CN203787338U - 高压gis隔离开关凸极式转子直流电机操动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种高压GIS隔离开关凸极式转子直流电机操动机构，属于电力系统中高压隔离开关电机操动机构技术领域，本实用新型克服了液压和弹簧等传统操动机构零部件多、操动机构复杂、运动过程不可控等缺点，操动机构在电机底座外加限位器，使电机操动机构只旋转一定的角度，防止隔离开关在动作过程中，因末期速度大导致的机械碰撞而引起的机械变形，损坏等故障，此外，本实用新型采用凸极式转子无刷线圈激磁无刷直流电机，有效提高输出转矩、拓宽分合闸调速度范围、增强稳定工作性能，适用于隔离开关的智能化操作。

Description

高压GIS隔离开关凸极式转子直流电机操动机构

技术领域

本实用新型属于电力系统中高压隔离开关电机操动机构技术领域，具体涉及一种高压GIS隔离开关凸极式转子直流电机操动机构。

背景技术

高压隔离开关是电力系统中重要的开关设备，在高压电网中起到隔离线路建立可靠绝缘间隙的作用，是高压电网中最重要的设备之一，对电力系统的安全运行具有重要意义。操动机构作为隔离开关重要的组成部分，它起到驱动高压隔离开关动触头进行分合闸的作用，操动机构工作性能的优良直接影响到隔离开关能否正常快速稳定实现分合闸的操作。在高压隔离开关操动机构的分合闸过程中，机构引起的故障是高压隔离开关故障的主要来源，高压隔离开关常见的机构故障有操作失灵、拒分、拒合、分合闸不到位和零部件磨损变形等。

发明内容

针对现有技术问题，本实用新型提出一种高压GIS隔离开关凸极式转子直流电机操动机构，以达到避免操作失误、拒分、拒合、分合闸不到位和零部件磨损变形的目的。

一种高压GIS隔离开关凸极式转子直流电机操动机构，该装置包括凸极式转子无刷线圈激磁直流电机、电机控制器和高压GIS隔离开关，还包括操动机构，其中，凸极式转子无刷线圈激磁直流电机的输入端连接电机控制器的输出端，凸极式转子无刷线圈激磁直流电机的主轴连接操动机构的一端，操动机构的另一端连接高压GIS隔离开关的动触头；

所述的操动机构包括限位器、转轴、第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第一三角拐臂、第二三角拐臂、第三三角拐臂、第一拉杆、第二拉杆和第三拉杆，其中，

所述的限位器设置于凸极式转子无刷线圈激磁直流电机的底座上；

所述的凸极式转子无刷线圈激磁直流电机的主轴通过法兰连接转轴；

所述的第一传动轴的一端、第二传动轴的一端和第三传动轴的一端依次固定连接在转轴上；

所述的第一三角拐臂的第一端、第二三角拐臂的第一端和第三三角拐臂的第一端通过连接杆固定连接，第一三角拐臂的第二端连接第一传动轴的另一端，第二三角拐臂的第二端连接第二传动轴的另一端，第三拐臂的第二端连接第三传动轴的另一端，第一三角拐臂的第三端连接第一拉杆的一端，第二三角拐臂的第三端连接第二拉杆的一端，第三三角拐臂的第三端连接第三拉杆的一端；

所述的第一拉杆的另一端连接高压GIS隔离开关的第一相动触头，第二拉杆的另一端连接高压GIS隔离开关的第二相动触头，第三拉杆的另一端连接高压GIS隔离开关的第三相动触头。

所述的限位器包括底座和限位楔子，所述的限位楔子套于凸极式转子无刷线圈激磁直流电机的主轴上，并固定连接；限位器的底座设置在凸极式转子无刷线圈激磁直流电机的底座上，并实现与限位楔子的配合使用，即限位楔子在底座的旋转空间内进行转动。

所述的第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴结构相同，均包括拐臂、万向联轴器和连杆，拐臂的一端与转轴固定连接，拐臂的另一端通过万向联轴器与连杆一端相连，连杆的另一端连接三角拐臂，上述三角拐臂为第一三角拐臂或第二三角拐臂或第三三角拐臂。

本实用新型优点：

本实用新型提出一种高压GIS隔离开关凸极式转子直流电机操动机构，克服了液压和弹簧等传统操动机构零部件多、操动机构复杂、运动过程不可控等缺点，操动机构在电机底座外加限位器，使电机操动机构只旋转一定的角度，防止隔离开关在动作过程中，因末期速度大导致的机械碰撞而引起的机械变形，损坏等故障，此外，本实用新型采用凸极式转子无刷线圈激磁无刷直流电机，有效提高输出转矩、拓宽分合闸调速度范围、增强稳定工作性能，适用于隔离开关的智能化操作。

附图说明

图1本实用新型一种实施例的高压GIS隔离开关凸极式转子直流电机操动机构结构示意

图；

图2本实用新型一种实施例的操动机构结构示意图；

图3本实用新型一种实施例的限位器结构右视图；

图4本实用新型一种实施例的限位器结构主视图；

图5本实用新型一种实施例的第一传动轴结构示意图；

图6本实用新型一种实施例的凸极式转子直流电机结构示意图；

图7本实用新型一种实施例的电机控制器电路原理图；

图8本实用新型一种实施例的电机控制器结构框图；

图9本实用新型一种实施例的电机运动过程中负载转矩与转角的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型一种实施例做进一步说明。

本实用新型以高压GIS隔离开关为例，针对其永磁磁通可控、调速范围较宽、输出转矩大、适应高速高温环境、有限旋转角度、工作性能稳定可靠要求，设计了一种凸极式转子无刷线圈激磁直流电机操动机构，该操动机构满足高压GIS隔离开关分、合闸速度要求。

如图1所示，一种高压GIS隔离开关凸极式转子直流电机操动机构，该装置包括凸极式转子无刷线圈激磁直流电机1(本实用新型采用的电机是申请号为201310582246.X，申请日为2013年11月18日专利中的无刷线圈励磁直流电机)、电机控制器2和高压GIS隔离开关3，还包括操动机构4，其中，凸极式转子无刷线圈激磁直流电机1的输入端连接电机控制器2的输出端A、B、C，凸极式转子无刷线圈激磁直流电机1的主轴连接操动机构4的一端，操动机构4的另一端连接高压GIS隔离开关3的动触头；凸极式转子无刷线圈激磁直流电机1自身旋转产生的转矩通过操动机构4驱动高压隔GIS离开关3进行分合闸运动。

如图2所示，所述的操动机构包括限位器401、转轴402、第一传动轴403、第二传动轴404、第三传动轴405、第一三角拐臂406、第二三角拐臂407、第三三角拐臂408、第一拉杆409、第二拉杆410和第三拉杆411，其中，如图3所示，所述的限位器401设置于凸极式转子无刷线圈激磁直流电机1的底座上；如图4所示，所述的限位器包括底座401-1和限位楔子401-2，所述的限位楔子401-2套于凸极式转子无刷线圈激磁直流电机1的主轴上，并固定连接；限位器的底座401-1设置在凸极式转子无刷线圈激磁直流电机1的底座上，并实现与限位楔子401-2的配合使用，即限位楔子401-2在底座401-1的旋转空间内进行转动，限位器401保证操动机构4只在安全的角度内旋转。

如图2所示，凸极式转子无刷线圈激磁直流电机10的主轴通过法兰连接转轴402；第一传动轴403的一端、第二传动轴404的一端和第三传动轴405的一端依次固定连接在转轴402上；第一三角拐臂406的第一端、第二三角拐臂407的第一端和第三三角拐臂408的第一端通过连接杆412固定连接，第一三角拐臂406的第二端连接第一传动轴403的另一端，第二三角拐臂407的第二端连接第二传动轴404的另一端，第三三角拐臂408的第二端连接第三传动轴405的另一端，第一三角拐臂406的第三端连接第一拉杆409的一端，第二三角拐臂407的第三端连接第二拉杆410的一端，第三三角拐臂408的第三端连接第三拉杆411的一端；所述的第一拉杆409的另一端连接高压GIS隔离开关3的第一相动触头，第二拉杆410的另一端连接高压GIS隔离开关3的第二相动触头，第三拉杆411的另一端连接高压GIS隔离开关3的第三相动触头。

如图5所示，所述的第一传动轴403、第二传动轴404和第三传动轴405结构相同，以第一传动轴403为例，包括拐臂403-1、万向联轴器403-2和连杆403-3，拐臂403-1的一端与转轴402固定连接，拐臂403-1的另一端通过万向联轴器403-2与连杆403-3一端相连，连杆403-3的另一端连接第一三角拐臂406的第二端。

如图1所示，本实施例中，还安装了速度传感器5、位置信号传感器6以及扭矩传感器7，其中，位置传感器6安装在定子上，速度传感器5安装在电机主轴上，扭矩传感器7安装在主轴和操动机构相连处；本实施例选择的器件型号具体是：速度传感器5是由型号为E6B2-CWZ1X1000P/R旋转编码器组成；位置信号传感器6是由三个型号是TO-92UA的霍尔器件组成的霍尔盘；扭矩传感器7的型号是ZNR—501，独立线性度是0.5%。

本实施例中，所采用的无刷线圈激磁直流电机结构分别如图6所示，包括主轴，转子铁心，激磁线圈、定子铁心，卷筒。卷筒内内放置激磁线圈，定子铁心沿圆周分布至9个槽，电枢绕组绕在定子铁心的槽中，电枢绕组采用单相单层集中整距形式。

本实施例中采用的无刷线圈激磁直流电机包括：两组完全对称于电机轴中间垂直平面的定转子凸极装置、电机主轴、卷筒、激磁线圈、电枢绕组和外壳。卷筒处于两套定转子之间，在卷筒内放有激磁线圈，用来产生转子旋转需要的磁场。定子铁心沿外圆周均匀分布9个槽，定子铁心的槽中安放电枢绕组，电枢绕组采用单层集中整距，电枢绕组为单相的形式。当电机一端定子每相通电时每个定子磁极产生的磁通与磁通路径方向相同，与转子磁场相互作用产生转矩使电机运转，而通过在激磁线圈中施加正向或反向的可调直流电流，就可产生不同方向与幅值的激磁磁势，该磁势作用在转子磁极上就可产生增磁或弱磁的效果从而达到调磁目的，进而实现对电机的调速。

如图7和图8所示，DSP28335核心数据处理芯片根据电流互感器采集到的电机三相电流和磁极线圈电流信号、位置信号传感器发出对应的PWM波，然后经过升压模块驱动IGBT模块的开通，分别使电容储能单元和激磁线圈电源对电机和磁极线圈通电，进而驱动电机的转动，实现对断路器分合闸动触头的速度的控制。

电机控制器包括电源模块、整流桥、储能电容器、电容充放电检测控制电路、三相IGBT驱动电路、三相桥式IGBT整流电路、电流传感器、线圈电流检测电路、旋转编码器、速度检测电路、位置传感器、位置检测电路、AD转换电路、中央处理器、分合闸捕获电路、单相桥式IGBT整流电路及单相IGBT驱动电路。

电容器储能单元存储驱动电机旋转需要的能量。电源模块包括220V交流电压转为±15V、5V直流电压以及5V～3.3V电平转换电路组成，主要为各个电路提供直流电压。整流桥模块采用型号为MDQ100-160的整流桥，实现交直流的转换。电容充放电检测控制电路模块由HCNR200光耦、OPAMP放大器以、LED发光二极管、15V0.5W稳压二极管、P6KE18CA二极管及其外围硬件电路组成。电机位置捕获模块是由安装在电机上的位置传感器和高速CMOS器件74HC14、CC384及其外围的限流电路组成。霍尔传感器采用CHF-400B型号，用来采集电机三相电流和磁极线圈电流信号。线圈电流检测电路模块由两组OP07及其外围硬件组成。旋转编码器采用E6B2-CWZ1X1000P/R型旋转编码器用来检测电机的转速。速度检测电路采用总线收发器SN74LVCH245A作为电平转换器件，将旋转编码器输出信号转换成3.3V输入DSP处理器中。位置传感器是由三个型号为TO-92UA霍尔元件粘贴在霍尔盘上所组成的。位置检测电路采用74HC14和74CBTD3384芯片组成，实现将位置信号由5V转换到3.3V传输给DSP。AD转换电路是由电平转换电路和ADS8364外围硬件电路组成。DSP处理器使用型号TMS320F28335处理器。分、合闸捕获模块是有外围遥控器件和74HC14、CC384及其外围的限流电路组成。IGBT驱动模块是由HCNR200线性光耦、M57962L驱动芯片及其外围电路组成，实现PWM波幅值由3.3V到15V的升压，驱动IGBT的导通。IGBT模块选择的型号是SKM600GB066D。根据控制器采集到的电流及位置信号改变PWM波的占空比实现动触头的调速。

如图9所示，电机运动过程中负载转矩与转角的关系图，有图中曲线可以看出该电机操动机构能够输出的转矩能够很好的满足高压GIS隔离开关分、合动作特性。

Claims (3)

1.一种高压GIS隔离开关凸极式转子直流电机操动机构，该装置包括凸极式转子无刷线圈激磁直流电机、电机控制器和高压GIS隔离开关，其特征在于，还包括操动机构，其中，凸极式转子无刷线圈激磁直流电机的输入端连接电机控制器的输出端，凸极式转子无刷线圈激磁直流电机的主轴连接操动机构的一端，操动机构的另一端连接高压GIS隔离开关的动触头；

所述的操动机构包括限位器、转轴、第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第一三角拐臂、第二三角拐臂、第三三角拐臂、第一拉杆、第二拉杆和第三拉杆，其中，

所述的限位器设置于凸极式转子无刷线圈激磁直流电机的底座上；

所述的凸极式转子无刷线圈激磁直流电机的主轴通过法兰连接转轴；

所述的第一传动轴的一端、第二传动轴的一端和第三传动轴的一端依次固定连接在转轴上；

所述的第一三角拐臂的第一端、第二三角拐臂的第一端和第三三角拐臂的第一端通过连接杆固定连接，第一三角拐臂的第二端连接第一传动轴的另一端，第二三角拐臂的第二端连接第二传动轴的另一端，第三三角拐臂的第二端连接第三传动轴的另一端，第一三角拐臂的第三端连接第一拉杆的一端，第二三角拐臂的第三端连接第二拉杆的一端，第三三角拐臂的第三端连接第三拉杆的一端；

所述的第一拉杆的另一端连接高压GIS隔离开关的第一相动触头，第二拉杆的另一端连接高压GIS隔离开关的第二相动触头，第三拉杆的另一端连接高压GIS隔离开关的第三相动触头。

2.根据权利要求1所述的高压GIS隔离开关凸极式转子直流电机操动机构，其特征在于，所述的限位器包括底座和限位楔子，所述的限位楔子套于凸极式转子无刷线圈激磁直流电机的主轴上，并固定连接；限位器的底座设置在凸极式转子无刷线圈激磁直流电机的底座上，并实现与限位楔子的配合使用，即限位楔子在底座的旋转空间内进行转动。

3.根据权利要求1所述的高压GIS隔离开关凸极式转子直流电机操动机构，其特征在于，所述的第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴结构相同，均包括拐臂、万向联轴器和连杆，拐臂的一端与转轴固定连接，拐臂的另一端通过万向联轴器与连杆一端相连，连杆的另一端连接三角拐臂，上述三角拐臂为第一三角拐臂或第二三角拐臂或第三三角拐臂。