Motordrivert mekanisk kontrollsystem for høyspenningsavkopplingskontakter

Høyspenningsavkoblingsmekanismer krever driftsmekanismer med rask respons og høy utgangstork. De fleste gjenkjente motordrifta mekanismer baserer seg på en rekke reduksjonskomponenter, men motordrifta mekanismer effektivt møter disse kravene.

1. Oversikt over kontrollsystemet for motordrifta mekanismer for høyspenningsavkopling

1.1 Grunnleggende konsept

Kontrollsystemet for motordrifta mekanismer refererer hovedsakelig til et system som bruker en dobbel-løkke PID-kontrollstrategi for å regulere motorens vindingstrøm og rotasjonshastighet, dermed kontrollerer mekanismens bevegelse. Dette sikrer at avkoplingskontaktene når spesifiserte hastigheter ved angitte reisepunkter, og dekker de nødvendige åpne- og lukkehastighetene for avkoplingen (DS).

Avkoplinger (DS) er den mest utbredte typen høyspenningsbrytere. De etablerer effektivt en isolasjonslukke i strømnettverket, fyller kritiske isolasjonsfunksjoner og spiller en viktig rolle i linjeskifting og busbaromkonfigurering. Hovedfunksjonen til kontrollsystemet for motordrifta mekanismer er å overvåke strøm og spenning automatisk, isolere høyspenningsseksjoner og sikre sikkerhet i høyspenningsområder.

1.2 Forskningsstatus og utviklingstrender

(1) Forskningsstatus
I høyspenningsutstyr er kontrollsystemer for motordrifta mekanismer bredt anvendt på grunn av deres enkle struktur og rask drift, noe som gir lett kontroll. Forskningsinstitusjoner og universiteter verden over har klart skilt motordrifta mekanismer fra fjeder- eller hydrauliske mekanismer, og fremhevet deres enkle struktur, superiør stabilitet, enklere lagring av komprimert gass, og mindre operativ kompleksitet sammenlignet med konvensjonelle systemer.

Operativt sett initierer systemet bevegelse gjennom elektromagnetisk kraft generert av strømbærende spoler og interne strømvariasjoner. Dets bruk i høyspenningsutstyr blir en trend, og forskere har oppnådd betydelig fremskritt—ved kontinuerlig forbedring av motordriftteknologier og foreslått innovative forbedringer.

Selv om slike systemer vanligvis brukes i strømbrytere, er forskningen på deres bruk i avkoplinger begrenset. Selv om motorer og kontrolelementer utgjør deler av avkoplingens motordrifta systemer, eksisterer det ingen direkte antriebsystem som bruker en motor for direkte å aktiverer kontaktåpning/lukking—dette representerer betydelige driftsbegrensninger.

(2) Utviklingsstatus
Internasjonalt konkurrerer avkoplingsprodusenter hovedsakelig ved å forbedre mekaniske strukturer og integrere nye materialer og teknologier for å forbedre kontrollsystemets ytelse betydelig.

I Kina, med jevn fremdrift i energisektoren, har antallet produsenter økt markant, og mange store bryterkontrollsystemfirmaer har dukket opp. Innlands høyspenningsavkoplingssystemer utvikler seg mot høyere spenninger, større kapasitet, forbedret pålitelighet, redusert vedlikehold, miniaturisering og modulær integrasjon:

• Høyere spenning og kapasitet stemmer overens med voksende nasjonale strømforsyningsbehov;

• Forbedret pålitelighet forbedrer strømføringsevnen;

• Avanserte materialer og korrosjonsbestandige teknikker øker mekanisk fleksibilitet og reduserer vedlikeholdsbehov;

• Miniaturisering dekker økende behov for systemversatilitet og standardisering.

2. Systemarkitektur for kontrollsystemet for motordrifta mekanismer

2.1 BLDCM-mekanismesystem

BLDCM står for brushless DC-motor. Den rettifierer vekselstrøm til likestrøm og bruker så en inverter for å konvertere den tilbake til kontrollert vekselstrøm. Bestående av en synkronmotor og en drivere, overkommer BLDCM ulemper ved borstede DC-motorer ved å erstatte mekaniske kommutatorer med elektroniske.

Den kombinerer fremragende fartregulering med robustheten til vekselstrømmotorer, med gnistefri kommutasjon, høy pålitelighet og lett vedlikehold. I beredskapsdriftsmekanismer for høyspenningsavkoplinger er BLDCM typisk utstyrt med grenseswitcher og driver direkte DS via en krumarm for å utføre åpne/lukkeoperasjoner—effektivt løser tradisjonelle problemer som for mye kobling og strukturell kompleksitet.

2.2 DS-mekanismesystem

"DS" betyr høyspenningsavkopling, som gir kritisk elektrisk isolasjon. Med en enkel struktur og høy pålitelighet er DS-enheter bredt anvendt og spiller en sentral rolle i design, konstruksjon og drift av understasjoner og kraftverk.

I motordrifta kontrollsystemer bruker DS-mekanismen typisk en digital signalprosessor (DSP) som kjernekontroller for å administrere systemets totale funksjoner. Systemet inkluderer også:

• Åpne/lukke-isolasjonsdriftkontroll;

• Motorposisjonsdeteksjon;

• Fartsmåling.

For posisjonsdeteksjon leverer posisjonsoppfangeren nøyaktige kommutasjonssignaler til logisk switch-sirkuit. Farten måles ved hjelp av en encoder som detekterer rotors fart, med LED-utdata-signaler som reflekterer rotasjonshastighet.

Tradisjonell strømdeteksjon baserer seg på shunt-resistorer, som lider av temperaturindusert drift, noe som svekker målnøyaktigheten. I tillegg kan utilstrekkelig elektrisk isolasjon mellom eksterne og kontrollsirkuit truet systemets sikkerhet ved å forsterke spenningsspikes.

I lade/laste kontrollkretsdesign erstatter BLDCM-systemet konvensjonell energilagring med kondensatorer. Kondensatorenheten lades og blir deretter isolert fra den eksterne strømkilden, noe som øker sikkerhet og effektivitet.

3. Designforbedringer for styresystemet for motorstyrte mekanismer

3.1 Åpne/steng isoleringsdriftkontrollkrets

Denne kretsen kontrollerer trefasevindingstrømmer ved å administrere strømsvekkende enheter og implementere effektive strategier for skruvetrajectorier. Den reduserer overtransient spenning og skruvetap, og sikrer sikkert og stabilt komponentfunksjon.

Når skruven er av, absorberer en kondensator avslutningsstrømmen gjennom en diode under lading. Når den er på, forekommer lasting gjennom en motstand. Hurtig-gjenopprettingsdioder med beregnet strøm som overstiger hovedkretsens kapasitet, må brukes. For å minimere parasittisk induktans anbefales det høyfrekvente, høyytelses dempkapsler.

3.2 Motorposisjonsdeteksjonskrets

Dette designet fastslår nøyaktig rotors magnete polposisjoner, noe som muliggjør presis kommutasjonskontroll av statorvindinger. Tre Hall-effektsensorer monteres på en Hall-skive, mens en sirkulær permanent magnet simulerer motorens magnetfelt for å øke posisjonsnøyaktigheten. Når magneten roterer, varierer Hall-sensorutsignalene tydelig, noe som tillater nøyaktig elektronisk rotorposisjonering.

3.3 Hastighetsdeteksjonskrets

En optisk rotasjonsekoder—bestående av infrarød LED–fototransistor optokuplinger og en perforert skjermeskive—brukes til å måle rotorfarten. Optokuplingene er jevnt fordelt i et sirkulært mønster. Skjermeskiven, plassert mellom LED-ene og fototransistorer, inneholder vinduer som modulerer lysstrømningen når den roterer. Det resulterende pulserende utdata-signalet muliggjør beregning av rotorakselerasjon og hastighet.

3.4 Strømdeteksjonskrets

Tradisjonell shunt-motstandsbasert deteksjon lider av termisk drift og dårlig nøyaktighet. I tillegg risikerer utilstrekkelig elektrisk isolasjon mellom strøm- og kontrollkretser at høyspennings-transienter kan skade følsomme elektronikker.

For å løse dette bruker det forbedrede designet en elektrisk isolert Hall-effekts strømsensor. Under drift oppdages vekselstrømmen i motorvindingene, og et summeringsforsterker behandler sensorutsignalene. Etter proporsjonell skalering oppnås et trygt, isolert strømsignal.

3.5 Kondensatorlade/lastekontrollkrets

BLDCM-systemet erstatter konvensjonell energilagring med kondensatorbaserte løsninger, noe som betydelig forbedrer effektiviteten og forenkler lade/lastekontroll. En digital signalprosessor overvåker kontinuerlig kondensatorspenningen og avslutter kun lading når operasjonsgrenser er oppfylt. Dette designet er fremragende for energiadministrasjon og signalfanging, noe som muliggjør presis kretskontroll.

4. Konklusjon

Styresystemet for motorstyrte mekanismer for høyvoltskoplingsskille represents en strategisk respons til økende strømbehov og et engasjement for å ivareta moderne levevaner. Ved effektivt å løse de langvarige begrensningene til tradisjonelle koplingskille, spiller dette systemet en sentral rolle i å fremme påliteligheten, effektiviteten og intelligensen i strøminfrastrukturen.