Sistema de Control de Mecanismo Motorizado para Interruptores de Alta Tensión
Os desligadores de alta tensión requiren mecanismos de operación con resposta rápida e torque de saída alto. A maioría dos mecanismos actualmente accionados por motor dependen dunha serie de compoñentes de redución, pero os sistemas de control de mecanismos accionados por motor satisfán eficazmente estas necesidades.
1. Visión xeral do sistema de control de mecanismos accionados por motor para desligadores de alta tensión
1.1 Concepto básico
O sistema de control de mecanismos accionados por motor refírese principalmente a un sistema que emprega unha estratexia de control PID de dobre bucle para regular a corrente nos devandos do motor e a velocidade de rotación, controlando así o movemento do mecanismo. Isto asegura que os contactos do desligador (DS) alcancen velocidades especificadas en puntos de percorrido designados, satisfacendo as velocidades de apertura e pechado requeridas do desligador (DS).
Os desligadores (DS) son o tipo máis amplamente utilizado de equipo de manobra de alta tensión. Eles establecen eficazmente unha brecha de aislamento nas redes eléctricas, cumprindo funcións críticas de aislamento e xogando un papel vital na conmutación de liñas e reconfiguración de barras. A función principal do sistema de control de mecanismos accionados por motor é monitorizar automaticamente a tensión e a corrente, aislar seccións de alta tensión e garantir a seguridade nas áreas de alta tensión.
1.2 Estado da investigación e tendencias de desenvolvemento
(1) Estado da investigación
En equipos de alta tensión, os sistemas de control de mecanismos accionados por motor son ampliamente adoptados debido á súa estrutura simple e operación rápida, ofrecendo facilidade de control. Institucións de investigación e universidades de todo o mundo han diferenciado claramente os mecanismos accionados por motor dos mecanismos de molla ou hidráulicos, destacando a súa simplicidade estrutural, estabilidade superior, métodos de almacenamento de gas comprimido máis sinxelos e menor complexidade operativa en comparación cos sistemas convencionais.
Operacionalmente, o sistema inicia o movemento a través da forza electromagnética xerada por bobinas portadoras de corrente e variacións de corrente interna. A súa aplicación en equipos de alta tensión está a converterse nunha tendencia, co logro de progresos notables - refinando continuamente as tecnoloxías de propulsión por motor e propondo melloras innovadoras.
Aínda que tales sistemas son comúnmente aplicados a interruptores, a investigación sobre o seu uso en desligadores permanece limitada. Aínda que motores e compoñentes de control forman parte dos sistemas de mecanismos accionados por motor de desligadores, non existe actualmente ningún sistema de tracción directa que use un motor para actuar directamente na abertura/pechado dos contactos - polo que hai importantes limitacións operativas.
(2) Estado de desenvolvemento
A nivel internacional, os fabricantes de desligadores competen principalmente mellorando as estruturas mecánicas e integrando novos materiais e tecnoloxías para mellorar significativamente o rendemento dos sistemas de control.
En China, co avance constante da industria eléctrica, o número de fabricantes aumentou substancialmente, e emerxeron numerosas empresas de grandes sistemas de control de interruptores. Os sistemas nacionais de desligadores de alta tensión están evolucionando cara a calidades de tensión máis altas, capacidade maior, fiabilidade mellorada, menor mantemento, miniaturización e integración modular:
Calidades de tensión e capacidade máis altas alineadas co crecente demanda nacional de fornecemento de enerxía;
Fiabilidade mellorada melhora a capacidade de carga de corrente;
Materiais avanzados e técnicas anticorrosión aumentan a flexibilidade mecánica e reducen as necesidades de mantemento;
Miniaturización atende á crecente demanda de versatilidade e estandarización do sistema.
2. Arquitectura do sistema de control de mecanismos accionados por motor
2.1 Sistema de mecanismos BLDCM
BLDCM significa Motor DC Sen Escovas. Rectifica a enerxía AC en DC e despois usa un inversor para convertila de novo en AC controlado. Composto por un motor síncrono e un condutor, o BLDCM é un produto electromecánico integrado que supera as desvantaxes dos motores DC con escovas ao substituír os conmutadores mecánicos por electrónicos.
Combina un excelente control de velocidade coa robustez dos motores AC, caracterizando-se por unha conmutación sen chispas, alta fiabilidade e fácil mantemento. Nos mecanismos de reserva para desligadores de alta tensión, os BLDCM suelen estar equipados con interruptores de fin de curso e dirixen directamente o DS a través dun brazo de manivela para realizar operacións de apertura/pechado - resolvendo eficazmente problemas tradicionais como ligazóns excesivas e complexidade estrutural.
2.2 Sistema de mecanismos DS
"DS" denota o desligador de alta tensión, que proporciona aislamento eléctrico crítico. Con unha estrutura simple e alta fiabilidade, as unidades DS son ampliamente utilizadas e xogan un papel fundamental no deseño, construción e operación de subestacións e centrais eléctricas.
Nos sistemas de control accionados por motor, o mecanismo DS utiliza típicamente un procesador de sinais dixitais (DSP) como controlador central para xestionar as funcións xerais do sistema. O sistema tamén inclúe:
Control de conducción de aislamento de apertura/pechado;
Detección da posición do motor;
Detección de velocidade.
Para a detección de posición, o circuito de detección de posición proporciona señales de conmutación precisas ao circuito de conmutación lóxico. A velocidade medese usando un codificador que detecta a velocidade do rotor, con señales de saída LED que reflicten a velocidade de rotación.
A detección de corrente tradicional depende de resistencias de deriva, que sufren deriva inducida pola temperatura, comprometendo a precisión da medida. Ademais, o insuficiente aislamento eléctrico entre os circuitos externos e de control pode amplificar as sobretensiones, ameazando a seguridade do sistema.
No deseño do circuito de control de carga/descarga, o sistema BLDCM substitúe o almacenamento de enerxía convencional por condensadores. O banco de condensadores é cargado e despois aillado da fonte de enerxía externa, mellorando a seguridade e a eficiencia.
3. Meloras no Diseño do Sistema de Control do Mecanismo Operado por Motor
3.1 Circuito de Control de Conducción/Aillamento da Unidade de Accionamento
Este circuito controla as correntes dos devanados trifásicos xestionando dispositivos de conmutación de potencia e implementando estratexias efectivas para a trayectoria de conmutación. Mitiga os sobretensións transitórias e as perdas de conmutación, asegurando un funcionamento seguro e estable dos componentes.
Cando o interruptor está apagado, un condensador absorbe a corrente de apagado a través dun diodo durante a carga. Cando está encendido, a descarga ocorre a través dun resistor. Deben utilizarse díodos de recuperación rápida cunha corrente nominal que supere a clasificación do circuito principal. Para minimizar a inductancia parasita, recoméndanse condensadores snubber de alta frecuencia e alto rendemento.
3.2 Circuito de Detección da Posición do Motor
Este deseño determina de xeito preciso as posicións dos polos magnéticos do rotor, permitindo un control de conmutación preciso dos devanados do estator. Tres sensores de efecto Hall están fixados nun disco Hall, mentres que un imán permanente circular simula o campo magnético do motor para mellorar a precisión posicional. A medida que o imán rota, as saídas dos sensores Hall varián distintamente, permitindo un posicionamento electrónico preciso do rotor.
3.3 Circuito de Detección de Velocidade
Un codificador rotativo óptico—que consta de optacopladores de LED infravermellos–fototransistores e un disco obturador ranurado—utilízase para medir a velocidade do rotor. Os optacopladores están distribuídos uniformemente en patrón circular. O disco obturador, situado entre os LEDs e os fototransistores, contén ventanas que modular a transmisión de luz ao rotar. A sinal de salida pulsada resultante permite calcular a aceleración e a velocidade do rotor.
3.4 Circuito de Detección de Corrente
A detección baseada en resistencias shunt tradicionais sofre de deriva térmica e baixa precisión. Ademais, a insuficiente aillamento eléctrico entre os circuitos de potencia e control arriesga a danos nos electrónicos sensibles debido a transitorios de alta tensión.
Para abordar isto, o deseño mellorado emprega un sensor de corrente de efecto Hall aillado eléctricamente. Durante a operación, a corrente alternativa nos devanados do motor é detectada, e un amplificador sumador procesa a saída do sensor. Despois de un escalado proporcional, obtense unha sinal de corrente aillada e segura.
3.5 Circuito de Control de Carga/Descarga do Condensador
O sistema BLDCM substitúe o almacenamento de enerxía convencional por solucións baseadas en condensadores, mellorando significativamente a eficiencia e simplificando o control de carga/descarga. Un procesador de sinal dixital monitoriza continuamente a tensión do condensador e só remata a carga cando se cumpriron os límites operativos. Este deseño destaca na xestión de enerxía e na adquisición de sinais, permitindo un control de circuito preciso.
4. Conclusión
O sistema de control do mecanismo operado por motor para disconectores de alta tensión representa unha resposta estratégica á crecente demanda de enerxía e un compromiso para salvaguardar os estándares de vida modernos. Ao resolver eficazmente as limitacións de longa data dos disconectores tradicionais, este sistema xoga un papel pivotal na avance da fiabilidade, eficiencia e intelixencia da infraestrutura de enerxía.
