Sistem Kontrol Mekanisme Penggerak Motor untuk Pemutus Sirkuit Tegangan Tinggi

Pemutus tegangan tinggi memerlukan mekanisme pengoperasian dengan respons cepat dan torsi keluaran yang tinggi. Sebagian besar mekanisme yang digerakkan oleh motor saat ini bergantung pada serangkaian komponen reduksi, namun sistem kontrol mekanisme yang dioperasikan oleh motor secara efektif memenuhi persyaratan ini.

1. Tinjauan Umum Sistem Kontrol Mekanisme yang Dioperasikan oleh Motor untuk Pemutus Tegangan Tinggi

1.1 Konsep Dasar

Sistem kontrol mekanisme yang dioperasikan oleh motor terutama merujuk pada sistem yang menggunakan strategi kontrol PID dual-loop untuk mengatur arus lilitan motor dan kecepatan rotasi, sehingga mengontrol gerakan mekanisme. Ini memastikan bahwa kontak pemutus mencapai kecepatan yang ditentukan pada titik perjalanan yang ditetapkan, memenuhi kecepatan pembukaan dan penutupan yang diperlukan dari pemutus (DS).

Pemutus (DS) adalah jenis peralatan switchgear tegangan tinggi yang paling banyak digunakan. Mereka secara efektif menetapkan celah isolasi dalam jaringan listrik, memenuhi fungsi isolasi kritis, dan berperan penting dalam beralih jalur dan rekonfigurasi busbar. Fungsi utama sistem kontrol mekanisme yang dioperasikan oleh motor adalah untuk memonitor tegangan dan arus secara otomatis, mengisolasi bagian-bagian tegangan tinggi, dan memastikan keselamatan di area tegangan tinggi.

1.2 Status Penelitian dan Tren Pengembangan

(1) Status Penelitian
Dalam peralatan tegangan tinggi, sistem kontrol mekanisme yang dioperasikan oleh motor banyak digunakan karena struktur sederhana dan operasi cepat, menawarkan kemudahan kontrol. Lembaga penelitian dan universitas di seluruh dunia telah dengan jelas membedakan mekanisme yang dioperasikan oleh motor dari mekanisme pegas atau hidrolik, menyoroti struktur sederhana, stabilitas superior, metode penyimpanan gas terkompresi yang lebih sederhana, dan kompleksitas operasional yang lebih rendah dibandingkan dengan sistem konvensional.

Secara operasional, sistem memulai gerakan melalui gaya elektromagnetik yang dihasilkan oleh kumparan yang dialiri arus dan variasi arus internal. Aplikasinya dalam peralatan tegangan tinggi menjadi tren, dengan para cendekiawan mencapai kemajuan yang signifikan—terus-menerus menyempurnakan teknologi penggerak motor dan mengusulkan perbaikan inovatif.

Meskipun sistem seperti itu umumnya diterapkan pada pemutus sirkuit, penelitian tentang penggunaannya pada pemutus masih terbatas. Meskipun motor dan komponen kontrol merupakan bagian dari sistem mekanisme pemutus yang dioperasikan oleh motor, tidak ada sistem drive langsung yang menggunakan motor untuk langsung mengaktifkan pembukaan/tutupan kontak—menimbulkan batasan operasional yang signifikan.

(2) Status Pengembangan
Secara internasional, produsen pemutus bersaing utamanya dengan meningkatkan struktur mekanis dan mengintegrasikan bahan baru dan teknologi untuk meningkatkan kinerja sistem kontrol secara signifikan.

Di Cina, dengan kemajuan stabil industri listrik, jumlah produsen telah berkembang pesat, dan banyak perusahaan sistem kontrol switch skala besar telah muncul. Sistem pemutus tegangan tinggi domestik sedang berkembang menuju peringkat tegangan yang lebih tinggi, kapasitas yang lebih besar, keandalan yang lebih baik, pemeliharaan yang lebih sedikit, miniaturisasi, dan integrasi moduler:

• Tegangan dan kapasitas yang lebih tinggi sesuai dengan permintaan pasokan listrik nasional yang meningkat;

• Keandalan yang lebih baik meningkatkan kemampuan menghantar arus;

• Bahan canggih dan teknik anti-korosi meningkatkan fleksibilitas mekanis dan mengurangi kebutuhan pemeliharaan;

• Miniaturisasi memenuhi permintaan yang meningkat untuk versatilitas dan standarisasi sistem.

2. Arsitektur Sistem Sistem Kontrol Mekanisme yang Dioperasikan oleh Motor

2.1 Sistem Mekanisme BLDCM

BLDCM singkatan dari Brushless DC Motor. Ini merubah arus AC menjadi DC dan kemudian menggunakan inverter untuk mengubahnya kembali menjadi AC yang dikontrol. Terdiri dari motor sinkron dan penggerak, BLDCM adalah produk terintegrasi elektromekanikal yang mengatasi kekurangan motor DC berbrush dengan menggantikan komutator mekanis dengan yang elektronik.

Ia menggabungkan regulasi kecepatan yang luar biasa dengan ketangguhan motor AC, memiliki komutasi bebas percikan, keandalan tinggi, dan perawatan mudah. Dalam mekanisme operasional siaga untuk pemutus tegangan tinggi, BLDCM biasanya dilengkapi dengan saklar batas dan menggerakkan DS secara langsung melalui lengan engkol untuk melakukan operasi pembukaan/penutupan—secara efektif mengatasi masalah tradisional seperti hubungan tautan yang berlebihan dan kompleksitas struktural.

2.2 Sistem Mekanisme DS

"DS" merujuk pada pemutus tegangan tinggi, yang memberikan isolasi listrik kritis. Dengan struktur sederhana dan keandalan tinggi, unit DS digunakan secara luas dan memainkan peran penting dalam desain, konstruksi, dan operasi substasi dan pembangkit listrik.

Dalam sistem kontrol yang dioperasikan oleh motor, sistem mekanisme DS biasanya menggunakan Digital Signal Processor (DSP) sebagai kontroler inti untuk mengelola fungsi sistem secara keseluruhan. Sistem juga mencakup:

• Kontrol drive isolasi buka/tutup;

• Deteksi posisi motor;

• Deteksi kecepatan.

Untuk deteksi posisi, rangkaian deteksi posisi memberikan sinyal komutasi yang akurat ke rangkaian saklar logika. Kecepatan diukur menggunakan enkoder yang mendeteksi kecepatan rotor, dengan sinyal output LED yang mencerminkan kecepatan rotasi.

Deteksi arus tradisional bergantung pada resistor shunt, yang mengalami drift akibat suhu, mengurangi akurasi pengukuran. Selain itu, isolasi listrik yang tidak cukup antara sirkuit eksternal dan sirkuit kontrol dapat memperbesar lonjakan tegangan, mengancam keselamatan sistem.

Dalam desain sirkuit kontrol pengisian/pengosongan, sistem BLDCM menggantikan penyimpanan energi konvensional dengan kapasitor. Bank kapasitor diisi dan kemudian dipisahkan dari sumber daya eksternal, meningkatkan keamanan dan efisiensi.

3. Peningkatan Desain untuk Sistem Kontrol Mekanisme Operasi Motor

3.1 Sirkuit Kontrol Penggerak Isolasi Buka/Tutup

Sirkuit ini mengontrol arus lilitan tiga fase dengan mengelola perangkat beralih daya dan menerapkan strategi efektif untuk trayektori beralih. Ini mengurangi tegangan sementara yang berlebihan dan kerugian beralih, memastikan operasi komponen yang aman dan stabil.

Ketika saklar mati, kapasitor menyerap arus pemutusan melalui dioda saat pengisian. Ketika hidup, pengosongan terjadi melalui resistor. Dioda pemulihan cepat dengan arus nominal yang melebihi peringkat rangkaian utama harus digunakan. Untuk meminimalkan induktansi parasit, disarankan menggunakan kapasitor snubber frekuensi tinggi, kinerja tinggi.

3.2 Sirkuit Deteksi Posisi Motor

Desain ini menentukan posisi kutub magnetik rotor dengan akurat, memungkinkan kontrol komutasi stator yang tepat. Tiga sensor efek Hall ditempatkan pada disk Hall, sementara magnet permanen berbentuk lingkaran mensimulasikan medan magnet motor untuk meningkatkan akurasi posisi. Seiring rotasi magnet, output sensor Hall bervariasi secara jelas, memungkinkan penempatan elektronik rotor yang presisi.

3.3 Sirkuit Deteksi Kecepatan

Encoder putar optik—yang terdiri dari optokopler LED inframerah-fototransistor dan disk shutter berlubang—digunakan untuk mengukur kecepatan rotor. Optokopler tersebar merata dalam pola lingkaran. Disk shutter, yang ditempatkan antara LED dan fototransistor, memiliki lubang yang memodulasi transmisi cahaya saat berputar. Sinyal output pulsa yang dihasilkan memungkinkan perhitungan percepatan dan kecepatan rotor.

3.4 Sirkuit Deteksi Arus

Deteksi berbasis shunt resistor tradisional mengalami drift termal dan akurasi yang buruk. Selain itu, isolasi listrik yang tidak memadai antara rangkaian daya dan kontrol berisiko merusak elektronik sensitif oleh transien tegangan tinggi.

Untuk mengatasi hal ini, desain yang ditingkatkan menggunakan sensor arus efek Hall yang terisolasi secara listrik. Selama operasi, arus bolak-balik dalam lilitan motor dideteksi, dan amplifier penjumlah memproses output sensor. Setelah penskalaan proporsional, sinyal arus yang aman dan terisolasi diperoleh.

3.5 Sirkuit Kontrol Pengisian/Pengosongan Kapasitor

Sistem BLDCM menggantikan penyimpanan energi konvensional dengan solusi berbasis kapasitor, secara signifikan meningkatkan efisiensi dan menyederhanakan kontrol pengisian/pengosongan. Prosesor sinyal digital terus-menerus memonitor tegangan kapasitor dan mengakhiri pengisian hanya ketika ambang batas operasional terpenuhi. Desain ini unggul dalam manajemen energi dan pengambilan sinyal, memungkinkan kontrol sirkuit yang presisi.

4. Kesimpulan

Sistem kontrol mekanisme operasi motor untuk disconnector tegangan tinggi mewakili respons strategis terhadap permintaan daya yang meningkat dan komitmen untuk melindungi standar hidup modern. Dengan menyelesaikan batasan jangka panjang dari disconnector tradisional, sistem ini memainkan peran penting dalam meningkatkan keandalan, efisiensi, dan kecerdasan infrastruktur daya.