CN106783353A - 一种隔离开关的操作机构 - Google Patents

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钟达寿
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Abstract

本发明提出一种隔离开关的操作机构，涉及隔离开关技术领域，包括电机控制模块、驱动电机、传动机构及触头弹簧，电机控制模块与所述驱动电机连接，通过改变电机的输入电流来改变电机的输出转速及力矩，所述传动机构包括三组曲柄连杆机构和传动主轴，三组所述曲柄连杆机构包括拐臂、传动连杆和绝缘拉杆，所述传动主轴与所述驱动电机的输出轴连接，三个所述拐臂等距离固定在所述传动主轴上，所述传动连杆一端与所述拐臂连接，另一端与所述绝缘拉杆连接，所述绝缘拉杆的另一端与所述触头弹簧连接，所述触头弹簧与隔离开关的动触头连接。本发明通过一台电机驱动便可带动传动机构进行三级机械联动，结构简单，使隔离开关的动触头精确分合闸。

Description

一种隔离开关的操作机构
技术领域
本发明涉及隔离开关技术领域，尤其是一种隔离开关的操作机构。
背景技术
在各种开关设备中，使用量及频次最大的就是隔离开关，其结构比断路器简单，但它的用量通常是断路器的2-3倍。隔离开关在变电站中的应用非常广泛，具有倒闸操作、隔离电压和分合小电流的作用。
因为隔离开关平时大多数时间是暴露在空气当中，总是经受风雨环镜的侵蚀，也随着近年来电力系统的机制由定期检修制向状态检修制的过渡，导致大多数隔离开关的使用周期越来越长。而且因为设备的大负荷，导致很多隔离开关一经投入便要终身使用，除非出现重大事故才要更换。
现有的隔离开关操作机构主要为弹簧操作机构和压力式传感机构，弹簧操作机构需要复杂的传动机构及储能结构，压力式操作机构需要复杂的激励源。并且容易发生以下故障：操作机构拒分、拒合、无响应、分合闸距离不到位以及操作失灵、零件老化失灵等，据统计，45％－80％的故障原因都是出自于此。
发明内容
本发明提供一种隔离开关的操作机构，使隔离开关精确分合闸。
本发明具体采用如下技术方案实现：
一种隔离开关的操作机构，包括电机控制模块、驱动电机、传动机构及触头弹簧，所述电机控制模块与所述驱动电机连接，通过改变电机的输入电流来改变电机的输出转速及力矩，所述传动机构包括三组曲柄连杆机构和传动主轴，三组所述曲柄连杆机构包括拐臂、传动连杆和绝缘拉杆，所述传动主轴与所述驱动电机的输出轴连接，三个所述拐臂等距离固定在所述传动主轴上，所述传动连杆一端与所述拐臂连接，另一端与所述绝缘拉杆连接，所述绝缘拉杆的另一端与所述触头弹簧连接，所述触头弹簧与隔离开关的动触头连接。
作为优选，所述驱动电机的输出轴与法兰盘连接，所述法兰盘与所述传动主轴连接。
作为优选，所述驱动电机为三相交流异步电机。
作为优选，所述电机控制模块包括位置传感器、微分器、比较器、速度控制器、比例积分调节器、电流控制器、积分器及PWM逆变器，所述位置传感器与所述驱动电机连接，所述位置传感器的输出端分别与所述微分器和积分器连接，所述微分器比较器、速度控制器、比例积分调节器、电流控制器及PWM逆变器依次连接，所述PWM逆变器输出端分别与所述驱动电机和积分器连接，所述积分器的输出端与所述电流控制器连接。
本发明提供的一种隔离开关的操作机构，其有益效果在于：电机转轴旋转过的角度则对应隔离开关动触头侧的位移，电机转轴侧连接连杆机构，在机构的末端带着一个只能延直线运动的动触头，而电机转轴旋转过的角度则对应着触头侧的位移，从而只需对电机转轴侧的角位移进行控制便能控制动触头侧的直线位移。通过控制电机转轴侧的转速，带动作为传动机构的连杆机构使隔离开关的动触头精确分合闸，通过一台电机驱动便可带动传动机构进行三级机械联动，结构简单，没有弹簧操作机构中复杂的传动机构及储能结构，也避免了压力式操作机构中复杂的激励源。
附图说明
图1是本发明操作机构的结构示意图；
图2是传动机构的原理图；
图3是电机控制模块的原理图。
图中，1-电机控制模块；11-位置传感器；12-微分器；13-比较器；14-速度控制器；15-比例积分调节器；16-电流控制器；17-PWM逆变器；18-积分器；2-驱动电机；3-传动机构；31-传动主轴；32-拐臂；33-传动连杆；34-绝缘拉杆；4-触头弹簧；5-法兰盘。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，本实施提供的一种隔离开关的操作机构，包括电机控制模块1、驱动电机2、传动机构3及触头弹簧4，电机控制模块1与驱动电机2连接，通过改变电机2的输入电流来改变电机2的输出转速及力矩，传动机构3包括三组曲柄连杆机构和传动主轴31，三组所述曲柄连杆机构包括拐臂32、传动连杆33和绝缘拉杆34，传动主轴31与驱动电机2的输出轴利用法兰盘5连接，三个拐臂32等距离固定在传动主轴31上，传动连杆33一端与拐臂32连接，另一端与绝缘拉杆34连接，绝缘拉杆34的另一端与触头弹簧4连接。
如图2所示，O为驱动电机主转轴，ON为分闸状态下的拐臂，NM为分闸状态下的传动连杆。当操作机构需要进行合闸操作时，电机主转轴转动使O逆时针转动，带动拐臂和传动连杆由ON位置向OB缓慢移动转过α角度，这时传动连杆在BA的位置，而绝缘拉杆则由位置D移动到位置A，水平位移为x。如果使OB继续逆时针转动，当OB、BA到达其死点位置即OE位置时，其完成合闸操作。
在隔离开关操作机构的特性要求中，分合闸时间为70ms，将合闸过程分为两个部分：开矩阶段(动触头还未与静触头接触阶段)和超程阶段(动静触头接触阶段)。绝缘拉杆的直线位移总行程为84mm，前60mm为合闸过程的开距阶段。在开距阶段中，前40mm为电机的快速启动过程，所对应的电机转角位移和时间段分别为40°和0-24ms。后20mm为电机的制动过程，对应电机转角位移和时间段为20°和24-30ms段，总行程的后24mm为电机的超程阶段，所对应的电机旋转角位移和时间段为24°和30ms-70ms段。这时候电机的动触头与静触头相接触，弹簧所固有的预压力使电机的转速大大下降，提供一个比较大的制动力。然后随着动触头的继续运动，制动力越来越大，使动触头缓慢停下。
分闸过程分为超程阶段和开距阶段以及缓冲阶段，和合闸过程相反。分闸过程先是经过超程阶段，在这个阶段，弹簧提供的是助力来帮助电机启动，这个阶段动触头侧的直线位移为24mm，电机角位移侧的所旋转过的角度为28°，所耗费的时间为9ms。之后的开距阶段则是靠电机的调速系统使电机制动停下，其经过的直线距离为45mm，对应的电机角位移为28°，时间损耗为12.2ms。最后的电机缓冲阶段直线位移为15mm，对应的电机角位移为10°，时间损耗为19.8ms。
如图3所示，本实施例对三相交流异步电机的控制采用对其定子电压的幅值和相位进行控制，从而进行变频调速的原理。位置传感器11与交流异步电机2连接，位置传感器11输出的信号经过处理之后可以得到交流异步电机2转子的位置信号θ，位置信号θ经过微分器12进行微分之后得到电机转子的转速ω。然后将位置传感器11中获得的电机实际转速ω与电机所要达到的速度ω*经过比较器13比较之后，将差值输入速度控制器14，经过处理之后其输出转矩指令值。然后通过比例积分调节器15，该转矩指令值可以得到输入电流控制器16的q相旋转坐标系的电流iq*，再加上通过磁通量而产生的d相旋转坐标电流id*，共同通入电流控制器16。电流控制器16实际上是一个反clarke和反park变换的设备，通过其变化可以得到想要的静止坐标三相电流和控制PWM逆变器17的导通和关断信号，PWM逆变器17的三相输出再通过积分器18作为反馈信号，输入至电流控制器16，进而实现对异步电机2的电枢电流进行独立精确的控制。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种隔离开关的操作机构，其特征在于，包括电机控制模块、驱动电机、传动机构及触头弹簧，所述电机控制模块与所述驱动电机连接，通过改变电机的输入电流来改变电机的输出转速及力矩，所述传动机构包括三组曲柄连杆机构和传动主轴，三组所述曲柄连杆机构包括拐臂、传动连杆和绝缘拉杆，所述传动主轴与所述驱动电机的输出轴连接，三个所述拐臂等距离固定在所述传动主轴上，所述传动连杆一端与所述拐臂连接，另一端与所述绝缘拉杆连接，所述绝缘拉杆的另一端与所述触头弹簧连接，所述触头弹簧与隔离开关的动触头连接。
2.根据权利要求1所述的一种隔离开关的操作机构，其特征在于：所述驱动电机的输出轴与法兰盘连接，所述法兰盘与所述传动主轴连接。
3.根据权利要求1所述的一种隔离开关的操作机构，其特征在于：所述驱动电机为三相交流异步电机。
4.根据权利要求1所述的一种隔离开关的操作机构，其特征在于：所述电机控制模块包括位置传感器、微分器、比较器、速度控制器、比例积分调节器、电流控制器、积分器及PWM逆变器，所述位置传感器与所述驱动电机连接，所述位置传感器的输出端分别与所述微分器和积分器连接，所述微分器比较器、速度控制器、比例积分调节器、电流控制器及PWM逆变器依次连接，所述PWM逆变器输出端分别与所述驱动电机和积分器连接，所述积分器的输出端与所述电流控制器连接。
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