专利名称：一种基于永磁无刷直流电机驱动的高压断路器操动机构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于高压断路器操动机构，尤其涉及一种基于永磁无刷直流电机驱动的高压断路器操动机构。
背景技术：
电机操动机构用电容代替弹簧或压缩空气来存储控制操动能量，能量从储能电容经过电力电子器件输出给电机操动机构，电机操动机构带动动触头运动。断路器触头运动的平均分合闸速度必须满足灭弧室的性能，如果平均合闸速度太低，触头预击穿时间长，触头表面电磨损增大，甚至使触头熔焊而粘住，降低灭弧室的电寿命，如果平均合闸速度太高，真空断路器触头容易产生合闸弹跳，对灭弧室和整机的机械冲击大，影响其可靠性和使用寿命[2]。电机是将电容中储存的电能转化为触头机械能的桥梁，必须采用合适的控制算法控制电机机构，保证断路器动触头平均分合闸速度满足灭弧室的性能。在大部分应用中电机驱动采用恒压驱动，电机的输出功率不可调节，在一定的转速范围内远大于驱动负载所需的功率，应用在断路器的场合中容易造成断路器动触头平均合闸速度过高，产生合闸弹跳,对灭弧室和整机的机械冲击大。
发明内容本实用新型目的在于克服以上现有技术之不足，提供一种结构简单，可靠的基于永磁无刷直流电机驱动的高压断路器操动机构，具体有以下技术方案实现:所述基于永磁无刷直流电机驱动的高压断路器操动机构，与断路器的灭弧室连接，包括永磁无刷直流电机，控制系统以及传动机构，所述控制系统与永磁无刷直流电机连接，永磁无刷直流电机通过所述传动机构与灭弧室连接，所述控制系统包括微处理器，电压检测模块，电流检测模块，触头位移检测模块以及驱动电路，所述电压检测模块，电流检测模块，触头位移检测模块以及驱动电路分别与微处理器连接。所述操动机构的进一步设计在于，所述传动机构由转轴、拐臂、触头弹簧、绝缘拉杆和三角拐臂组成，所述转轴与永磁无刷直流电机的转子转动连接，所述转轴与拐臂传动连接，拐臂与触头弹簧传动连接，所述触头弹簧与所述三角拐臂连接，三角拐臂与所述绝缘拉杆传动连接。所述操动机构的进一步设计在于，所述驱动电路为三相全桥逆变电路，所述三相全桥逆变电路包括六个功率变换单元，每个单元包括绝缘栅双极型晶体管，二极管，电阻以及电容，所述二极管与电阻并接再与电容穿接形成一组件，组件的两端分别与所述晶体管的集电极以及发射极连接。所述操动机构的进一步设计在于，所述微处理器采用TMS320F28335芯片。所述操动机构的进一步设计在于，所述电压检测模块为一储能电容，所述储能电容两端与驱动电路连接，储能电容连接于所述TMS320F28335芯片的ADCIN BO端。所述操动机构的进一步设计在于，所述电流检测模块包括三个霍尔传感器以及六个转子磁极，所述转子磁极均匀分布于转子上，所述霍尔传感器与转子磁极连接，霍尔传感器依次连接于TMS320F28335芯片的ADCIN AO、ADCIN Al以及ADCIN A2端。所述操动机构的进一步设计在于，触头位移检测模块为触头位移传感器，所述触头位移传感器与灭弧室内的触头连接。本实用新型的优点如下:本实用新型采用永磁无刷直流电机驱动高压断路器，驱动信号为PWM波，应用脉宽调制控制技术，通过由电力电子器件及数字信号处理器(DSP)组成的控制系统，检测断路器触头位移的同时改变驱动信号的占空比，不仅使断路器触头的运动速度可调，满足灭弧室的性能，并且减小了合闸弹跳，降低对灭弧室和整机的机械冲击。提高了断路器工作的可靠性，同时满足高压断路器合分闸智能操作的要求。
图1为所述传动机构的结构示意图。图2为所述控制系统的电路图。图中，1-控制系统，2-永磁无刷直流电机，3-三角拐臂，4-绝缘拉杆，5-灭弧室，6-触头弹簧。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型方案进行详细说明。对照图1-2，本实施例的基于永磁无刷直流电机驱动的高压断路器操动机构，与断路器的灭弧室连接，包括永磁无刷直流电机，控制系统以及传动机构，控制系统与永磁无刷直流电机连接，永磁无刷直 流电机通过传动机构与灭弧室连接，控制系统包括微处理器，电压检测模块，电流检测模块，触头位移检测模块以及驱动电路，电压检测模块，电流检测模块，触头位移检测模块以及驱动电路分别与微处理器连接。微处理器采用TMS320F28335芯片。电压检测模块为一储能电容，储能电容两端与驱动电路连接，储能电容连接于TMS320F28335芯片的ADCIN BO端。电流检测模块包括三个霍尔传感器以及六个转子磁极，转子磁极均匀分布于转子上，霍尔传感器与转子磁极连接，霍尔传感器依次连接于TMS320F28335芯片的ADCIN AO、ADCIN Al以及ADCIN A2端。驱动电路为三相全桥逆变电路,三相全桥逆变电路包括六个功率变换单元,每个单元包括绝缘栅双极型晶体管,二极管，电阻以及电容，二极管与电阻并接再与电容穿接形成一组件，组件的两端分别与晶体管的集电极以及发射极连接。触头位移检测模块为触头位移传感器，触头位移传感器与灭弧室内的触头连接。本实施例中，传动机构由转轴、拐臂、触头弹簧、绝缘拉杆和三角拐臂组成，转轴与永磁无刷直流电机的转子转动连接，转轴与拐臂传动连接，拐臂与触头弹簧传动连接，触头弹簧与三角拐臂连接，三角拐臂与绝缘拉杆传动连接。永磁无刷直流电机操动机构是将电容中储存的电能转化为断路器动触头机械能的桥梁。为使永磁无刷直流电动机操动机构PWM调速系统获得满意的静态指标与动态指标，本实施例采用触头位置、电机转速、绕组电流三闭环调节的方法，其调节器在传统的模拟调速系统中常采用PI调节电路来实现，控制系统根据断路器触头位移的改变，使电机驱动电流平均值变化，调节驱动信号的占空比，在合闸过程中实现断路器触头运动加速度先增大后减小，减小了触头的撞击力。在控制系统的三相六状态导通方式下，断路器侧触头位移传感器输出值的大小能直接反映断路器触头的位置，故控制系统将触头位移传感器输出的检测信号送给DSP的10位A/D转换其进行A/D转换，所得的数字量即可作为触头位置的反馈信号。将触头位置环的给定信号与反馈信号的偏差进行PI调节的输出量去控制PWM的占空比，即可实现调压调速。在控制系统中，速度调节器的输出一般都要限幅，并用限幅值作为电流环的最大输入。因在起动过程中转速调节器大部分时间都处在饱和状态，因此为防止系统超调过大，对积分部分也要做限幅处理，即调节器输出一达到限幅值，若输入偏差为正值，就停止积分，使系统超调量最小。这就是所谓的“遇限制削弱积分法”，本系统的电流环调节器也采用此方法，以使系统获得良好的动态性能。本实施例采用永磁无刷直流电机驱动高压断路器，驱动信号为PWM波，应用脉宽调制控制技术，通过由电力电子器件及 数字信号处理器(DSP)组成的控制系统，检测断路器触头位移的同时改变驱动信号的占空比，不仅使断路器触头的运动速度可调，满足灭弧室的性能，并且减小了合闸弹跳，降低对灭弧室和整机的机械冲击。提高了断路器工作的可靠性，同时满足高压断路器合分闸智能操作的要求。
权利要求1.一种基于永磁无刷直流电机驱动的高压断路器操动机构，与断路器的灭弧室连接，其特征在于，包括永磁无刷直流电机，控制系统以及传动机构，所述控制系统与永磁无刷直流电机连接，永磁无刷直流电机通过所述传动机构与灭弧室连接，所述控制系统包括微处理器，电压检测模块，电流检测模块，触头位移检测模块以及驱动电路，所述电压检测模块，电流检测模块，触头位移检测模块以及驱动电路分别与微处理器连接。
2.根据权利要求1所述的操动机构，其特征在于，所述传动机构由转轴、拐臂、触头弹簧、绝缘拉杆和三角拐臂组成，所述转轴与永磁无刷直流电机的转子转动连接，所述转轴与拐臂传动连接，拐臂与触头弹簧传动连接，所述触头弹簧与所述三角拐臂连接，三角拐臂与所述绝缘拉杆传动连接。
3.根据权利要求1所述的操动机构，其特征在于，所述驱动电路为三相全桥逆变电路，所述三相全桥逆变电路包括六个功率变换单元，每个单元包括绝缘栅双极型晶体管，二极管，电阻以及电容，所述二极管与电阻并接再与电容穿接形成一组件，组件的两端分别与所述晶体管的集电极以及发射极连接。
4.根据权利要求1所述的操动机构，其特征在于，所述微处理器采用TMS320F28335芯片。
5.根据权利要求4所述的操动机构，其特征在于，所述电压检测模块为一储能电容，所述储能电容两端与驱动电路连接，储能电容连接于所述TMS320F28335芯片的ADCIN BO端。
6.根据权利要求4所述的操动机构，其特征在于，所述电流检测模块包括三个霍尔传感器以及六个转子磁极，所述转子磁极均匀分布于转子上，所述霍尔传感器与转子磁极连接，霍尔传感器依次连接于TMS320F28335芯片的ADCIN AO ,ADCIN Al以及ADCIN A2端。
7.根据权利要求1所述的操动机构，其特征在于，触头位移检测模块为触头位移传感器，所述触头位移传感器与灭弧室内的触头连接。
专利摘要本实用新型涉及一种基于永磁无刷直流电机驱动的高压断路器操动机构，与断路器的灭弧室连接，包括永磁无刷直流电机，控制系统以及传动机构，所述控制系统与永磁无刷直流电机连接，永磁无刷直流电机通过所述传动机构与灭弧室连接，所述控制系统包括微处理器，电压检测模块，电流检测模块，触头位移检测模块以及驱动电路，所述电压检测模块，电流检测模块，触头位移检测模块以及驱动电路分别与微处理器连接。其有益效果为通过由电力电子器件及数字信号处理器组成的控制系统，检测断路器触头位移的同时改变驱动信号的占空比，不仅使断路器触头的运动速度可调，满足灭弧室的性能，并且减小了合闸弹跳，降低对灭弧室和整机的机械冲击。
文档编号H01H33/36GK203118848SQ201320123620
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月19日 优先权日2013年3月19日
发明者徐建源, 周建祥, 汤庚 申请人:南京因泰莱配电自动化设备有限公司