CN108007418B - 基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量装置及方法 - Google Patents

基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量装置，其特征在于，包括驱动齿轮、从动齿轮，所述驱动齿轮固定设置在所述高压隔离开关传动轴上，所述驱动齿轮与所述从动齿轮啮合连接，从动齿轮的中心固定设置有从动齿轮传动轴，所述从动齿轮传动轴上固定设置有旋转光电编码器，所述旋转光电编码器通过输出正交编码输出脉冲进行计数和方向识别，实现所述高压隔离开关传动轴的转动角度和运动方向的精确测量。本发明还提出基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：高压隔离开关传动角测量分辨率Δθ的确定；高压隔离开关传动轴转角测量齿轮传动比i的确定；驱动齿轮与从动齿轮齿数的确定。

Description

基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量装置及方法
技术领域
本发明涉及基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量装置及方法，属于高压隔离开关状态检测技术领域。
背景技术
户外式高压隔离开关轴销、轴承部位等传动部位缺乏润滑和相对运动，分合闸过程卡涩、分合闸不到位、传动连杆变形等机械故障已经成为普遍存在的问题，通过运维工作人员的日常巡视很难发现早期的分合卡涩故障，故障后进行临时检修会耽误送电时间，影响供电的可靠性，对高压隔离开关操动机构进行状态检测和分析，是提高供电可靠性的重要手段。
进行高压隔离开关状态监测，采集的信号通常有电机电流、传动轴扭矩、传动轴转角等，利用电机电流-传动轴转角和扭矩-转角特性可以对高压隔离开关的运动状态进行分析，进而对高压隔离开关的运行状态进行评估，所以高压隔离开关传动轴的转角是进行高压隔离开关状态检修的关键参数。高压隔离开关传动轴带动连杆运动，驱动主刀旋转进行分合闸操作，传动轴旋转的角度可以反映隔离开关操作是否到位，与电机电流和传动轴扭矩等参数综合分析后，可以对卡涩、偏位等机械缺陷进行分析。为了准确反应隔离开关触头和触指的接触是否到位，以及用于高压隔离开关运动状态检测，传动轴转角的测量必须精确。
发明内容
可供选择的转角测量传感器有拉线式位移传感器、积分陀螺仪、环形片式电阻绝对位移传感器、旋转光电编码器等。拉线式位移传感器受到多次的拉伸与缠绕会改变钢丝特性，从而影响测量的精度。积分陀螺仪受到积分回路的影响，存在零漂、温度误差，从已报道的文献中看，转角测量准确度大于0.5°，不能满足测量分辨率和准确度的要求。环形片式电阻绝对位移传感器存在测量盲区，不能进行多圈测量，也会受到现场电磁干扰的影响。旋转光电编码器单圈测量分辨率较为有限，需要提高单圈测量分辨率以满足高压隔离开关转角精确测量的要求。
本发明的目的在于，克服现有技术存在的缺陷，解决上述技术问题，提出一种基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量装置及方法。
本发明采用如下技术方案：基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量装置，其特征在于，包括驱动齿轮、从动齿轮，所述驱动齿轮固定设置在所述高压隔离开关传动轴上，所述驱动齿轮与所述从动齿轮啮合连接，从动齿轮的中心固定设置有从动齿轮传动轴，所述从动齿轮传动轴上固定设置有旋转光电编码器，所述旋转光电编码器通过输出正交编码输出脉冲进行计数和方向识别，实现所述高压隔离开关传动轴的转动角度和运动方向的精确测量。
作为一种较佳的实施例，本发明还包括齿轮支架座，驱动齿轮与从动齿轮分别设置在所述齿轮支架座上。
作为一种较佳的实施例，还包括光电编码器支架座，光电编码器支架座固定设置在所述齿轮支架座上，旋转光电编码器设置在光电编码器支架座上。
本发明还提出基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤SS1：高压隔离开关传动角测量分辨率Δθ的确定；
步骤SS2：高压隔离开关传动轴转角测量齿轮传动比i的确定；
步骤SS3：驱动齿轮与从动齿轮齿数的确定。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS1具体包括：高压隔离开关操动机构电机驱动所述高压隔离开关传动轴旋转，通过主刀垂直连杆带动一侧支柱绝缘子旋转，借助单极连杆使另一侧支柱绝缘子反向旋转相同的角度，完成高压隔离开关某一相的分合闸动作，同时通过水平连杆带动另外二相分合闸；整个工作过程中，所述高压隔离开关传动轴转过的角度对应于主刀闸分闸或者合闸的全行程；
设高压隔离开关传动轴转动的整个角度为
Figure BDA0001488500470000031
以度为单位，则支柱绝缘子旋转的角度为
Figure BDA0001488500470000032
设高压隔离开关主刀旋转半径为r，则高压隔离开关主刀触头运动的行程S：
Figure BDA0001488500470000033
所述高压隔离开关传动轴转动的单位角度对应的行程s0：
Figure BDA0001488500470000034
设高压隔离开关安装错位或者结构件变形，导致的尺寸偏移检测分辨率为Δl，反映在所述高压隔离开关传动轴旋转角度的误差
Figure BDA0001488500470000035
近似为：
Figure BDA0001488500470000036
为了精确测量所述高压隔离开关传动轴的转角，旋转光电编码器的分辨率应该高于
Figure BDA0001488500470000037
一个准确度等级，所述高压隔离开关传动轴转角测量的分辨率Δθ应该选择为
Figure BDA0001488500470000038
即：
Figure BDA0001488500470000039
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS2具体包括：设选定的旋转光电编码器的每圈输出正交编码脉冲数为m0，传动比i为测量精确度需要的脉冲数与每圈输出脉冲数的比值：
Figure BDA0001488500470000041
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3具体包括：设驱动齿轮的齿数为Z1，从动齿轮的齿数为Z2，减速传动比i即是齿轮齿数比，即：
Figure BDA0001488500470000042
选定驱动齿轮的齿数后，从动齿轮的齿数为：
Z2＝Z1×i；
根据选择的旋转光电编码器的输出脉冲数和高压隔离开关的结构参数，完成驱动齿轮与从动齿轮的齿轮传动系统的设计，可以满足所述高压隔离开关传动轴转角精确测量的要求。
本发明所达到的有益效果：本发明通过放大高压隔离开关传动轴的转动，利用旋转光电编码器的多圈测量能力，实现高精度的高压隔离开关传动轴转角测量。
附图说明
图1是本发明的基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量装置的立体示意图。
图2是本发明的基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量装置的主视图的结构示意图。
图3是本发明的基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量装置的俯视图的结构示意图。
图中标记的含义：1-驱动齿轮，2-从动齿轮，3-齿轮支架座，4-光电编码器支架座，5-旋转光电编码器，6-驱动齿轮孔，7-从动齿轮传动轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1、图2和图3所示，本发明采用如下技术方案：基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量装置，其特征在于，包括驱动齿轮1、从动齿轮2，驱动齿轮1固定设置在所述高压隔离开关传动轴上，驱动齿轮1与所述从动齿轮2啮合连接，从动齿轮2的中心固定设置有从动齿轮传动轴7，从动齿轮传动轴7上固定设置有旋转光电编码器5，旋转光电编码器5通过输出正交编码输出脉冲进行计数和方向识别，实现高压隔离开关传动轴的转动角度和运动方向的精确测量。
作为一种较佳的实施例，本发明还包括齿轮支架座3，驱动齿轮1与从动齿轮2分别设置在齿轮支架座3上。
作为一种较佳的实施例，还包括光电编码器支架座4，所述光电编码器支架座4固定设置在所述齿轮支架座3上，旋转光电编码器5设置在光电编码器支架座4上。
本发明还提出基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤SS1：高压隔离开关传动角测量分辨率Δθ的确定；
步骤SS2：高压隔离开关传动轴转角测量齿轮传动比i的确定；
步骤SS3：驱动齿轮1与从动齿轮2齿数的确定。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS1具体包括：高压隔离开关操动机构电机驱动所述高压隔离开关传动轴旋转，通过主刀垂直连杆带动一侧支柱绝缘子旋转，借助单极连杆使另一侧支柱绝缘子反向旋转相同的角度，完成高压隔离开关某一相的分合闸动作，同时通过水平连杆带动另外二相分合闸；整个工作过程中，所述高压隔离开关传动轴转过的角度对应于主刀闸分闸或者合闸的全行程；
设高压隔离开关传动轴转动的整个角度为
Figure BDA0001488500470000061
以度为单位，则支柱绝缘子旋转的角度为
Figure BDA0001488500470000062
设高压隔离开关主刀旋转半径为r，则高压隔离开关主刀触头运动的行程S：
Figure BDA0001488500470000063
所述高压隔离开关传动轴转动的单位角度对应的行程s0：
Figure BDA0001488500470000064
设高压隔离开关安装错位或者结构件变形，导致的尺寸偏移检测分辨率为Δl，反映在所述高压隔离开关传动轴旋转角度的误差
Figure BDA0001488500470000065
近似为：
Figure BDA0001488500470000067
为了精确测量所述高压隔离开关传动轴的转角，旋转光电编码器5的分辨率应该高于
Figure BDA0001488500470000068
一个准确度等级，所述高压隔离开关传动轴转角测量的分辨率Δθ应该选择为
Figure BDA0001488500470000069
即：
Figure BDA00014885004700000610
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS2具体包括：设选定的旋转光电编码器5的每圈输出正交编码脉冲数为m0，传动比i为测量精确度需要的脉冲数与每圈输出脉冲数的比值：
Figure BDA0001488500470000071
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3具体包括：设所述驱动齿轮(1)的齿数为Z1，所述从动齿轮(2)的齿数为Z2，减速传动比i即是齿轮齿数比，即：
Figure BDA0001488500470000072
选定驱动齿轮1的齿数后，从动齿轮2的齿数为：
Z2＝Z1×i；
根据选择的旋转光电编码器5的输出脉冲数和高压隔离开关的结构参数，完成驱动齿轮1与从动齿轮2的齿轮传动系统的设计，可以满足所述高压隔离开关传动轴转角精确测量的要求。
具体的实施方式如下：设高压隔离开关主刀闸以1000mm为半径运动，旋转180°，则触头或者触指的圆周运动行程S为：
Figure BDA0001488500470000073
隔离开关分合闸过程中，操动机构传动轴旋转180°，每度对应的运动行程s0
Figure BDA0001488500470000074
如果隔离开关安装错位或者结构件变形，导致1毫米的尺寸偏移，反映在传动轴旋转角度的误差
Figure BDA0001488500470000076
近似为：
Figure BDA0001488500470000075
传感器的分辨率Δθ应该高于
Figure BDA0001488500470000081
一个准确度等级，转角测量的分辨率应该选择为0.05°。
隔离开关传动轴转角测量的分辨率选择为0.05°，则光电编码器在隔离开关传动轴旋转一周时，输出脉冲个数M：
Figure BDA0001488500470000082
选择每圈输出2000个正交编码脉冲的光电编码传感器，需要的减速传动比i为：
Figure BDA0001488500470000083
选定驱动齿轮齿数为64，从动齿轮齿数为16，设计齿轮传动系统如附图1，图2和图3，实际的减速传动比：
Figure BDA0001488500470000084
实际的传感系统的分辨率Δθ：
Figure BDA0001488500470000085
满足该型号高压隔离开关传动轴转角测量分辨率大于0.05°的要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤SS1：高压隔离开关传动角测量分辨率Δθ的确定；所述步骤SS1具体包括：高压隔离开关操动机构电机驱动所述高压隔离开关传动轴旋转，通过主刀垂直连杆带动一侧支柱绝缘子旋转，借助单极连杆使另一侧支柱绝缘子反向旋转相同的角度，完成高压隔离开关某一相的分合闸动作，同时通过水平连杆带动另外二相分合闸；整个工作过程中，所述高压隔离开关传动轴转过的角度对应于主刀分闸或者合闸的全行程；
设高压隔离开关传动轴转动的整个角度为
Figure FDA0002369110090000011
以度为单位，则支柱绝缘子旋转的角度为
Figure FDA0002369110090000012
设高压隔离开关主刀旋转半径为r，则高压隔离开关主刀触头运动的行程S：
Figure FDA0002369110090000013
所述高压隔离开关传动轴转动的单位角度对应的行程s0：
Figure FDA0002369110090000014
设高压隔离开关安装错位或者结构件变形，导致的尺寸偏移检测分辨率为Δl，反映在所述高压隔离开关传动轴旋转角度的误差
Figure FDA0002369110090000015
近似为：
Figure FDA0002369110090000016
为了精确测量所述高压隔离开关传动轴的转角，旋转光电编码器(5)的分辨率应该高于
Figure FDA0002369110090000017
一个准确度等级，所述高压隔离开关传动轴转角测量的分辨率Δθ应该选择为
Figure FDA0002369110090000018
即：
Figure FDA0002369110090000019
步骤SS2：高压隔离开关传动轴转角测量齿轮传动比i的确定；
步骤SS3：驱动齿轮(1)与从动齿轮(2)齿数的确定。
2.根据权利要求1所述的基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量方法，其特征在于，所述步骤SS2具体包括：设选定的旋转光电编码器(5)的每圈输出正交编码脉冲数为m0，传动比i为测量精确度需要的脉冲数与每圈输出脉冲数的比值：
Figure FDA0002369110090000021
Δl为尺寸偏移检测分辨率。
3.根据权利要求1所述的基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量方法，其特征在于，所述步骤SS3具体包括：设驱动齿轮(1)的齿数为Z1，从动齿轮(2)的齿数为Z2，传动比i即是齿轮齿数比，即：
Figure FDA0002369110090000022
选定驱动齿轮(1)的齿数后，从动齿轮(2)的齿数为：
Z2＝Z1×i；
根据选择的旋转光电编码器(5)的输出脉冲数和高压隔离开关的结构参数，完成驱动齿轮(1)与从动齿轮(2)的齿轮传动系统的设计，可以满足所述高压隔离开关传动轴转角精确测量的要求。
4.采用如权利要求1所述的基于齿轮传动的高压隔离开关传动轴转角测量方法的测量装置，其特征在于，包括驱动齿轮(1)、从动齿轮(2)，所述驱动齿轮(1)固定设置在所述高压隔离开关传动轴上，所述驱动齿轮(1)与所述从动齿轮(2)啮合连接，所述从动齿轮(2)的中心固定设置有从动齿轮传动轴(7)，所述从动齿轮传动轴(7)上固定设置有旋转光电编码器(5)，所述旋转光电编码器(5)通过输出正交编码输出脉冲进行计数和方向识别，实现所述高压隔离开关传动轴的转动角度和运动方向的精确测量；
还包括齿轮支架座(3)，所述驱动齿轮(1)与所述从动齿轮(2)分别设置在所述齿轮支架座(3)上；
还包括光电编码器支架座(4)，所述光电编码器支架座(4)固定设置在所述齿轮支架座(3)上，所述旋转光电编码器(5)设置在所述光电编码器支架座(4)上。
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