Σύστημα Ελέγχου Μηχανισμών Με Κινητήρα για Υψηλής Τάσης Αποσυνδέσεις

Οι αποζεύκτες υψηλής τάσης απαιτούν μηχανισμούς λειτουργίας με γρήγορη απόκριση και υψηλή ροπή εξόδου. Οι περισσότεροι σημερινοί μηχανισμοί με κινητήρα βασίζονται σε μια σειρά από συστατικά μείωσης, ωστόσο τα συστήματα ελέγχου μηχανισμών με κινητήρα ανταποκρίνονται αποτελεσματικά σε αυτές τις απαιτήσεις.

1. Επισκόπηση του Συστήματος Ελέγχου Μηχανισμού με Κινητήρα για Αποζεύκτες Υψηλής Τάσης

1.1 Βασική Έννοια

Το σύστημα ελέγχου μηχανισμού με κινητήρα αναφέρεται κυρίως σε ένα σύστημα που χρησιμοποιεί στρατηγική ελέγχου διπλού βρόχου PID για τον κανονισμό του ρεύματος του τυλίγματος του κινητήρα και της περιστροφικής ταχύτητας, ελέγχοντας έτσι την κίνηση του μηχανισμού. Αυτό διασφαλίζει ότι οι επαφές του αποζεύκτη φτάνουν σε καθορισμένες ταχύτητες σε καθορισμένα σημεία διαδρομής, ικανοποιώντας τις απαιτούμενες ταχύτητες ανοίγματος και κλεισίματος του αποζεύκτη (DS).

Οι αποζεύκτες (DS) είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος διακοπτικού εξοπλισμού υψηλής τάσης. Δημιουργούν αποτελεσματικά ένα διάκενο μόνωσης στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, εκπληρώνοντας κρίσιμες λειτουργίες απομόνωσης και διαδραματίζοντας σημαντικό ρόλο στην αλλαγή γραμμών και την επαναδιαμόρφωση των μπαρών. Η κύρια λειτουργία του συστήματος ελέγχου μηχανισμού με κινητήρα είναι να παρακολουθεί αυτόματα την τάση και το ρεύμα, να απομονώνει τμήματα υψηλής τάσης και να διασφαλίζει την ασφάλεια σε περιοχές υψηλής τάσης.

1.2 Κατάσταση Έρευνας και Τάσεις Ανάπτυξης

(1) Κατάσταση Έρευνας
Στον εξοπλισμό υψηλής τάσης, τα συστήματα ελέγχου μηχανισμού με κινητήρα χρησιμοποιούνται ευρέως λόγω της απλής δομής τους και της γρήγορης λειτουργίας τους, προσφέροντας ευκολία ελέγχου. Ιδρύματα έρευνας και πανεπιστήμια παγκοσμίως έχουν ξεκάθαρα διαφοροποιήσει τους μηχανισμούς με κινητήρα από τους ελατηριωτούς ή υδραυλικούς μηχανισμούς, υπογραμμίζοντας την απλότητα της δομής τους, την ανωτέρα σταθερότητα, τις απλούστερες μεθόδους αποθήκευσης συμπιεσμένου αερίου και τη χαμηλότερη πολυπλοκότητα λειτουργίας σε σύγκριση με τα συμβατικά συστήματα.

Λειτουργικά, το σύστημα ξεκινά την κίνηση μέσω της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης που παράγεται από τα διαρρεόμενα ρεύματα πηνία και τις εσωτερικές μεταβολές ρεύματος. Η εφαρμογή του σε εξοπλισμό υψηλής τάσης γίνεται όλο και τάση, με ερευνητές να επιτυγχάνουν σημαντική πρόοδο — βελτιώνοντας συνεχώς τις τεχνολογίες οδήγησης κινητήρα και προτείνοντας καινοτόμες βελτιώσεις.

Ενώ τέτοια συστήματα εφαρμόζονται συχνά σε διακόπτες κυκλώματος, η έρευνα για τη χρήση τους σε αποζεύκτες παραμένει περιορισμένη. Παρόλο που οι κινητήρες και τα στοιχεία ελέγχου αποτελούν μέρος των συστημάτων μηχανισμού με κινητήρα για αποζεύκτες, δεν υπάρχει αυτή τη στιγμή ένα σύστημα άμεσης κίνησης που να χρησιμοποιεί κινητήρα για να ενεργοποιήσει άμεσα το άνοιγμα/κλείσιμο των επαφών — κάτι που θέτει σημαντικούς περιορισμούς στη λειτουργία.

(2) Κατάσταση Ανάπτυξης
Διεθνώς, οι κατασκευαστές αποζευκτών ανταγωνίζονται κυρίως βελτιώνοντας τις μηχανικές δομές και ενσωματώνοντας νέα υλικά και τεχνολογίες για να βελτιώσουν σημαντικά την απόδοση των συστημάτων ελέγχου.

Στην Κίνα, με τη σταθερή πρόοδο της βιομηχανίας ηλεκτρικής ενέργειας, ο αριθμός των κατασκευαστών έχει αυξηθεί σημαντικά, και έχουν αναδυθεί πολλές μεγάλες εταιρείες ελέγχου συστημάτων διακοπτών. Τα εγχώρια συστήματα αποζευκτών υψηλής τάσης εξελίσσονται προς υψηλότερες τάσεις, μεγαλύτερη χωρητικότητα, βελτιωμένη αξιοπιστία, μειωμένη ανάγκη συντήρησης, μικρομεσοποίηση και ενοποίηση με βάση την τεχνολογία modularity:

• Υψηλότερη τάση και χωρητικότητα συμφωνούν με τις αυξανόμενες εθνικές ανάγκες παροχής ηλεκτρικής ενέργειας·

• Βελτιωμένη αξιοπιστία βελτιώνει την ικανότητα διέλευσης ρεύματος·

• Προηγμένα υλικά και τεχνικές αντιδιάβρωσης αυξάνουν τη μηχανική ευελιξία και μειώνουν τις ανάγκες συντήρησης·

• Μικρομεσοποίηση ικανοποιεί τις αυξανόμενες ανάγκες για πολυτέλεια και τυποποίηση του συστήματος.

2. Αρχιτεκτονική Συστήματος του Συστήματος Ελέγχου Μηχανισμού με Κινητήρα

2.1 Σύστημα Μηχανισμού BLDCM

Το BLDCM σημαίνει Brushless DC Motor (Κινητήρας Συνεχούς Ρεύματος Χωρίς Ψήκτρες). Μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα σε συνεχές και στη συνέχεια χρησιμοποιεί έναν αντιστροφέα για να το μετατρέψει ξανά σε ελεγχόμενο εναλλασσόμενο ρεύμα. Αποτελούμενο από έναν σύγχρονο κινητήρα και έναν οδηγό, το BLDCM είναι ένα ηλεκτρομηχανικό ενσωματωμένο προϊόν που ξεπερνά τα μειονεκτήματα των κινητήρων συνεχούς ρεύματος με ψήκτρες, αντικαθιστώντας τους μηχανικούς διακόπτες με ηλεκτρονικούς.

Συνδυάζει εξαιρετικό έλεγχο ταχύτητας με την ανθεκτικότητα των κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος, χαρακτηρίζεται από ανεμοπληξία χωρίς σπινθήρες, υψηλή αξιοπιστία και εύκολη συντήρηση. Στους μηχανισμούς λειτουργίας σε ετοιμότητα για αποζεύκτες υψηλής τάσης, τα BLDCM είναι συνήθως εξοπλισμένα με διακόπτες ορίου και οδηγούν απευθείας το DS μέσω ενός μοχλού για να εκτελέσουν λειτουργίες ανοίγματος/κλεισίματος — αντιμετωπίζοντας αποτελεσματικά παραδοσιακά προβλήματα όπως υπερβολικοί συνδέσμους και πολύπλοκη δομή.

2.2 Σύστημα Μηχανισμού DS

"DS" υποδηλώνει τον αποζεύκτη υψηλής τάσης, ο οποίος παρέχει κρίσιμη ηλεκτρική απομόνωση. Με απλή δομή και υψηλή αξιοπιστία, οι μονάδες DS χρησιμοποιούνται ευρέως και διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στο σχεδιασμό, την κατασκευή και τη λειτουργία υποσταθμών και σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Στα συστήματα ελέγχου με κινητήρα, ο μηχανισμός DS χρησιμοποιεί συνήθως έναν Ψηφιακό Επεξεργαστή Σήματος (DSP) ως κεντρικό ελεγκτή για τη διαχείριση των συνολικών λειτουργιών του συστήματος. Το σύστημα περιλαμβάνει επίσης:

• Έλεγχος οδήγησης απομόνωσης ανοίγματος/κλεισίματος·

• Ανίχνευση θέσης κινητήρα·

• Ανίχνευση ταχύτητας.

Για την ανίχνευση θέσης, το κύκλωμα ανίχνευσης θέσης παρέχει ακριβή σήματα διακοπής στο λογικό κύκλωμα διακοπτών. Η ταχύτητα μετράται με έναν κωδικοποιητή που ανιχνεύει την ταχύτητα του δρομέα, με τα σήματα εξόδου LED να αντικατοπτρίζουν την περιστροφική ταχύτητα.

Η παραδοσιακή ανίχνευση ρεύματος βασίζεται σε αντιστάσεις shunt, οι οποίες υποφέρουν από θερμική μετατόπιση, επηρεάζοντας την ακρίβεια της μέτρησης. Επιπλέον, η ανεπαρκής ηλεκτρική απομόνωση μεταξύ εξωτερικών και κυκλωμάτων ελέγχου μπορεί να ενισχύσει τις τάσεις, απειλώντας την ασφάλεια του συστήματος.

Στο σχεδιασμό του κυκλώματος ελέγχου φόρτισης/ξεφόρτισης, το σύστημα BLDCM αντικαθιστά την παραδοσιακή αποθήκευση ενέργειας με καταναλωτές. Το σύνολο των καταναλωτών φορτίζεται και στη συνέχεια απομονώνεται από την εξωτερική πηγή ενέργειας, ενισχύοντας την ασφάλεια και την απόδοση.

3. Βελτιώσεις στο σχεδιασμό του συστήματος ελέγχου της μηχανής με ρεύματα

3.1 Κύκλωμα ελέγχου οδηγήσεως ανοίγματος/κλεισίματος

Αυτό το κύκλωμα ελέγχει τους ρεύματες των τριφασικών πλεξίων διαχειρίζοντας τα συστήματα ενεργοποίησης και εφαρμόζοντας αποτελεσματικές στρατηγικές για την πορεία των διακόπτων. Μειώνει την προσωρινή υπερτάση και τις απώλειες στην ενεργοποίηση, εξασφαλίζοντας την ασφάλεια και τη σταθερή λειτουργία των συστατικών.

Όταν ο διακόπτης είναι ανοιχτός, ένας καταναλωτής απορροφά το ρεύμα απόσβεσης μέσω ενός διόδου κατά τη διάρκεια της φόρτισης. Όταν είναι ενεργός, η ξεφόρτιση συμβαίνει μέσω ενός αντιστάτη. Πρέπει να χρησιμοποιηθούν γρήγορα-ανάκαμψη διόδια με ρεύματα ρυθμιστικής ισχύος που υπερβαίνουν την κατανομή του κύριου κυκλώματος. Για τη μείωση της παρασιτικής αυξητικότητας, προτείνονται υψηλής συχνότητας, υψηλής απόδοσης καταναλωτές συμπίεσης.

3.2 Κύκλωμα ανίχνευσης θέσης του μοτέρ

Αυτό το σχεδιασμός προσδιορίζει ακριβώς τις θέσεις των μαγνητικών πόλων του ρότορα, επιτρέποντας ακριβή έλεγχο της καταναλωτικής αλλαγής των πλεξίων του στάτορ. Τρία αισθητήρια Hall είναι εγκατεστημένα σε έναν δίσκο Hall, ενώ ένας κυκλικός μόνιμος μαγνήτης προσομοιώνει το μαγνητικό πεδίο του μοτέρ για βελτιωμένη ακρίβεια θέσης. Καθώς περιστρέφεται ο μαγνήτης, τα εξόδα των αισθητήρων Hall μεταβάλλονται σημαντικά, επιτρέποντας ακριβή ηλεκτρονική θέση του ρότορα.

3.3 Κύκλωμα ανίχνευσης ταχύτητας

Χρησιμοποιείται ένας οπτικός περιστρεφόμενος κωδικοποιητής - που αποτελείται από ενιρεδιαν LED-φωτοτρανζίστορα και έναν δίσκο περιοριστή - για τη μέτρηση της ταχύτητας του ρότορα. Οι φωτοτρανζίστορες είναι ομοιόμορφα κατανεμημένοι σε κυκλικό σχήμα. Ο δίσκος περιοριστή, που είναι τοποθετημένος μεταξύ των LED και των φωτοτρανζίστορων, περιέχει παράθυρα που μοντουλοποιούν τη μετάδοση φωτός καθώς περιστρέφεται. Το αποτέλεσμα παλμικό εξοδικό σήμα επιτρέπει την υπολογισμό της επιτάχυνσης και της ταχύτητας του ρότορα.

3.4 Κύκλωμα ανίχνευσης ρεύματος

Η παραδοσιακή ανίχνευση βασισμένη σε σειριακούς αντιστάτες υφίσταται θερμικής διατροπής και κακής ακρίβειας. Επιπλέον, η ανεπαρκής ηλεκτρική απομόνωση μεταξύ των κυκλωμάτων ενέργειας και ελέγχου ενδέχεται να προκαλέσει υψηλής τάσης παρεμφερόμενες καταστροφές σε ευαίσθητα ηλεκτρονικά συστήματα.

Για να αντιμετωπιστεί αυτό, ο βελτιωμένος σχεδιασμός χρησιμοποιεί έναν ηλεκτρικά απομονωμένο αισθητήρα ρεύματος Hall. Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας, το εναλλακτικό ρεύμα στις πλεξίδες του μοτέρ ανιχνεύεται, και ένας συνδυαστικός ενισχυτής επεξεργάζεται το εξοδικό σήμα του αισθητήρα. Μετά την αναλογική κλίμακα, προκύπτει ένα ασφαλές, απομονωμένο σήμα ρεύματος.

3.5 Κύκλωμα ελέγχου φόρτισης/ξεφόρτισης καταναλωτών

Το σύστημα BLDCM αντικαθιστά την παραδοσιακή αποθήκευση ενέργειας με λύσεις βασισμένες σε καταναλωτές, βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση και απλοποιώντας τον έλεγχο φόρτισης/ξεφόρτισης. Ένας ψηφιακός επεξεργαστής σήματος παρακολουθεί συνεχώς την τάση του καταναλωτή και τερματίζει τη φόρτιση μόνο όταν ικανοποιούνται τα λειτουργικά όρια. Αυτός ο σχεδιασμός ξεπερνά στην διαχείριση ενέργειας και την απόκτηση σημάτων, επιτρέποντας ακριβή έλεγχο του κυκλώματος.

4. Συμπέρασμα

Το σύστημα ελέγχου της μηχανής με ρεύματα για υψηλής τάσης διακόπτες αντιπροσωπεύει μια στρατηγική απάντηση στην αυξανόμενη ζήτηση ενέργειας και μια δέσμευση για την προστασία των σύγχρονων προτύπων ζωής. Επιλύοντας αποτελεσματικά τις μακροχρόνιες περιορισμούς των παραδοσιακών διακόπτες, αυτό το σύστημα παίζει καίριο ρόλο στην προώθηση της αξιοπιστίας, της απόδοσης και της νοημοσύνης της ενεργειακής υποδομής.