Motorbesturingssysteem voor hoogspanningsafsluiters

Hoogspanningsafschakelaars vereisen bedieningsmechanismen met snelle reactietijd en hoge uitvoerkracht. De meeste huidige motorbestuurde mechanismen vertrouwen op een reeks verminderingselementen, maar besturingssystemen voor motorbestuurde mechanismen voldoen effectief aan deze eisen.

1. Overzicht van het Besturingssysteem voor Motorbestuurde Mechanismen van Hoogspanningsafschakelaars

1.1 Basisconcept

Het besturingssysteem voor motorbestuurde mechanismen verwijst voornamelijk naar een systeem dat gebruik maakt van een dubbele lus PID-regelstrategie om de stroom door de motorenwindingen en de rotatiesnelheid te regelen, waardoor de beweging van het mechanisme wordt beheerst. Dit zorgt ervoor dat de afschakelaarkontakten specifieke snelheden bereiken op aangewezen reispunten, voldoende aan de vereiste openings- en sluitingssnelheden van de afschakelaar (DS).

Afschakelaars (DS) zijn het meest gebruikte type hoogspanningsapparatuur. Ze stellen effectief een isolatiegap in elektriciteitsnetwerken in, vervullen cruciale isolatiefuncties en spelen een vitale rol bij lijnoverschakeling en busbarreconfiguratie. De primaire functie van het besturingssysteem voor motorbestuurde mechanismen is om automatisch spanning en stroom te monitoren, hoogspanningssecties te isoleren en veiligheid in hoogspanningsgebieden te waarborgen.

1.2 Onderzoekstatus en Ontwikkelingstrends

(1) Onderzoekstatus
In hoogspanningsapparatuur worden besturingssystemen voor motorbestuurde mechanismen breed geaccepteerd vanwege hun eenvoudige structuur en snelle werking, wat gemakkelijk te controleren is. Onderzoeksinstellingen en universiteiten over de hele wereld hebben duidelijk onderscheid gemaakt tussen motorbestuurde mechanismen en veerveren of hydraulische mechanismen, met accent op hun structuurlijke eenvoud, superieure stabiliteit, eenvoudiger compressiegasopslagmethoden en lagere operationele complexiteit ten opzichte van conventionele systemen.

Operationeel gezien initieert het systeem beweging door middel van elektromagnetische kracht die wordt gegenereerd door stroomdragende spoelen en interne stroomvariaties. De toepassing ervan in hoogspanningsapparatuur wordt een trend, met wetenschappers die aanzienlijke vooruitgang boeken—continu verbeteringen in motordrijftechnologieën doorvoeren en innovatieve verbeteringen voorstellen.

Hoewel dergelijke systemen algemeen worden toegepast op schakelaars, blijft onderzoek naar hun toepassing in afschakelaars beperkt. Hoewel motoren en besturingselementen onderdeel zijn van motorbestuurde afschakelaars, bestaat er momenteel geen direct-aangedreven systeem dat een motor gebruikt om de contactopening/sluiting rechtstreeks te activeren—wat aanzienlijke operationele beperkingen oplevert.

(2) Ontwikkelingsstatus
Internationaal concurreren fabrikanten van afschakelaars voornamelijk door de verbetering van mechanische structuren en de integratie van nieuwe materialen en technologieën om de prestaties van besturingssystemen aanzienlijk te verbeteren.

In China, met de gestage vooruitgang van de elektriciteitsindustrie, is het aantal fabrikanten fors gegroeid en zijn talloze grote bedrijven gespecialiseerd in schakelcontrolesystemen opgedoken. Thuislandse hoogspanningsafschakelaarsystemen evolueren naar hogere spanningen, grotere capaciteit, verhoogde betrouwbaarheid, verminderd onderhoud, miniaturisatie en modulaire integratie:

• Hogere spanning en capaciteit passen bij de groeiende nationale elektriciteitsvraag;

• Verhoogde betrouwbaarheid verbetert de stroomdraagcapaciteit;

• Geavanceerde materialen en anticorrosietechnieken vergroten de mechanische flexibiliteit en verminderen de onderhoudsbehoeften;

• Miniaturisatie voldoet aan de toenemende behoefte aan systeemverscheidenheid en standaardisatie.

2. Systeemarchitectuur van het Besturingssysteem voor Motorbestuurde Mechanismen

2.1 BLDCM-mechanismesysteem

BLDCM staat voor Brushless DC Motor. Het rectificeert wisselstroom tot gelijkstroom en gebruikt dan een inverter om het terug te converteren naar gecontroleerde wisselstroom. Het bestaat uit een synchrone motor en een besturingseenheid, en is een elektromechanisch geïntegreerd product dat de nadelen van gebrosseerde gelijkstromotoren overwint door mechanische commutatoren te vervangen door elektronische.

Het combineert uitstekende snelheidsregeling met de robuustheid van wisselstromotoren, met vonkvrije commutatie, hoge betrouwbaarheid en gemakkelijke onderhoud. In stand-bybedieningsmechanismen voor hoogspanningsafschakelaars zijn BLDCM's meestal uitgerust met eindschakelaars en drijven de DS rechtstreeks aan via een krukarm om opening/sluiting uit te voeren—effectief adresserend traditionele problemen zoals te veel verbindingen en structuurlijke complexiteit.

2.2 DS-mechanismesysteem

"DS" staat voor de hoogspanningsafschakelaar, die cruciale elektrische isolatie biedt. Met een eenvoudige structuur en hoge betrouwbaarheid worden DS-eenheden wijdverspreid gebruikt en spelen een cruciale rol in het ontwerp, de bouw en de exploitatie van transformatorstations en energiecentrales.

In motorbestuurde besturingssystemen gebruikt het DS-mechanisme meestal een Digitale Signaalprocessor (DSP) als kerncontroller om de algehele systeemfuncties te beheren. Het systeem omvat ook:

• Open/sluitisolatiebesturing;

• Motorkwaadstandsdetectie;

• Snelheidsdetectie.

Voor kwaadstandsdetectie levert het kwaadstandsenscircuit nauwkeurige commutatiesignalen aan het logische schakelcircuit. De snelheid wordt gemeten met een encoder die de rotsnelheid detecteert, met LED-uitgangssignalen die de rotatiesnelheid weerspiegelen.

Traditionele stroomdetectie is afhankelijk van shunts, die lijden onder temperatuurafwijkingen, waardoor de meetnauwkeurigheid wordt aangetast. Daarnaast kan onvoldoende elektrische isolatie tussen externe en controlecircuits voltagepieken versterken, wat de systeembreedheid bedreigt.

In het ontwerp van de laad/ontlaad regelcircuits vervangt het BLDCM-systeem conventionele energieopslag door condensatoren. De condensatorbank wordt opgeladen en vervolgens geïsoleerd van de externe energiebron, waardoor veiligheid en efficiëntie worden verhoogd.

3. Ontwerpverbeteringen voor het besturingssysteem van de motorbediende mechanismen

3.1 Open/sluit isolatie stuurcircuit

Dit circuit regelt de driefase windingstroom door vermogensschakelapparatuur te beheren en effectieve strategieën voor schakeltrajecten toe te passen. Het vermindert tijdelijke overspanningen en schakelverliezen, waardoor veilig en stabiel componentgebruik wordt gewaarborgd.

Wanneer de schakelaar uit staat, absorbeert een condensator de uitschakelstroom via een diode tijdens het opladen. Wanneer aan staat, vindt de ontlading plaats via een weerstand. Snelle hersteldioden met stroomwaarden die hoger zijn dan de rating van het hoofdcircuit moeten worden gebruikt. Om parasitaire inductiviteit te minimaliseren, worden hoogfrequente, hoogpresterende snubbercondensatoren aanbevolen.

3.2 Motorpositiedetectiecircuit

Dit ontwerp bepaalt nauwkeurig de posities van de rotor magnetische polen, wat precisie-commutatiecontrole van de statorwindingen mogelijk maakt. Drie Hall-effect sensoren worden bevestigd op een Halldisk, terwijl een cirkelvormige permanente magneet het magnetisch veld van de motor simuleert voor verbeterde positieaccurate. Tijdens de rotatie van de magneet variëren de uitvoer van de Hallsensoren duidelijk, waardoor nauwkeurige elektronische rotorpositiebepaling mogelijk is.

3.3 Snelheidsdetectiecircuit

Een optische rotatieencoder - bestaande uit infrarood LED-fototransistor optokoppelingen en een gesloten sluiterdisk - wordt gebruikt om de rotorsnelheid te meten. De optokoppelingen zijn gelijkmatig in een cirkelvormig patroon verdeeld. De sluiterdisk, geplaatst tussen LEDs en fototransistoren, bevat vensters die lichttransmissie moduleren terwijl deze roteert. Het resulterende gepulseerde uitvoersignaal maakt het mogelijk om de rotorversnelling en -snelheid te berekenen.

3.4 Stromedetectiecircuit

Traditionele detectie op basis van shuntweerstanden lijdt onder meer aan thermische drift en slechte nauwkeurigheid. Bovendien brengt onvoldoende elektrische isolatie tussen de vermogen- en besturingsschakelingen het risico mee dat hoge spanningstransienten gevoelige elektronica beschadigen.

Om dit aan te pakken, maakt het verbeterde ontwerp gebruik van een elektrisch geïsoleerde Hall-effect stroomsensor. Tijdens de bedrijfsvoering wordt de wisselstroom in de motorwindingen gedetecteerd, en wordt de sensoruitvoer door een sommeeramplifier verwerkt. Na proportionele schaling wordt een veilig, geïsoleerd stroomsingal verkregen.

3.5 Condensator laad/ontlaad regelcircuit

Het BLDCM-systeem vervangt conventionele energieopslag door oplossingen gebaseerd op condensatoren, wat de efficiëntie aanzienlijk verbetert en de laad/ontlaadcontrole vereenvoudigt. Een digitale signaalprocessor monitort continu de condensatorspanning en beëindigt het opladen pas als de operationele drempelwaarden zijn bereikt. Dit ontwerp excelleert in energiebeheer en signaalacquisitie, waardoor precieze circuitcontrole mogelijk is.

4. Conclusie

Het besturingssysteem van de motorbediende mechanismen voor hoge-spanningsafschakelaars vertegenwoordigt een strategisch antwoord op de groeiende energie-eisen en een toewijding aan het waarborgen van moderne levensstandaarden. Door de langdurige beperkingen van traditionele afschakelaars effectief op te lossen, speelt dit systeem een cruciale rol bij het verbeteren van de betrouwbaarheid, efficiëntie en intelligentie van energie-infrastructuur.