Sistem kontrole mehaničkih pogona za visokonaponske prekidače

Visokonaponski prekidači zahtevaju mehanizme sa brzom reakcijom i visokim momentom. Većina trenutno korišćenih motor-sklopljenih mehanizama zavisi od niza reduktorskih komponenti, ali kontrolni sistemi motor-sklopljenih mehanizama efektivno ispunjavaju ove zahteve.

1. Pregled sistema kontrole motor-sklopljenog mehanizma za visokonaponske prekidače

1.1 Osnovna koncepta

Sistem kontrole motor-sklopljenog mehanizma uglavnom se odnosi na sistem koji koristi strategiju dvostrukog petljanog PID kontrole kako bi regulisao struju u obmotu motora i kutnu brzinu, time kontrolišući pokretanje mehanizma. Ovo osigurava da kontakti prekidača dostignu određene brzine na predviđenim tačkama putovanja, zadovoljavajući potrebne brzine otvaranja i zatvaranja prekidača (DS).

Prekidači (DS) su najčešće korišćeni tip visokonaponskog sklopovinskog opreme. Oni efikasno stvaraju izolacionu prazninu u električnim mrežama, ispunjavajući ključne funkcije izolacije i igraju vitalnu ulogu u prebacivanju linija i rekonfiguraciji busova. Primarna funkcija sistema kontrole motor-sklopljenog mehanizma je automatsko nadgledanje napona i struje, izolacija visokonaponskih sekcija i osiguranje sigurnosti u visokonaponskim zonama.

1.2 Status istraživanja i trendovi razvoja

(1) Status istraživanja
U visokonaponskom opremu, sistemi kontrole motor-sklopljenih mehanizama su široko prihvaćeni zbog svoje jednostavne strukture i brzog rada, što omogućava lakšu kontrolu. Istraživačke institucije i univerziteti širom sveta jasno su razdvojili motor-sklopljene mehanizme od mehaničkih ili hidrauličkih mehanizama, ističući njihovu strukturnu jednostavnost, veću stabilnost, jednostavnije metode skladištenja stlačenog gasa i manju složenost operacija u odnosu na konvencionalne sisteme.

Operativno, sistem pokreće pokretanjem putem elektromagnetske sile generisane tokom kroz žice i internim promenama struje. Njegova primena u visokonaponskoj opremi postaje trend, a naučnici dostižu značajne napredne rezultate—kontinuirano poboljšavaju tehnologiju pogona motora i predlažu inovativne poboljšanja.

Iako takvi sistemi su često primenjeni na prekidačima, istraživanja njihove upotrebe na prekidačima su ograničena. Iako motori i kontolne komponente čine deo motor-sklopljenih sistema prekidača, ne postoji direktni pogonski sistem koji koristi motor za direktno pokretanje otvaranja/zatvaranja kontakata—što predstavlja značajne operativne ograničenja.

(2) Status razvoja
Međunarodno, proizvođači prekidača uglavnom se konkurišu poboljšavanjem mehaničkih struktura i integrisanjem novih materijala i tehnologija kako bi značajno poboljšali performanse kontrolnih sistema.

U Kini, uz postepeni napredak električne industrije, broj proizvođača se značajno povećao, a pojavilo se mnogo velikih kompanija koje se bave sistemima kontrole prekidača. Domaći visokonaponski sistemi prekidača evoluiraju ka višim naponima, većoj kapacitetu, poboljšanoj pouzdanosti, smanjenom održavanju, miniaturizaciji i modularnoj integraciji:

• Viši napon i kapacitet ugodjeruju se sa rastućim nacionalnim zahtevima za snabdevanje strujom;

• Poboljšana pouzdanost unapređuje sposobnost prenosa struje;

• Napredni materijali i tehnike protiv koroze pozitivno utiču na mehaničku fleksibilnost i smanjuju potrebu za održavanjem;

• Miniaturizacija odgovara rastućim zahtevima za versatiletnost i standardizaciju sistema.

2. Arhitektura sistema kontrole motor-sklopljenog mehanizma

2.1 BLDCM mehanizam sistema

BLDCM označava Bešćetni DC Motor. On pretvara AC struju u DC, a zatim koristi inverter kako bi je vratio u kontrolisanu AC. Sačinjen iz sinkronog motora i pogonskog uređaja, BLDCM je elektromehanički integrisan proizvod koji prevaziđe mane štetnih DC motora zamenjujući mehaničke komutatore elektronskim.

On kombinuje odličnu regulaciju brzine sa otpornoscu AC motora, obezbeđujući beziskru komutaciju, visoku pouzdanost i lako održavanje. U stanju pripremljenosti za rad visokonaponskih prekidača, BLDCM-ovi su obično opremljeni granicnim prekidačima i direktno pokreću DS putem kraka kako bi izvršili operacije otvaranja/zatvaranja—efikasno rešavajući tradicionalne probleme kao što su previše spajanja i složenost strukture.

2.2 DS mehanizam sistema

"DS" označava visokonaponski prekidač, koji pruža ključnu električnu izolaciju. Sa jednostavnom strukturom i visokom pouzdanosti, DS jedinice su široko korišćene i igraju ključnu ulogu u dizajnu, građevini i eksploataciji transformatornih stanica i elektranama.

U sistemima kontrole motor-sklopljenog mehanizma, DS mehanizam tipično koristi Digitalni Procesor Signala (DSP) kao centralni kontroler za upravljanje ukupnim funkcijama sistema. Sistem takođe uključuje:

• Kontrolu izolacije otvaranja/zatvaranja pogona;

• Detekciju pozicije motora;

• Detekciju brzine.

Za detekciju pozicije, pozicioni senzorski krug pruža precizne signale komutacije logičkom prekidačnom krugu. Brzina se meri koristeći enkoder koji detektuje brzinu rotora, sa LED izlaznim signalima koji reflektuju kutnu brzinu.

Tradicionalna detekcija struje zavisi od shunt otpornika, koji trpe od temperature-inducirane drift, kompromitirajući preciznost merenja. Takođe, nedovoljna električna izolacija između spoljnog i kontrolnog kruga može amplifikovati talase napona, pri čemu se pretpostavlja opasnost za sigurnost sistema.

U dizajnu kontrole punjenja/ispustanja, BLDCM sistem zamenjuje konvencionalno skladištenje energije kondenzatorima. Banka kondenzatora se puni i zatim izoluje od spoljnog izvora struje, unapređujući bezbednost i efikasnost.

3. Unapređenja u dizajnu sistema kontrole mehanizma sa pogonom motorom

3.1 Kontrolni krug za upravljanje povezivanjem/odvojivanjem

Ovaj krug kontrolisanjem strujnih tokova u trofaznim obmotcima upravlja napajanjem prekidačkih uređaja i implementira efektivne strategije za trajektoriju preklapanja. Smanjuje privremene prekomjerne napon i gubitke pri preklapanju, osiguravajući sigurnu i stabilnu operaciju komponenti.

Kada je prekidnik isključen, kondenzator apsorbira strujni tok pri punjenju preko diode. Kada je uključen, ispustanje se dešava kroz otpornik. Moraju se koristiti brzi oporavljivi diodi sa nominalnim strujama koje prelaze na kapacitet glavnog kruga. Za smanjenje parazitnog induktivnog efekta, preporučuju se visokofrekventni, visoko performansni snubber kondenzatori.

3.2 Krug za detekciju pozicije motora

Ovaj dizajn tačno određuje pozicije magnetnih polova rotora, omogućavajući preciznu komutaciju statorskih obmotaca. Tri senzora Hall-efekta su fiksirana na disk Hall-efekta, dok kružni permanentni magnet simulira magnetsko polje motora kako bi se poboljšala tačnost pozicioniranja. Kako se magnet vrte, izlazi Hall senzora se značajno razlikuju, omogućavajući precizno elektronsko pozicioniranje rotora.

3.3 Krug za detekciju brzine

Optički rotacijski enkoder - koji se sastoji od infracrvenih LED-fototranzistor optokupljača i diska sa otvorima - koristi se za merenje brzine rotora. Optokupljači su ravnomerno raspoređeni u kružnom obliku. Disk sa otvorima, smješten između LED-ova i fototranzistora, sadrži prozore koji moduliraju prijenos svjetlosti dok se vrte. Rezultirajući pulsirajući izlazni signal omogućava izračunavanje ubrzanja i brzine rotora.

3.4 Krug za detekciju struje

Tradicionalna detekcija temeljena na shunt otpornicima trpi termalni drift i lošu tačnost. Takođe, nedovoljna električna izolacija između napajanja i kontrolnih krugova riziči oštećenje osjetljive elektronike visokim naponima.

Da bi se to rešilo, unapređeni dizajn koristi električki izolovani senzor struje Hall-efekta. Tijekom operacije, alternativna struja u obmotcima motora se registruje, a sumirajući pojačivač obrađuje izlaz senzora. Nakon proporcionalnog skaliranja, dobija se siguran, izolovani strujni signal.

3.5 Krug za kontrolu punjenja/ispustanja kondenzatora

BLDCM sistem zamenjuje konvencionalno skladištenje energije rješenjima temeljenim na kondenzatorima, značajno unapređujući efikasnost i pojednostavljivajući kontrolu punjenja/ispustanja. Digitalni signalni procesor neprestano nadgleda napon kondenzatora i prekida punjenje tek kada su operativni pragovi dostignuti. Ovaj dizajn izdvaja se u upravljanju energijom i prikupljanju signala, omogućavajući preciznu kontrolu kruga.

4. Zaključak

Sistem kontrole mehanizma sa pogonom motorom za visokonaponske prekidače predstavlja strategiju odgovora na porast potreba za energijom i angažovanje da se zaštiti moderni standard života. Efektivno rešavajući dugotrajne ograničenja tradicionalnih prekidača, ovaj sistem igra ključnu ulogu u unapređenju pouzdanosti, efikasnosti i inteligencije infrastrukture za energiju.