一种基于直流变压器的高压断路器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，尤其涉及一种基于直流变压器的高压断路器电机操动机构。

背景技术：

随着我国电网规模的不断扩大和用户对供电可靠性的要求不断提高，电力系统对高压开关设备的可靠性以及智能化操作提出了更高的要求。高压开关是电力系统中重要的开关设备，具有控制和保护双重功能，对电力系统的安全运行具有重要意义。操动机构作为高压开关的主要运动部件，直接驱动断路器动触头进行运动，是影响断路器工作可靠性和稳定性的重要因素之一。

目前常用的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，可靠性较高，维护简单。

由工频变压器和不控整流桥组成的直流电源给驱动电机旋转完成高压断路器分合闸操作的逆变器供电时，导致了高压断路器电机操动机构供电电源可靠性低和体积大的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于直流变压器的高压断路器电机操动机构，解决了由工频变压器和不控整流桥组成的直流电源给驱动电机旋转完成高压断路器分合闸操作的逆变器供电时，导致的高压断路器电机操动机构供电电源可靠性低和体积大的技术问题。

本发明提供了一种基于直流变压器的高压断路器电机操动机构，包括：

直流电源、直流变压器、控制器、电机和高压断路器主轴；

所述直流变压器包括：高频变压器和逆变器；

所述直流电源的输出端与所述高频变压器的输入端连接；

所述高频变压器的输出端与所述逆变器的第一输入端连接；

所述逆变器的输出端与所述电机连接；

所述电机的转轴与所述高压断路器主轴同轴连接；

所述控制器的输出端与所述逆变器的第二输入端连接，用于控制所述逆变器驱动所述电机的转轴旋转。

作为优选，本发明提供的一种基于直流变压器的高压断路器电机操动机构还包括传感器；

所述传感器的输入端与所述电机连接；

所述传感器的输出端与所述控制器的输入端连接。

作为优选，所述高频变压器包括：dc/dc高频变压器、与所述dc/dc高频变压器的高压侧连接的逆变电路、与所述dc/dc高频变压器的低压侧连接的整流电路；

所述直流电源的输出端与所述逆变电路的输入端连接；

所述整流电路的输出端与所述逆变器的第一输入端连接。

作为优选，所述高频变压器还包括第一电感和第二电感；

所述第一电感和所述第二电感分别串联在所述整流电路的正极母线和负极母线上。

作为优选，所述高频变压器还包括储能电容；

所述储能电容并联在所述整流电路的正极母线和负极母线之间。

作为优选，所述储能电容为脉冲电容或薄膜电容或电解电容。

作为优选，所述电机为永磁同步电机。

作为优选，所述电机为感应电机。

作为优选，所述电机为开关磁阻电机。

作为优选，所述逆变器的输出端与所述电机的定子绕组连接。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供了一种基于直流变压器的高压断路器电机操动机构，包括：

直流电源、直流变压器、控制器、电机和高压断路器主轴；

所述直流变压器包括：高频变压器和逆变器；

所述直流电源的输出端与所述高频变压器的输入端连接；

所述高频变压器的输出端与所述逆变器的第一输入端连接；

所述逆变器的输出端与所述电机连接；

所述电机的转轴与所述高压断路器主轴同轴连接；

所述控制器的输出端与所述逆变器的第二输入端连接，用于控制所述逆变器驱动所述电机的转轴旋转。

本发明中，直流电源通过高压变压器变压后，为逆变器供电，逆变器根据控制器的分合闸命令驱动电机的转轴旋转，带动高压断路器主轴旋转，高压断路器主轴通过连杆带动触头运动从而实现高压断路器的开通和关断控制，直接将直流电源经过变压后给逆变器供电，具有更高的可靠性，且高压变压器相对于工频电压器的体积更小，解决了由工频变压器和不控整流桥组成的直流电源给驱动电机旋转完成高压断路器分合闸操作的逆变器供电时，导致的高压断路器电机操动机构供电电源可靠性低和体积大的技术问题。

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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种基于直流变压器的高压断路器电机操动机构的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的一种基于直流变压器的高压断路器电机操动机构的另一个实施例的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的高频变压器的拓补结构图；

图4为本发明实施例提供的逆变器的拓补结构图；

其中，附图标记为：

1、直流电源；2、直流变压器；3、控制器；4、电机；5、高压断路器主轴；6、传感器；201、高频变压器；202、逆变器。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种基于直流变压器的高压断路器电机操动机构，解决了由工频变压器和不控整流桥组成的直流电源给驱动电机旋转完成高压断路器分合闸操作的逆变器供电时，导致的高压断路器电机操动机构供电电源可靠性低和体积大的技术问题。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种基于直流变压器的高压断路器电机操动机构的一个实施例，包括：

直流电源1、直流变压器2、控制器3、电机4和高压断路器主轴5；

直流变压器包括2：高频变压器201和逆变器202；

直流电源1的输出端与高频变压器201的输入端连接；

高频变压器201的输出端与逆变器202的第一输入端连接；

逆变器202的输出端与电机4连接；

电机4的转轴与高压断路器主轴5同轴连接；

控制器3的输出端与逆变器202的第二输入端连接，用于控制逆变器202驱动电机4的转轴旋转。

需要说明的是，本发明实施例中，直流电源1通过高压变压器201变压后，为逆变器202供电，逆变器202根据控制器的分合闸命令驱动电机4的转轴旋转，带动高压断路器主轴5旋转，高压断路器主轴5通过连杆带动触头运动从而实现高压断路器的开通和关断控制，直接将直流电源1经过变压后给逆变器202供电，具有更高的可靠性，且高压变压器201相对于工频电压器的体积更小，解决了由工频变压器和不控整流桥组成的直流电源给驱动电机4旋转完成高压断路器分合闸操作的逆变器202供电时，导致的高压断路器电机操动机构供电电源可靠性低和体积大的技术问题。

以上是本发明提供的一种基于直流变压器的高压断路器电机操动机构的一个实施例，以下将说明本发明提供的一种基于直流变压器的高压断路器电机操动机构的另一个实施例。

请参阅图2，本发明实施例提供了一种基于直流变压器的高压断路器电机操动机构的另一个实施例，包括：

直流电源1、直流变压器2、控制器3、电机4和高压断路器主轴5；

直流变压器2包括：高频变压器201和逆变器202；

直流电源1的输出端与高频变压器201的输入端连接；

高频变压器201的输出端与逆变器202的第一输入端连接；

逆变器202的输出端与电机4连接；

电机4的转轴与高压断路器主轴5同轴连接；

控制器3的输出端与逆变器202的第二输入端连接，用于控制逆变器202驱动电机4的转轴旋转。

本发明实施例提供的一种基于直流变压器的高压断路器电机操动机构还包括传感器6；

传感器6的输入端与电机4连接；

传感器6的输出端与控制器3的输入端连接。

需要说明的是，传感器6通过测量电机4的转轴位置及旋转速度数据，发送给控制器3，使得控制器3对逆变器202发送分合闸指令。

进一步地，高频变压器201包括：dc/dc高频变压器、与dc/dc高频变压器的高压侧连接的逆变电路、与dc/dc高频变压器的低压侧连接的整流电路；

直流电源1的输出端与逆变电路的输入端连接；

整流电路的输出端与逆变器202的第一输入端连接。

请参阅图3，图3为本发明实施例提供的高频变压器201的拓补结构图，其中，v1-v4均为开关器件，可选用igbt；vd1-vd4均为二极管，由vd1-vd4组成不控整流桥。直流电源给开关器件v1-v4发送占空比为50％的pwm脉冲，将输入直流电压vi变换成高频交流电压，经高频变压器隔离变压后，vd1-vd4组成的不控整流桥将高频交流电压变换成直流电压vo。送入开关管v2的pwm脉冲与送入开关管v1的脉冲互补，并且需要考虑开关死区；送入开关管v3的pwm脉冲与送入开关管v1的脉冲互补；送入开关管v4的pwm脉冲与送入开关管v3的脉冲互补，并且需要考虑开关死区。

进一步地，高频变压器201还包括第一电感和第二电感；

第一电感和第二电感分别串联在整流电路的正极母线和负极母线上。

需要说明的是，第一电感和第二电感用于滤除谐波，它们大小相等。

进一步地，高频变压器201还包括储能电容；

储能电容并联在整流电路的正极母线和负极母线之间。

进一步地，储能电容为脉冲电容或薄膜电容或电解电容。

需要说明的是，整流电路中的储能电容的容量很大，可以在保证输入电源断开的情况下，完成至少三次正常的分合闸操作，

进一步地，电机4为永磁同步电机。

进一步地，电机4为感应电机。

进一步地，电机4为开关磁阻电机。

进一步地，逆变器202的输出端与电机4的定子绕组连接。

请参阅图4，图4为本发明实施例提供的逆变器202的拓补结构图，其中v1-v6为开关器件，可选用igbt开关器件，逆变器202的输出端与电机4的定子绕组连接。

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。