一种用于高压断路器的六相电机操动机构的制作方法

本发明涉及高压断路器操动机构领域，尤其涉及一种用于高压断路器的六相电机操动机构。

背景技术：

目前常用的高压断路器操动机构主要有弹簧操动机构、液压操动机构、液压弹簧机构,这些操动机构由于存在零部件多、可控性较差、结构复杂等多方面的缺点,导致其在运行过程中出现故障的频率比较高,所以新型操动机构的研制与开发就显得尤为紧迫和重要。

弹簧操动机构采用小功率电动机完成对合闸弹簧的储能，分合闸操作功不受电源电压影响，能够获得较高的分合闸速度。弹簧操动机构完全依靠机械传动，零部件总数多，一般有上百个零件，且传动机构较为复杂，故障率较高，运动部件多，不可靠因素多。液压操动机构具有能量大、液压油自润滑，液压元件质量轻且反应速度快、动作可靠等一系列优势，但液压操动机构不同程度的存在漏油、管路多、元件分散等缺陷。结合两者优点的液压弹簧机构，它发挥了液压机构对大小功率适应性强的优势和弹簧储能的优势。这些传统的操动机构存在操作过程中冲击力大、零件数多、运动特性分散性大。

随着电力电子技术的发展，学者们提出了基于各种不同类型电机的高压开关操动机构，这些电动机操动机构，结构简单，运动部件大大减少，操作过程机械应力小，噪音小，可靠性相对较高，维护简单，但是当三相电机绕组出现故障(绕组短路、绕组开路等等)，转矩脉动和损耗显著增大，大的转矩脉动将严重影响高压开关的行程特性，从而影响开关动作的可靠性，当电机驱动器出现故障时，断路器将不能正常工作。

与常见的三相电机相比，六相电机具有更加突出的性能优势。首先，六相永磁电机通过绕组的合理排布，可以有效地减小转矩谐波；其次，六相永磁电机可以在体积相同的情况下，比三相电机输出更大的功率；再次，六相永磁电机由于其结构的原因，比普通电机具有更高的可靠性。

因此，提出一种用于高压断路器的高可靠性的六相电机操动机构是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种用于高压断路器的六相电机操动机构，六相电机的两组绕组连接两个独立的驱动逆变器，两组绕组互为备用，两个逆变器互为备用，提高了系统的可靠性。

本发明实施例提供了一种用于高压断路器的六相电机操动机构，包括：

六相电机、高压断路器主轴、控制器和两个逆变器；

所述六相电机的转轴与所述高压断路器主轴连接；

所述控制器与所述六相电机连接；

所述两个逆变器的输入端与所述控制器的输出端连接；

第一逆变器的输出端与所述六相电机的第一三相绕组连接；

第二逆变器的输出端与所述六相电机的第二三相绕组连接；

其中，所述控制器用于检测到所述第一三相绕组或所述第一逆变器发生故障导致第一逆变器停止工作后，通过第二逆变器驱动所述六相电机旋转。

优选地，本发明实施例提供的一种用于高压断路器的六相电机操动机构还包括：第一传感器和第二传感器；

所述第一传感器的输入端和所述六相电机连接；

所述第二传感器的输入端和所述六相电机连接。

优选地，所述第一传感器的输出端和所述控制器的输入端连接；

所述第二传感器的输出端和所述控制器的输入端连接。

优选地，本发明实施例提供的一种用于高压断路器的六相电机操动机构还包括：整流器；

所述整流器的输出端和所述第一逆变器的输入端连接，所述整流器的输出端与所述第一传感器的输入端连接；

所述整流器的输出端和所述第二逆变器的输入端连接，所述整流器的输出端与所述第二传感器的输入端连接。

优选地，本发明实施例提供的一种用于高压断路器的六相电机操动机构还包括：第一电源和第二电源；

所述第一电源和所述整流器的输入端连接；

所述第二电源和所述整流器的输入端连接。

优选地，所述控制器的数量为两个；

第一控制器的输入端与所述第一传感器的输出端连接，所述第一控制器的输出端与所述第一逆变器的输入端连接；

第二控制器的输入端与所述第二传感器的输出端连接，所述第二控制器的输出端与所述第二逆变器的输入端连接。

优选地，所述第一控制器与所述第二控制器通信连接。

优选的，所述整流器的数量为两个；

第一整流器的输出端与所述第一逆变器的输入端连接，所述第一整流器的输出端与所述第一传感器的输入端连接；

第二整流器的输出端与所述第二逆变器的输入端连接，所述第二整流器的输出端与所述第二传感器的输入端连接。

优选地，所述第一整流器的输入端与所述第一电源连接；

所述第二整流器的输入端与所述第二电源连接。

优选地，所述六相电机为六相永磁同步电机或六相感应电机或六相开关磁阻电机。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种用于高压断路器的六相电机操动机构包括：六相电机、高压断路器主轴、控制器和两个逆变器；所述六相电机的转轴与所述高压断路器主轴连接；所述控制器与所述六相电机连接；所述两个逆变器的输入端与所述控制器的输出端连接；第一逆变器的输出端与所述六相电机的第一三相绕组连接；第二逆变器的输出端与所述六相电机的第二三相绕组连接；其中，所述控制器用于检测到所述第一三相绕组或所述第一逆变器发生故障导致第一逆变器停止工作后，通过第二逆变器驱动所述六相电机旋转。本发明实施例的六相电机的两组绕组连接两个独立的驱动逆变器，两组绕组互为备用，两个逆变器互为备用，当一个逆变器因故障而停止工作时，另一台逆变器仍然能够完成分合闸操作，且在电机驱动能力选择上，当一组绕组因故障停止工作时，剩下的一组绕组及其逆变器仍然可以驱动高压断路器主轴完成分合闸操作，提高了系统可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种用于高压断路器的六相电机操动机构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种用于高压断路器的六相电机操动机构的另一结构示意图；

图3为整流器的结构拓扑示意图；

图4为逆变器的结构拓扑示意图；

图5为系统控制策略示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种用于高压断路器的六相电机操动机构，六相电机的两组绕组连接两个独立的驱动逆变器，两组绕组互为备用，两个逆变器互为备用，提高了系统的可靠性。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种用于高压断路器的六相电机操动机构的一个实施例，包括：

六相电机、高压断路器主轴、控制器和两个逆变器；

六相电机的转轴与高压断路器主轴连接；

控制器与六相电机连接；

两个逆变器的输入端与控制器的输出端连接；

第一逆变器的输出端与六相电机的第一三相绕组连接；

第二逆变器的输出端与六相电机的第二三相绕组连接；

其中，控制器用于检测到第一三相绕组或第一逆变器发生故障导致第一逆变器停止工作后，通过第二逆变器驱动六相电机旋转。

在本实施例中，逆变器的拓扑结构如图4所示，V1-V6为IGBT开关器件，逆变器的输出端与电机的定子绕组连接。六相电机中的绕组由两个三相绕组组成，每个三相绕组之间以30°电角度的距离分开，两个逆变器分别连接一个三相绕组。

本发明实施例提供的一种用于高压断路器的六相电机操动机构还包括：第一传感器和第二传感器；

第一传感器的输入端和六相电机连接；

第二传感器的输入端和六相电机连接。

进一步地，第一传感器的输出端和控制器的输入端连接；

第二传感器的输出端和控制器的输入端连接。

在本实施例中，传感器测量的量包括：逆变器输出电压、逆变器输出电流、整流器输出直流电压、电机转轴位置及速度。

本发明实施例提供的一种用于高压断路器的六相电机操动机构还包括：整流器；

整流器的输出端和第一逆变器的输入端连接，整流器的输出端与第一传感器的输入端连接；

整流器的输出端和第二逆变器的输入端连接，整流器的输出端与第二传感器的输入端连接。

本发明实施例提供的一种用于高压断路器的六相电机操动机构还包括：第一电源和第二电源；

第一电源和整流器的输入端连接；

第二电源和整流器的输入端连接。

请参阅图2，本发明实施例提供的一种用于高压断路器的六相电机操动机构的另一个实施例，包括：

六相电机、高压断路器主轴、控制器和两个逆变器；

六相电机的转轴与高压断路器主轴连接；

控制器与六相电机连接；

两个逆变器的输入端与控制器的输出端连接；

第一逆变器的输出端与六相电机的第一三相绕组连接；

第二逆变器的输出端与六相电机的第二三相绕组连接；

其中，控制器用于检测到第一三相绕组或第一逆变器发生故障导致第一逆变器停止工作后，通过第二逆变器驱动六相电机旋转。

本发明实施例提供的一种用于高压断路器的六相电机操动机构还包括：第一传感器和第二传感器；

第一传感器的输入端和六相电机连接；

第二传感器的输入端和六相电机连接。

进一步地，第一传感器的输出端和控制器的输入端连接；

第二传感器的输出端和控制器的输入端连接。

在本实施例中，控制器的数量为两个；

第一控制器的输入端与第一传感器的输出端连接，第一控制器的输出端与第一逆变器的输入端连接；

第二控制器的输入端与第二传感器的输出端连接，第二控制器的输出端与第二逆变器的输入端连接。

进一步地，第一控制器与第二控制器通信连接。

本发明实施例提供的一种用于高压断路器的六相电机操动机构还包括：整流器；

整流器的输出端和第一逆变器的输入端连接，整流器的输出端与第一传感器的输入端连接；

整流器的输出端和第二逆变器的输入端连接，整流器的输出端与第二传感器的输入端连接。

本发明实施例提供的一种用于高压断路器的六相电机操动机构还包括：第一电源和第二电源；

第一电源和整流器的输入端连接；

第二电源和整流器的输入端连接。

在本实施例中，整流器的数量为两个；

第一整流器的输出端与第一逆变器的输入端连接，第一整流器的输出端与第一传感器的输入端连接；

第二整流器的输出端与第二逆变器的输入端连接，第二整流器的输出端与第二传感器的输入端连接。

在本实施例中，传感器需要测量整流器的输出直流电压。

进一步地，第一整流器的输入端与第一电源连接；

第二整流器的输入端与第二电源连接。

在本实施中，整流器的拓扑结构如图3所示，采用的是三相不控整流器，其中，T为隔离变压器，变压器电源侧绕组采用三角形连接，整流桥侧采用星形连接；VD1-VD6为二极管，由它们组成三相不控整流桥；C为储能电容，考虑到电容的寿命，电容选用脉冲电容；R为充电电阻；晶闸管K为充电电阻旁路开关；R1为放电电阻；空开K1为放电电阻开关。启动时，晶闸管K断开，电源经过充电电阻R对电容C充电，电容C电压稳定后，晶闸管K导通，从而避免了充电过程中过大的电流冲击。系统停机并且输入电源断开后，合上开关K1给电容放电，可以防止工作人员误触电容而触电。

进一步地，六相电机为六相永磁同步电机或六相感应电机或六相开关磁阻电机。

在本实施例中，本发明实施例提供的一种用于高压断路器的六相电机操动机构由一台六相电机及两套电机驱动器组成，六相电机的转轴连接高压断路器的主轴，高压断路器的主轴通过连杆连接高压断路器的动触头，通过控制电机转轴的旋转带动高压断路器主轴旋转，高压断路器主轴通过连杆带动动触头运动，实现高压开关的开通和关断控制。每套电机驱动器都由三相供电电源、整流器、逆变器、传感器和控制器组成，第一逆变器和第二逆变器分别连接六相永磁同步电机的3个绕组。

系统工作原理为，正常运行时，第一逆变器和第二逆变器一起工作，根据分合闸命令驱动断路器主轴旋转。当控制器检测到第一逆变器出现故障或者检测到第一逆变器连接的三相绕组出现故障(三相绕组短路或者断路)时，第一逆变器将停止工作，系统只有第二逆变器驱动六相电机。同样，如果第二逆变器出现故障，系统只有第一逆变器驱动六相电机。

系统控制策略如图5所示，采用位置外环，转速和电流内环的三环控制，选用直轴电枢电流为零的控制策略。位置偏差经过PI调节得到转速指令，转速偏差经过PI调节得到q轴电流指令，d轴电流指令为0，d轴电流偏差经过PI调节得到逆变器的d轴电压指令值，q轴电流偏差经过PI调节得到逆变器q轴电压指令值。

两个逆变器q轴电流指令值相同。电机及两个逆变器都正常工作时，两台逆变器共同分担负载转矩，当一个逆变器故障或者一组绕组出现故障时，正常工作的逆变器将承担全部负载转矩，保证系统能够正常工作，提高了系统的可靠性。

两套电机驱动器都有各自的整流器，两套驱动器也可以共用一套整流器，此处不做限定。

两套电机驱动器都有各自的控制器，两个控制器通过通信来交换信息，两套驱动系统的控制功能可以放到一个功能强大的控制器中，可以省去通信系统来交换信息，此处不做限定。

以上所述，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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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各实施例技术方案的精神和范围。