Sistem Kawalan Mekanisme Dioperasikan Motor untuk Pemutus Litar Tegangan Tinggi

Peralatan pemutus tegangan tinggi memerlukan mekanisme pengoperasian dengan respons cepat dan torka keluaran yang tinggi. Sebagian besar mekanisme motor-gerak saat ini bergantung pada serangkaian komponen reduksi, namun sistem kawalan mekanisme motor-gerak secara efektif memenuhi keperluan-keperluan ini.

1. Gambaran Umum Sistem Kawalan Mekanisme Motor-Operasi untuk Peralatan Pemutus Tegangan Tinggi

1.1 Konsep Asas

Sistem kawalan mekanisme motor-operasi merujuk kepada sistem yang menggunakan strategi kawalan PID dua gelung untuk mengatur arus lilitan motor dan kelajuan putaran, dengan itu mengawal pergerakan mekanisme. Ini memastikan bahawa kontak pemutus mencapai kelajuan yang ditetapkan pada titik-titik perjalanan tertentu, memenuhi kelajuan buka dan tutup yang diperlukan oleh pemutus (DS).

Pemutus (DS) adalah jenis peralatan pemutus tegangan tinggi yang paling banyak digunakan. Mereka secara berkesan menubuhkan jurang isolasi dalam rangkaian kuasa, memenuhi fungsi-fungsi isolasi penting dan memainkan peranan vital dalam beralih jalur dan rekonfigurasi busbar. Fungsi utama sistem kawalan mekanisme motor-operasi adalah untuk memantau voltan dan arus secara automatik, mengasingkan bahagian-bahagian tegangan tinggi, dan memastikan keselamatan di kawasan-kawasan tegangan tinggi.

1.2 Status Penyelidikan dan Trend Pembangunan

(1) Status Penyelidikan
Dalam peralatan tegangan tinggi, sistem kawalan mekanisme motor-operasi diterima pakai secara meluas kerana struktur mereka yang mudah dan operasi yang cepat, menawarkan kemudahan kawalan. Institusi penyelidikan dan universiti di seluruh dunia telah dengan jelas membezakan mekanisme motor-operasi daripada mekanisme spring atau hidraulik, menunjukkan struktur mereka yang lebih mudah, stabiliti yang lebih baik, kaedah penyimpanan gas terkompresi yang lebih mudah, dan kompleksitas operasi yang lebih rendah berbanding sistem konvensional.

Secara operasional, sistem ini memulakan pergerakan melalui daya elektromagnet yang dihasilkan oleh koil arus dan variasi arus dalaman. Penggunaannya dalam peralatan tegangan tinggi menjadi satu trend, dengan para cendekiawan mencapai kemajuan yang signifikan—terus-menerus menyempurnakan teknologi pemanduan motor dan mencadangkan penambahbaikan inovatif.

Walaupun sistem-sistem seperti ini biasanya diterapkan pada pemutus litar, penyelidikan tentang penggunaannya pada pemutus masih terhad. Walaupun motor dan komponen kawalan merupakan sebahagian daripada sistem motor-operasi pemutus, tidak ada sistem gerak langsung yang menggunakan motor untuk mengaktifkan pembukaan/tutupan kontak secara langsung—menimbulkan batasan operasional yang signifikan.

(2) Status Pembangunan
Di peringkat antarabangsa, pembuat pemutus bersaing utamanya dengan meningkatkan struktur mekanikal dan mengintegrasikan bahan-bahan baru dan teknologi untuk meningkatkan prestasi sistem kawalan secara signifikan.

Di China, dengan perkembangan industri kuasa yang stabil, jumlah pembuat telah bertambah secara substansial, dan banyak syarikat sistem kawalan pemutus skala besar telah muncul. Sistem pemutus tegangan tinggi tempatan berkembang menuju penilaian tegangan yang lebih tinggi, kapasiti yang lebih besar, kebolehpercayaan yang lebih tinggi, pengurusan yang lebih rendah, miniaturisasi, dan integrasi modul:

• Tegangan dan kapasiti yang lebih tinggi saling sejajar dengan permintaan bekalan kuasa negara yang semakin meningkat;

• Kebolehpercayaan yang lebih tinggi meningkatkan keupayaan membawa arus;

• Bahan-bahan canggih dan teknik anti-korosi meningkatkan fleksibiliti mekanikal dan mengurangkan keperluan pemeliharaan;

• Miniaturisasi memenuhi permintaan yang semakin meningkat untuk kepelbagaian dan standardisasi sistem.

2. Arkitektur Sistem Sistem Kawalan Mekanisme Motor-Operasi

2.1 Sistem Mekanisme BLDCM

BLDCM merujuk kepada Motor DC Tanpa Sikat. Ia merubah tenaga AC menjadi DC dan kemudian menggunakan inverter untuk mengubahnya kembali menjadi AC yang dikawal. Terdiri daripada motor sinkron dan pemacu, BLDCM adalah produk integrasi elektronik dan mekanikal yang mengatasi kekurangan motor DC bersikat dengan menggantikan komutator mekanikal dengan komutator elektronik.

Ia menggabungkan pengaturan kelajuan yang cemerlang dengan ketahanan motor AC, mempunyai komutasi bebas percikan, kebolehpercayaan yang tinggi, dan mudah pemeliharaan. Dalam mekanisme operasi cadangan untuk pemutus tegangan tinggi, BLDCM biasanya dilengkapi dengan switch had dan menggerakkan DS secara langsung melalui lengan engkol untuk melakukan operasi buka/tutup—secara efektif menyelesaikan masalah tradisional seperti tautan yang berlebihan dan kompleksitas struktur.

2.2 Sistem Mekanisme DS

"DS" merujuk kepada pemutus tegangan tinggi, yang memberikan isolasi elektrik yang penting. Dengan struktur yang mudah dan kebolehpercayaan yang tinggi, unit DS digunakan secara meluas dan memainkan peranan penting dalam reka bentuk, pembinaan, dan operasi stesen transformasi dan loji janakuasa.

Dalam sistem kawalan motor-operasi, mekanisme DS biasanya menggunakan Prosesor Isyarat Digital (DSP) sebagai pengawal inti untuk mengurus fungsi-fungsi sistem secara keseluruhan. Sistem juga termasuk:

• Kawalan pemandu isolasi buka/tutup;

• Pengesanan kedudukan motor;

• Pengesanan kelajuan.

Untuk pengesanan kedudukan, litar pengesanan kedudukan menyediakan isyarat komutasi yang tepat kepada litar saklar logik. Kelajuan diukur menggunakan enkoder yang mendeteksi kelajuan rotor, dengan isyarat output LED yang mencerminkan kelajuan putaran.

Pengesanan arus tradisional bergantung pada resistor shunt, yang mengalami hanyutan disebabkan suhu, mengurangkan kejituan pengukuran. Selain itu, isolasi elektrik yang tidak mencukupi antara litar luaran dan litar kawalan dapat memperbesar lonjakan voltan, mengancam keselamatan sistem.

Dalam reka bentuk litar kawalan pengcasan/pengosongan, sistem BLDCM menggantikan penyimpanan tenaga konvensional dengan kapasitor. Bank kapasitor diisi dan kemudian dipisahkan dari sumber kuasa luar, meningkatkan keselamatan dan kecekapan.

3. Peningkatan Reka Bentuk untuk Sistem Kawalan Mekanisme Beroperasi Motor

3.1 Litar Kawalan Penggerak Isolasi Buka/Tutup

Litar ini mengawal arus belitan tiga fasa dengan mengurus peranti pemintas kuasa dan melaksanakan strategi berkesan untuk trajektori pemintas. Ia mengurangkan overvoltan sementara dan kerugian pemintasan, memastikan operasi komponen yang selamat dan stabil.

Apabila pemintas dimatikan, kapasitor menyerap arus pemintasan melalui diod semasa pengcasan. Apabila dinyalakan, pengosongan berlaku melalui resistor. Diod pemulihan pantas dengan arus berperingkat melebihi peringkat litar utama mesti digunakan. Untuk mengurangkan induktans parasit, disarankan untuk menggunakan kapasitor snubber frekuensi tinggi, prestasi tinggi.

3.2 Litar Pengesanan Posisi Motor

Reka bentuk ini menentukan posisi kutub magnet rotor dengan tepat, membolehkan kawalan komutasi stator yang tepat. Tiga sensor efek Hall diperbaiki pada cakera Hall, sementara magnet kekal bulat mensimulasikan medan magnet motor untuk ketepatan posisi yang lebih baik. Seiring dengan putaran magnet, output sensor Hall berubah secara jelas, membolehkan penempatan elektronik rotor yang tepat.

3.3 Litar Pengesanan Kelajuan

Enkoder rotari optik—terdiri daripada optokoppler LED inframerah–fototransistor dan cakera shutter berlubang—digunakan untuk mengukur kelajuan rotor. Optokoppler tersebar secara merata dalam corak bulat. Cakera shutter, yang diletakkan antara LED dan fototransistor, mengandungi lubang yang memodulasi transmisi cahaya seiring dengan putarannya. Isyarat output pulsed yang dihasilkan membolehkan pengiraan pecutan dan kelajuan rotor.

3.4 Litar Pengesanan Arus

Pengesanan berasaskan rintangan shunt tradisional mengalami hanyutan suhu dan ketepatan yang buruk. Selain itu, isolasi elektrik yang tidak mencukupi antara litar kuasa dan kawalan membawa risiko transien voltan tinggi yang merosakkan elektronik sensitif.

Untuk mengatasi masalah ini, reka bentuk yang ditingkatkan menggunakan sensor arus efek Hall yang terisolasi elektrik. Semasa operasi, arus bolak-balik dalam belitan motor disensor, dan pengamplifier penjumlah memproses isyarat output sensor. Selepas penskalaan berkadar, isyarat arus yang selamat dan terisolasi diperoleh.

3.5 Litar Kawalan Pengcasan/Pengosongan Kapasitor

Sistem BLDCM menggantikan penyimpanan tenaga konvensional dengan penyelesaian berdasarkan kapasitor, meningkatkan kecekapan dan menyederhanakan kawalan pengcasan/pengosongan. Prosesor isyarat digital terus-menerus memantau voltan kapasitor dan hanya menghentikan pengcasan apabila ambang operasi dipenuhi. Reka bentuk ini unggul dalam pengurusan tenaga dan pengambilan isyarat, membolehkan kawalan litar yang tepat.

4. Kesimpulan

Sistem kawalan mekanisme beroperasi motor untuk pemutus litar voltan tinggi mewakili tindak balas strategik terhadap permintaan kuasa yang meningkat dan komitmen untuk melindungi standard hidup moden. Dengan menyelesaikan batasan lama pemutus litar tradisional secara berkesan, sistem ini memainkan peranan penting dalam meningkatkan kebolehpercayaan, kecekapan, dan kecerdasan infrastruktur kuasa.