真空断路器电机操动机构储能装置和控制系统研究
发布时间：2021-06-22 07:53
为了提升真空断路器电机操动机构性能,降低合闸时动触头碰撞损耗和弹跳时间,并为储能电容充电,本文以126kV真空断路器电机操动机构为研究对象,设计了真空断路器电机操动机构储能装置和控制系统,主要内容如下:（1）本文研究了断路器分合闸时的运动过程,分析计算了真空断路器电机操动机构的运动特性,包括分合闸负载转矩、速度、行程和合闸能量,获得了该断路器电机操动机构分合闸过程的负载转矩曲线、速度折算曲线、动触头行程曲线和合闸能量1500J。（2）针对该断路器合闸过程中动触头弹跳和碰撞损耗问题,提出了分段定占空比控制策略,设计了4种PWM调控方案,通过断路器合闸分段仿真实验表明,断路器在采用方案3进行合闸调控时,电机操纵机构启动时间短,动触头刚合动能低,而且在超程阶段能够通过增加输出转矩抑制动触头弹跳,因此方案3是最佳的合闸调控方案。根据断路器合闸过程对供电电压范围150V-400V要求,研究设计了移相全桥储能变换器,通过理论计算获得了该变换器的元器件参数,并设计了储能装置仿真系统,仿真研究表明,变换器能够输出400V工作电压,满足储能设计要求,而且功率管实现了零电压开断软开关功能。（3）为了证明本...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
45kV瓷柱式SF6电机驱动断路器及其控制系统
动主轴与曲轴转动方向始终同向，因此提高了电机操动机构的运行可靠性[35]。李庆民教授开展应用永磁同步电机驱动断路器操动机构进行运动的研究，主要是通过仿真研究的方式，完成对动触头分合闸过程的操动控制，但是没有进行相应断路器操动机构装置的开发[36]。本研究所与平高集团展开合作，对断路器电机操动机构本体和控制技术进行了全方面研究，研制了断路器及其电机操动机构样机和配套的控制装置，并进行了大量的断路器分合闸开断实验和电机操动机构控制实验研究，取得了丰硕的研究成果。断路器电机操动机构及其控制系统如图1.2所示。a电机操动机构b控制系统图1.2电机操动机构及其控制系统Fig.1.2Motoroperatingmechanismandcontrolsystem1.3隔离型直流变换器发展现状1.3.1隔离型直流变换器简介在研究中为了给储能电容器组充电，设计了一套直流变换器储能电路，由于储能装置完全自主设计，首要考虑安全问题，因此选用隔离式直流变换器作为高压断路器电机操动机构储能拓扑电路。为了更加明确隔离式直流变换器工作原理，本文对隔离式直流变换器的工作特性和控制方式进行简要分析。隔离式直流变换器的功能是实现直流电压的升降压调节，由于应用广泛，隔离式直流变换器也发展了多种拓扑结构，其主要表现形式有推挽式、正激式、半桥式、反激式以及全桥式直流变换器等[37]。在形式各异的变换器中，反激式直流变换器相较于较其他种类的变换器，电子器件少，成本低，但是输出电压稳定性差，而且电源只能在功率管下一个周期才能响应负载变化，因此反激式变换器的输出特性和动态特性都比较差[38]。正激式
8第2章断路器电机操动机构动态特性分析及其仿真研究2.1电机操动机构简介断路器电机操动机构由电机及其传动部件和电机控制器组成，传动部件主要由单一结构的拐臂、绝缘拉杆和转动主轴组成，绝缘拉杆顶端安装有断路器动触头，为了降低合闸动触头碰撞损耗，在绝缘拉杆上安装有超程弹簧。由于电机操动机构在断路器分合闸过程中要克服大的负载转矩和要求具有一定的可控性，因此驱动电机类型选用了直流电机。当电机控制器接收到合闸指令时，驱动电机开始转动，电机主轴通过法兰盘带动传动主轴逆时针旋转64°，其中0-36°旋转角度为断路器动触头开距行程，36°-64°旋转角度为断路器动触头超程行程。为了保证断路器合闸结束时能够停止运动，在绝缘拉杆和传动连杆之间设计了死点。126kV瓷柱式电机驱动真空断路器如图2.1所示。a结构图b实物图图2.1126kV瓷柱式电机驱动真空断路器Fig.2.1.126kVporcelainpostmotordrivevacuumcircuitbreaker图2.1中1为断路器灭弧室，2为超程弹簧，3为传动连杆，4为绝缘拉杆，5为拐臂，6为转动主轴，7为法兰盘，8为驱动电机，9为驱动电机控制器。在图2.1中可以看出，新型断路器电机操动运动部件结构单一，比较传统的操动机构省去了繁琐的传动装置，而且配备了专用的电机和控制器。在电机操动机构控制系统中，搭配了位置传感器、电流传感器和电压传感器实现对断路器电机操动机构分合闸过程的操动控制，同时为了拓展断路器电机操动机构系统的功能应用，充分体现电机操动机构的智能控制优势，在未来电机操动机构控制系统优化设计中，可以在灭弧室中安装检测动触头温度的温度传感器、灭弧室湿度的湿度传感器、断路器机械振动的加速度传感器等，实现断路器电机操动机构运行状沈阳工业大学硕士学位论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]高压断路器电机驱动操动机构控制方法[J]. 唐诚,韩书谟,吴军辉,杨鹏,肖曦. 微电机. 2017(02)
[2]半桥式双向DC/DC变换器研究[J]. 王建超,刘胜永,孙家文. 机电信息. 2016(33)
[3]全桥隔离DC/DC变换器的直接功率控制方法[J]. 侯聂,宋文胜,武明义. 电力系统自动化. 2016(17)
[4]智能开关设备关键技术展望[J]. 田崇峰,李浩,张一,付开强,刘长征. 科技展望. 2016(25)
[5]一种伺服电机驱动的断路器操动机构[J]. 朱世明,陈隽,夏天,唐诚. 湖北电力. 2016(08)
[6]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[J]. 钟建英,郭煜敬,林莘,胡景林. 高压电器. 2014(07)
[7]智能高压开关设备技术发展[J]. 韩书谟,钟建英,尹军华,蒋晓旭. 智能电网. 2013(01)
[8]高压断路器电机操动机构控制技术研究[J]. 金光耀,王亮. 电工文摘. 2013(04)
[9]智能高压开关设备技术研究进展[J]. 钟建英. 高压电器. 2013(07)
[10]高压断路器操作智能化的研究现状[J]. 王晓波,马凤宝,董笑飞. 自动化博览. 2013(07)
硕士论文
[1]大功率移相全桥同步整流电源关键技术的研究[D]. 邓开元.北京交通大学 2017
[2]75kW移相全桥ZVS DC/DC变换器的设计[D]. 李顺毅.哈尔滨工业大学 2015
[3]高压GIS隔离开关电机操动机构控制系统研究[D]. 吴志恒.沈阳工业大学 2015
[4]126kV真空断路器电机操动机构的研究[D]. 李昊旻.沈阳工业大学 2014
[5]永磁无刷直流电机的设计与电磁分析[D]. 金鑫.南京理工大学 2013
[6]移相全桥软开关直流变换器的研究[D]. 王景芳.哈尔滨工程大学 2012
[7]超高压断路器液压操动机构的优化设计[D]. 魏忠永.浙江大学 2010
[8]高压断路器电机操动机构控制及其算法的研究[D]. 吴溪.沈阳工业大学 2009
[9]高压断路器电机操动机构控制系统的研究[D]. 王德顺.沈阳工业大学 2008
[10]真空断路器弹簧操动机构的分析与设计[D]. 田佳.清华大学 2004
本文编号：3242462
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
45kV瓷柱式SF6电机驱动断路器及其控制系统
动主轴与曲轴转动方向始终同向，因此提高了电机操动机构的运行可靠性[35]。李庆民教授开展应用永磁同步电机驱动断路器操动机构进行运动的研究，主要是通过仿真研究的方式，完成对动触头分合闸过程的操动控制，但是没有进行相应断路器操动机构装置的开发[36]。本研究所与平高集团展开合作，对断路器电机操动机构本体和控制技术进行了全方面研究，研制了断路器及其电机操动机构样机和配套的控制装置，并进行了大量的断路器分合闸开断实验和电机操动机构控制实验研究，取得了丰硕的研究成果。断路器电机操动机构及其控制系统如图1.2所示。a电机操动机构b控制系统图1.2电机操动机构及其控制系统Fig.1.2Motoroperatingmechanismandcontrolsystem1.3隔离型直流变换器发展现状1.3.1隔离型直流变换器简介在研究中为了给储能电容器组充电，设计了一套直流变换器储能电路，由于储能装置完全自主设计，首要考虑安全问题，因此选用隔离式直流变换器作为高压断路器电机操动机构储能拓扑电路。为了更加明确隔离式直流变换器工作原理，本文对隔离式直流变换器的工作特性和控制方式进行简要分析。隔离式直流变换器的功能是实现直流电压的升降压调节，由于应用广泛，隔离式直流变换器也发展了多种拓扑结构，其主要表现形式有推挽式、正激式、半桥式、反激式以及全桥式直流变换器等[37]。在形式各异的变换器中，反激式直流变换器相较于较其他种类的变换器，电子器件少，成本低，但是输出电压稳定性差，而且电源只能在功率管下一个周期才能响应负载变化，因此反激式变换器的输出特性和动态特性都比较差[38]。正激式
8第2章断路器电机操动机构动态特性分析及其仿真研究2.1电机操动机构简介断路器电机操动机构由电机及其传动部件和电机控制器组成，传动部件主要由单一结构的拐臂、绝缘拉杆和转动主轴组成，绝缘拉杆顶端安装有断路器动触头，为了降低合闸动触头碰撞损耗，在绝缘拉杆上安装有超程弹簧。由于电机操动机构在断路器分合闸过程中要克服大的负载转矩和要求具有一定的可控性，因此驱动电机类型选用了直流电机。当电机控制器接收到合闸指令时，驱动电机开始转动，电机主轴通过法兰盘带动传动主轴逆时针旋转64°，其中0-36°旋转角度为断路器动触头开距行程，36°-64°旋转角度为断路器动触头超程行程。为了保证断路器合闸结束时能够停止运动，在绝缘拉杆和传动连杆之间设计了死点。126kV瓷柱式电机驱动真空断路器如图2.1所示。a结构图b实物图图2.1126kV瓷柱式电机驱动真空断路器Fig.2.1.126kVporcelainpostmotordrivevacuumcircuitbreaker图2.1中1为断路器灭弧室，2为超程弹簧，3为传动连杆，4为绝缘拉杆，5为拐臂，6为转动主轴，7为法兰盘，8为驱动电机，9为驱动电机控制器。在图2.1中可以看出，新型断路器电机操动运动部件结构单一，比较传统的操动机构省去了繁琐的传动装置，而且配备了专用的电机和控制器。在电机操动机构控制系统中，搭配了位置传感器、电流传感器和电压传感器实现对断路器电机操动机构分合闸过程的操动控制，同时为了拓展断路器电机操动机构系统的功能应用，充分体现电机操动机构的智能控制优势，在未来电机操动机构控制系统优化设计中，可以在灭弧室中安装检测动触头温度的温度传感器、灭弧室湿度的湿度传感器、断路器机械振动的加速度传感器等，实现断路器电机操动机构运行状沈阳工业大学硕士学位论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]高压断路器电机驱动操动机构控制方法[J]. 唐诚,韩书谟,吴军辉,杨鹏,肖曦. 微电机. 2017(02)
[2]半桥式双向DC/DC变换器研究[J]. 王建超,刘胜永,孙家文. 机电信息. 2016(33)
[3]全桥隔离DC/DC变换器的直接功率控制方法[J]. 侯聂,宋文胜,武明义. 电力系统自动化. 2016(17)
[4]智能开关设备关键技术展望[J]. 田崇峰,李浩,张一,付开强,刘长征. 科技展望. 2016(25)
[5]一种伺服电机驱动的断路器操动机构[J]. 朱世明,陈隽,夏天,唐诚. 湖北电力. 2016(08)
[6]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[J]. 钟建英,郭煜敬,林莘,胡景林. 高压电器. 2014(07)
[7]智能高压开关设备技术发展[J]. 韩书谟,钟建英,尹军华,蒋晓旭. 智能电网. 2013(01)
[8]高压断路器电机操动机构控制技术研究[J]. 金光耀,王亮. 电工文摘. 2013(04)
[9]智能高压开关设备技术研究进展[J]. 钟建英. 高压电器. 2013(07)
[10]高压断路器操作智能化的研究现状[J]. 王晓波,马凤宝,董笑飞. 自动化博览. 2013(07)
硕士论文
[1]大功率移相全桥同步整流电源关键技术的研究[D]. 邓开元.北京交通大学 2017
[2]75kW移相全桥ZVS DC/DC变换器的设计[D]. 李顺毅.哈尔滨工业大学 2015
[3]高压GIS隔离开关电机操动机构控制系统研究[D]. 吴志恒.沈阳工业大学 2015
[4]126kV真空断路器电机操动机构的研究[D]. 李昊旻.沈阳工业大学 2014
[5]永磁无刷直流电机的设计与电磁分析[D]. 金鑫.南京理工大学 2013
[6]移相全桥软开关直流变换器的研究[D]. 王景芳.哈尔滨工程大学 2012
[7]超高压断路器液压操动机构的优化设计[D]. 魏忠永.浙江大学 2010
[8]高压断路器电机操动机构控制及其算法的研究[D]. 吴溪.沈阳工业大学 2009
[9]高压断路器电机操动机构控制系统的研究[D]. 王德顺.沈阳工业大学 2008
[10]真空断路器弹簧操动机构的分析与设计[D]. 田佳.清华大学 2004
本文编号：3242462
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