Yüksek Gerilim Kesici Anahtarlari için Motorla İşletilen Mekanizma Kontrol Sistemi
Yüksek gerilimli ayırıcılar hızlı tepki ve yüksek çıkış torkuna sahip çalışma mekanizmaları gerektirir. Mevcut birçok motorlu mekanizma bir dizi indirgeme bileşenine bağlı olsa da, motorlu mekanizma kontrol sistemleri bu gereksinimleri etkili bir şekilde karşılar.
1. Yüksek Gerilimli Ayırıcılar için Motorlu Mekanizma Kontrol Sistemi Genel Bakış
1.1 Temel Kavram
Motorlu mekanizma kontrol sistemi, genellikle motor bobin akımını ve dönme hızını düzenlemek için çift döngülü PID kontrol stratejisini kullanan bir sistemdir. Bu, mekanizmanın hareketini kontrol ederek, ayırıcı kontaktlarının belirlenen seyahat noktalarında belirli hızlara ulaşmasını sağlar ve ayırıcının (DS) gerekli açma ve kapatma hızlarına uyması sağlanır.
Ayırıcılar (DS), yüksek gerilimli anahtar ekipmanları arasında en yaygın kullanılan tiptedir. Güç ağlarında izolasyon boşluğu oluşturarak kritik yalıtım fonksiyonlarını yerine getirir ve hat geçişinde ve anabaskıda yeniden yapılandırma işlemlerinde önemli rol oynar. Motorlu mekanizma kontrol sisteminin temel işlevi, voltajı ve akımı otomatik olarak izleyerek, yüksek gerilimli bölümleri izole etmek ve yüksek gerilimli alanlardaki güvenliği sağlamak olacaktır.
1.2 Araştırma Durumu ve Gelişim Trendleri
(1) Araştırma Durumu
Yüksek gerilimli ekipmanlarda, motorlu mekanizma kontrol sistemleri basit yapısı ve hızlı işlemesi nedeniyle yaygın olarak benimsenmiştir, kontrolün kolaylığı sağlar. Dünya çapındaki araştırma kurumları ve üniversiteler, motorlu mekanizmaları yay ve hidrolik mekanizmalardan net bir şekilde ayırt etmiş, yapısal basitliklerini, üstün istikrarlılığını, daha basit sıkıştırılmış gaz depolama yöntemlerini ve geleneksel sistemlere kıyasla daha düşük işlem karmaşıklığını vurgulamışlardır.
İşlem açısından, sistem akım taşıyan bobinler ve iç akım değişiklikleri tarafından üretilen manyetik kuvvet ile harekete geçirilir. Yüksek gerilimli ekipmanlarda kullanımı bir trend haline gelmektedir, bilim insanları sürekli olarak motor sürme teknolojilerini geliştirerek ve yenilikçi iyileştirmeler önererek belirgin ilerlemeler kaydetmişlerdir.
Bu sistemler genellikle devre kesicilerde yaygın olarak kullanılırken, ayırıcılar üzerindeki kullanım konusundaki araştırmalar sınırlıdır. Motorlar ve kontrol bileşenleri ayırıcı motorlu sistemlerin parçası olmasına rağmen, doğrudan kontakt açma/kapanma işlemini gerçekleştiren bir doğrudan sürücü sistemi henüz mevcut değildir—bu, önemli işlem kısıtlamalarına yol açmaktadır.
(2) Gelişim Durumu
Küresel olarak, ayırıcı üreticiler mekanik yapıların geliştirilmesi ve yeni malzemeler ile teknolojilerin entegrasyonu aracılığıyla kontrol sistemi performansını önemli ölçüde artırmak suretiyle rekabet etmektedir.
Çin'de, elektrik endüstrisinin sürekli gelişimiyle birlikte üretici sayısı büyük ölçüde artmış ve birçok büyük ölçekli anahtar kontrol sistemi şirketi ortaya çıkmıştır. Yerel yüksek gerilimli ayırıcı sistemleri, daha yüksek gerilim dereceleri, daha büyük kapasite, artırılmış güvenilirlik, azaltılmış bakım, küçültme ve modüler entegrasyona doğru evrilmektedir:
Daha yüksek gerilim ve kapasite, ülke çapında artan elektrik taleplerine uygun hale gelmektedir;
Artan güvenilirlik, akım taşıma yeteneğini geliştirir;
Gelişmiş malzemeler ve paslanmazlık teknikleri, mekanik esnekliği artırır ve bakım ihtiyaçlarını azaltır;
Küçültme, artan sistem çok yönlülüğü ve standartlaşması taleplerini karşılar.
2. Motorlu Mekanizma Kontrol Sisteminin Sistem Mimarisi
2.1 BLDCM Mekanizma Sistemi
BLDCM, Fırçasız DC Motor anlamına gelir. AC gücünü DC'ye dönüştürür ve ardından bir inverter kullanarak denetlenen AC'ye çevirir. Senkron motor ve sürücüden oluşan BLDCM, fırçalı DC motorların eksikliklerini aşmak için mekanik komütatörleri elektronik komütatörlerle değiştirerek bir elektromekanik entegre üründür.
AC motorların dayanıklılığı ile mükemmel hız kontrolünü birleştirir, kıvılcımsız komütasyon, yüksek güvenilirlik ve kolay bakım özellikleri sunar. Yüksek gerilimli ayırıcılar için bekleme mekanizmalarında, BLDCM'ler genellikle limit anahtarlara sahiptir ve direkt bir kolu kullanarak DS'yi açma/kapanma işlemlerini gerçekleştirir—geleneksel sorunlar olan fazla bağlantılar ve yapısal karmaşıklığı etkili bir şekilde çözer.
2.2 DS Mekanizma Sistemi
"DS", kritik elektriksel yalıtımı sağlayan yüksek gerilimli ayırıcıyı ifade eder. Basit yapısı ve yüksek güvenilirliği ile DS birimleri geniş bir şekilde kullanılmaktadır ve alt istasyonların ve enerji santrallerinin tasarım, inşaat ve işletmesinde merkezi bir role sahiptir.
Motorlu kontrol sistemlerinde, DS mekanizması genellikle genel sistem fonksiyonlarını yönetmek için Dijital Sinyal İşleyici (DSP) çekirdek kontrolcüsünü kullanır. Sistem ayrıca şunları içerir:
Açma/kapanma yalıtım sürücü kontrolü;
Motor pozisyon tespiti;
Hız tespiti.
Pozisyon tespiti için, pozisyon algılama devresi mantıksal anahtarlama devresine doğru komütasyon sinyalleri sağlar. Hız, rotor hızını tespit eden bir kodlayıcı kullanılarak ölçülür ve LED çıkış sinyalleri dönme hızını yansıtır.
Geleneksel akım tespiti, sıcaklıkla ilgili kayma gösteren shunt dirençlere dayanır, bu da ölçüm doğruluğunu zedeleyebilir. Ayrıca, dış ve kontrol devreleri arasındaki yetersiz elektriksel yalıtım, voltaj sıçramalarını artırabilir, bu da sistem güvenliğini tehdit eder.
Şarj/boşaltma kontrol devresi tasarımı içinde, BLDCM sistemi geleneksel enerji depolama yerine kondansatörleri kullanır. Kondansatör bankası şarj edilir ve sonra dış güç kaynağından izole edilir, bu da güvenliği ve verimliliği artırır.
3. Motorlu Mekanizma Kontrol Sistemi İçin Tasarım İyileştirmeleri
3.1 Aç/Kapa İzolasyon Sürücü Kontrol Devresi
Bu devre, güç anahtarlama cihazlarını yöneterek üç faz bobin akımlarını kontrol eder ve anahtar yörüngesi için etkili stratejiler uygular. Geçici aşırı gerilim ve anahtar kayıplarını azaltarak, bileşenlerin güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlar.
Anahtar kapalı olduğunda, kondansatör şarj sırasında bir diyot aracılığıyla kapanış akımını emer. Anahtar açık olduğunda, boşalma bir direnç aracılığıyla gerçekleşir. Ana devrenin derecesini aşan nominal akımlara sahip hızlı kurtarma diyotları kullanılmalıdır. Parazit endüktansı minimize etmek için yüksek frekansta, yüksek performanslı snubber kondansatörler önerilir.
3.2 Motor Pozisyon Tespit Devresi
Bu tasarım, rotor manyetik kutup pozisyonlarını doğru bir şekilde belirleyerek, stator bobinlerinin hassas komütasyon kontrolünü sağlar. Üç Hall etkisi sensörü, bir Hall diskine sabitlenirken, dairesel kalıcı manyet, motorun manyetik alanını simüle ederek pozisyonel doğruluğu artırır. Manyet dönerken, Hall sensör çıkışı net bir şekilde değişir, bu da elektronik rotor konumunu hassas bir şekilde belirlemeyi sağlar.
3.3 Hız Tespit Devresi
Dairesel bir desende eşit aralıklarla dağıtılan kızılötesi LED-foto transistör optokopller ve pencereli bir kapatma diski içeren bir optik rotatif kodlayıcı, rotor hızını ölçmek için kullanılır. Kapatma diski, LED'ler ve foto transistörler arasında yer alır ve dönme sırasında ışık iletimini modüler hale getiren pencereler içerir. Sonuçta elde edilen pulslu çıkış sinyali, rotor ivmesi ve hızının hesaplanmasına olanak tanır.
3.4 Akım Tespit Devresi
Geleneksel shunt direnç tabanlı tespit, termal kayma ve düşük doğruluk sorunlarıyla karşı karşıyadır. Ayrıca, güç ve kontrol devreleri arasındaki yetersiz elektriksel izolasyon, hassas elektronik cihazları zarar görmesine neden olabilecek yüksek voltaj geçici durumlarına yol açabilir.
Bunu çözmek için, geliştirilmiş tasarım elektriksel olarak izole edilmiş bir Hall etkisi akım sensörü kullanır. İşlem sırasında, motor bobinlerindeki alternatif akım algılanır ve toplam amplifikatör sensör çıkışını işler. Orantılı ölçeklendirme sonrası, güvenli, izole edilmiş bir akım sinyali elde edilir.
3.5 Kondansatör Şarj/Boşaltma Kontrol Devresi
BLDCM sistemi, geleneksel enerji depolama yöntemlerinin yerine kondansatör tabanlı çözümleri kullanarak, verimliliği önemli ölçüde artırır ve şarj/boşaltma kontrolünü basitleştirir. Bir dijital sinyal işlemci, kondansatör gerilimini sürekli izler ve sadece operasyonel eşiğe ulaşıldığında şarjı sonlandırır. Bu tasarım, enerji yönetiminde ve sinyal alıcısında öne çıkmaktadır, hassas devre kontrolünü sağlar.
4. Sonuç
Yüksek gerilimli ayracılar için motorlu mekanizma kontrol sistemi, artan güç taleplerine stratejik bir yanıt niteliğindedir ve modern yaşam standartlarını koruma taahhüdüdür. Geleneksel ayracıların uzun süredir var olan sınırlamalarını etkili bir şekilde çözerek, bu sistem güç altyapısının güvenilirliğini, verimliliğini ve zekasını ilerletmede kilit bir rol oynar.
