地灭弧,操动机构都是以开断短路大电流为设计目标。常用的液压、气动、弹簧等操动机构均采用预先储能的方式,当对机构发出控制命令时,能够立刻释放预储能量完成分合闸操作,具有输出功大、结构复杂、运动过程不可控的缺点。为满足电网智能化的发展需要,提高断路器在运动过程中的实时可控性,本文采用现代电力电子技术和通信技术,设计了驱动电机和控制系统,以满足断路器的分合闸要求。主要开展以下工作:(1)以无刷直流电机为研究对象,对电机启动过程中的动态特性进行分析,建立驱动电机数学模型,计算电机输出电磁转矩与绕组电压的关系,并通过Matlab建立控制系统仿真模型,证明了驱动电机速度与绕组电压有关,可以通过调节电压实现电机速度的调节。(2)结合126kV真空断路器的动态特性,对传动机构与断路器的运动过程进行分段优化设计,对断路器分合闸的开距阶段进行分段控制,对真空断路器的触头运动过程进行动态分析。针对断路器运动特性的需求对电机的各个参量进行了设计选取,确定了电机的总体参数。对所设计的永磁无刷直流电机在Ansoft中进行建模仿真,并对仿真结果进行分析。(3)搭建了电机操动机构的硬件控制系统,主要包括储能检测单元、开关电容器组单元、整流逆变单元、信号采集单元、主处理器单元、隔离驱动单元等。针对操动机构的硬件电路,建立相应的程序框图以及程序编写,并通过开关电容器组升压装置实现了控制装置的2倍升压。对所设计软、硬件相结合的控制装置进行组装调试,完成了电机操动机构控制系统的整体研发。(4)开展了真空断路器电机操动机构的稳定性实验和不同操作方式下的分合闸操作实验。通过对实验结果进行分析得到,增加储能电容的存储电压值可以增加断路器的动触头的运动速度,减小断路器的分合闸时间。采用开关电容器组进行分合闸特性实验与普通分合闸特性实验相比,总合闸时间减少11.1ms,合闸速度增加0.67m/s,总分闸时间减少25.8ms,分闸速度增加1.67m/s,结果证明了控制装置的稳定性与合理性。
【图文】：

沈阳工业大学硕士学位论文操作杆，代替传统的能量传递过程。采用先进的数字技术实现永磁电机的跟踪与，不仅满足断路器的开关速度和时间要求，而且在性能和功能方面也有许多新的，并能够完成对运动过程的控制，这是传统机构没有的优势。ABB 已在其瓷柱式式断路器和 GIS 中使用了这种电机操作机构。图 1.1 为 145kV 带电机操动机构的断路器，可实现超静音运行和智能电网应用，调试安装简单方便，并且已在沙漠带地区和寒冷气候等不同环境条件中获得了证实，，实现了断路器的智能控制[41-42]。

a 应用于 40.5kV 断路器的驱动电机 b 应用于 126kV 真空断路器驱动电图 1.2 断路器操动机构驱动电机Fig. 1.2 Circuit breaker operating mechanism drives motor 升压变换器的发展现状了对过电压进行抑制，减少电机启动的延迟时间，提高断路器的分合闸要提高控制系统的电压增益和工作特性，设计出一种高可靠性可控的升海内外众多专家学者投心于高增益转换器的研发，其中，输入输出均采益升压变换器能够实现较好的升压能力，但是电路拓扑较复杂，控制电且电感元件较多，变换器体积大[45]。n 级级联型 Boost 变换器，能够实现能，但是工作电压与额定电压的比值较大，使变换器的工作效率降低[4克服了传统电压源与电流源变换器的不足，但是存在升压能力不足。采阻抗网络的方法能够实现电压增益的提高，变换效率高，但主电路拓扑，对于确保级联 Z 源阻抗网络的稳定运行也具有一定的困难。基于 Cuk 采用电容电压自举技术实现升压作用，虽然输入电流和输出电压波纹较
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM561;TM33

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本文编号：2668539