Система за контрол на механизми с двигател за високонапрегови разединители

Високонапреговите разключващи устройства изискват механизми за управление с бърз отговор и висок момент. Повечето съвременни моторни механизми се основават на поредица от редукторни компоненти, но системите за контрол на моторно управление ефективно отговарят на тези изисквания.

1. Общ преглед на системата за контрол на моторно управление за високонапрегови разключващи устройства

1.1 Основна концепция

Системата за контрол на моторно управление се отнася до система, която използва двойна петлова стратегия на PID контрол, за да регулира тока и скоростта на въртене на мотора, по този начин контролирайки движението на механизма. Това гарантира, че контактите на разключващото устройство достигат определени скорости в зададени точки на движение, удовлетворявайки необходимите скорости на отваряне и затваряне на разключващото устройство (DS).

Разключващите устройства (DS) са най-широко използван тип високонапрегово комутационно оборудване. Те ефективно създават изолационен разстояние в електрическите мрежи, изпълнявайки важни функции на изолация и играейки ключова роля в превключването на линии и реконфигурирането на шинните системи. Основната функция на системата за контрол на моторно управление е автоматично да наблюдава напрежението и тока, да изолира високонапрегови части и да осигурява безопасност в зоните с високо напрежение.

1.2 Състояние на изследванията и тенденции в развитието

(1) Състояние на изследванията
В високонапреговото оборудване системите за контрол на моторно управление са широко приети поради простата им конструкция и бързата работа, предлагайки лесно управление. Изследователски институти и университети по целия свят ясно различават моторните механизми от пружинни или хидравлични механизми, подчертавайки простата им конструкция, по-високата стабилност, по-простите методи за съхранение на компресирани газове и по-малката сложност в управлението в сравнение с традиционните системи.

По отношение на операциите, системата започва движение чрез електромагнитна сила, генерирана от тока в обмотките и вътрешни вариации на тока. Неговото приложение в високонапреговото оборудване става тенденция, с учените, които постигат значителен напредък – непрекъснато подобряват технологии за моторно управление и предлагат иновативни подобрения.

Макар такива системи да се прилагат обикновено към прекъсватели, изследванията върху техните приложения в разключващи устройства все още са ограничени. Въпреки че моторите и контролните компоненти са част от системите за моторно управление на разключващи устройства, в момента не съществува пряко управление, което използва мотор, за да активира директно отварянето/затварянето на контактите – което представлява значителни оперативни ограничения.

(2) Състояние на развитието
На международно ниво производителите на разключващи устройства съперничат главно чрез подобряване на механичните конструкции и интегриране на нови материали и технологии, за да повишат значително производителността на контролните системи.

В Китай, с постоянния напредък на електроенергийната индустрия, броят на производителите е нараснал значително, и възникнало е множество големи компании за контролни системи на превключватели. Домашните високонапрегови системи за разключващи устройства се развиваат към по-високи напрежения, по-голяма мощност, повишена надеждност, намалено поддръжка, миниатюризация и модулна интеграция:

• По-високо напрежение и мощност се отговарят на нарастващите национални изисквания за доставка на енергия;

• Повишена надеждност подобрява способността за провеждане на ток;

• Современи материали и антикорозийни техники увеличават механичната гъвкавост и намаляват потребността от поддръжка;

• Миниатюризация отговаря на нарастващите изисквания за универсалност и стандартизация на системите.

2. Архитектура на системата за контрол на моторно управление

2.1 Система BLDCM

BLDCM означава Бесщетков DC Мотор. Той преобразува AC ток в DC и после използва инвертор, за да го преобразува обратно в контролиран AC. Състои се от синхронен мотор и драйвер, BLDCM е електромеханичен интегриран продукт, който премахва недостатъците на щетковите DC мотори, заменяйки механичните комутатори с електронни.

Той комбинира отлична регулация на скоростта със силата на AC моторите, като разполага с безискрово комутиране, висока надеждност и лесна поддръжка. В режим на резервно управление на високонапреговите разключващи устройства, BLDCM обикновено са оборудвани с крайни ключове и директно привеждат DS в действие чрез криво колело, за да извършват операции за отваряне/затваряне – ефективно решавайки традиционни проблеми като излишни връзки и конструктивна сложност.

2.2 Система DS

"DS" означава високонапреговото разключващо устройство, което предоставя критична електрическа изолация. С проста конструкция и висока надеждност, DS единиците са широко използвани и играят ключова роля в проектирането, строителството и експлоатацията на подстанции и електроцентрали.

В системите за моторно управление, механизмът DS обикновено използва Цифров Процесор на Сигнали (DSP) като основен контролер, за да управлява общите функции на системата. Системата включва също:

• Управление на изолацията за отваряне/затваряне;

• Детекция на позицията на мотора;

• Детекция на скоростта.

За детекцията на позицията, позиционната чувствителна верига предоставя точни сигнали за комутиране към логическата верига за комутиране. Скоростта се измерва с кодер, който детектира скоростта на ротора, с LED изходни сигнали, които отразяват скоростта на въртене.

Традиционната детекция на тока се основава на паралелни резистори, които се сблъскват с дрейф, причинен от температурата, което компрометира точността на измерването. Освен това недостатъчната електрическа изолация между външните и контролните вериги може да увеличи импулсирането на напрежението, което заплашва безопасността на системата.

В дизайна на циркул за контрол на зареждане/разтоварване, системата BLDCM заменя традиционните устройства за съхранение на енергия с кондензатори. Банката от кондензатори се зарежда и след това се изолира от външния източник на електроенергия, което подобрява безопасността и ефективността.

3. Подобрения в дизайна на система за контрол на механизма с моторно управление

3.1 Циркул за управление на изолацията при отваряне/затваряне

Този циркул контролира токовете в трите фази чрез управление на усилвателни устройства и прилагане на ефективни стратегии за път на ключовете. Той намалява преходното прекомерно напрежение и загубите при комутиране, осигурявайки безопасна и стабилна работа на компонентите.

Когато ключът е изключен, кондензаторът абсорбира тока при изключване през диод при зареждане. При включено състояние разтоварването се осъществява през резистор. Трябва да се използват бързо-възстановяващи се диоди с номинален ток, надхвърлящ тока на основния циркул. За намаляване на паразитната индуктивност се препоръчват високочестотни, високопроизводителни амортисиращи кондензатори.

3.2 Циркул за детекция на позицията на мотора

Този дизайн точно определя позициите на магнитните полюси на ротора, позволявайки прецизно управление на комутирането на обмотките на статора. Три датчика на Хол са закрепени на диск на Хол, докато кръгов магнит симулира магнитното поле на мотора за подобряване на точността на позиционирането. Когато магнитът се завърта, изходите на датчиците на Хол се променят различно, позволявайки прецизно електронно позициониране на ротора.

3.3 Циркул за детекция на скоростта

Използва се оптичен ротационен кодер - съставен от инфрачервени LED-фототранзисторни оптокупли и диск с прорези - за измерване на скоростта на ротора. Оптокуплите са равномерно разпределени в кръг. Дискът с прорези, поставен между LED-товете и фототранзисторите, съдържа прозорци, които модулират светлинната передача, докато се върти. Резултатът е импулсивен изходен сигнал, който позволява изчисляване на ускорението и скоростта на ротора.

3.4 Циркул за детекция на тока

Детекцията, базирана на шунтиращ резистор, страда от термално дрейфуване и лоша точност. Освен това недостатъчната електрическа изолация между силовите и управляващите циркули поставя на риск повреди на чувствителната електроника от високонапрастни преходи.

За решаване на този проблем, подобренитеят дизайн използва електрически изолиран датчик на тока на Хол. По време на работа, алтернативният ток в обмотките на мотора се детектира, а изходът на датчика се обработва от сумиращ усилвател. След пропорционално мащабиране, се получава сигурен, изолиран сигнал на тока.

3.5 Циркул за контрол на зареждане/разтоварване на кондензатора

Системата BLDCM заменя традиционните устройства за съхранение на енергия с решения, базирани на кондензатори, значително подобрявайки ефективността и опростявайки контрола на зареждане/разтоварване. Дигитален сигнален процесор непрекъснато наблюдава напрежението на кондензатора и прекратява зареждането само когато оперативните прагове са достигнати. Този дизайн е отличен в управлението на енергията и придобиването на сигнали, позволявайки прецизен контрол на циркула.

4. Заключение

Системата за контрол на механизма с моторно управление за високонапрастни разединители представлява стратегически отговор на растящите изисквания за мощност и ангажимент за защита на съвременните стандарти на живот. Чрез ефективно решаване на дългосрочните ограничения на традиционните разединители, тази система играе ключова роля в напредъка на надеждността, ефективността и интелигентността на енергийната инфраструктура.