Système de commande à moteur pour disjoncteurs haute tension
Les disjoncteurs haute tension nécessitent des mécanismes d'exploitation avec une réponse rapide et un couple de sortie élevé. La plupart des mécanismes à entraînement électrique actuels dépendent d'une série de composants de réduction, mais les systèmes de contrôle des mécanismes à entraînement électrique répondent efficacement à ces exigences.
1. Aperçu du système de contrôle du mécanisme à entraînement électrique pour les disjoncteurs haute tension
1.1 Concept de base
Le système de contrôle du mécanisme à entraînement électrique se réfère principalement à un système qui emploie une stratégie de contrôle PID à double boucle pour réguler le courant des enroulements du moteur et la vitesse de rotation, permettant ainsi de contrôler le mouvement du mécanisme. Cela garantit que les contacts du disjoncteur atteignent des vitesses spécifiées aux points de course désignés, satisfaisant les vitesses d'ouverture et de fermeture requises du disjoncteur (DS).
Les disjoncteurs (DS) sont le type de matériel de commutation haute tension le plus largement utilisé. Ils établissent efficacement un écart d'isolement dans les réseaux électriques, remplissant des fonctions d'isolation cruciales et jouant un rôle vital dans le commutage de lignes et la reconfiguration des barres de collecteur. La fonction principale du système de contrôle du mécanisme à entraînement électrique est de surveiller automatiquement la tension et le courant, d'isoler les sections haute tension et d'assurer la sécurité dans les zones haute tension.
1.2 État des recherches et tendances de développement
(1) État des recherches
Dans les équipements haute tension, les systèmes de contrôle des mécanismes à entraînement électrique sont largement adoptés en raison de leur structure simple et de leur opération rapide, offrant une facilité de contrôle. Les institutions de recherche et les universités du monde entier ont clairement différencié les mécanismes à entraînement électrique des mécanismes à ressort ou hydraulique, soulignant leur simplicité structurelle, leur stabilité supérieure, leurs méthodes de stockage de gaz comprimé plus simples et leur complexité opérationnelle moindre par rapport aux systèmes conventionnels.
D'un point de vue opérationnel, le système initie le mouvement grâce à la force électromagnétique générée par les bobines portant du courant et aux variations internes du courant. Son application dans les équipements haute tension devient une tendance, avec des chercheurs réalisant des progrès notables - continuant d'affiner les technologies d'entraînement par moteur et proposant des améliorations innovantes.
Bien que ces systèmes soient couramment appliqués aux disjoncteurs, la recherche sur leur utilisation dans les disjoncteurs reste limitée. Bien que les moteurs et les composants de contrôle fassent partie des systèmes à entraînement électrique des disjoncteurs, il n'existe actuellement aucun système d'entraînement direct utilisant un moteur pour actionner directement l'ouverture/fermeture des contacts - posant des limitations opérationnelles significatives.
(2) État du développement
À l'échelle internationale, les fabricants de disjoncteurs compétent principalement en améliorant les structures mécaniques et en intégrant de nouveaux matériaux et technologies pour améliorer considérablement les performances des systèmes de contrôle.
En Chine, avec l'avancement stable de l'industrie électrique, le nombre de fabricants a considérablement augmenté, et de nombreuses grandes entreprises de systèmes de commande de commutation sont apparues. Les systèmes de disjoncteurs haute tension domestiques évoluent vers des tensions et capacités plus élevées, une fiabilité accrue, une maintenance réduite, une miniaturisation et une intégration modulaire :
Des tensions et capacités plus élevées s'alignent avec la demande croissante d'approvisionnement en électricité nationale;
Une fiabilité accrue améliore la capacité de transport de courant;
Des matériaux avancés et des techniques anticorrosion augmentent la flexibilité mécanique et réduisent les besoins en maintenance;
La miniaturisation répond aux demandes croissantes de polyvalence et de standardisation des systèmes.
2. Architecture du système de contrôle du mécanisme à entraînement électrique
2.1 Système de mécanisme BLDCM
BLDCM signifie Moteur à Courant Continu Sans Balais. Il rectifie le courant alternatif en courant continu, puis utilise un onduleur pour le convertir à nouveau en courant alternatif contrôlé. Composé d'un moteur synchrone et d'un conducteur, le BLDCM est un produit électromécanique intégré qui surmonte les inconvénients des moteurs à courant continu à balais en remplaçant les commutateurs mécaniques par des commutateurs électroniques.
Il combine une excellente régulation de vitesse avec la robustesse des moteurs à courant alternatif, offrant une commutation sans étincelles, une grande fiabilité et une maintenance facile. Dans les mécanismes d'exploitation en veille pour les disjoncteurs haute tension, les BLDCM sont généralement équipés de fins de course et entraînent directement le DS via un bras oscillant pour effectuer les opérations d'ouverture/fermeture - résolvant efficacement les problèmes traditionnels tels que les liaisons excessives et la complexité structurelle.
2.2 Système de mécanisme DS
"DS" désigne le disjoncteur haute tension, qui fournit une isolation électrique critique. Avec une structure simple et une grande fiabilité, les unités DS sont largement utilisées et jouent un rôle pivot dans la conception, la construction et l'exploitation des postes de transformation et des centrales électriques.
Dans les systèmes de contrôle à entraînement électrique, le mécanisme DS utilise généralement un processeur de signal numérique (DSP) comme contrôleur central pour gérer les fonctions globales du système. Le système comprend également :
Contrôle de l'entraînement d'isolement d'ouverture/fermeture;
Détection de la position du moteur;
Détection de la vitesse.
Pour la détection de position, le circuit de détection de position fournit des signaux de commutation précis au circuit de commutation logique. La vitesse est mesurée à l'aide d'un encodeur qui détecte la vitesse du rotor, avec des signaux de sortie LED reflétant la vitesse de rotation.
La détection de courant traditionnelle repose sur des résistances chicanes, qui souffrent d'une dérive due à la température, compromettant la précision de la mesure. De plus, l'isolement électrique insuffisant entre les circuits externes et de contrôle peut amplifier les surtensions, menaçant la sécurité du système.
Dans la conception du circuit de contrôle de charge/décharge, le système BLDCM remplace l'accumulateur conventionnel par des condensateurs. La batterie de condensateurs est chargée puis isolée de la source d'alimentation externe, améliorant ainsi la sécurité et l'efficacité.
3. Améliorations de la conception pour le système de contrôle du mécanisme à moteur
3.1 Circuit de commande de l'isolation de conduite ouverte/fermée
Ce circuit contrôle les courants d'enroulement triphasés en gérant les dispositifs de commutation de puissance et en mettant en œuvre des stratégies efficaces pour la trajectoire de commutation. Il atténue la surtension transitoire et les pertes de commutation, garantissant une opération sûre et stable des composants.
Lorsque l'interrupteur est éteint, un condensateur absorbe le courant de coupure via un diode pendant la charge. Lorsqu'il est allumé, la décharge se produit par l'intermédiaire d'une résistance. Des diodes à récupération rapide avec des courants nominaux dépassant ceux du circuit principal doivent être utilisées. Pour minimiser l'inductance parasite, il est recommandé d'utiliser des condensateurs de snubber haute fréquence et haute performance.
3.2 Circuit de détection de position du moteur
Cette conception détermine précisément les positions des pôles magnétiques du rotor, permettant un contrôle de commutation précis des enroulements du stator. Trois capteurs Hall sont fixés sur un disque Hall, tandis qu'un aimant permanent circulaire simule le champ magnétique du moteur pour une précision positionnelle accrue. Au fur et à mesure que l'aimant tourne, les sorties des capteurs Hall varient distinctement, permettant une positionnement électronique précis du rotor.
3.3 Circuit de détection de vitesse
Un encodeur rotatif optique - composé de couples optocoupleurs LED infrarouge-phototransistors et d'un disque obturateur à fentes - est utilisé pour mesurer la vitesse du rotor. Les optocoupleurs sont répartis de manière uniforme en un motif circulaire. Le disque obturateur, placé entre les LED et les phototransistors, contient des fenêtres qui modulent la transmission de la lumière lorsqu'il tourne. Le signal de sortie pulsé résultant permet de calculer l'accélération et la vitesse du rotor.
3.4 Circuit de détection de courant
La détection basée sur des résistances shunt traditionnelles souffre de dérive thermique et de faible précision. De plus, l'isolement électrique inadéquat entre les circuits de puissance et de commande risque d'endommager les composants électroniques sensibles en raison de transitoires de tension élevée.
Pour y remédier, la conception améliorée utilise un capteur de courant Hall à isolation électrique. Pendant le fonctionnement, le courant alternatif dans les enroulements du moteur est détecté, et un amplificateur sommateur traite la sortie du capteur. Après un ajustement proportionnel, un signal de courant sécurisé et isolé est obtenu.
3.5 Circuit de contrôle de charge/décharge des condensateurs
Le système BLDCM remplace l'accumulateur conventionnel par des solutions basées sur des condensateurs, améliorant considérablement l'efficacité et simplifiant le contrôle de la charge/décharge. Un processeur de signal numérique surveille en permanence la tension des condensateurs et ne termine la charge que lorsque les seuils opérationnels sont atteints. Cette conception excelle dans la gestion de l'énergie et l'acquisition de signaux, permettant un contrôle de circuit précis.
4. Conclusion
Le système de contrôle du mécanisme à moteur pour les disjoncteurs haute tension représente une réponse stratégique à la demande croissante d'énergie et un engagement envers la protection des standards de vie modernes. En résolvant efficacement les limitations persistantes des disjoncteurs traditionnels, ce système joue un rôle pivot dans l'amélioration de la fiabilité, de l'efficacité et de l'intelligence de l'infrastructure de puissance.
