【摘要】：高壓斷路器在電網(wǎng)運行中起著重要的設(shè)備控制與保護的雙重作用,核心部件包括滅弧室、動靜觸頭和操動機構(gòu)。為了可靠地滅弧,操動機構(gòu)都是以開斷短路大電流為設(shè)計目標(biāo)。常用的液壓、氣動、彈簧等操動機構(gòu)均采用預(yù)先儲能的方式,當(dāng)對機構(gòu)發(fā)出控制命令時,能夠立刻釋放預(yù)儲能量完成分合閘操作,具有輸出功大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運動過程不可控的缺點。為滿足電網(wǎng)智能化的發(fā)展需要,提高斷路器在運動過程中的實時可控性,本文采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和通信技術(shù),設(shè)計了驅(qū)動電機和控制系統(tǒng),以滿足斷路器的分合閘要求。主要開展以下工作:(1)以無刷直流電機為研究對象,對電機啟動過程中的動態(tài)特性進行分析,建立驅(qū)動電機數(shù)學(xué)模型,計算電機輸出電磁轉(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)動電機速度與繞組電壓有關(guān),可以通過調(diào)節(jié)電壓實現(xiàn)電機速度的調(diào)節(jié)。(2)結(jié)合126kV真空斷路器的動態(tài)特性,對傳動機構(gòu)與斷路器的運動過程進行分段優(yōu)化設(shè)計,對斷路器分合閘的開距階段進行分段控制,對真空斷路器的觸頭運動過程進行動態(tài)分析。針對斷路器運動特性的需求對電機的各個參量進行了設(shè)計選取,確定了電機的總體參數(shù)。對所設(shè)計的永磁無刷直流電機在Ansoft中進行建模仿真,并對仿真結(jié)果進行分析。(3)搭建了電機操動機構(gòu)的硬件控制系統(tǒng),主要包括儲能檢測單元、開關(guān)電容器組單元、整流逆變單元、信號采集單元、主處理器單元、隔離驅(qū)動單元等。針對操動機構(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現(xiàn)了控制裝置的2倍升壓。對所設(shè)計軟、硬件相結(jié)合的控制裝置進行組裝調(diào)試,完成了電機操動機構(gòu)控制系統(tǒng)的整體研發(fā)。(4)開展了真空斷路器電機操動機構(gòu)的穩(wěn)定性實驗和不同操作方式下的分合閘操作實驗。通過對實驗結(jié)果進行分析得到,增加儲能電容的存儲電壓值可以增加斷路器的動觸頭的運動速度,減小斷路器的分合閘時間。采用開關(guān)電容器組進行分合閘特性實驗與普通分合閘特性實驗相比,總合閘時間減少11.1ms,合閘速度增加0.67m/s,總分閘時間減少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。采用先進的數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)永磁電機的跟蹤與，不僅滿足斷路器的開關(guān)速度和時間要求，而且在性能和功能方面也有許多新的，并能夠完成對運動過程的控制，這是傳統(tǒng)機構(gòu)沒有的優(yōu)勢。ABB 已在其瓷柱式式斷路器和 GIS 中使用了這種電機操作機構(gòu)。圖 1.1 為 145kV 帶電機操動機構(gòu)的斷路器，可實現(xiàn)超靜音運行和智能電網(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，，實現(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)動電機 b 應(yīng)用于 126kV 真空斷路器驅(qū)動電圖 1.2 斷路器操動機構(gòu)驅(qū)動電機Fig. 1.2 Circuit breaker operating mechanism drives motor 升壓變換器的發(fā)展現(xiàn)狀了對過電壓進行抑制，減少電機啟動的延遲時間，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，但是電路拓撲較復(fù)雜，控制電且電感元件較多，變換器體積大[45]。n 級級聯(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，但主電路拓撲，對于確保級聯(lián) Z 源阻抗網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行也具有一定的困難�；� Cuk 采用電容電壓自舉技術(shù)實現(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM561;TM33

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本文編號：2668539