[实用新型]一种高压断路器直线电机操动机构

说明书

技术领域

本实用新型属于输变电设备技术领域，特别涉及一种高压断路器直线电机操动机构，适用于断路器的智能化操作。

技术背景

高压断路器在电网中起控制和保护作用，是输变电领域的一种重要设备，它不但要保证断路器长期的动作可靠性，而且要满足灭弧特性对操作机构的要求。为此要求断路器有良好的操作性能。现今所使用的断路器操作机构是采用弹簧、液压或气动技术，都是传统的机械式设计，主要由连杆，锁扣，以及能量供应系统等几部分组成，环节多，累计运动公差大且响应缓慢，可控性差，效率低。响应时间一般要几十个毫秒。另外这些操动机构的动作分散性也较大。结构比较复杂，零件数量多，加工要求高。运动过程不可控，效率低，特性不稳定，长期运行不可靠等。

实用新型内容

为了解决上述存在的问题，本实用新型提供一种用于高压断路器的直线电机操动机构。它是取消传统操动机构的机械驱动部分，采用一台电子式控制的直线伺服电机直接驱动断路器的操动杆，直线电机基于微计算机控制、电力电子驱动，采用带位置速度检测的闭环自适应控制。实现其动触头移动，位置、速度可控可调，精确的控制断路器的运动过程，实现良好的分合闸特性。

本实用新型包括有直线电机及伺服控制器，直线电机的次级和高压断路器的动触头通过绝缘拉杆连接，直线电机通过其上的电枢绕组以及位置和速度传感器与伺服控制器连接。

其直线电机包括初级铁心、次级铁心、永磁体、位置和速度传感器，沿径向由内到外依次分布为：次级铁心、电枢绕组、初级铁心、壳体，初级铁心由硅钢片叠压而成若干个槽形结构，在相对次级铁心侧的槽中置有电枢绕组，次级铁心上依次嵌放有极性相反的永磁体，永磁体构成电机的磁极，相邻两磁级之间置有非导磁材料，电枢绕组在槽中按整距波绕组的方式排列；位置传感器安装在电机初级上，速度传感器装在电机的次级上。位置传感器为霍尔元件，速度传感器为直线光栅。

本实用新型中的伺服控制器包括电源单元、储能单元、输入输出单元、控制单元及驱动单元，电源单元为电源或者蓄电池，分别连接控制单元和储能单元，电容器作为断路器动作的储能单元，通过电源充电；输入输出单元包括键盘、显示器以及通讯接口，连接控制单元，实现分合闸命令的输入和电机状态的输出，显示以及与计算机等设备的通讯；控制单元主要由微处理器构成，分别连接输入输出单元和驱动单元，电机上的位置和速度传感器分别与控制单元连接，将电机的位置以及速度信号传给控制单元，控制驱动单元向电机提供能量；驱动单元由IGBT组成的智能功率模块及IPM驱动模块IR2130组成，分别与控制单元、储能单元和电机相连。

本实用新型中伺服控制器的控制过程，按以下步骤执行：

1.初始化；

2.判断断路器处于分/合位置；

3.等待分/合命令；

4.调用分/合闸中断服务过程；

5.分/合闸过程结束；

6.保存分/合闸过程；

7.结束返回等待分/合闸命令。

上述步骤4中分/合闸服务中断子过程，按以下步骤执行：

1.磁极位置判断：

检测位置传感器信号，并确定是否换向，需要换向，则进入换向服务过程，不需要，则继续往下执行；

2.读取速度；

3.比较速度；

4.调节速度；

5.读取电流；

6.调节电流；

7.确定PWM占空比；

8.更新PWM寄存器；

9.判断是否结束；

10.返回。

上述分/合闸服务中断服务过程中步骤1判断磁极位置中的换向服务过程，按以下步骤执行：

1.保护现场；

2.读取换向控制字；

3.查找开关管工作状态；

4.换向；

5.恢复现场退出。

本实用新型的直线电机通过伺服控制器控制，分合闸命令通过输入输出的接口单元传给控制器，控制器根据得到的命令发送控制指令以控制驱动单元，驱动单元由智能功率模块(简称IPM)构成及IPM驱动模块IR2 103组成，IPM集功率变换、驱动及保护电路于一体。通过驱动单元将由储能电容器储存的能量转换成电机需要的能量并输送给电机来驱动断路器动作。同时电机上的位置传感器将检测到的信号传给控制单元，控制单元将得到的位置信号同预先存储的断路器预设的速度曲线相对比，并发送更进一步的控制命令，电机的出力和速度可连续调节，以保持尽可能小的偏差。整个运动过程通过预设程序精确控制。