[发明专利]高压断路器无刷线圈激磁直流电机操动机构

说明书

技术领域

本发明属于高压断路器操动机构技术领域，特别是涉及一种高压断路器无刷线圈激磁直流电机操动机构。该操动机构可有效提高输出转矩、拓宽分合闸速度、增强稳定工作性能；适用于断路器的智能化操作。

背景技术

高压断路器是电力系统中最重要最复杂的开关设备，它对电网安全稳定的运行起到控制和保护的作用。操动机构作为高压断路器重要的组成部分，它起到驱动高压断路器动触头进行分合闸的作用，操动机构工作性能的优良直接影响到断路器能否正常快速实现分合闸的操作。永磁无刷直流电机(PMBLDCM)操动机构克服了液压和弹簧等传统操动机构零部件多、传动机构复杂、运动过程不可控等缺点，体现出传动简单、结合电力电子技术易于实现控制的特点。而PMBLDCM转子永磁体存在固有的缺陷使电机成本上升、永磁磁通无法控制导致有限的恒功率范围和有限的调速范围、永磁体可被大的反向磁动势和高温退磁、转子磁轭与永磁体之间装配的机械强度导致高速性能下降；这些缺点在一定程度上限制了永磁无刷直流电机操动机构在高压断路器操动机构的应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高压断路器无刷线圈激磁直流电机操动机构。该操动机构利用激磁线圈代替永磁体激磁，通过调节通过激磁线圈的直流电流增减气隙磁通密度，获得宽范围气隙磁通实现对永磁磁通的调控，进而获得大输出转矩、宽范围调速；同时，无永磁体退磁的风险增加了该操动机构工作性能的稳定性和可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种高压断路器无刷线圈激磁直流电机操动机构，包括无刷线圈激磁直流电机、传动机构、高压断路器及电机伺服控制器，所述传动机构由转轴、拐臂及拉杆组成；

所述无刷线圈激磁直流电机，包括机壳，在机壳内设置有电机主轴和两组定、转子凸极装置，两组定、转子凸极装置平行排列且完全对称于电机主轴的中间垂直平面；所述定、转子凸极装置由定子铁心和转子铁心组成，所述电机主轴与机壳同轴设置，所述定子铁心固定在机壳的内侧壁上，转子铁心固定在电机主轴上，所述定子铁心与转子铁心之间留有气隙；在所述两组定、转子凸极装置之间的电机主轴上固定设置有卷筒，在卷筒内缠绕有激磁线圈；在所述定子铁心上设置有槽，在槽内缠绕有电枢绕组，所述机壳和电机主轴采用导磁材料；

所述无刷线圈激磁直流电机的电机主轴通过法兰盘与传动机构的转轴固定连接，传动机构的拐臂的一端与转轴相铰接，另一端与传动机构的拉杆的一端相铰接，拉杆的另一端与高压断路器的动触头固定连接；

所述电机伺服控制器，包括中央处理器、电容器储能单元、光电耦合模块、信号幅值转换模块、IGBT驱动模块、第一IGBT模块、第二IGBT模块、直流电源模块、分合闸信号捕获模块、通讯模块及计算机；所述中央处理器经通讯模块与计算机相连接，所述分合闸信号捕获模块包括分闸指令按键、合闸指令按键及重合指令按键，所述分合闸信号捕获模块的输出端与中央处理器的输入端相连接；安装在电机机壳上的位置信号传感器的信号输出端与中央处理器的输入端相连接，与电机三相电枢绕组相连接的电流互感器分别与中央处理器的输入端相连接；中央处理器的PWM信号产生单元依次经信号幅值转换模块、光电耦合模块与IGBT驱动模块的输入端相连接，IGBT驱动模块的输出端分别与第一IGBT模块和第二IGBT模块的驱动端相连接；电容器储能单元经第一IGBT模块与电机的三相电枢绕组相连接，第二IGBT模块与电机的激磁线圈和激磁线圈电源串联连接，设置在电机激磁线圈串联回路中的电流互感器与中央处理器的输入端相连接；所述直流电源模块为电机伺服控制器提供工作电源；

本发明还设置有位置信号传感器、角位移传感器和扭矩传感器；所述位置信号传感器安装在机壳上，角位移传感器安装在电机主轴上，扭矩传感器安装在电机主轴与法兰盘之间。

所述电机主轴通过端盖设置在机壳内，在电机主轴与端盖之间设置有轴承。

所述电枢绕组采用单层集中整距的排布方式。

本发明的有益效果：

1.本发明采用通电激磁线圈代替永磁直流电机中的永磁体进行励磁，定子铁心和转子铁心采用凸极式结构，可通过控制激磁线圈中通过的直流电流来调节电机的工作气隙磁密，以气隙磁通可控可调达到提高输出转矩，拓宽速度范围之目的；相比普通永磁直流电机而言，这种结构使电机的运行区间变大，调速的范围和功率范围更宽，进而使得操动机构应用的电压等级更高；该操动机构可满足126kV以上至超高压及特高压等级断路器的峰值分闸速度(6～10m／s)要求和操作功(>4kJ)要求；