[发明专利]一种高压断路器永磁凸极电机操动机构及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于高压开关设备领域操动技术，特别涉及高压断路器永磁凸极电机操动机构及控制方法。

背景技术

高压断路器是电力系统中最重要最复杂的设备之一，它能否正常实现快速分、合闸操作对电网安全稳定的运行起到了决定性的作用。传统断路器操动机构构结构复杂，运动部件多，可控性和可靠性不佳。复杂的操动机构致使操动机构的响应时间长、分散性大，其结构不能完全满足断路器的运动特性和操作特性。随着高压断路器智能化水平的提高，智能设备已从最初的断路器外围监测与控制发展到状态信号采集技术、状态监测与故障诊断、操作智能化、二次控制系统智能化等多个方面，其中最关键的是断路器的操作智能化。传统操动机构不能针对给定的断路器预期动作曲线实施准确跟踪，亦不能全操作过程的速度可控调节，导致动态控制特性不理想，不易保证满足现代电力系统对断路器操作智能化的要求。因此有必要研究一种控制性能良好的高压断路器操动机构。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高压断路器永磁凸极电机操动机构及控制方法，以达到对加在凸极式永磁电机上电压的控制，实现对高压断路器电机操动机构分合闸速度的随动制。

本发明的技术方案是这样实现的：一种高压断路器永磁凸极电机操动机构，主要由驱动电机和电机控制器组成；电机控制器通过电缆线与驱动电机端部连接，光电编码器安装在驱动电机的端部与电机主轴固定连接并通过屏蔽通信线与电机控制器相连；驱动电机的输出主轴通过对接法兰盘与转动主轴连接，三个传动曲柄一端与传动主轴键连接，实现了操动机构与断路器本体的机械连接；

所述永磁凸极操动机构的驱动电机主要由电机定子、电机凸极转子、电机主轴、永磁体和电枢绕组组成；电机定子与电机凸极转子用过平键固定连接，永磁体粘合在电机凸极转子上，电枢绕组为单相绕组，沿对称分界面对称绕置于电机定子中的开槽内；

所述的驱动电机靠自身产生的电磁转矩驱动凸极转子转，进而带动断路器进行分、合闸操作；在单相电枢绕组中施加电流，永磁体产生的磁场在电磁力的作用使凸极转子转动；

所述的永磁体不越过驱动电机的对称分界面，使凸极转子在有限转角内转动。

所述的驱动电机的单相电枢绕组主要由启动绕组和制动绕组组成。

电机控制器主要由电源模块、信号采集模块、信号调理模块、AD转换模块、数据处理单元、通讯模块、分合闸信号模块、隔离驱动电路、升压模块以及IGBT模块组成；

在所述的电机控制器内，信号采集模块采集电机电流信号，经信号调理模块使采集到的信号幅值稳定在0～5V以内经调理后的信号输入到信号AD转换模块，经过AD转换模块后输入到数据处理单元，数据处理单元处理根据输入信号和电机分合闸指令，发出对应的PWM波，该PWM波经隔离驱动电路、升压模块传递给IGBT模块，进而控制IGBT模块的开断，实现对电机运动的控制；分合闸信号模块为驱动电机的分合闸动作提供控制指令，并将该指令传递给数据处理单元。

所诉的数据处理单元还可与上位机的通讯，通过上位机实现对下位机分合闸指令的发送，也可通过上位机实现对驱动电机电流和电机速度曲线的显示。

所述的电源模块进一步包括直流电源模块和驱动电机充电电容器组模块。

一种高压断路器永磁凸极电机操动机构的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：对驱动电机充电电容器组进行充电，同时通过上位机将驱动电机预设的转速和电流曲线存储于电机控制器中，设置速度权重系数和电流权重系数；

步骤2：电机控制器检测是否接到分、合闸指令，若收到分、合闸指令，则控制驱动电机旋转，否则继续检测；

步骤3：采集高压断路器永磁凸极电机操动机构的驱动电机电枢电流、转速信号，通过信号调理和AD转换后传送到数据处理单元，并与电机控制器中储存的预设的电流、转速信号比较，通过权重模糊PID算法调节PWM信号的占空比和频率，最终达到控制驱动电机运动的目的，具体包括以下步骤：

步骤3.1：数据处理单元进行PWM信号的初始化，然后发出PWM信号驱动IGBT导通和关断，进而实现将充电电容器组中的电压加到电枢绕组两端；

步骤3.2：采集模块实时采集驱动电机的电流和转速信号，经过信号调理模块和AD转换模块的处理后，将驱动电机的实测电流和实测转速传送至数据处理单元；

步骤3.3：数据处理单元将经处理后的驱动电机转速和电流信号分别与预定的驱动电机转速和电流值进行比较，采用权重模糊PID算法对转速和电流信号进行整定，并相应的调节PWM信号占空比的大小；