Sistem za nadzor motorne pogoni za visokonapetostne odločevalne preklopnike

Visokonapetostni preklopi zahtevajo pogonske mehanizme z hitrim odzivom in visokim izhodnim vrtljajem. Večina trenutno uporabljenih motorjevskih mehanizmov se oslanja na serijo reducirnih komponent, vendar sistem za nadzor motorjevskih mehanizmov učinkovito zadostva tem zahtevam.

1. Pregled sistema za nadzor motorjevskih mehanizmov za visokonapetostne preklope

1.1 Osnovni koncept

Sistem za nadzor motorjevskih mehanizmov se glavno nanaša na sistem, ki uporablja strategijo dvojnega zanke PID za regulacijo tokov v navoji motorja in kotne hitrosti, s čimer nadzira gibanje mehanizma. To zagotavlja, da dosežejo stiki preklopa (DS) določene hitrosti na predpisanih točkah potovanja, kar zadostva zahtevanemu odpiranju in zapiranju preklopa (DS).

Preklopi (DS) so najpogosteje uporabljena vrsta visokonapetostnega preskokovega opreme. Učinkovito ustvarijo izolacijsko vrzel v električnih omrežjih, kar izpolnjuje ključne funkcije izolacije in igra vitalno vlogo pri preklopu linij in rekonfiguraciji matičnih vod. Glavna funkcija sistema za nadzor motorjevskih mehanizmov je avtomatski nadzor napetosti in toka, izolacija visokonapetostnih odsekov in zagotavljanje varnosti v območjih visoke napetosti.

1.2 Raziskovalno stanje in razvojni trendi

(1) Raziskovalno stanje
V visokonapetostni opremi so sistemi za nadzor motorjevskih mehanizmov široko sprejeti zaradi preproste strukture in hitrega delovanja, kar omogoča lažjo kontrolnost. Raziskovalne institucije in univerze po vsem svetu jasno ločujejo motorjevske mehanizme od mehanizmov s prženjem ali hidravličnih, ki izpostavljajo njihovo preprosto strukturo, boljšo stabilnost, preprosteje metode shranjevanja stlačenega plina in manj kompleksnost operacij glede na konvencionalne sisteme.

Operativno sistem začne gibanje z elektromagnetsko silo, generirano z notranjimi spremembami toka v tokonosnih navojih. Njegova uporaba v visokonapetostni opremi postaja trend, saj so znanstveniki dosegli opazne napredek – stalno izboljšujejo tehnologije pogona motorjev in predlagajo inovativne izboljšave.

Čeprav so takšni sistemi pogosto uporabljeni za preklopnike, raziskave o njihovi uporabi v preklopih ostajajo omejene. Čeprav motorji in kontroldne komponente tvorijo del motorjevskih sistemov preklopov, ne obstaja noben neposredni pogonski sistem, ki bi uporabljal motor za neposredno aktiviranje odpiranja/zapiranja kontaktov – kar predstavlja značilne operativne omejitve.

(2) Stanje razvoja
Mednarodno se proizvajalci preklopov predvsem tekmujejo s posodabljanjem mehaničnih struktur in integracijo novih materialov in tehnologij, da bistveno izboljšajo zmogljivost nadzornih sistemov.

V Kitajski, z rednimi napredki v elektrarništvu, je število proizvajalcev zelo narastlo in pojavilo se je veliko več velikih podjetij za nadzor preklopnikov. Domaca visokonapetostna sistema preklopa se razvijajo v smeri višjih napetostnih stopnji, večje kapacitete, povečane zanesljivosti, manjšega vzdrževanja, miniaturizacije in modulne integracije:

• Višje napetosti in kapaciteta se prilegajo rastočim nacionalnim zahtevam za oskrbo s struje;

• Povečana zanesljivost izboljša zmogljivost nosilca toka;

• Napredni materiali in tehnike proti koroziji povečujejo mehansko fleksibilnost in zmanjšujejo potrebo po vzdrževanju;

• Miniaturizacija zadostva rastočim zahtevam po raznolikosti in standardizaciji sistema.

2. Sistemska arhitektura sistema za nadzor motorjevskih mehanizmov

2.1 BLDCM mehanizem sistema

BLDCM je okrajšava za Beščetni DC Motor. Preračuna AC struja v DC in nato uporablja inverter, da jo spet pretvori v kontrolirano AC. BLDCM, sestavljen iz sinhronnega motorja in pogona, je elektromehanski integrirani izdelek, ki prekomostva pomanjkljivosti motorjev s četami, zamenjavo mehanskih komutatorjev z elektronskimi.

Združuje odlično regulacijo hitrosti z trdnostjo AC motorjev, z lastnostmi brez iskrjenja, visoko zanesljivostjo in enostavno vzdrževanjem. V pripravnih mehanizmih za visokonapetostne preklope so BLDCM tipično opremljeni z mejnimi preklopi in neposredno gonijo DS skozi krak, da izvajajo operacije odpiranja/zapiranja – učinkovito rešujejo tradicionalne probleme, kot so preveliki povezavi in strukturna kompleksnost.

2.2 DS mehanizem sistema

"DS" označuje visokonapetostni preklop, ki zagotavlja ključno električno izolacijo. Z preprosto strukturo in visoko zanesljivostjo so enote DS široko uporabljene in igrajo ključno vlogo v načrtovanju, gradnji in delovanju transformatornih postaj in elektrarn.

V sistemih za nadzor motorjevskih mehanizmov tipično uporablja DS mehanizem Digitalni Procesorski Signal (DSP) kot glavni nadzornik za upravljanje celotnih funkcij sistema. Sistem vključuje tudi:

• Kontrola pogona odpiranja/zapiranja izolacije;

• Deteckcija položaja motorja;

• Merjenje hitrosti.

Za detekcijo položaja občutljiva krožnica za položaj zagotavlja točne signale za komutacijo logičnemu preklopnom krogu. Hitrost se meri z enkoderjem, ki zazna hitrost rotora, LED izhodni signali odražajo kotno hitrost.

Tradicionalna detekcija toka se oslanja na šunt odpornike, ki trpijo zaradi temperature, kar kompromitira točnost merjenja. Poleg tega nedostatek električne izolacije med zunanjimi in nadzornimi krogi lahko poveča udarne napetosti, ki ogrožajo varnost sistema.

V električnem vezju za nadzor nabiranja/izpustanja je BLDCM sistem zamenjal konvencionalno shranjevanje energije s kondenzatorji. Banka kondenzatorjev se napiše in nato izolira od zunanjega viru struje, kar poveča varnost in učinkovitost.

3. Izboljšave v načrtovanju sistema za nadzor mehanizma z motorjem

3.1 Vezje za nadzor odpiranja/zapiranja izolacijskega pogona

To vezje nadzira tok trifaznih viklov tako, da upravlja napajalne preklopnike in izvaja učinkove strategije za pot preklopnika. To zmanjša prehodne previsoke napetosti in izgube pri preklopnih operacijah, kar zagotavlja varno in stabilno delovanje komponent.

Ko je preklopnik izklopljen, kondenzator absorbuje tok izklopa preko diode med nabiranjem. Ko je vklopljen, se izpusta skozi upornik. Pravilno je uporabiti hitroobnovljive diode z nominalnimi toki, ki presegajo oceno glavnega vezja. Za zmanjšanje parazitne indukcije se priporočajo visokofrekvenčni, visoko zmogljivi snubber kondenzatorji.

3.2 Vezje za določanje lega motorja

Ta načrt točno določa položaje magnetnih polov rotora, kar omogoča natančen nadzor komutacije statornih viklov. Tri Hall-efektovska senzorja so fiksirani na Hall disk, medtem ko krožni stalni magnet simulira magnetno polje motorja za izboljšano točnost lega. Ko se magnet vrte, se izhodi Hall senzorjev razlikujejo, kar omogoča natančno elektronsko določanje lega rotorja.

3.3 Vezje za določanje hitrosti

Za merjenje hitrosti rotorja se uporablja optični rotacijski šifrirnik, sestavljen iz infrardečih LED-fototransistorjev in perforiranega diska. Optokuplji so ravnomerno porazdeljeni v krožnem vzoru. Perforirani disk, postavljen med LED-ji in fototransistorji, vsebuje okna, ki modulirajo prenos svetlobe ob vrtenju. Rezultirajoči impulzni izhodni signal omogoča izračun pospeška in hitrosti rotorja.

3.4 Vezje za določanje toka

Tradicionalni način določanja toka z uporabo šunt uporov trpi zaradi termalnega drifa in slabe točnosti. Poleg tega nedostatečna električna izolacija med napajalnim in nadzornim vezjem lahko povzroči, da občutljiva elektronika poškodujejo visokonapetostne transjenti.

Za reševanje tega problema izboljšan načrt uporablja električno izoliran Hall-efektovski senzor toka. Med delovanjem se zazna izmenični tok v motorjih, in seznamski posiljnik obrađuje izhod senzorja. Po proporcionalnem merilu se pridobi varni, izoliran signal toka.

3.5 Vezje za nadzor nabiranja/izpustanja kondenzatorjev

BLDCM sistem zamenja konvencionalno shranjevanje energije s rešitvami na osnovi kondenzatorjev, kar znatno izboljša učinkovitost in poenostavi nadzor nabiranja/izpustanja. Digitalni signalni procesor neprekinjeno spremlja napetost kondenzatorja in prekine nabiranje le, ko so operativni pragovi doseženi. Ta načrt izstopa v upravljanju energije in zajemanju signalov, kar omogoča natančen nadzor vezja.

4. Zaključek

Sistem za nadzor mehanizmov z motorjem za visokonapetostne izolacijske preklopnike predstavlja strategijo odziva na naraščajoče zahteve po energiji in zavezanost varovanju sodobnih standardov življenja. Z učinkovitim reševanjem dolgoletnih omejitev tradicionalnih izolacijskih preklopnikov ta sistem igra ključno vlogo pri napredku zanesljivosti, učinkovitosti in inteligentnosti infrastrukture za energijo.