CN112821557A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明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，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。

Description

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
技术领域
本发明涉及输变电设备技术领域，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及方法。
背景技术
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。
发明内容
本发明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。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一方面，本发明提供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；
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；
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；
所述主IED、监测中心和操作员主站通过光纤进行通信。
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，用于向所述电机控制器供电以及向储能电容充电。
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。
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。
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。
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。
优选地，所述驱动电机设置限位及防负载带动电机反转功能。
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。
另一方面，本发明还提供采用一种智能高压断路器双定子电机操动机构控制系统进行断路器操动的方法，包括以下步骤：
步骤S1：信号采集模块的储能电容电压检测电路检测到电容电压低于设定阈值，CPU发出指令导通电源模块中控制电容储能的开关管进行储能，并在达到目标电压后关断开关管；
步骤S2：通讯模块通过RS-485串口向主IED持续发送储能电容电压、IGBT温度实时信号，并等待动作指令；
步骤S3：主IED通过光纤将断路器、操动机构的状态日志与遥测故障信号发送至监测中心服务器和操作员主站；监测中心对断路器设备监测量与高压断路器双定子电机操动机构状态信息进行监测与调节，同时通过对主IED上传的数据处理分析，对断路器设备和高压断路器双定子电机操动机构运行状态进行评估、预测损伤；操作员主站对遥测信号所示故障进行处理；
步骤S4：断路器进行动作时，监测中心根据变电站内设置的电压互感器采集来的电网电压信息采用同步开关技术给出断路器最佳动作时间，通过主IED对断路器下达开断指令；
步骤S5：电机控制器接收到动作指令后通过CPU和IGBT模块启动驱动电机；
步骤S5.1：电机控制器的信号采集模块采集驱动电机动作过程中的转子位置、绕组电流、IGBT温度信息，通过信号调理模块将采集到的电流信号电压幅值稳定在0～5V以内，将经调理后的信号发送至A/D转换模块；
步骤S5.2：A/D转换模块将调理后的信号进行模数转换发送至CPU；
步骤S5.3：CPU对转子位置数据进行微分得到速度数据，对速度数据进行微分得到加速度数据，同时监测IGBT模块中各IGBT的温度并预警；
步骤S5.4：CPU通过隔离驱动模块驱动IGBT模块，使储能电容给驱动电机供电，驱动电机内绕组导通开始转动；
步骤S6：CPU采用位置与电流的双闭环控制算法，根据电机转子位置、绕组电流反馈信号不断改变IGBT导通与关断时间，调节驱动电机电流，使驱动电机输出特性与断路器分合闸特性相匹配；
步骤S7：驱动电机通过电机操动机构的传动结构曲轴拐臂和传动连杆带动断路器的触头按预设曲线运动，完成断路器的分合闸操作；
步骤S8：断路器分合闸动作完成后，根据驱动电机的转动角度与断路器触头行程的对应关系得到触头行程数据，电机控制器将驱动电机速度、加速度、绕组电流、断路器触头行程这些动作信息上传至主IED；
步骤S9：主IED对驱动电机的动作信息数据进行打包上传至监测中心与操作员主站；
步骤S10：监测中心通过故障特征提取与分析诊断，同时结合断路器本体状态监测传来的数据信息判断断路器动作情况；操作员主站根据驱动电机的动作信息数据对整个变电站内开关设备进行监侧与控制。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明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及方法，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
图1为本发明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；
图2为本发明实施例提供的驱动电机的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的驱动电机的剖面图；
图4为本发明实施例提供的转子磁体T型槽紧固方式示意图；
图5为本发明实施例提供的IGBT温度检测单元的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的储能电容电压检测电路示意图；
图7为本发明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。
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、光电编码器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例以GIS中六氟化硫断路器为例，根据灭弧室对操动机构的要求，采用本发明的一种智能高压断路器双定子电机操动机构控制系统实现该断路器的操动。
本实施例中，一种智能高压断路器双定子电机操动机构控制系统，如图1所示，包括电源模块、驱动电机、电机控制器、主IED(即智能电子设备)、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；所述供电电源包括交流-直流变换模块(AC-DC)、直流-直流(DC-DC)变换模块以及控制电容储能的开关管，用于向所述电机控制器供电以及向储能电容充电；所述储能电容通过电缆连接所述驱动电机的绕组输入端，给驱动电机提供能量；本实施例中，供电电源输入侧接入220V交流电压源给储能电容充电，经过AC-DC、DC-DC转换输出不同电压供给电机控制器。
所述驱动电机如图2所示，采用双定子永磁无刷直流电机结构，包括基座1、机壳、电机外定子3、杯环型的电机转子5、电机内定子4和电机主轴2；本实施例中，驱动电机为双定子单层分数槽集中绕组永磁无刷直流电机，沿径向方向由内到外的装配顺序依次为电机主轴2、电机内定子4、电机转子5和电机外定子3；电机转子5与电机主轴2连接，电机内定子4和电机外定子3均与基座1连接，电机内定子4由基座1向电机内部伸出部分支撑，电机外定子3被基座1外轮廓包裹，电机转子5装配于电机内定子4和外定子3之间；
本实施例中，电机内定子和电机外定子均由DW470型硅钢片叠压而成，采用内定子与外定子齿槽对齐的相对位置，如图3所示；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，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。
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为单层、节距为1的分数槽集中绕组，采用串联方式运行，简化驱动电机结构，提高操动机构可靠性，同时缩短绕线端部长度，减少驱动电机制造成本。
本实施例中，电机转子包括转子环和永磁体，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，如图4所示。
本实施例中，电机主轴选用20号钢锻造，驱动电机设置限位及防负载带动电机反转功能。多级多槽的驱动电机结构减少了机座截面及定子轭部用料，集中绕组极大缩减了绕组线圈无效的端部长度，减少铜线用量，电机操动机构驱动电机工作时间短，采取较高电磁负荷，缩小了驱动电机的体积与重量。采用较大的定子裂比，调节内外电机的功率配比，增大驱动电机气隙体积，提高输出转矩。内定子更好的利用了驱动电机内腔空间，内、外定子产生的电磁力共同作用于电机转子，驱动电机瞬时输出能力大大提高，提高了操动机构驱动电机的转矩密度。杯环型的电子转子转动惯量小、响应速度快、控制精度高，适合断路器快速启停的工况。
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；本实施例中，IGBT模块还包括散热器。
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；由于驱动电机电流属于强电，控制电路属于弱电。该电流采集电路可有效屏蔽强电上的各种干扰(如EMC电磁干扰、开关频率干扰等)，保护控制电路的安全。所述IGBT温度检测单元如图5所示通过将PT100铂热电阻固定在IGBT模块的散热器上测量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；所述储能电压检测电路用于检测储能电容的电压，如图6所示，包括依次连接的电压传感器V_LEM、运算放大器OP07和运算放大器LM358，两个运算放大器串联。
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；
本实施例中，信号调理模块采用由以OP07C为核心组成的线性运算放大电路，由信号采集模块采集得到的信号经信号调理模块后输入到A/D转换模块。
A/D转换模块采用高速、低功耗、六通道同时采样、十六位的模数转换器ADS8364，其转化精度高、速度快，利于对驱动电机的闭环控制的实现，进而实现更稳定的断路器分合闸操作。
CPU采用运算速度快、精度高、能耗小的数字信号处理器DSP28335为中央处理器。
隔离驱动模块包括74HC14、Si8660x、74HCT02和TX-DA962D。74HC14逻辑功能为6路斯密特触发反相器，起到高低电平的转换作用，增加信号的驱动能力，将控制信号转换成清晰、无抖动的输出信号给Si8660x；Si8660x是一款高速隔离芯片，将控制信号与驱动信号隔离，保护前级主控芯片，该芯片将控制信号传给74HCT02；由于前级有芯片74HC14将信号取反，芯片74HCT02再次取反，保持与CPU信号一致。TX-DA962D是一种高速、低功耗的中大功率IGBT驱动板，将CPU信号放大驱动IGBT模块的门极控制IGBT的通断。
IGBT模块采用额定电压1200V、额定电流600A的SKM600GB066D，能够承受回路中的大电流，控制驱动电机内绕组电压，调节绕组电流。
通讯模块由MAX3232组成的RS-485串行通信电路组成，具有通讯距离长、通讯速率快、抗干扰能力强等优点。
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。本实施例中，只以变电站内一个GIS间隔中的高压断路器双定子电机操动机构为例进行说明。
所述监测中心和操作员主站对整个变电站内开关设备进行监侧与控制。本实施例中，只以变电站内一个GIS间隔中的高压断路器双定子电机操动机构为例进行说明。
所述主IED、监测中心和操作员主站通过光纤进行通信。
本实施例中，采用智能高压断路器双定子电机操动机构控制系统对断路器进行操动的方法，如图7所示，具体为：
S1：信号采集模块的储能电容电压检测电路检测到电容电压低于设定阈值，CPU发出指令导通电源模块中控制电容储能的开关管进行储能，并在达到目标电压后关断开关管；
S2：通讯模块通过RS-485串口向主IED持续发送储能电容电压、IGBT温度实时信号，并等待动作指令；
S3：主IED通过光纤将断路器、操动机构的状态日志与遥测故障信号发送至监测中心服务器和操作员主站；监测中心对断路器设备监测量与高压断路器双定子电机操动机构状态信息进行监测与调节，同时通过对主IED上传的数据处理分析，对断路器设备和高压断路器双定子电机操动机构运行状态进行评估、预测损伤；操作员主站对遥测信号所示故障进行处理；
S4：断路器进行动作时，监测中心根据变电站内设置的电压互感器采集来的电网电压信息采用同步开关技术给出断路器最佳动作时间，通过主IED对断路器下达开断指令；
S5：电机控制器接收到动作指令后通过IGBT模块启动驱动电机；
S5.1：电机控制器的信号采集模块采集驱动电机动作过程中的转子位置、绕组电流、IGBT温度信息，通过信号调理模块将采集到的电流信号电压幅值稳定在0～5V以内，将经调理后的信号发送至A/D转换模块；
S5.2：A/D转换模块将调理后的信号进行模数转换发送至CPU；
S5.3：CPU对经光电编码器传来的转子位置数据进行微分得到速度数据，对速度数据进行微分得到加速度数据，同时监测IGBT模块中各IGBT的温度并预警；
S5.4：CPU通过隔离驱动模块驱动IGBT模块，使储能电容给驱动电机供电，驱动电机内绕组导通开始转动；
S6：CPU采用位置与电流的双闭环控制算法，根据电机转子位置、绕组电流反馈信号不断改变IGBT导通与关断时间，调节驱动电机电流，使驱动电机输出特性与断路器分合闸特性相匹配；
S7：驱动电机通过电机操动机构的传动结构曲轴拐臂和传动连杆带动断路器的触头按预设曲线运动，完成断路器的分合闸操作；
S8：断路器分合闸动作完成后，根据驱动电机的转动角度与断路器触头行程的对应关系得到触头行程数据，电机控制器将驱动电机速度、加速度、绕组电流、断路器触头行程这些动作信息上传至主IED；
S9：主IED对驱动电机的动作信息数据进行打包上传至监测中心与操作员主站；
S10：监测中心通过故障特征提取与分析诊断，同时结合断路器本体状态监测传来的数据信息判断断路器动作情况；操作员主站根据驱动电机的动作信息数据对整个变电站内开关设备进行监侧与控制。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

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，用于向所述电机控制器供电以及向储能电容充电。
3.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。
4.根据权利要求3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。
5.根据权利要求4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。
6.根据权利要求5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。
7.根据权利要求3-6任一项权利要求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：所述驱动电机设置限位及防负载带动电机反转功能。
8.根据权利要求7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。
9.一种智能高压断路器双定子电机操动机构控制方法，采用权利要求8所述控制系统实现，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：信号采集模块的储能电容电压检测电路检测到电容电压低于设定阈值，CPU发出指令导通电源模块中控制电容储能的开关管进行储能，并在达到目标电压后关断开关管；
步骤S2：通讯模块通过RS-485串口向主IED持续发送储能电容电压、IGBT温度实时信号，并等待动作指令；
步骤S3：主IED通过光纤将断路器、操动机构的状态日志与遥测故障信号发送至监测中心服务器和操作员主站；监测中心对断路器设备监测量与高压断路器双定子电机操动机构状态信息进行监测与调节，同时通过对主IED上传的数据处理分析，对断路器设备和高压断路器双定子电机操动机构运行状态进行评估、预测损伤；操作员主站对遥测信号所示故障进行处理；
步骤S4：断路器进行动作时，监测中心根据变电站内设置的电压互感器采集来的电网电压信息采用同步开关技术给出断路器最佳动作时间，通过主IED对断路器下达开断指令；
步骤S5：电机控制器接收到动作指令后通过CPU和IGBT模块启动驱动电机；
步骤S6：CPU采用位置与电流的双闭环控制算法，根据电机转子位置、绕组电流反馈信号不断改变IGBT导通与关断时间，调节驱动电机电流，使驱动电机输出特性与断路器分合闸特性相匹配；
步骤S7：驱动电机通过电机操动机构的传动结构曲轴拐臂和传动连杆带动断路器的触头按预设曲线运动，完成断路器的分合闸操作；
步骤S8：断路器分合闸动作完成后，根据驱动电机的转动角度与断路器触头行程的对应关系得到触头行程数据，电机控制器将驱动电机速度、加速度、绕组电流、断路器触头行程这些动作信息上传至主IED；
步骤S9：主IED对驱动电机的动作信息数据进行打包上传至监测中心与操作员主站；
步骤S10：监测中心通过故障特征提取与分析诊断，同时结合断路器本体状态监测传来的数据信息判断断路器动作情况；操作员主站根据驱动电机的动作信息数据对整个变电站内开关设备进行监侧与控制。
10.根据权利要求9所述的一种智能高压断路器双定子电机操动机构控制方法，其特征在于：
步骤S5.1：电机控制器的信号采集模块采集驱动电机动作过程中的转子位置、绕组电流、IGBT温度信息，通过信号调理模块将采集到的电流信号电压幅值稳定在0～5V以内，将经调理后的信号发送至A/D转换模块；
步骤S5.2：A/D转换模块将调理后的信号进行模数转换发送至CPU；
步骤S5.3：CPU对转子位置数据进行微分得到速度数据，对速度数据进行微分得到加速度数据，同时监测IGBT模块中各IGBT的温度并预警；
步骤S5.4：CPU通过隔离驱动模块驱动IGBT模块，使储能电容给驱动电机供电，驱动电机内绕组导通开始转动。
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WO2024000146A1 (zh) * 2022-06-28 2024-01-04 云南电网有限责任公司红河供电局 一种驱动电机闭环控制隔离开关驱动装置

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