發(fā)布時(shí)間：2020-05-17 12:21

【摘要】：高壓斷路器在電網(wǎng)運(yùn)行中起著重要的設(shè)備控制與保護(hù)的雙重作用,核心部件包括滅弧室、動(dòng)靜觸頭和操動(dòng)機(jī)構(gòu)。為了可靠地滅弧,操動(dòng)機(jī)構(gòu)都是以開斷短路大電流為設(shè)計(jì)目標(biāo)。常用的液壓、氣動(dòng)、彈簧等操動(dòng)機(jī)構(gòu)均采用預(yù)先儲(chǔ)能的方式,當(dāng)對(duì)機(jī)構(gòu)發(fā)出控制命令時(shí),能夠立刻釋放預(yù)儲(chǔ)能量完成分合閘操作,具有輸出功大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)過程不可控的缺點(diǎn)。為滿足電網(wǎng)智能化的發(fā)展需要,提高斷路器在運(yùn)動(dòng)過程中的實(shí)時(shí)可控性,本文采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和通信技術(shù),設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制系統(tǒng),以滿足斷路器的分合閘要求。主要開展以下工作:(1)以無刷直流電機(jī)為研究對(duì)象,對(duì)電機(jī)啟動(dòng)過程中的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析,建立驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)學(xué)模型,計(jì)算電機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩與繞組電壓的關(guān)系,并通過Matlab建立控制系統(tǒng)仿真模型,證明了驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度與繞組電壓有關(guān),可以通過調(diào)節(jié)電壓實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的調(diào)節(jié)。(2)結(jié)合126kV真空斷路器的動(dòng)態(tài)特性,對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與斷路器的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行分段優(yōu)化設(shè)計(jì),對(duì)斷路器分合閘的開距階段進(jìn)行分段控制,對(duì)真空斷路器的觸頭運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。針對(duì)斷路器運(yùn)動(dòng)特性的需求對(duì)電機(jī)的各個(gè)參量進(jìn)行了設(shè)計(jì)選取,確定了電機(jī)的總體參數(shù)。對(duì)所設(shè)計(jì)的永磁無刷直流電機(jī)在Ansoft中進(jìn)行建模仿真,并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。(3)搭建了電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的硬件控制系統(tǒng),主要包括儲(chǔ)能檢測單元、開關(guān)電容器組單元、整流逆變單元、信號(hào)采集單元、主處理器單元、隔離驅(qū)動(dòng)單元等。針對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的硬件電路,建立相應(yīng)的程序框圖以及程序編寫,并通過開關(guān)電容器組升壓裝置實(shí)現(xiàn)了控制裝置的2倍升壓。對(duì)所設(shè)計(jì)軟、硬件相結(jié)合的控制裝置進(jìn)行組裝調(diào)試,完成了電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的整體研發(fā)。(4)開展了真空斷路器電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)和不同操作方式下的分合閘操作實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析得到,增加儲(chǔ)能電容的存儲(chǔ)電壓值可以增加斷路器的動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)速度,減小斷路器的分合閘時(shí)間。采用開關(guān)電容器組進(jìn)行分合閘特性實(shí)驗(yàn)與普通分合閘特性實(shí)驗(yàn)相比,總合閘時(shí)間減少11.1ms,合閘速度增加0.67m/s,總分閘時(shí)間減少25.8ms,分閘速度增加1.67m/s,結(jié)果證明了控制裝置的穩(wěn)定性與合理性。
【圖文】：

沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文操作桿，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的能量傳遞過程。采用先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)永磁電機(jī)的跟蹤與，不僅滿足斷路器的開關(guān)速度和時(shí)間要求，而且在性能和功能方面也有許多新的，并能夠完成對(duì)運(yùn)動(dòng)過程的控制，這是傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)沒有的優(yōu)勢。ABB 已在其瓷柱式式斷路器和 GIS 中使用了這種電機(jī)操作機(jī)構(gòu)。圖 1.1 為 145kV 帶電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器，可實(shí)現(xiàn)超靜音運(yùn)行和智能電網(wǎng)應(yīng)用，調(diào)試安裝簡單方便，并且已在沙漠帶地區(qū)和寒冷氣候等不同環(huán)境條件中獲得了證實(shí)，，實(shí)現(xiàn)了斷路器的智能控制[41-42]。

a 應(yīng)用于 40.5kV 斷路器的驅(qū)動(dòng)電機(jī) b 應(yīng)用于 126kV 真空斷路器驅(qū)動(dòng)電圖 1.2 斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)Fig. 1.2 Circuit breaker operating mechanism drives motor 升壓變換器的發(fā)展現(xiàn)狀了對(duì)過電壓進(jìn)行抑制，減少電機(jī)啟動(dòng)的延遲時(shí)間，提高斷路器的分合閘要提高控制系統(tǒng)的電壓增益和工作特性，設(shè)計(jì)出一種高可靠性可控的升海內(nèi)外眾多專家學(xué)者投心于高增益轉(zhuǎn)換器的研發(fā)，其中，輸入輸出均采益升壓變換器能夠?qū)崿F(xiàn)較好的升壓能力，但是電路拓?fù)漭^復(fù)雜，控制電且電感元件較多，變換器體積大[45]。n 級(jí)級(jí)聯(lián)型 Boost 變換器，能夠?qū)崿F(xiàn)能，但是工作電壓與額定電壓的比值較大，使變換器的工作效率降低[4克服了傳統(tǒng)電壓源與電流源變換器的不足，但是存在升壓能力不足。采阻抗網(wǎng)絡(luò)的方法能夠?qū)崿F(xiàn)電壓增益的提高，變換效率高，但主電路拓?fù)洌瑢?duì)于確保級(jí)聯(lián) Z 源阻抗網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行也具有一定的困難�；�于 Cuk 采用電容電壓自舉技術(shù)實(shí)現(xiàn)升壓作用，雖然輸入電流和輸出電壓波紋較
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM561;TM33

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本文編號(hào)：2668539