Sustav upravljanja motorom za visokonaponske prekidače
Visokonaponski prekidači zahtijevaju mehanizme s brzom reakcijom i visokim izlaznim vrtložnim momentom. Većina trenutno korištenih motorovodnih mehanizama ovisi o nizu smanjujućih komponenti, ali sustavi upravljanja motorovodnim mehanizmima učinkovito ispunjavaju te zahtjeve.
1. Pregled sustava upravljanja motorovodnim mehanizmom za visokonaponske prekidače
1.1 Osnovni koncept
Sustav upravljanja motorovodnim mehanizmom uglavnom se odnosi na sustav koji koristi strategiju dvostrukog petljanog PID upravljanja kako bi regulirao struju i okretanje motora, time kontrolišeći gibanje mehanizma. To osigurava da kontakti prekidača (DS) dosegnu određene brzine na predviđenim točkama putovanja, ispunjavajući potrebne brzine otvaranja i zatvaranja prekidača (DS).
Prekidači (DS) su najšire korišteni tip visokonaponskog prekidnog uređaja. Oni učinkovito stvaraju izolacijsku razinu u električnim mrežama, ispunjavajući ključnu funkciju izolacije i igraju vitalnu ulogu u prebacivanju linija i rekonfiguriranju busbarova. Glavna funkcija sustava upravljanja motorovodnim mehanizmom je automatsko nadgledanje napona i struje, izolacija visokonaponskih dijelova i osiguravanje sigurnosti u područjima visokog napona.
1.2 Status istraživanja i trendovi razvoja
(1) Status istraživanja
U visokonaponskom opremi, sustavi upravljanja motorovodnim mehanizmom su široko prihvaćeni zbog njihove jednostavne strukture i brze operacije, što omogućuje lako upravljanje. Istraživačke institucije i sveučilišta širom svijeta jasno su razlikovali motorovodne mehanizme od mjenjača ili hidrauličkih mehanizama, ističući njihovu strukturnu jednostavnost, superiornu stabilnost, jednostavnije metode pohrane stlačenog plina i manju složenost operacija u usporedbi s konvencionalnim sustavima.
Operativno, sustav pokreće gibanje generiranjem elektromagnetske sile uzrokovane strujom u cijevima i unutarnjim varijacijama struje. Njegova primjena u visokonaponskoj opremi postaje trend, s akademskim krugovima koji postižu značajne napredke - neprestano poboljšavaju tehnologiju pogona motora i predlažu inovativne poboljšanja.
Iako takvi sustavi često se primjenjuju na prekidnike, istraživanja njihove upotrebe u prekidačima još su ograničena. Iako motori i kontrolne komponente čine dio motorovodnih sistema prekidača, ne postoji direktni pogonski sustav koji koristi motor za direktno aktiviranje otvaranja/zatvaranja kontakata - što predstavlja značajne operativne ograničenja.
(2) Status razvoja
Međunarodno, proizvođači prekidača glavno natječu poboljšanjem mehaničkih struktura i integracijom novih materijala i tehnologija kako bi značajno poboljšali performanse sustava upravljanja.
U Kini, s postepenim napretkom energetske industrije, broj proizvođača je značajno porastao, a pojave se mnoge velike tvrtke za upravljanje prekidnim sistemima. Domaći visokonaponski sistemi prekidača evoluiraju prema višim naponima, većoj kapacitetu, poboljšanoj pouzdanosti, smanjenom održavanju, miniaturizaciji i modularnoj integraciji:
Viši napon i kapacitet prilagođeni rastućim nacionalnim zahtjevima za snabdijevanjem strujom;
Poboljšana pouzdanost poboljšava sposobnost nosivosti struje;
Napredni materijali i tehnike protiv koroze povećavaju mehaničku fleksibilnost i smanjuju potrebu za održavanjem;
Miniaturizacija zadovoljava rastuće zahtjeve za raznolikost i standardizaciju sustava.
2. Arhitektura sustava upravljanja motorovodnim mehanizmom
2.1 Sustav BLDCM mehanizma
BLDCM označava Brushless DC Motor. On pretvara AC struju u DC, a zatim koristi inverter kako bi ju vratio u kontrolirani AC. Sastoji se od sinkronog motora i pogona, BLDCM je elektromehanički integrirani proizvod koji prevaziđe nedostatke motora s kecem zamjenom mehaničkog komutatora elektroničkim.
Spojuje odličnu regulaciju brzine s otpornoscu AC motora, s beziskrsnom komutacijom, visokom pouzdanosti i lakošću održavanja. U rezervnim radnim mehanizmima visokonaponskih prekidača, BLDCM obično su opremljeni granicnim prekidačima i direktno pokreću DS putem kraka kako bi izvršili operacije otvaranja/zatvaranja - efektivno rješavajući tradicionalne probleme poput prekomjernog povezivanja i složenosti strukture.
2.2 Sustav DS mehanizma
"DS" označava visokonaponski prekidač, koji pruža ključnu električnu izolaciju. S jednostavnim dizajnom i visokom pouzdanosti, DS jedinice su široko korištene i igraju ključnu ulogu u dizajnu, izgradnji i operacijama transformatornih stanica i elektrana.
U sustavima upravljanja motorovodnim pogonom, DS mehanizam obično koristi Digital Signal Processor (DSP) kao centralni kontroler za upravljanje ukupnim funkcijama sustava. Sustav također uključuje:
Kontrolu vođenja izolacije otvaranja/zatvaranja;
Detekciju položaja motora;
Detekciju brzine.
Za detekciju položaja, pozicijska detektorska sklopovska shema pruža precizne signale komutacije logičkom sklopovskom shemi. Brzina se mjeri koristeći enkoder koji detektira brzinu rotora, s LED izlaznim signalima koje odražavaju brzinu rotacije.
Tradicionalna detekcija struje ovisi o shunt otpornicima, koji patnjiku od temperature, kompromitirajući točnost mjerenja. Također, nedovoljna električna izolacija između vanjskih i kontrolnih sklopovskih shema može povećati strujne talase, prijetići sigurnosti sustava.
U projektiranju kontrolnog kruga za punjenje/ispust, BLDCM sustav zamjenjuje konvencionalnu pohranu energije kondenzatorima. Banka kondenzatora se puni, a zatim izolira od vanjskog izvora struje, čime se povećava sigurnost i učinkovitost.
3. Poboljšanja dizajna za kontrolni sustav mehanizma upravljanja motorom
3.1 Kontrolni krug za upravljanje otvaranjem/zatvaranjem izolacijskog pogona
Ovaj krug kontrolira strujne tokove u trofaznim vijcima upravljanjem uređaja za prekid struje i implementacijom efektivnih strategija za putanju preklapanja. Smanjuje privremene prenapone i gubitke pri preklapanju, osiguravajući sigurno i stabilno funkcioniranje komponenti.
Kada je prekidač isključen, kondenzator apsorbira struju isključivanja kroz diodu tijekom punjenja. Kada je uključen, ispust se događa kroz otpornik. Treba koristiti brzo-odzivne diode s nominalnim strujama većim od ocjene glavnog kruga. Za smanjenje parazitskih induktivnosti preporučuju se visokofrekventni, visokoperformantni snubber kondenzatori.
3.2 Krug za otkrivanje položaja motora
Ovaj dizajn točno utvrđuje položaje magnetnih polova rotora, omogućujući precizno komutacijsko upravljanje vijcima statora. Tri Hall-efekt senzora su fiksirani na Hall disk, dok kružni trajni magnet simulira magnetsko polje motora kako bi se poboljšala točnost položaja. Dok se magnet okreće, izlazi Hall senzora variraju značajno, omogućujući precizno elektroničko pozicioniranje rotora.
3.3 Krug za otkrivanje brzine
Za mjerenje brzine rotora koristi se optički rotacijski enkoder - sastavljen od infracrvenih LED-fototransistora optokupljača i disk s prozorima. Optokupljači su ravnomjerno raspoređeni u kružnom obliku. Disk s prozorima, smješten između LED-ova i fototransistora, sadrži prozore koji moduliraju prijenos svjetlosti tijekom rotacije. Rezultirajući pulsirajući izlazni signal omogućuje izračun ubrzanja i brzine rotora.
3.4 Krug za otkrivanje struje
Tradicionalno otkrivanje struje temeljeno na šunt otpornicima trpi termalni drift i lošu točnost. Također, nedostatak električne izolacije između strujnih i kontrolnih krugova stavlja pod rizik oštećenje osjetljive elektronike visokim naprezanjima.
Da bi se to riješilo, poboljšani dizajn koristi električki izolirani Hall-efekt senzor struje. Tijekom rada, izmjenjiva struja u vijcima motora se otkriva, a zbrojno pojačalo obrađuje izlaz senzora. Nakon proporcionalnog skaliranja, dobiva se siguran, izolirani strujni signal.
3.5 Krug za kontrolu punjenja/ispusta kondenzatora
BLDCM sustav zamjenjuje konvencionalnu pohranu energije rješenjima temeljenim na kondenzatorima, značajno poboljšavajući učinkovitost i pojednostavljajući kontrolu punjenja/ispusta. Digitalni signal procesor kontinuirano nadgleda naprezanje kondenzatora i prekida punjenje samo kada su operativni praga dostignuti. Ovaj dizajn izdvaja se u upravljanju energijom i prikupljanju signala, omogućujući preciznu kontrolu kruga.
4. Zaključak
Kontrolni sustav mehanizma upravljanja motorom za visokonaponske prekidače predstavlja strategiju reagiranja na rastuće potrebe za energijom i angažman da se zaštiti moderni standard života. Efektivno rješavanjem dugogodišnjih ograničenja tradicionalnih prekidača, ovaj sustav igra ključnu ulogu u napredku pouzdanosti, učinkovitosti i inteligentnosti energetskih infrastrukture.
