Motorbaseret styresystem for højspændingsafbrydere
Højspændingsafbrydere kræver driftsmekanismer med hurtig reaktion og høj udgangsdrejningsmoment. De fleste nuværende motor-drevne mekanismer afhænger af en række reduktionskomponenter, men motor-drevne mekanismedriftssystemer effektivt opfylder disse krav.
1. Oversigt over motor-drevne mekanismedriftssystem for højspændingsafbrydere
1.1 Grundlæggende begreb
Motor-drevne mekanismedriftssystemet refererer primært til et system, der anvender en dobbelt-loop PID-styringstrategi for at regulere motorens spolestrøm og rotationshastighed, hvilket kontrollerer mekanismens bevægelse. Dette sikrer, at afbryderkontakterne når de specificerede hastigheder ved angivne rejsepunkter, og opfylder de påkrævede åbnings- og lukningshastigheder for afbryderen (DS).
Afbrydere (DS) er den mest udbredte type højspændingsbryderværktøj. De skaber effektivt en isoleringskløft i strømnetre, opfylder vigtige isolationsfunktioner og spiller en vital rolle i linjeomkobling og busbarrekonfiguration. Hovedfunktionen for motor-drevne mekanismedriftssystemet er at automatisk overvåge spænding og strøm, isolere højspændingssektioner og sikre sikkerhed i højspændingsområder.
1.2 Forskningsstatus og udviklingsbevægelser
(1) Forskningsstatus
I højspændingsudstyr er motor-drevne mekanismedriftssystemer bredt anvendt på grund af deres simple struktur og hurtige operation, hvilket gør dem lette at styre. Forskningsinstitutioner og universiteter verden over har klart adskilt motor-drevne mekanismer fra fjeder- eller hydrauliske mekanismer, og fremhævet deres strukturelle enkelthed, superiør stabilitet, mere simple komprimeret-gas lagringsteknikker og lavere driftscomplexitet sammenlignet med konventionelle systemer.
Operativt initierer systemet bevægelse gennem elektromagnetisk kraft, som genereres af strømbærende spoler og interne strømforskelle. Dets anvendelse i højspændingsudstyr bliver en tendens, og forskere har opnået bemærkelsesværdige fremskridt - ved at løbende forbedre motordrivteknologier og foreslå innovative forbedringer.
Selvom sådanne systemer ofte anvendes til brydere, er forskningen på deres anvendelse i afbrydere begrænset. Selvom motorer og styringskomponenter udgør en del af motor-drevne afbrydersystemer, findes der ikke noget direkte drevne system, der bruger en motor til direkte aktivering af kontaktåbning/lukning - hvilket indebærer betydelige driftsbegrænsninger.
(2) Udviklingsstatus
Internationalt konkurrerer afbryderefabrikanter primært ved at forbedre mekaniske strukturer og integrere nye materialer og teknologier for at forbedre ydeevnen af styringssystemer betydeligt.
I Kina, med det støt voksende energisektor, er antallet af producenter steget betydeligt, og mange store switch control system-selskaber er opstået. Domestiske højspændingsafbrydersystemer udvikler sig mod højere spændingsklasser, større kapacitet, forbedret pålidelighed, reduceret vedligeholdelse, miniaturisering og modulær integration:
Højere spænding og kapacitet overholder de voksende nationale strømforsyningsbehov;
Forbedret pålidelighed forbedrer strømbærende evne;
Avancerede materialer og korrosionsbeskyttende teknikker øger mekanisk fleksibilitet og reducerer vedligeholdelsesbehov;
Miniaturisering opfylder de øgede behov for systemversatilitet og standardisering.
2. Systemarkitektur for motor-drevne mekanismedriftssystem
2.1 BLDCM-mekanismesystem
BLDCM står for brushless DC-motor. Den rettifierer AC-strøm til DC og bruger derefter en inverter for at konvertere den tilbage til kontrolleret AC. Bestående af en synkronmotor og en driver, er BLDCM et elektronmekanisk integreret produkt, der overkommer de mangler ved borstede DC-motorer ved at erstatte mekaniske kommunikatorer med elektroniske.
Den kombinerer excellent hastighedsregulering med robustheden af AC-motorer, med gnistefri kommunikation, høj pålidelighed og let vedligeholdelse. I stand-by driftsmekanismer for højspændingsafbrydere er BLDCM typisk udstyret med grænsekontakter og driver direkte DS via en kurbelarm for at udføre åbne/lukke-operationer - effektivt løser traditionelle problemer som for mange koblinger og strukturel kompleksitet.
2.2 DS-mekanismesystem
"DS" betegner højspændingsafbryder, der leverer vigtig elektrisk isolation. Med en simpel struktur og høj pålidelighed, anvendes DS-enheder bredt og spiller en afgørende rolle i design, konstruktion og drift af understations- og kraftværksfaciliteter.
I motor-drevne styringssystemer bruger DS-mekanismen typisk en Digital Signal Processor (DSP) som kernekontroller for at administrere systemets samlede funktioner. Systemet inkluderer også:
Åben/luk isoleret drivstyring;
Motorpositionsdetektion;
Hastighedsdetektion.
Til positionsdetektion giver positionssensorcirkuitet præcise kommunikationssignaler til logisk switchcirkuit. Hastighed måles ved hjælp af en encoder, der registrerer rotors hastighed, med LED-udgangssignaler, der afspejler rotationshastighed.
Traditionel strømdetektion afhænger af shunt-resistorer, der lider af temperaturinduceret drift, hvilket kompromitterer målnøjagtigheden. Desuden kan utilstrækkelig elektrisk isolation mellem eksterne og styringssirkuter forstærke spændingsfluktuationer, som truer systemets sikkerhed.
I lades/løsringskontrolcircuitdesign erstatter BLDCM-systemet traditionel energilagring med kondensatorer. Kondensatorbanken oplades og isoleres derefter fra den eksterne strømkilde, hvilket forbedrer sikkerhed og effektivitet.
3. Designforbedringer til styresystemet for motorbetjent mekanisme
3.1 Åben/luk isolationsdrev kontrolcircuit
Dette circuit kontrollerer trefasevindingsstrømme ved at administrere strømskiftende enheder og implementere effektive strategier for skiftebane. Det mindsker overtransient overspænding og skiftetab, hvilket sikrer sikkert og stabilt komponentfunktion.
Når skifteren er slukket, absorberer en kondensator afslutningsstrømmen gennem en diode under opladning. Når den er tændt, foregår løsring gennem en resistor. Hurtig-gendannelsesdioder med strømmer, der overstiger hovedcircuitets rating, skal bruges. For at minimere parasitisk induktance anbefales højfrekvens, højeffektive snubberkondensatorer.
3.2 Motorpositionsdetektionscircuit
Dette design fastslår præcist rotor magneter positioner, hvilket muliggør præcis kommuteringskontrol af stator vindinger. Tre Hall-effekt sensorer er fastgjort på en Halldisk, mens en cirkulær permanent magnet simulerer motorens magnetfelt for forbedret positionsnøjagtighed. Da magneten roterer, varierer Hall-sensoroutputtet tydeligt, hvilket gør præcis elektronisk rotorpositionering mulig.
3.3 Hastighedsdetektionscircuit
En optisk rotationsencoder - bestående af infrarød LED-fototransistor optokoppler og et perforeret lukkedisk - bruges til at måle rotors hastighed. Optokopplerne er jævnt fordelt i en cirkel. Lukkedisken, placeret mellem LED'er og fototransistorer, indeholder vinduer, der modulerer lysudsendelsen, når den roterer. Den resulterende pulserede udgangssignal gør det muligt at beregne rotoracceleration og hastighed.
3.4 Strømdetektionscircuit
Traditionel shunt-resistorbaseret detektion lider af termisk drift og dårlig nøjagtighed. Desuden indebærer utilstrækkelig elektrisk isolation mellem strøm- og kontrolcircuit risiko for, at højspændingsoverflader kan skade følsomme elektronikkomponenter.
For at adressere dette anvender det forbedrede design en elektrisk isoleret Hall-effekt strømsensor. Under operation opfanger sensoren vekselstrøm i motorvindinger, og et summerende forstærker behandler sensorens output. Efter proportional skalering opnås en sikker, isoleret strømsignal.
3.5 Kondensatorlades/løsringskontrolcircuit
BLDCM-systemet erstatter traditionel energilagring med kondensatorbaserede løsninger, hvilket betydeligt forbedrer effektiviteten og forenkler lades/løsring kontrol. En digital signalprocessor overvåger konstant kondensatorspændingen og afslutter opladning kun, når driftsgrenserne er opfyldt. Dette design er fremragende i energiadministration og signalsamling, hvilket gør præcis circuitkontrol mulig.
4. Konklusion
Styresystemet for motorbetjente mekanismer til højspændingsafbrydere repræsenterer en strategisk respons til stigende strømnedsætninger og en forpligtelse til at beskytte moderne levestandard. Ved effektivt at løse langvarige begrænsninger i traditionelle afbrydere spiller dette system en afgørende rolle i at fremme pålidelighed, effektivitet og intelligens i strøminfrastrukturen.
