[发明专利]高压断路器旋转伺服电机操动机构

说明书

技术领域

本发明属于输变电设备技术领域，特别涉及一种用于高压断路器的旋转伺服电机操动机构，适用于断路器的智能化操作。

技术背景

断路器的主要功能体现在触头的分/合闸，而分/合闸又是通过操动机构来实现的，因此操动机构的工作性能和质量的优劣，对高压断路器的工作性能和可靠性起着极为重要的作用。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。对高压断路器而言，要求操动机构既能获得较高的分合闸速度，又能快速实现自动重合闸操作。现有的操动机构主要有液压操动机构、弹簧操动机构或气动技术等，大都由一整套机械装置构成，零部件多，传动机构复杂，制造工艺要求高，且运动过程不可控。

发明内容

为了解决现有断路器存在的问题，本发明提供一种用于高压断路器的旋转伺服电机操动机构，采用高性能数字处理器DSP的伺服控制器进行控制，通过对旋转电机的转矩、转速及转动位置的控制，实现对断路器的智能控制。

本发明包括旋转电机、伺服控制器和传动机构，旋转电机的电机主轴通过传动机构与高压断路器的动触头连接，旋转电机通过电枢绕组以及位置传感器和速度传感器与伺服控制器连接。

旋转电机包括定子铁心、转子铁心、电枢绕组、永磁体、外壳、位置传感器和速度传感器以及制动保持装置，沿径向由内到外依次分布为：转子铁心、永磁体、电枢绕组、定子铁心、外壳，定子铁心由硅钢片叠压而成若干个槽形结构，在相对转子铁心侧的槽中置有电枢绕组，转子铁心上依次嵌放有极性相反的永磁体，永磁体构成旋转电机的磁极，相邻两磁极之间置有非导磁材料，电枢绕组形式采用单层集中整距；位置传感器安装在旋转电机定子铁心上，速度传感器装在旋转电机的转子铁心上。位置传感器为霍尔元件，速度传感器为编码器。

其中制动保持装置，当制动器线圈通电时，线圈产生的磁场使衔铁吸向磁轭，衔铁与制动盘脱离(释放)，当线圈断电时，磁通消失衔铁被释放，弹簧施压与衔铁，将制动盘上的摩擦片压紧，从而产生制动力矩，达到制动的目的，从而实现断路器的分/合闸位置的保持。

本发明中的伺服控制器由以下几个单元组成：

(1)电源单元——电源单元为直流电源或者蓄电池，分别连接控制单元和储能单元，

(2)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；

(3)输入输出单元——输入输出单元主要是接收分/合闸指令，包括键盘、显示器以及通讯接口，连接控制单元，实现分/合闸命令的输入和旋转电机状态的输出，显示断路器运行情况和下载运行记录及与计算机等设备的通讯等等；

(4)控制单元——控制单元主要由微处理器DSP和存储器构成，发送操作指令及控制驱动电路使旋转电机进行分合闸操作，并且存有预定的行程曲线，接收传感器发送的旋转电机位置信号和预定行程曲线相比较，控制旋转电机的运动。它分别连接输入输出单元，旋转电机上的位置传感器和速度传感器分别与控制单元相连，将旋转电机的位置以及速度信号传给控制单元，控制驱动单元向旋转电机提供能量；当旋转电机实现了分/合闸操作后，利用控制单元控制制动保持装置使旋转电机保持在分/合闸的位置。

本发明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.保持分/合闸状态；

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；

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。