高压断路器电机操动机构控制系统的研究

论文摘要

操动机构是断路器的重要组成部分,它不但要保证断路器长期的动作可靠性,而且要满足灭弧特性对操动机构的要求。高压断路器直线伺服电机操动机构采用直线电机驱动断路器操作杆,带动机构运动,实现分、合闸操作,具有良好的快速响应能力及控制性能。本文提出了直线电机操动系统控制方案,通过对操动过程的控制,使电机工作特性能较好地满足断路器开断和关合时的速度特性要求,进而实现智能控制。文中首先介绍了断路器操动机构的发展历史和传统操动机构的特点,引出了新型电动机操动机构,并探讨了高压断路器与机构的配合问题,根据所选的灭弧室要求给出了高压断路器触头预定速度曲线。然后建立了直线伺服电机操动机构仿真控制系统,建立了单神经元PID控制算法的数学模型。对高压断路器触头运动特性控制过程进行了仿真,实现触头速度的跟踪控制,使其按理想运动特性曲线运动,实现最优操作。仿真结果证明了在配直线伺服电机操动机构的高压断路器触头运动控制系统中,单神经元PID控制是一种较理想、有效的控制方法。最后,试制了40.5kV户内真空断路器直线伺服电机操动机构控制系统样机,采用DSP作为控制器核心,分别对电容器组充、放电控制、电容电压检测、触头运动速度检测等部分的进行了设计。完成了控制器的硬件电路设计、相关应用程序和算法程序的编写与调试。实现了设计的主要功能,并通过了功能性试验验证。实验结果表明,所研制的控制器设计合理,不但实现了操动机构控制系统所具备的一般功能,并在断路器操作过程中,对触头运动过程进行了控制,使其满足给定的特性要求,为实现开关真正意义上的智能化操作打下一定的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 课题的目的和意义
• 1.3 高压断路器的操动机构
• 1.3.1 操动机构的分类
• 1.3.2 操动机构的发展及现状
• 1.3.3 永磁机构
• 1.3.4 电子操动系统
• 1.4 课题来源及主要内容
• 第二章 操动机构与真空断路器的配合
• 2.1 断路器反力特性与机构分、合闸出力特性的配合
• 2.2 动触头理想运动曲线
• 2.3 直线伺服电机操动机构运动特性分析
• 2.3.1 真空断路器直线伺服电机机构质量归算
• 2.3.2 分闸操作力的计算
• 第三章 高压断路器触头运动控制系统仿真
• 3.1 直线电机操动机构触头运动控制系统
• 3.2 直线电机的选择及仿真模型的建立
• 3.3 单神经元PID控制器下的速度跟踪系统仿真
• 3.3.1 神经元模型及学习规则
• 3.3.2 单神经元自适应PID控制器及其学习算法
• 3.3.3 速度跟踪系统的建模与仿真
• 第四章 直线电机操动机构控制系统硬件设计
• 4.1 电机操动机构控制系统硬件组成
• 4.2 微处理器及外围电路
• 4.2.1 微处理器的选择
• 4.2.2 TMS320LF2407型DSP
• 4.2.3 时钟电路设计
• 4.2.4 复位电路设计
• 4.2.5 片外存储器
• 4.3 操动机构电容器组充电与检测电路设计
• 4.4 逆变电路设计
• 4.5 动触头速度检测电路
• 4.5.1 光栅传感器
• 4.5.2 DSP与光栅传感器接口电路
• 第五章 直线电机操动机构控制系统软件实现
• 5.1 控制系统软件整体方案
• 5.2 充电控制的软件实现
• 5.3 触头的运动特性控制软件实现
• 5.3.1 触头的运动速度检测
• 5.3.2 确定控制器输出
• 第六章 系统调试、实验结果及分析
• 6.1 TMS320LF2407的开发板与开发环境
• 6.2 联机试验与结果分析
• 第七章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢