高壓斷路器無刷線圈激磁直流電機操動機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種高壓斷路器無刷線圈激磁直流電機操動機構(gòu)，屬于高壓斷路器操動機構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明包括無刷線圈激磁直流電機、傳動機構(gòu)、高壓斷路器及電機伺服控制器，傳動機構(gòu)由轉(zhuǎn)軸、拐臂及拉桿組成；無刷線圈激磁直流電機包括機殼，在機殼內(nèi)設(shè)置有電機主軸和兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置；無刷線圈激磁直流電機的電機主軸通過法蘭盤與轉(zhuǎn)軸固定連接，拐臂的一端與轉(zhuǎn)軸相鉸接，另一端與傳動機構(gòu)的拉桿的一端相鉸接，拉桿的另一端與高壓斷路器的動觸頭固定連接；電機伺服控制器包括中央處理器、電容器儲能單元、光電耦合模塊、信號幅值轉(zhuǎn)換模塊、IGBT驅(qū)動模塊、第一IGBT模塊、第二IGBT模塊、直流電源模塊、分合閘信號捕獲模塊、通訊模塊及計算機。
【專利說明】高壓斷路器無刷線圈激磁直流電機操動機構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高壓斷路器操動機構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種高壓斷路器無刷線圈激磁直流電機操動機構(gòu)。該操動機構(gòu)可有效提高輸出轉(zhuǎn)矩、拓寬分合閘速度、增強穩(wěn)定工作性能；適用于斷路器的智能化操作。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要最復(fù)雜的開關(guān)設(shè)備，它對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運行起到控制和保護的作用。操動機構(gòu)作為高壓斷路器重要的組成部分，它起到驅(qū)動高壓斷路器動觸頭進行分合閘的作用，操動機構(gòu)工作性能的優(yōu)良直接影響到斷路器能否正?？焖賹崿F(xiàn)分合閘的操作。永磁無刷直流電機(PMBLDCM)操動機構(gòu)克服了液壓和彈簧等傳統(tǒng)操動機構(gòu)零部件多、傳動機構(gòu)復(fù)雜、運動過程不可控等缺點，體現(xiàn)出傳動簡單、結(jié)合電力電子技術(shù)易于實現(xiàn)控制的特點。而PMBLDCM轉(zhuǎn)子永磁體存在固有的缺陷使電機成本上升、永磁磁通無法控制導(dǎo)致有限的恒功率范圍和有限的調(diào)速范圍、永磁體可被大的反向磁動勢和高溫退磁、轉(zhuǎn)子磁軛與永磁體之間裝配的機械強度導(dǎo)致高速性能下降；這些缺點在一定程度上限制了永磁無刷直流電機操動機構(gòu)在高壓斷路器操動機構(gòu)的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種高壓斷路器無刷線圈激磁直流電機操動機構(gòu)。該操動機構(gòu)利用激磁線圈代替永磁體激磁，通過調(diào)節(jié)通過激磁線圈的直流電流增減氣隙磁通密度，獲得寬范圍氣隙磁通實現(xiàn)對永磁磁通的調(diào)控，進而獲得大輸出轉(zhuǎn)矩、寬范圍調(diào)速；同時，無永磁體退磁的風險增加了該操動機構(gòu)工作性能的穩(wěn)定性和可靠性。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種高壓斷路器無刷線圈激磁直流電機操動機構(gòu)，包括無刷線圈激磁直流電機、傳動機構(gòu)、高壓斷路器及電機伺服控制器，所述傳動機構(gòu)由轉(zhuǎn)軸、拐臂及拉桿組成；
[0005]所述無刷線圈激磁直流電機，包括機殼，在機殼內(nèi)設(shè)置有電機主軸和兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置，兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置平行排列且完全對稱于電機主軸的中間垂直平面；所述定、轉(zhuǎn)子凸極裝置由定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心組成，所述電機主軸與機殼同軸設(shè)置，所述定子鐵心固定在機殼的內(nèi)側(cè)壁上，轉(zhuǎn)子鐵心固定在電機主軸上，所述定子鐵心與轉(zhuǎn)子鐵心之間留有氣隙；在所述兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置之間的電機主軸上固定設(shè)置有卷筒，在卷筒內(nèi)纏繞有激磁線圈；在所述定子鐵心上設(shè)置有槽，在槽內(nèi)纏繞有電樞繞組，所述機殼和電機主軸采用導(dǎo)磁材料；
[0006]所述無刷線圈激磁直流電機的電機主軸通過法蘭盤與傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸固定連接，傳動機構(gòu)的拐臂的一端與轉(zhuǎn)軸相鉸接，另一端與傳動機構(gòu)的拉桿的一端相鉸接，拉桿的另一端與高壓斷路器的動觸頭固定連接；
[0007]所述電機伺服控制器，包括中央處理器、電容器儲能單元、光電耦合模塊、信號幅值轉(zhuǎn)換模塊、IGBT驅(qū)動模塊、第一 IGBT模塊、第二 IGBT模塊、直流電源模塊、分合閘信號捕獲模塊、通訊模塊及計算機；所述中央處理器經(jīng)通訊模塊與計算機相連接，所述分合閘信號捕獲模塊包括分閘指令按鍵、合閘指令按鍵及重合指令按鍵，所述分合閘信號捕獲模塊的輸出端與中央處理器的輸入端相連接；安裝在電機機殼上的位置信號傳感器的信號輸出端與中央處理器的輸入端相連接，與電機三相電樞繞組相連接的電流互感器分別與中央處理器的輸入端相連接；中央處理器的PWM信號產(chǎn)生單元依次經(jīng)信號幅值轉(zhuǎn)換模塊、光電耦合模塊與IGBT驅(qū)動模塊的輸入端相連接，IGBT驅(qū)動模塊的輸出端分別與第一 IGBT模塊和第二 IGBT模塊的驅(qū)動端相連接；電容器儲能單元經(jīng)第一 IGBT模塊與電機的三相電樞繞組相連接，第二 IGBT模塊與電機的激磁線圈和激磁線圈電源串聯(lián)連接，設(shè)置在電機激磁線圈串聯(lián)回路中的電流互感器與中央處理器的輸入端相連接；所述直流電源模塊為電機伺服控制器提供工作電源；
[0008]本發(fā)明還設(shè)置有位置信號傳感器、角位移傳感器和扭矩傳感器；所述位置信號傳感器安裝在機殼上，角位移傳感器安裝在電機主軸上，扭矩傳感器安裝在電機主軸與法蘭盤之間。
[0009]所述電機主軸通過端蓋設(shè)置在機殼內(nèi)，在電機主軸與端蓋之間設(shè)置有軸承。
[0010]所述電樞繞組采用單層集中整距的排布方式。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
[0012]1.本發(fā)明采用通電激磁線圈代替永磁直流電機中的永磁體進行勵磁，定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心采用凸極式結(jié)構(gòu)，可通過控制激磁線圈中通過的直流電流來調(diào)節(jié)電機的工作氣隙磁密，以氣隙磁通可控可調(diào)達到提高輸出轉(zhuǎn)矩，拓寬速度范圍之目的；相比普通永磁直流電機而言，這種結(jié)構(gòu)使電機的運行區(qū)間變大，調(diào)速的范圍和功率范圍更寬，進而使得操動機構(gòu)應(yīng)用的電壓等級更高；該操動機構(gòu)可滿足126kV以上至超高壓及特高壓等級斷路器的峰值分閘速度(6?IOm / s)要求和操作功(MkJ)要求；
[0013]2.本發(fā)明的直流電機不僅能夠產(chǎn)生與提供有刷直流系列電機特性的磁場電流近似成正比的電磁轉(zhuǎn)矩，而且可產(chǎn)生與提供開關(guān)磁阻電機特性的相電流近似成正比的磁阻轉(zhuǎn)矩；無旋轉(zhuǎn)式繞組和無永磁體的轉(zhuǎn)子鐵心凸極式結(jié)構(gòu)可使其工作于高轉(zhuǎn)速范圍和高溫場合、消除永磁材料特性的制約、無永磁體退磁風險，提高了該操動機構(gòu)穩(wěn)定工作的性能，且電機成本降低；產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子的凸極性產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩具有轉(zhuǎn)動慣量小、啟動時間短和輸出轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)勢，很好滿足了斷路器分合閘操作時間要求；
[0014]3.本發(fā)明同時實現(xiàn)了對電機電流和激磁線圈的控制，為該電機實現(xiàn)大范圍調(diào)速提供了技術(shù)支持。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的高壓斷路器無刷線圈激磁直流電機操動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明的無刷線圈激磁直流電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為圖2的A-A剖視圖；
[0018]圖4為本發(fā)明的無刷線圈激磁直流電機的磁通路徑示意圖；
[0019]圖5為本發(fā)明的電機伺服控制器的電路原理框圖；
[0020]圖6為本發(fā)明的電機伺服控制器的電路原理圖；
[0021]圖7為本發(fā)明的實施例中操動機構(gòu)合閘時提供的驅(qū)動力特性和真空高壓斷路器合閘時的反力特性比較圖；
[0022]圖8為本發(fā)明的實施例中當電容器儲能單元電壓為220V時，本發(fā)明的分閘速度曲線圖；
[0023]圖9為本發(fā)明的實施例中當電容器儲能單元電壓為220V時，本發(fā)明的分閘行程曲線圖；
[0024]圖中，1-角位移傳感器，2-位置信號傳感器，3-槽，4-扭矩傳感器，5-法蘭盤，6-轉(zhuǎn)軸，7-拐臂，8-拉桿，9-高壓斷路器，10-無刷線圈激磁直流電機，11-三相電，12-電機伺服控制器，13-電機主軸，14-定子鐵心，15-轉(zhuǎn)子鐵心，16-卷筒,17-激磁線圈，18-端蓋，19-機殼，20-電樞繞組，21-定、轉(zhuǎn)子凸極裝置，22-第一 IGBT模塊，23-電流互感器，24-電容器儲能單元，25-激磁線圈電源，26-第二 IGBT模塊。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0026]如圖1、圖2、圖3所示，一種高壓斷路器無刷線圈激磁直流電機操動機構(gòu)，包括無刷線圈激磁直流電機10、傳動機構(gòu)、高壓斷路器9及電機伺服控制器12，所述傳動機構(gòu)由轉(zhuǎn)軸6、拐臂7及拉桿8組成。
[0027]所述無刷線圈激磁直流電機10，包括機殼19，在機殼19內(nèi)設(shè)置有電機主軸13和兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置21，兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置21平行排列且完全對稱于電機主軸13的中間垂直平面；所述定、轉(zhuǎn)子凸極裝置21由定子鐵心14和轉(zhuǎn)子鐵心15組成，所述定子鐵心14和轉(zhuǎn)子鐵心15采用凸極式結(jié)構(gòu)，定子鐵心14的凸極數(shù)為九個，轉(zhuǎn)子鐵心15的凸極數(shù)為六個；所述電機主軸13與機殼19同軸設(shè)置,所述定子鐵心14固定在機殼19的內(nèi)側(cè)壁上，轉(zhuǎn)子鐵心15固定在電機主軸13上，所述定子鐵心14與轉(zhuǎn)子鐵心15之間留有2mm的氣隙；在所述兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置21之間的電機主軸13上固定設(shè)置有卷筒16，在卷筒16內(nèi)纏繞有激磁線圈17，激磁線圈17用來產(chǎn)生電機主軸13旋轉(zhuǎn)需要的磁場；在所述定子鐵心14上沿圓周均勻設(shè)置有九個槽3，在槽3內(nèi)纏繞有電樞繞組20，所述機殼19和電機主軸13采用導(dǎo)磁材料。
[0028]所述無刷線圈激磁直流電機10的電機主軸13通過法蘭盤5與傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸6固定連接，傳動機構(gòu)的拐臂7的一端與轉(zhuǎn)軸6相鉸接，另一端與傳動機構(gòu)的拉桿8的一端相鉸接，拉桿8的另一端與高壓斷路器9的動觸頭固定連接。
[0029]如圖5所示，所述電機伺服控制器12，包括中央處理器、電容器儲能單元24、光電耦合模塊、信號幅值轉(zhuǎn)換模塊、IGBT驅(qū)動模塊、第一 IGBT模塊22、第二 IGBT模塊26、直流電源模塊、分合閘信號捕獲模塊、通訊模塊及計算機；通訊模塊用于中央處理器與計算機的通訊，所述中央處理器經(jīng)通訊模塊與計算機相連接，所述分合閘信號捕獲模塊包括分閘指令按鍵、合閘指令按鍵及重合指令按鍵，分合閘信號捕獲模塊用于捕獲分合閘指令信號和自動重合閘指令信號，所述分合閘信號捕獲模塊的輸出端與中央處理器的輸入端相連接；安裝在電機機殼19上的位置信號傳感器2的信號輸出端與中央處理器的輸入端相連接，位置信號傳感器2采用霍爾盤，其用于采集電機的位置信號；與電機三相電樞繞組20相連接的電流互感器23分別與中央處理器的輸入端相連接；中央處理器的PWM信號產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生控制電機轉(zhuǎn)速的觸發(fā)信號，光電耦合模塊及信號幅值轉(zhuǎn)換模塊用于實現(xiàn)強電與弱電的隔離保護控制，同時提高PWM幅值為第一 IBGT模塊22和第二 IBGT模塊26工作提供支持，中央處理器的PWM信號產(chǎn)生單元依次經(jīng)信號幅值轉(zhuǎn)換模塊、光電耦合模塊與IGBT驅(qū)動模塊的輸入端相連接，IGBT驅(qū)動模塊用于驅(qū)動第一 IBGT模塊22和第二 IBGT模塊26開斷，實現(xiàn)5V到15VPWM信號的轉(zhuǎn)換，第一 IGBT模塊22用于開斷電機三相電流的流通路徑，第二 IGBT模塊26用于改變加在激磁線圈17上的電壓；IGBT驅(qū)動模塊的輸出端分別與第一 IGBT模塊22和第二 IGBT模塊26的驅(qū)動端相連接；電容器儲能單元24用于存儲驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)所需要的能量，電容器儲能單元24經(jīng)第一 IGBT模塊22與電機的三相電樞繞組20相連接，第二 IGBT模塊26與電機的激磁線圈17和激磁線圈電源25串聯(lián)連接，設(shè)置在電機激磁線圈17串聯(lián)回路中的電流互感器23與中央處理器的輸入端相連接，電流互感器23用于采集電機三相電流和激磁線圈17的電流信號；所述直流電源模塊為電機伺服控制器12提供工作電源，同時直流電源模塊也為激磁線圈電源25提供工作電源，直流電源模塊采用的是正負12VU5V和5V的直流電源，電源的最大允許電流值是2A。
[0030]為了便于實現(xiàn)該操動機構(gòu)的控制和對該操動機構(gòu)性能的監(jiān)測，本發(fā)明還設(shè)置有位置信號傳感器2、角位移傳感器I和扭矩傳感器4;所述位置信號傳感器2安裝在機殼19上，角位移傳感器I安裝在電機主軸13上，扭矩傳感器4安裝在電機主軸13與法蘭盤5之間。
[0031]所述電機主軸13通過端蓋18設(shè)置在機殼19內(nèi)，在電機主軸13與端蓋18之間設(shè)置有軸承。
[0032]所述電樞繞組20采用單相單層集中整距的排布方式。
[0033]本發(fā)明選擇的器件型號具體為:
[0034]角位移傳感器I采用的是WDD3OT-4精密導(dǎo)電塑料電位器，其獨立線性度是±0.1%;位置信號傳感器2采用的是由三個型號為3144開關(guān)霍爾器件組成的霍爾盤；扭矩傳感器4采用的型號是ZNR-501，其獨立線性度是0.5%;電機伺服控制器12包括以支持浮點運算的DSP28335為核心組成的中央處理器，以2SC0108T2A0-17及其外圍硬件電路組成的IGBT驅(qū)動模塊；在加快數(shù)據(jù)處理的同時也提高了電機對控制信號的響應(yīng)效率，為在毫秒級實現(xiàn)對動觸頭速度的控制提供了支持；光電耦合模塊采用的型號為HCPL-63N，信號幅值轉(zhuǎn)換模塊采用的型號為74HC245 ;所述通訊模塊是由電子器件MAX3232和SP3485及其工作的外圍硬件電路組成；電流互感器23采用的型號為CHF-200B。
[0035]本發(fā)明的電機伺服控制器12的具體電路連接關(guān)系如下:
[0036]如圖6所示，中央處理器DSP28335(U1)的PWMl?PWM6引腳分別與信號幅值轉(zhuǎn)換模塊74HC245的AO?A5引腳相連，信號幅值轉(zhuǎn)換模塊的QO?Q5引腳分別依次與三個光電耦合模塊HCPL-63N的CATH0DE1、CATH0DE2引腳相連；每個光電耦合模塊的輸出引腳V0UV02分別依次與IGBT驅(qū)動模塊中的三個2SC0108T2A0-17器件的輸入引腳INA、INB相連，作為IGBT驅(qū)動模塊的輸入信號；每個2SC0108T2A0-17器件的輸出引腳C0LLECTER1、C0LLECTER2分別與第一 IGBT模塊22中的IGBT的柵極相連；六個IGBT組成全橋整流電路，其中全橋整流電路中每個上橋臂的IGBT的集電極相連后與電容器儲能單元24的正極相連，每個下橋臂的IGBT的發(fā)射極相連后與電容器儲能單元24的負極相連，為電機的旋轉(zhuǎn)提供能量；在第一 IGBT模塊22上橋臂與下橋臂之間分別引出三根導(dǎo)線，該三根導(dǎo)線分別與電機的A、B、C三相電樞繞組20相連；在三根導(dǎo)線上分別安裝有電流互感器CHF-200B，三個電流互感器的信號輸出端分別與中央處理器的INA、INB, INC三引腳相連，實現(xiàn)對電流信號的采集；霍爾盤的三個3144開關(guān)霍爾器件的第三引腳分別與中央處理器的CAP1、CAP2、CAP3三引腳相連，實現(xiàn)對電機位置信號的采集；中央處理器的EPWMO?EPWM3引腳分別與信號幅值轉(zhuǎn)換模塊的AO?A3引腳相連，信號幅值轉(zhuǎn)換模塊的輸出引腳QO?Q3分別與兩個光電耦合模塊的CATHODE1、CATHODE2引腳相連；兩個光電耦合模塊的輸出引腳VOl、V02再分別與兩個2SC0108T2A0-17器件的輸入引腳INA、INB相連，最后每個2SC0108T2A0-17器件的輸出引腳C0LLECTER1、C0LLECTER2分別與第二 IGBT模塊26的四個IGBT的柵極相連；中央處理器的SCITXDC、SCIRXDC引腳分別與通訊模塊中的MAX3232器件的T1IN、T2IN相連，MAX3232器件的輸出引腳T10UT、RlOUT分別與SP3485的引腳SCIRXDB、SCITXDB相連，該部分實現(xiàn)232與485通訊的轉(zhuǎn)換；SP3485器件的A、B引腳通過數(shù)據(jù)線與計算機相連，實現(xiàn)中央處理器與計算機的通訊。分合閘信號捕獲模塊的3384器件的輸入引腳1A3、1A4、1A5分別與分閘指令按鍵、合閘指令按鍵及重合指令按鍵相連，3384器件的輸出引腳1B3、1B4、1B5分別與74HC14器件的1Y、2Y、3Y引腳相連，74HC14器件的輸出引腳4A、5A、6A分別與中央處理器的CAP4、CAP5、CAP6引腳相連。
[0037]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的一次使用過程。
[0038]本發(fā)明的無刷線圈激磁直流電機10的磁通路徑，如圖4所示，激磁線圈17通電后產(chǎn)生的磁通經(jīng)電機主軸13從一端轉(zhuǎn)子鐵心15穿過定子鐵心14，再經(jīng)機殼19穿過另一端定子鐵心14后到轉(zhuǎn)子鐵心15最后形成閉合磁路。與此同時，兩端轉(zhuǎn)子鐵心15分別形成N極和S極，這樣，轉(zhuǎn)子鐵心15感應(yīng)出磁場；并與定子鐵心14的電樞繞組20通電后產(chǎn)生的磁場相互作用，從而驅(qū)動電機主軸13運轉(zhuǎn)。故在激磁線圈17中施加正向或反向的可調(diào)直流電流，就可產(chǎn)生不同方向與幅值的激磁磁勢；該磁勢作用在轉(zhuǎn)子鐵心15感應(yīng)出的磁場上能產(chǎn)生增磁或弱磁的效果，不僅可以改變電機氣隙磁密的大小，同時還可配合調(diào)節(jié)電樞繞組20中的電流，從而達到調(diào)磁目的，最終獲得寬泛的氣隙磁通調(diào)整量和速度控制范圍，可大大增加電機的調(diào)速范圍，提高電機的動態(tài)特性。電機主軸13還起到了引導(dǎo)磁場的作用。
[0039]無刷線圈激磁直流電機10的電機主軸13旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩驅(qū)動傳動機構(gòu)運動，傳動機構(gòu)驅(qū)動高壓斷路器9的動觸頭運動進而實現(xiàn)斷路器分合閘的操作。具體運動過程如下:無刷線圈激磁直流電機10的電機主軸13通過法蘭盤5帶動轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸6帶動拐臂7繞轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)，進而驅(qū)動絕緣拉桿8在豎直方向上運動，最終使得高壓斷路器9的動觸頭運動，使動觸頭與靜觸頭分開或接觸，實現(xiàn)斷路器的分合閘操作。中央處理器根據(jù)電流互感器23采集到的電機三相電流信號和激磁線圈17的電流信號以及位置信號傳感器2采集到的位置信號，運用模糊自適應(yīng)PID控制算法改變PWM信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生的PWM信號的占空t匕，實現(xiàn)動觸頭的調(diào)速。并通過IGBT驅(qū)動模塊驅(qū)動第一 IGBT模塊22和第二 IGBT模塊26導(dǎo)通，使電容器儲能單元24和激磁線圈電源25分別對電機的三相電樞繞組20和激磁線圈17供電，進而驅(qū)動電機的電機主軸13轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對斷路器分合閘動觸頭的速度的控制。
[0040]圖7為本發(fā)明的實施例中操動機構(gòu)合閘時提供的驅(qū)動力特性和真空高壓斷路器合閘時的反力特性比較圖，圖中，曲線I是126kV真空高壓斷路器合閘時產(chǎn)生的反力特性曲線，曲線2是本發(fā)明的操動機構(gòu)合閘時提供的驅(qū)動力特性曲線。通過該圖可以看出:本發(fā)明的操動機構(gòu)能很好滿足126kV真空高壓斷路器合閘時的性能要求。
[0041]圖8與圖9分別是當電容器儲能單元24的電壓為220V時，本發(fā)明的操動機構(gòu)與126kV真空高壓斷路器聯(lián)機試驗時實測的分閘速度曲線圖和分閘行程曲線圖。[0042]本實施例以126kV真空高壓斷路器為例，根據(jù)該高壓斷路器對操動機構(gòu)的要求，即:永磁磁通可控、調(diào)速范圍較寬、輸出轉(zhuǎn)矩大、適應(yīng)高速高溫環(huán)境、工作性能穩(wěn)定可靠，選用本發(fā)明的高壓斷路器無刷線圈激磁直流電機操動機構(gòu)。本發(fā)明的高壓斷路器無刷線圈激磁直流電機操動機構(gòu)能滿足126kV真空高壓斷路器要求的峰值分閘速度6?IOm / S，操作功大于4kJ。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓斷路器無刷線圈激磁直流電機操動機構(gòu)，其特征在于包括無刷線圈激磁直流電機、傳動機構(gòu)、高壓斷路器及電機伺服控制器，所述傳動機構(gòu)由轉(zhuǎn)軸、拐臂及拉桿組成； 所述無刷線圈激磁直流電機，包括機殼，在機殼內(nèi)設(shè)置有電機主軸和兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置，兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置平行排列且完全對稱于電機主軸的中間垂直平面；所述定、轉(zhuǎn)子凸極裝置由定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心組成，所述電機主軸與機殼同軸設(shè)置，所述定子鐵心固定在機殼的內(nèi)側(cè)壁上，轉(zhuǎn)子鐵心固定在電機主軸上，所述定子鐵心與轉(zhuǎn)子鐵心之間留有氣隙；在所述兩組定、轉(zhuǎn)子凸極裝置之間的電機主軸上固定設(shè)置有卷筒，在卷筒內(nèi)纏繞有激磁線圈；在所述定子鐵心上設(shè)置有槽，在槽內(nèi)纏繞有電樞繞組，所述機殼和電機主軸采用導(dǎo)磁材料； 所述無刷線圈激磁直流電機的電機主軸通過法蘭盤與傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸固定連接，傳動機構(gòu)的拐臂的一端與轉(zhuǎn)軸相鉸接，另一端與傳動機構(gòu)的拉桿的一端相鉸接，拉桿的另一端與高壓斷路器的動觸頭固定連接； 所述電機伺服控制器，包括中央處理器、電容器儲能單元、光電耦合模塊、信號幅值轉(zhuǎn)換模塊、IGBT驅(qū)動模塊、第一 IGBT模塊、第二 IGBT模塊、直流電源模塊、分合閘信號捕獲模塊、通訊模塊及計算機；所述中央處理器經(jīng)通訊模塊與計算機相連接，所述分合閘信號捕獲模塊包括分閘指令按鍵、合閘指令按鍵及重合指令按鍵，所述分合閘信號捕獲模塊的輸出端與中央處理器的輸入端相連接；安裝在電機機殼上的位置信號傳感器的信號輸出端與中央處理器的輸入端相連接，與電機三相電樞繞組相連接的電流互感器分別與中央處理器的輸入端相連接；中央處理器的PWM信號產(chǎn)生單元依次經(jīng)信號幅值轉(zhuǎn)換模塊、光電耦合模塊與IGBT驅(qū)動模塊的輸入端相連接，IGBT驅(qū)動模塊的輸出端分別與第一 IGBT模塊和第二IGBT模塊的驅(qū)動端相連接；電容器儲能單元經(jīng)第一 IGBT模塊與電機的三相電樞繞組相連接，第二 IGBT模塊與電機的激磁線圈和激磁線圈電源串聯(lián)連接，設(shè)置在電機激磁線圈串聯(lián)回路中的電流互感器與中央處理器的輸入端相連接；所述直流電源模塊為電機伺服控制器提供工作電源； 本發(fā)明還設(shè)置有位置信號傳感器、角位移傳感器和扭矩傳感器；所述位置信號傳感器安裝在機殼上，角位移傳感器安裝在電機主軸上，扭矩傳感器安裝在電機主軸與法蘭盤之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓斷路器無刷線圈激磁直流電機操動機構(gòu)，其特征在于所述電機主軸通過端蓋設(shè)置在機殼內(nèi)，在電機主軸與端蓋之間設(shè)置有軸承。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓斷路器無刷線圈激磁直流電機操動機構(gòu)，其特征在于所述電樞繞組采用單層集中整距的排布方式。
【文檔編號】H01H71/10GK103560056SQ201310582620
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】劉愛民, 楊艷輝, 吳志恒, 李昊旻, 史可鑒, 呂志榮 申請人:沈陽工業(yè)大學