专利名称：能量互馈式双直线感应电机操动机构试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电机操动机构技术领域，特别涉及一种能量互馈式双直线感应电 机操动机构试验装置。
技术背景断路器用直线感应电机操动机构主要是通过电机次级运动驱动连杆机构来带动 灭弧室的绝缘拉杆运动，实现断路器的分合闸操作。由于断路器正常工作电压在几十千伏 甚至更高的电压环境下，常规验证其操动机构性能是否满足断路器要求的实验只能在空载 条件下进行。而断路器负载时分合闸曲线与空载条件下的分合闸曲线有些差距，常规的试 验装置不能很好的验证直线感应电机操动机构设计的合理性和有效性。另外，装置没有能 量反馈功能，造成能量的浪费。
发明内容为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种能量互馈式双直线感应电机操动 机构试验装置，一方面第一直线感应电机(LIM-I)作为操动机构带动第二直线感应电机 (LIM-2)动作，模拟断路器分合闸操作；另一方面第二直线感应电机(LIM-2)作为发电机将 发出的电回馈到电网，达到能量循环利用的目的。该装置包括第一直线感应电机(LIM-I)、第二直线感应电机(LIM-2)、控制单元、 逆变单元和通信单元；控制单元包括DSP控制板、IGBT驱动板、电压传感器、电流传感器和速度传感器；逆变单元包括四象限变流器(REC)、第一逆变器(INV-I)、第二逆变器(INV-2)、第 一电容(Cl)和第二电容(C2)；通信单元包括上位机和驱动芯片；该装置的连接第一直线感应电机(LIM-I)和第二直线感应电机(LIM-2)通过 联接轴联接在一起，组成双直线感应电机，第一直线感应电机(LIM-I)和第二直线感应电 机(LIM-2)共用一个次级反应板，构成了试验装置的核心，速度传感器安装在联接轴上，速 度传感器的输出端接到DSP控制板的输入引脚；电网电压接到四象限变流器(REC)的输 入端，将三相交流电整流成直流电，四象限变流器(REC)的输出端经第一电容(Cl)接入第 一逆变器(INV-I)输入端，第一逆变器(INV-I)将直流电转换成交流电接入第一直线感应 电机(LIM-I)的初级线圈绕组，第二直线感应电机(LIM-2)发出的交流电输入第二逆变器 (INV-2)整流成直流电经第二电容(以)回馈到直流侧，供给第一逆变器(INV-I)和第一直 线感应电机(LIM-I)使用或回馈到电网；电压传感器和电流传感器的输入端均连接到四象 限变流器(REC)、第一逆变器(INV-I)和第二逆变器(INV-2)的信号输出侧，输出端均连接 到DSP芯片的输入引脚；IGBT驱动板的输入端均与DSP芯片PWM信号输出引脚相连，输出 端连接到四象限变流器(REC)、第一逆变器(INV-I)和第二逆变器(INV-2)的控制信号输入 端；DSP芯片的通信接口通过专用的驱动芯片连接到上位机。[0009]所述的第一直线感应电机(LIM-I)和第二直线感应电机(LIM-2)均为单边直线感 应电机。该试验装置的工作过程如下四象限变流器(REC)将电网三相交流电整流成直流 电，DSP控制板控制第一逆变器(INV-I)将符合要求三相交流电供给在电动状态的第一直 线感应电机(LIM-I)使用，第一直线感应电机(LIM-I)动作带动联轴的第二直线感应电机 (LIM-2) 一起运行；DSP控制板对第二逆变器(INV-幻进行适当控制，使第二直线感应电机 (LIM-2)的初级定子频率低于速度频率在发电状态运行，发出的三相交流电经第二逆变器 (INV-2)整流成直流，回馈到直流侧又供给第一直线感应电机(LIM-I)动作或回馈到电网， 使得能量得到充分利用。通过调整第二直线感应电机(LIM-2)的转差频率，改变发电机推 力的大小，从而达到模拟断路器负载变化时分合闸特性的目的。DSP控制板将电压传感器、 电流传感器和速度传感器采集的电机电压、电机电流和电机速度信号进行处理，将处理后 的数据发送到上位机上，将试验装置信息显示出来，同时上位机对信息进行分析，并将试验 装置下一步动作信息传给DSP控制板。能量互馈式双直线感应电机机构试验装置的显著特点是能量互馈，第一直线感应 电机(LIM-I)的输入电功率Pinl经过一系列损耗后传递到联接轴端输出机械功率P。utl，由于 两电机同轴联接，因此P。utl = P。ut2，实现了能量从第一直线感应电机(LIM-I)到第二直线感 应电机(LIM-2)的传递，而P。ut2又经过一系列损耗后流回到公共直流母线侧，完成了能量回 馈。令Psw为变流器的开关损耗总和，P w为两电机的损耗总和，能量损耗Ps = Psw+PMW即电 网输入的能量只是用来克服变流器的开关损耗和两电机的损耗。通常Psw和Pmw值均很小， 即只需要从电网吸收很少的能量就可以完成大功率等级的试验任务，因此该装置具有节能 的功能。本实用新型的优点一，通过调整第二直线感应电机(LIM-2)的转差频率，改变发 电机推力的大小，从而模拟断路器负载变化时分合闸特性的目的；二，该装置通过能量从第 一直线感应电机(LIM-I)到第二直线感应电机(LIM-2)的传递，实现了能量互馈，同时第一 直线感应电机的输入电功率传递到联接轴端输出机械功率又经过一系列损耗后流回到公 共直流母线侧，完成了能量回馈。电网输入的能量只是用来克服变流器的开关损耗和两电 机的损耗，只需要从电网吸收很少的能量就可以完成大功率等级的任务，更加节能。
图1为本实用新型能量互馈式双直线感应电机操动机构试验装置的总体结构图；图2为本实用新型能量互馈式双直线感应电机结构示意图；图3为本实用新型互馈试验装置的能量流动关系图；图4为本实用新型IGBT驱动板电路图；图5为本实用新型RS-232和TMS320LF2407A硬件连接具体实施方式
本实用新型能量互馈式双直线感应电机操动机构试验装置结合实施例和附图加 以说明。本实施例中DSP芯片选取型号为TMS320LFM07A，IGBT驱动板的核心芯片选取型号为VLA517-01R，四象限变流器选取型号为WIN-9E，逆变器选取型号为6SE70，电压传感器 选取型号为HV25-P，电流传感器选取型号为CHF600-B，速度传感器选取型号为SK_F_K，DSP 与上位机通过符合RS-232标准的驱动芯片SP3223EEY进行通讯传输；该装置总体结构如图1所示，包括第一直线感应电机(LIM-I)、第二直线感应电机 (LIM-2)、控制单元、逆变单元和通信单元；控制单元包括DSP控制板、IGBT驱动板、电压传感器、电流传感器和速度传感器；逆变单元包括四象限变流器(REC)、第一逆变器(INV-I)、第二逆变器(INV-2)、第 一电容(Cl)和第二电容(C2)；通信单元包括上位机和驱动芯片；该装置的连接第一直线感应电机(LIM-I)和第二直线感应电机(LIM-幻通过联 接轴联接在一起，组成双直线感应电机，第一直线感应电机(LIM-I)和第二直线感应电机 (LIM-2)共用一个次级反应板如附图2所示，构成了控制装置的核心。速度传感器(SK-F-K) 固定在双直线感应电机的主轴上，速度传感器的输出速度信号接到DSP芯片的模\数转换 器ADC引脚；电网电压接入四象限变流器(REC)的输入端，将三相交流电整流成直流电，四 象限变流器(REC)的输出端经第一电容(Cl)接入第一逆变器(INV-I)输入端，第一逆变器 (INV-I)将直流电转换成满足试验装置要求的交流电接入第一直线感应电机(LIM-I)初级 线圈绕组，第二直线感应电机(LIM-2)发出的交流电输入第二逆变器(INV-2)整流成直流 电经第二电容(C2)回馈到直流侧，供给第一逆变器(INV-I)和第一直线感应电机(LIM-I) 使用或回馈到电网；电压传感器和电流传感器的输入端均连接到四象限变流器(REC)、第 一逆变器(INV-I)和第二逆变器(INV-2)的状态信号输出侧，电压传感器和电流传感器输 出端均连接到DSP芯片的模\数转换器ADC引脚；IGBT驱动板的输入端连接DSP芯片的事 件管理器A的PWM输出引脚上，输出信号后接到四象限变流器(REC)、第一逆变器(INV-I) 和第二逆变器(INV-2)的控制信号输入端；DSP芯片的通信接口 SCI-T )、SCI-R )连接到 驱动芯片 SP3223E 的 T1IN I 和 Ii1OUT 上，SP3223E 的 T1OUTI 和 Ii1IN 与 RS232 的 2、3 引脚相 连如图5所示，RS-232的另一侧与上位机相连。所述的第一直线感应电机(LIM-I)和第二直线感应电机(LIM-2)均为单边直线感 应电机。该装置的工作过程如下四象限变流器(REC)将电网三相交流电整流成直流电， DSP控制板控制第一逆变器(INV-I)将符合试验装置要求的三相交流电供给在电动状态 的第一直线感应电机(LIM-I)动作，第一直线感应电机(LIM-I)动作带动联轴的第二直线 感应电机(LIM-幻一起运行；DSP控制板对第二逆变器(INV-幻进行适当控制，使第二直 线感应电机(LIM-幻的初级定子频率低于速度频率在发电状态运行，发出的三相交流电经 第二逆变器(INV-幻整流成直流，回馈到直流侧又供给第一逆变器(INV-I)和第一直线感 应电机(LIM-I)使用或回馈到电网，使得能量得到充分利用。通过调整第二直线感应电机 (LIM-2)的转差频率，改变发电机推力的大小，从而模拟断路器负载变化时分合闸特性的目 的。DSP控制板将电压、电流和速度传感器采集的电机电压、电流和速度信号进行处理，将处 理后的数据发送给上位机，将试验装置信息显示出来，同时上位机对信息进行分析，并将试 验装置下一步动作信息传给DSP控制板能量互馈式双直线感应电机机构试验装置的显著特点是能量互馈，即能量能够在“双逆变器一电机”的内部实现互馈，并且还能通过四象限变流器反馈回电网。其节能原理 如图3所示，其中Ps为电网输入功率^,P1PP12分别为四象限变流器REC、逆变器INV-I和 逆变器INV-2的开关损耗，Pinl、PMl和P。utl分别为直线电机LIM-I的输入电功率、电磁功率 和输出机械功率；Pin2、P 2和P。ut2分别为直线电机LIM-2的输出电功率，电磁功率和输入机 械功率；PFel、PFe2分别为直线电机LIM-I和LIM-2的铁芯损耗；Peull和P。ul2分别为直线电机 LIM-U LIM-2的初级定子铜耗；P。u21和Peu22分别为直线电机LIM-I和LIM-2的次级转子铜 耗；Pzl和Pz2分别为直线电机LIM-I和LIM-2的机械损耗和附加损耗之和。图4中直线电 机LIM-I的输入电功率Pinl经过一系列损耗后传递到联接轴端输出机械功率P。utl，由于两 电机同轴联接，因此P。utl = Pout2,实现了能量从LIM-I到LIM-2的传递，而P。ut2又经过一系 列损耗后流回到公共直流母线侧，完成了能量回馈。令Psw = PE+Pn+Pi2'Piw = Pinl-Pin2从图 中可以看出，Psw为变流器的开关损耗总和，Pmw为两电机的损耗总和，且有Ps = Psw+PMW,即电 网输入的能量只是用来克服变流器的开关损耗和两电机的损耗。通常Psw和P w值均很小， 因此只需要从电网吸收很少的能量就可以完成大功率等级的试验任务，该装置具有节能的 功能。
权利要求1.一种能量互馈式双直线感应电机操动机构试验装置，其特征在于该装置包括第一 直线感应电机(LIM-I)、第二直线感应电机(LIM-2)、控制单元、逆变单元和通信单元；控制 单元包括DSP控制板、IGBT驱动板、电压传感器、电流传感器和速度传感器；逆变单元包括四象限变流器(REC)、第一逆变器(INV-I)、第二逆变器(INV-2)、第一电 容(Cl)和第二电容(C2)；通信单元包括上位机和驱动芯片；该装置的连接第一直线感应电机(LIM-I)和第二直线感应电机(LIM-幻通过联接轴 联接在一起，速度传感器安装在联接轴上，速度传感器的输出信号连接DSP控制板的输入 引脚；电网电压接入四象限变流器(REC)的输入端，四象限变流器(REC)的输出端经第一 电容(Cl)接入第一逆变器(INV-I)输入端，第一逆变器(INV-I)将直流电转换成交流电接 入第一直线感应电机(LIM-I)的初级线圈绕组，第二直线感应电机(LIM-2)发出的交流电 输入第二逆变器(INV-幻整流成直流电经第二电容(以)回馈到直流侧，电压传感器和电流 传感器的输入端均连接到四象限变流器(REC)、第一逆变器(INV-I)和第二逆变器(INV-2) 的输出侧，输出端均连接到DSP芯片的输入引脚；IGBT驱动板的输入端均与DSP芯片PWM 信号输出引脚相连，输出端连接到四象限变流器(REC)、第一逆变器(INV-I)和第二逆变器 (INV-2)的控制信号输入端；DSP芯片的通信接口通过驱动芯片连接到上位机。
2.根据权利要求1所述的能量互馈式双直线感应电机操动机构试验装置，其特征在 于，所述的第一直线感应电机(LIM-I)和第二直线感应电机(LIM-2)均为单边直线感应电 机。
专利摘要一种能量互馈式双直线感应电机操动机构试验装置，属于电机操动机构技术领域。该装置包括第一直线感应电机(LIM-1)、第二直线感应电机(LIM-2)、控制单元、逆变单元和通信单元；控制单元包括DSP控制板、IGBT驱动板、电压传感器、电流传感器和速度传感器；逆变单元包括四象限变流器(REC)、第一逆变器(INV-1)、第二逆变器(INV-2)、第一电容(C1)和第二电容(C2)；通信单元包括上位机和驱动芯片。本实用新型的优点改变发电机推力的大小，从而模拟断路器负载变化时分合闸特性的目的；实现了能量互馈，完成了能量回馈，更加节能。
文档编号G01R31/34GK201892727SQ20102050543
公开日2011年7月6日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者刘爱民, 张红奎, 李永祥, 杨光 申请人:沈阳工业大学