一种智能高压断路器双定子电机操动机构控制系统技术方案

本发明专利技术提供一种智能高压断路器双定子电机操动机构控制系统，涉及输变电设备技术领域。该系统包括电源模块、驱动电机、电机控制器、主IED、监测中心和操作员主站；驱动电机采用双定子永磁无刷直流电机结构，包括基座、电机主轴、电机内定子、电机转子和电机外定子；电机控制器包括CPU、IGBT模块、信号采集模块、信号调理模块、A/D转换模块、隔离驱动模块和通讯模块实现对驱动电机的控制；主IED用于将整个变电站内所有开关状态信息与电机操动机构动作信息、遥测故障信号进行整合并打包上传至监测中心和操作员主站；监测中心、操作员主站对整个电站内开关设备进行监侧与控制。整个电站内开关设备进行监侧与控制。整个电站内开关设备进行监侧与控制。

【技术实现步骤摘要】
一种智能高压断路器双定子电机操动机构控制系统


[0001]本技术涉及输变电设备
，尤其涉及一种智能高压断路器双定子电机操动机构控制系统。

技术介绍

[0002]数字化电站随着新技术的发展逐步兴起，在智能电网的规划下，数字化电站以及智能化开关设备将成为未来新建变电站的主流。电机操动机构核心构件多为电气元件，可以方便地实现状态监测与评估，且此类机构可进行微动操作，不需要开关动作即可采集机构的状态信息，能够进行较为精确的状态评估。电网信号量多且相关性强，目前变电站在开关设备上增加传感器采集相关信号，造成二次回路复杂，就地控制柜占用空间不断增大，无法满足现代电力系统智能电网的要求。对于结构紧凑、复合化程度高的GIS(GAS insulatedSWITCHGEAR，即气体绝缘全封闭组合电器)而言，电机操动机构在满足更优的可控性要求下，也应当进一步提升集成化程度，减少电机操动机构占用的空间。因此，有必要研究一种在智能GIS构架下的小型化、大转矩、高可控、动作可靠的电机操动机构控制系统。

技术实现思路

[0003]本技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种智能高压断路器双定子电机操动机构控制系统及方法，实现对电机操动机构的控制。
[0004]为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案是：一种智能高压断路器双定子电机操动机构控制系统，包括电源模块、驱动电机、电机控制器、主IED、监测中心和操作员主站；
[0005]所述电源模块包括供电电源和储能电容；所述供电电源用于向所述电机控制器供电以及向储能电容充电；所述储能电容连接所述驱动电机的绕组输入端，给驱动电机提供能量；
[0006]所述驱动电机采用双定子永磁无刷直流电机结构，包括基座、机壳、电机外定子、杯环型的电机转子、电机内定子和电机主轴；
[0007]所述驱动电机沿径向方向由内到外的装配顺序依次为电机主轴、电机内定子、电机转子和电机外定子；所述电机转子与所述电机主轴连接，所述电机内定子和电机外定子均与基座连接，所述电机内定子由所述基座向电机内部伸出部分支撑，所述电机外定子被基座外轮廓包裹，所述电机转子装配于所述电机内定子和外定子之间；
[0008]所述电机控制器包括CPU、IGBT模块、信号采集模块、信号调理模块、A/D转换模块、隔离驱动模块和通讯模块；
[0009]所述IGBT模块包括一个6路IGBT驱动模块和6个IGBT组成的三相桥式逆变电路，6 路IGBT驱动模块将所述CPU的指令信号放大以驱动6个IGBT导通和关断；
[0010]所述信号采集模块用于采集驱动电机的电机转子位置、电机内定子和电机外定子的定子槽内的电枢绕组的电压、IGBT模块中各IGBT的温度信息以及储能电容的电压；所述
信号采集模块的输出端连接信号调理模块的输入端，所述信号调理模块的输出端连接A/D转换模块的输入端，所述A/D转换模块的输出端连接CPU的输入端，所述CPU的输出端连接隔离驱动模块的输入端，所述隔离驱动模块的输出端连接IGBT模块的输入端，所述IGBT模块的输出端连接驱动电机的三相绕组输入端；所述CPU通过通讯模块与主IED进行通信；
[0011]所述主IED用于将整个变电站内的所有开关状态信息与电机操动机构动作信息、遥测故障信号进行整合并打包上传至监测中心和操作员主站；
[0012]所述监测中心、操作员主站对整个电站内开关设备进行监侧与控制；
[0013]所述主IED、监测中心和操作员主站通过光纤进行通信。
[0014]优选地，所述供电电源包括交流
‑
直流变换模块、直流
‑
直流变换模块以及控制电容储能的开关管。
[0015]优选地，所述电机内定子和电机外定子相对位置采用内定子与外定子齿槽对齐方式。
[0016]优选地，所述电机内定子和电机外定子的定子槽内中均设置有电枢绕组，所述电机内定子和电机外定子的定子槽均采用变形梨形槽结构，且定子槽数均为24槽。
[0017]优选地，所述电机内定子和电机外定子的定子槽内中设置的电枢绕组均设置为单层、分数槽绕组，采用串联方式运行，走线方式均采用节距为1的集中排布方式。
[0018]优选地，所述电机转子包括转子环和永磁体；所述转子环的材料采用20号钢锻造，环内外分别有10对永磁体磁极，均采用高剩磁密度和高矫顽力的N40SH型钕铁硼材料，转子环采用T型槽结构对转子环内外的永磁体进行紧固。
[0019]优选地，所述信号采集模块包括电机转子位置检测单元、绕组电流采集电路、IGBT温度检测单元和储能电容电压检测电路；所述电机转子位置检测单元采用装配在驱动电机主轴上，与所述驱动电机主轴同轴键连接的光电编码器检测电机转子位置；所述绕组电流采集电路在 IGBT模块的输出电路串联电阻，将需要采集的电机内定子和电机外定子的定子槽内的电枢绕组电流信息转化为电压信息，用隔离放大器放大电阻上的电压，将电压信号用于驱动电机的电流反馈控制；所述IGBT温度检测单元通过PT100铂热电阻测量IGBT的壳温，再利用温度变送器将温度信号转换为0～3.3V的电压信号；所述储能电容电压检测电路用于检测储能电容的电压，包括依次连接的电压传感器、运算放大器OP07和运算放大器LM358，两个运算放大器串联。
[0020]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本技术提供的一种智能高压断路器双定子电机操动机构控制系统，顺应高压开关智能化趋势，对电机操动机构的驱动电机进行小型化的设计，采用双定子永磁无刷直流电机结构，这种结构提高了驱动电机的转矩密度，减少了操动机构占用空间，双定子电机杯环型转子转动惯量小，响应速度快、控制精度高，适合断路器快速启停的工况，根据高压断路器分合闸动作的速度特性要求，配合合适的控制算法，能有效提高驱动电机在运动性能上与断路器的负载特性相匹配。通过对智能断路器操作回路的一体化设计，减少电路线缆数量、相互间的电磁干扰与开关就地控制箱所占用的空间，增加开关设备智能化程度，改变目前多数状态检测只进行信息采集并不参与控制过程的现状，减少了开关离线检修与拆卸的频率，提高了断路器的控制精度。
附图说明
[0021]图1为本技术实施例提供的一种智能高压断路器双定子电机操动机构控制系统的结构框图；
[0022]图2为本技术实施例提供的驱动电机的结构示意图；
[0023]图3为本技术实施例提供的驱动电机的剖面图；
[0024]图4为本技术实施例提供的转子磁体T型槽紧固方式示意图；
[0025]图5为本技术实施例提供的IGBT温度检测单元的结构示意图；
[0026]图6为本技术实施例提供的储能电容电压检测电路示意图；
[0027]图7为本技术实施例提供的中智能高压断路器双定子电机操动机构控制方法的流程图。
[0028]图中，1、基座；2、电机主轴；3、电机外定子；4、电机内定子；5、电机转子；6、轴承；7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能高压断路器双定子电机操动机构控制系统，其特征在于：包括电源模块、驱动电机、电机控制器、主IED、监测中心和操作员主站；所述电源模块包括供电电源和储能电容；所述供电电源用于向电机控制器供电以及向储能电容充电；所述储能电容与驱动电机的绕组输入端连接，给驱动电机提供能量；所述驱动电机采用双定子永磁无刷直流电机结构，包括基座、机壳、电机外定子、杯环型的电机转子、电机内定子和电机主轴；所述驱动电机沿径向方向由内到外的装配顺序依次为电机主轴、电机内定子、电机转子和电机外定子；所述电机转子与所述电机主轴连接，所述电机内定子和电机外定子均与基座连接，所述电机内定子由所述基座向电机内部伸出部分支撑，所述电机外定子被基座外轮廓包裹，所述电机转子装配于所述电机内定子和外定子之间；所述电机控制器包括CPU、IGBT模块、信号采集模块、信号调理模块、A/D转换模块、隔离驱动模块和通讯模块；所述IGBT模块包括一个6路IGBT驱动模块和6个IGBT组成的三相桥式逆变电路，6路IGBT驱动模块将所述CPU的指令信号放大以驱动6个IGBT导通和关断；所述信号采集模块用于采集驱动电机的电机转子位置、电机内定子和电机外定子的定子槽内的电枢绕组的电压、IGBT模块中各IGBT的温度信息以及储能电容的电压；所述信号采集模块的输出端连接信号调理模块的输入端，所述信号调理模块的输出端连接A/D转换模块的输入端，所述A/D转换模块的输出端连接CPU的输入端，所述CPU的输出端连接隔离驱动模块的输入端，所述隔离驱动模块的输出端连接IGBT模块的输入端，所述IGBT模块的输出端连接驱动电机的三相绕组输入端；所述CPU通过通讯模块与主IED进行通信；所述主IED用于将整个变电站内的所有开关状态信息与电机操动机构动作信息、遥测故障信号进行整合并打包上传至监测中心和操作员主站；所述主IED、监测中心和操作员主站通过光纤进行通信；所述监测中心、操作员主站对整个电站内开关设备进行监侧与控制。2.根据权利要求1所述的一种智能高压断路器双定子电机操动机构控制系统，其特征在于：所述供电电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，贾吉禄，钟建英，林莘，白恩铭，韩东鹏，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：新型
国别省市：