CN108615647B - 一种高压组合电器及其伺服电机驱动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压组合电器及其伺服电机驱动机构，具体包括断路器充气单元和三位开关充气单元，还包括伺服电机、GIS伺服控制器以及伺服电机驱动器，所述伺服电机传动连接断路器及三位开关的执行机构，所述GIS伺服控制器通过信号线连接各伺服电机驱动器，所述伺服电机驱动器控制连接对应的伺服电机。本方案将电机机构应用于GIS产品之中，取代传统断路器的弹簧机构，避免传统设备合闸不到位，合闸力过大等机械运动故障，避免出现导电系统触头发热烧毁开关等故障的发生，同时还节省了传统设备耗时耗力的调试测试的过程。

Description

一种高压组合电器及其伺服电机驱动机构
技术领域
本发明涉及一种高压组合电器及其伺服电机驱动机构，属于电力系统高压组合电器技术领域。
背景技术
国内外GIS高压组合电器产品，大都是使用传统的机械运动操动机构，弹簧操动机构组成，由于传统的机构运动零部件多，装配误差的存在，当产品设计完毕，断路器，三位开关的开距难以保正其技术要求，存在传统设备合闸不到位，合闸力过大等机械运动故障，容易出现导电系统触头发热烧毁开关等故障的发生，从而导致新产品在设计过程中，需不断循环调试整个产品的各个技术参数，耗费大量的人力和物力。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压组合电器及其伺服电机驱动机构，用以解决传统开关柜设备需要耗费大量人力物力进行设备调试的问题，为实现产品智能化奠定基础。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
本发明的一种高压组合电器，包括断路器充气单元和三位开关充气单元，还包括断路器伺服电机、三位开关伺服电机、GIS控制器、断路器伺服电机驱动器以及三位开关伺服电机驱动器；所述断路器伺服电机传动连接断路器的执行机构，所述三位开关伺服电机传动连接三位开关的执行机构；所述断路器伺服电机驱动器控制连接所述断路器伺服电机，所述三位开关伺服电机驱动器连接所述三位开关伺服电机；所述GIS控制器的断路器串行通信接口连接所述断路器伺服电机驱动器的串行通信接口，所述GIS控制器的三位开关串行通信接口连接所述三位开关伺服电机驱动器的串行通信接口；GIS控制器检测连接断路器分合闸信号、接地开关分合闸信号和隔离开关分合闸信号；所述断路器伺服电机驱动器采样连接断路器伺服电机旋变信号，所述三位开关伺服电机驱动器采样连接三位开关伺服电机旋变信号。
本方案将伺服电机驱动机构应用于GIS产品之中，取代传统断路器的弹簧机构，避免传统设备合闸不到位，合闸力过大等机械运动故障，避免出现导电系统触头发热烧毁开关等故障的发生，同时还节省了传统设备耗时耗力的调试测试的过程。
进一步的，所述GIS控制器采样连接断路器辅助开关接点，所述GIS控制器的断路器分合状态信息接口连接所述断路器伺服电机驱动器的断路器分合状态信息接口。
进一步的，所述GIS控制器采样连接接地开关辅助触点和隔离开关辅助触点，所述GIS控制器的接地开关分合状态信息接口连接所述三位开关伺服电机驱动器的接地开关分合状态信息接口，所述GIS控制器的隔离开关分合状态信息接口连接所述三位开关伺服电机驱动器的隔离开关分合状态信息接口。
本方案克服传统设备的装配误差，零部件过多等各种机械运动故障，通过数字调试驱动电机的转速和位置控制，保证GIS产品电力特性和分合闸的精确到位，从而避免导电系统触头发热，烧毁开关等故障的发生。此技术在GIS产品的应用，适应当今GIS产品机构简单，智能控制，资源共享这一发展趋势，为产品的智能控制提供可靠地技术支持。
本发明的一种高压组合电器伺服电机驱动机构，包括断路器伺服电机、三位开关伺服电机、GIS控制器、断路器伺服电机驱动器以及三位开关伺服电机驱动器；所述断路器伺服电机驱动器控制连接所述断路器伺服电机，所述三位开关伺服电机驱动器连接所述三位开关伺服电机；所述GIS控制器的断路器串行通信接口连接所述断路器伺服电机驱动器的串行通信接口，所述GIS控制器的三位开关串行通信接口连接所述三位开关伺服电机驱动器的串行通信接口；GIS控制器检测连接断路器分合闸信号、接地开关分合闸信号和隔离开关分合闸信号；所述断路器伺服电机驱动器采样连接断路器伺服电机旋变信号，所述三位开关伺服电机驱动器采样连接三位开关伺服电机旋变信号。
进一步的，所述GIS控制器采样连接断路器辅助开关接点，所述GIS控制器的断路器分合状态信息接口连接所述断路器伺服电机驱动器的断路器分合状态信息接口。
进一步的，所述GIS控制器采样连接接地开关辅助触点和隔离开关辅助触点，所述GIS控制器的接地开关分合状态信息接口连接所述三位开关伺服电机驱动器的接地开关分合状态信息接口，所述GIS控制器的隔离开关分合状态信息接口连接所述三位开关伺服电机驱动器的隔离开关分合状态信息接口。
附图说明
图1是本发明的GIS伺服驱动机构原理图；
图2是本发明的GIS(110KV级)控制器；
图3是本发明的GIS(110KV级)断路器伺服驱动器；
图4是本发明的GIS(110KV级)三位开关伺服驱动器；
图5是本发明的GIS伺服电机程序控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明的GIS(110KV)伺服电机驱动机构技术方案如图1所示，本方案的伺服驱动机构包括四个部分:
断路器伺服电机控制器：运用DSP数字信号控制器，控制断路器伺服电机的正反转，满足断路器分合闸各项技术要求。
三位开关伺服电机控制器：运用DSP数字信号控制器，控制三位开关伺服电机的正反转，满足三位开关隔离分合，接地分合的各种技术要求。
GIS控制器：运用GIS控制模式，分别实现GIS断路器，三位开关的智能操作；为了实现GIS伺服电机驱动机构的智能控制，本方案断路器和三位开关的控制器将合二为一，实现二者的资源共享。
伺服电机：包括断路器伺服电机和三位开关伺服电机，二者原理结构相同，都是由永磁无刷电机及编码器组成，其中伺服电机编码器，采用当今较先进的旋变数字转换器，它的输出与DSP的事件管理器相连，实现电机的速度控制及精确定位。本方案中的电机为适应GIS技术特性的永磁无刷电机；具体包括，电机的功率，转矩，转速将成为GIS的主要动力参数；此电机应满足在一定速度的情况下产生大功率的转矩，并且能够在一定时间内转过对应的角度；为了满足高压开关的运动特性，适应GIS技术参数要求的电机应该为低速，大扭矩，大功率的伺服电机。
GIS控制器通过采集三位开关中接地开关辅助触点、隔离开关辅助触点、断路器辅助触点的分合信号，来获取三位开关及断路器动触点位置，进而判断三位开关及断路器的分合闸状态，并通过对应接口将接地开关、隔离开关和断路器分合状态信息传给三位开关伺服电机驱动器或断路器伺服电机驱动器。GIS控制器接收断路器、接地开关和隔离开关的控制信号，并通过串行通信接口发送指令到三位开关伺服电机驱动器或断路器伺服电机驱动器。三位开关伺服电机驱动器和断路器伺服电机驱动器驱动连接对应伺服电机，伺服电机反馈电机旋变信号到对应伺服电机驱动器。
如图2所示的GIS(110KV以上)控制器，此控制器构造及应用如下：
此控制器分别由单片机、光纤接口、断路器、隔离及接地开关分合闸按钮等组成。
单片机运用光纤电缆实现断路器、隔离及接地开关量信息的实时采集，满足单片机信息所需，应用于程序的可编程控制，形成断路器，三位开关虚拟的分合闸线圈，在分合闸命令的控制下，实现断路器，隔离接地的正常操作，本发明借鉴当今先进的断路器伺服电机驱动控制控制技术，将其运用GIS(110KV)上，实现断路器，三位开关单片机控制的资源共享。
如图3所示的GIS(110KV以上)断路器电机伺服驱动器，此控制器的构造及应用如下：
本发明借鉴当今先进的断路器伺服电机驱动技术，将其应用于GIS(110KV)产品的设计中。
此控制器分别由伺服电机接线排、霍尔电流传感器、IGBT及驱动模块、DSP数字信号控制器及光纤接口等组成。
DSP数字信号控制器运用伺服电机电流及编码器(旋变编码器)的采集，在外界的技术要求的情况下，应用于程序，得到PWM控制信号，实现断路器伺服电机速度及位置的控制。
如图4所示的GIS(110KV以上)三位开关电机伺服驱动器，此控制器的构造及应用如下：
本发明借鉴当今先进的断路器伺服电机驱动机构，将其应用于GIS(110KV)产品的设计中。
此控制器分别由伺服电机接线排、霍尔电流传感器、IGBT及驱动模块、DSP数字信号控制器及光纤接口等组成。
DSP数字信号控制器运用伺服电机电流，编码器(旋变编码器)的采集，在外界的技术要求的情况下，应用于程序，得到PWM控制信号，实现三位开关伺服电机速度位置的控制。
本发明的GIS的动作过程用程序控制来描述，本发明GIS伺服电机程序控制流程图如图5所示，其中：初始化后接受外部参数信息，将一定电流输送给电机，电机产生扭矩带动负载；启动本地采集及远程遥控：主程序DSP数字信号处理器，通过采集到电机的电流信号和位置信号，在程序的数据处理器及命令解析下，得到PWM脉宽调控信号，实现断路器，三位开关(隔离，接地)的分合闸控制。
本发明的GIS伺服电机驱动机构与传统的操作机构相比，除了机械零部件的减少外，它有显著地智能特色，传统机构一旦设计完毕，产品特性就已定型，如果，需要修改某些参数，就必须对整个产品进行重新设计，而采用新型GIS伺服电机驱动机构，就可以通过程序的修改，参数的重新设置，来达到高压电器的特性要求，特别是为产品的系列化提供可靠的技术保证；为智能的建设提供可靠的技术支持，同时，新型伺服驱动零部件的减少，为产品的装配调试，减轻劳动强度，提高生产力提供可靠的保证。本发明的应用，使产品结构简单，可以保证GIS产品的电力特性和分合闸的精确到位，从而避免GIS产品在导电过程中，触头发热，绝缘等故障的发生。
GIS产品所述伺服电机传动连接断路器及三位开关的执行机构，大都是使用传统的机械运动操动机构，弹簧操动机构组成，由于传统的机构运动零部件多，装配误差的存在，当产品设计完毕，断路器，三位开关的开距难以保正其技术要求，从而导致新产品在设计过程中，需不断循环调试整个产品的各个技术参数，耗费大量的人力和物力，为了克服这种弊端，满足产品的技术性能，我们借鉴当今电力电子及智能控制技术的发展，用伺服机构的电机直接驱动断路器，三位开关的分合闸操作，运用电流检测，位置编码器双闭环控制技术，通过数字调试驱动电机的转速和位置控制，确保GIS断路器和三位开关的分合闸速度满足技术要求，其分合闸触头的精确到位，克服传统设备的合闸不到位，合闸力过大等机械运动故障，从而避免导电系统触头发热烧毁开关等各种故障的发生。

Claims (6)

1.一种高压组合电器，包括断路器充气单元和三位开关充气单元，其特征在于，还包括断路器伺服电机、三位开关伺服电机、GIS控制器、断路器伺服电机驱动器以及三位开关伺服电机驱动器；所述断路器伺服电机传动连接断路器的执行机构，所述三位开关伺服电机传动连接三位开关的执行机构；所述断路器伺服电机驱动器控制连接所述断路器伺服电机，所述三位开关伺服电机驱动器连接所述三位开关伺服电机；所述GIS控制器的断路器串行通信接口连接所述断路器伺服电机驱动器的串行通信接口，所述GIS控制器的三位开关串行通信接口连接所述三位开关伺服电机驱动器的串行通信接口；GIS控制器检测连接断路器分合闸信号、接地开关分合闸信号和隔离开关分合闸信号；所述断路器伺服电机驱动器采样连接断路器伺服电机旋变信号，所述三位开关伺服电机驱动器采样连接三位开关伺服电机旋变信号。
2.根据权利要求1所述的一种高压组合电器，其特征在于，所述GIS控制器与断路器辅助开关接点相连接，所述GIS控制器的断路器分合状态信息接口连接所述断路器伺服电机驱动器的断路器分合状态信息接口。
3.根据权利要求1所述的一种高压组合电器，其特征在于，所述GIS控制器分别与接地开关辅助触点和隔离开关辅助触点相连接，所述GIS控制器的接地开关分合状态信息接口连接所述三位开关伺服电机驱动器的接地开关分合状态信息接口，所述GIS控制器的隔离开关分合状态信息接口连接所述三位开关伺服电机驱动器的隔离开关分合状态信息接口。
4.一种高压组合电器伺服电机驱动机构，其特征在于，包括断路器伺服电机、三位开关伺服电机、GIS控制器、断路器伺服电机驱动器以及三位开关伺服电机驱动器；所述断路器伺服电机驱动器控制连接所述断路器伺服电机，所述三位开关伺服电机驱动器连接所述三位开关伺服电机；所述GIS控制器的断路器串行通信接口连接所述断路器伺服电机驱动器的串行通信接口，所述GIS控制器的三位开关串行通信接口连接所述三位开关伺服电机驱动器的串行通信接口；GIS控制器检测连接断路器分合闸信号、接地开关分合闸信号和隔离开关分合闸信号；所述断路器伺服电机驱动器采样连接断路器伺服电机旋变信号，所述三位开关伺服电机驱动器采样连接三位开关伺服电机旋变信号。
5.根据权利要求4所述的一种高压组合电器伺服电机驱动机构，其特征在于，所述GIS控制器与断路器辅助开关接点相连接，所述GIS控制器的断路器分合状态信息接口连接所述断路器伺服电机驱动器的断路器分合状态信息接口。
6.根据权利要求4所述的一种高压组合电器伺服电机驱动机构，其特征在于，所述GIS控制器分别与接地开关辅助触点和隔离开关辅助触点相连接，所述GIS控制器的接地开关分合状态信息接口连接所述三位开关伺服电机驱动器的接地开关分合状态信息接口，所述GIS控制器的隔离开关分合状态信息接口连接所述三位开关伺服电机驱动器的隔离开关分合状态信息接口。
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