论文部分内容阅读
为了提升高压断路器(High Voltage Circuit Breaker,HV-CB)运行可靠性及可控性,本文提出了一种适用于40.5kV CB-HV的新型电机操动机构控制系统,即线圈辅助励磁BLDCM(Coil-Assisted Excitation Brushless DC Motor,CAE-BLDCM)操动机构控制系统。本文主要对40.5kV CB-HV运动及负载特性、电机结构及工作原理、电磁特性、驱动控制技术、40.5kV CB-HV虚拟样机动态特性仿真等方面研究,并搭建电机硬件实验平台,设计控制电路PCB板、联机做40.5kV CB-HV合闸实验。主要研究工作如下:(1)建立并分析了CAE-BLDCM操动机构机械运动模型,将CB-HV侧机构直线运动转化成电机侧的旋转运动,分析驱动电机转角与CB-HV传动机构中的拉杆之间的运动关系。计算断路器运动负载折算到驱动电机转轴处的等效负载转矩特性,得到驱动电机在CB-HV分合闸操作过程中的转轴转角、等效负载特性等技术参数。(2)针对CAE-BLDCM原理以及物理结构方面的内容,对电机的相关状况进行了分析介绍,并且针对BLDCM-CAE电感与磁链特性利用ANSYS软件进行仿真分析。详细介绍了电流斩波控制、电压斩波控制以及角度控制三种控制方式。为CAE-BLDCM控制系统的设计提供理论基础。(3)运用三维有限元方法分析电机特有的结构特点对电磁性能的影响,确定中央励磁线圈的调磁与调速作用。利用ANSYS分析HV-CB电机操动机构分、合闸动态特性,利用ADAMS搭建HV-CB虚拟样机模型,通过仿真验证其合理性,符合40.5kV HV-CB技术参数要求。(4)搭建以DSP芯片为核心的BLDCM-CAE操动机构控制系统硬件实验平台,设计制作了线圈控制电路PCB板,升压电路以及电流检测电路PCB板,设计了双闭环PID控制系统。通过不同电压等级的电机空载实验,得到电机启动转速及电流等数据,在中央励磁线圈通入不同电流时,做联机HV-CB合闸实验操作,经过数据分析说明电机的性能良好,符合电机设计原理,验证了CAE-BLDCM操动机构设计理论的正确性以及中央励磁线圈通电的调磁与调速特性。