專利名稱：高壓斷路器圓筒型直線感應(yīng)電機控制裝置及應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輸變電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高壓斷路器圓筒型直線感應(yīng)電機控制裝 置及應(yīng)用方法，，用于與高壓開關(guān)設(shè)備相配合使用的圓筒型直線感應(yīng)電動機操動機構(gòu)及高壓斷 路器動觸頭運動行程特性的控制。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的高壓斷路器操動機構(gòu)主要是由連桿、鎖扣以及能量供應(yīng)系統(tǒng)等幾部分組成，環(huán)節(jié) 多、累計運動公差大且響應(yīng)緩慢、可控性差、效率低。響應(yīng)時間一般要幾十毫秒。另外這些 操動機構(gòu)的動作時間分散性也比較大，對于交流控制信號甚至大于10ras，即使采用直流操作， 動作時間的分散性也在毫秒級，而且只能實現(xiàn)斷路器動作要求，不能實現(xiàn)對操動過程的調(diào)節(jié) 和控制，因此上述操動機構(gòu)中高壓斷路器的動觸頭運動特性難以達到理想的水平。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有高壓開關(guān)輝動技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種在電網(wǎng)發(fā)生一些臨時故障時 通過圓筒型直線感應(yīng)電機驅(qū)動高壓斷路器來對電力系統(tǒng)進行有效保護的全方位的控制裝置及 應(yīng)用方法。
該裝置包括高壓斷路器、圓筒型直線感應(yīng)電機，其中圓筒型直線感應(yīng)電機的主軸分別與 高壓斷路器動觸頭、電網(wǎng)故障檢測單元和控制單元連接，控制單元分別連接逆變單元和電網(wǎng) 故障檢測單元。
逆變單元包括三相電源、不可控二級管橋式整流模塊、IPM模塊、第一電阻(Ron)、開 關(guān)、第二電阻(Rl)、分壓電阻(R2)、第一電容(Cl)、第二電容(C2)、第三電阻(Rb)、 IGBT 元件、二極管和霍爾元件，其中三相電源與不可控二級管橋式整流模塊相連，實現(xiàn)三相電源 轉(zhuǎn)化為IPM所需的直流電源，不可控二級管橋式整流模塊直流側(cè)正極經(jīng)第一電阻(Ron)連接 IPM模塊的共集電極，不可控二級管橋式整流模塊直流側(cè)負極連接IPM模塊的共發(fā)射極，其 中第一電阻(Ron)與開關(guān)并聯(lián)，開關(guān)的控制信號端接到DSP芯片初始化模塊中所設(shè)置的管腳 上，當圓筒型直線感應(yīng)電機運行時輸出控制指令，開關(guān)閉合短接第一電阻(Ron),在IPM模 塊的共集電極和共發(fā)射極之間并聯(lián)由第二電阻(Rl)和分壓電阻(R2)串聯(lián)組成的支路I、 由第一電容(Cl)和第二電容(C2)串聯(lián)組成的支路II和由第三電阻(Rb)和IGBT元件串聯(lián)組成的支路DL其中第一電阻(Ron)的作用是在圓筒型直線感應(yīng)電機運行前，使濾波第一電 容(Cl)、第二電容(C2)預先有一較小的充電電流，避免因電容器瞬間大電流充電產(chǎn)生沖擊， 保護整流模塊和濾波電容，在支路I中分壓電阻(R2)的引出端與控制單元中的過壓檢測電 路的輸入端相連；當電路中直流電壓泵升時，此時DSP芯片通過電壓檢測到以后，控制支路 m中的放電驅(qū)動電路驅(qū)動IGBT導通，把電能消耗在第三電阻(Rb)上，在支路II中第一電容 (Cl)的陽極與IPM模塊的共集電極相連，IPM模塊的共發(fā)射極與第二電容(C2)的陽極相 連；在支路m中，IGBT元件的發(fā)射極和集電極之間與二極管相并聯(lián)，IGBT元件的基極連接控 制單元中的放電驅(qū)動電路的輸出端；IPM模塊的輸入端連接控制單元中的IPM的隔離驅(qū)動電 路的輸出端，IPM模塊輸出的三相端經(jīng)過霍爾元件與控制單元中的電平轉(zhuǎn)換電路輸入端相連。
控制單元包括過壓檢測電路、DSP芯片、放電驅(qū)動電路、IPM的隔離驅(qū)動電路、電平轉(zhuǎn)換 電路、旋轉(zhuǎn)編碼器、仿真器和上位PC機，其中過壓檢測電路的輸出端與DSP芯片保護模塊中 的關(guān)于過電壓保護功能所設(shè)定的管腳相連，放電驅(qū)動電路的輸入端連接DSP芯片保護模塊所 設(shè)定的引腳，IPM的隔離驅(qū)動電路的輸入端與DSP芯片上的PWM1 PWM6六個輸出管腳相連， 電平轉(zhuǎn)換電路的輸出端與DSP芯片上的模擬輸入端口相連，電平轉(zhuǎn)換電路是把霍爾元件輸出 的信號轉(zhuǎn)化為DSP所接受的信號，旋轉(zhuǎn)編碼器的碼盤轉(zhuǎn)軸通過小滑輪與圓筒型直線感應(yīng)電機 連接，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)編碼器對本發(fā)明中的電機進行速度和位置的檢測，旋轉(zhuǎn)編碼器的A、 B相輸出 端與DSP芯片上的QEP1、 QEP2端口相連，通過DSP速度測量模塊進行計算，DSP芯片通過仿 真器與上位PC機相連。
電網(wǎng)故障檢測單元包括電網(wǎng)故障檢測電路，電網(wǎng)故障檢測電路與控制單元中的DSP芯片 電網(wǎng)故障檢測模塊所設(shè)定的管腳相連。
一種高壓斷路器圓筒型直線感應(yīng)電機控制裝置的應(yīng)用方法，按如下步驟
步驟一、由電網(wǎng)故障檢測單元將測得的電網(wǎng)電壓和電流信號反饋給控制單元，由控制單 元獲取速度曲線；
步驟二、由控制單元控制逆變單元，再由逆變單元驅(qū)動圓筒型直線感應(yīng)電機運動； 步驟三、由圓筒型直線感應(yīng)電機主軸的運動來控制高壓斷路器動觸頭按速度曲線進行開/ 合閘運動。
其中步驟一由電網(wǎng)故障檢測單元將測得的電網(wǎng)電壓和電流信號反饋給控制單元，由控制 單元獲取速度曲線的控制方法，按如下步驟-
步驟l、控制系統(tǒng)開始運行，通過上位PC機對DSP芯片下載程序，DSP芯片的CPU調(diào)用 SCI通信模塊來對通訊協(xié)議進行備定；控制系統(tǒng)通電運行，CPU調(diào)用初始化模塊對DSP芯片各 個端口以及定時器進行初始化設(shè)置；
6.步驟2、 DSP芯片的CPU檢測電網(wǎng)故障檢測模塊是否有中斷，當電網(wǎng)故障檢測電路檢測到 電網(wǎng)故障時，申請中斷進入步驟3，當無故障中斷時，返回步驟2.
步驟3、 CPU檢查是否有過電壓信號，如果有轉(zhuǎn)步驟7，如果沒有轉(zhuǎn)步驟4.
步驟4、 DSP芯片針對檢測信號判斷出故障類型，再通過查詢故障類型與速度曲線表來確 定所對應(yīng)的速度曲線，并作為速度給定，如果此時電網(wǎng)出現(xiàn)了三相短路故障，CPU計算出三 相短路故障類型的速度給定曲線；
步驟5、 DSP芯片通過查詢故障類型與速度曲線表來計算出所對應(yīng)的速度曲線與電機速度 檢測信號進行比較，DSP芯片調(diào)用速度測量模塊計算出速度調(diào)節(jié)器給定，然后再通過DSP芯 片依次調(diào)用PI調(diào)節(jié)模塊、矢量變換模塊、電流采樣模塊、磁鏈角計算模塊、電壓空間矢量模 塊進行控制算法運算，運算出SVPWM占空比之后，通過管腳PWM1 P麗6把生成的SVPWM控制 信號送到IPM模塊；
步驟6、通過IPM模塊逆變形成圓筒型直線感應(yīng)電機所需要的初級鐵心電壓信號，從而 驅(qū)動圓筒型直線感應(yīng)電機動作，再由圓筒型直線感應(yīng)電機驅(qū)動高壓斷路器動觸頭，使動觸頭 按照速度曲線進行動作；
步驟7、在逆變電路直流側(cè)通過分壓電阻(R2)與過壓保護電路相連，當直流側(cè)出現(xiàn)泵 升過電壓時，過壓保護電路給DSP芯片信號，使DSP芯片保護模塊申請中斷，然后DSP芯片 生成控制信號傳送給放電驅(qū)動電路。
上述步驟所引用的模塊主要的功能為
初始化模塊，用于設(shè)置系統(tǒng)時鐘，設(shè)定串行口格式，并允許串行口接收中斷，初始化各 種1/0接口，初始化各個定時器，設(shè)置為全比較模式，并設(shè)置死區(qū)時間，A/D采樣初始化， 選擇采樣通道，對模擬輸入端口清空，對各個變量相對應(yīng)的存儲單元的初始化賦值；
SCI通信模塊，用于根據(jù)PC機發(fā)出字符，DSP芯片接收數(shù)據(jù)，當接收的標識符為"l"， 則設(shè)置轉(zhuǎn)速給定值，當接收的標識符為"2"，則設(shè)置d軸電流PI參數(shù)，當接收的標識符為"3"， 則設(shè)置q軸電流的PI參數(shù)，當接收的標識符為"4"，則設(shè)置轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的PI參數(shù)，當接收的 標識符為"5"時，接收系統(tǒng)運行標識位，當該位為"1"時啟動系統(tǒng)的運行；
電流采樣模塊，用于通過電平轉(zhuǎn)換電路輸入到DSP芯片的A/D 口的信號進行處理；
電路保護模塊，用于根據(jù)接受過壓檢測信號，判斷是否過壓，如果過壓就對放電驅(qū)動電 路給定控制信號，使其對電路進行保護；
速度測量模塊，用于進入伺服中斷，對電機速度信號進行讀取，并與給定的理想信號比 較，給定速度調(diào)節(jié)器輸入量；
PI調(diào)節(jié)模塊，用于完成速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器功能；'矢量變換模塊，用于進行坐標變換，規(guī)定算法；
磁鏈角計算模塊，用于完成間接磁鏈角計算，結(jié)合矢量變換計算出控制量； 電壓空間矢量模塊，用于根據(jù)結(jié)合控制量，確定SVPMWM占空比；
電網(wǎng)故障檢測模塊，用于根據(jù)電網(wǎng)檢測電路檢測電網(wǎng)故障的信號，來判斷故障類型，由 于每種故障類型對應(yīng)一種速度曲線，因此要與事先編入的故障類型與速度曲線表對應(yīng)，然后 給出相應(yīng)的速度曲線。
其中步驟三由圓筒型直線感應(yīng)電機主軸的運動來控制高壓斷路器動觸頭按速度曲線進行 開/合閘運動的控制方法，按如下步驟
1) 中斷入口；
2) 現(xiàn)場保護；
3) 電機速度的讀??；
4) 與理想曲線比較；
5) 確定控制單元下一步的輸出值；
6) 確定占空比；
7) 更新PWM寄存器；
8) 現(xiàn)場恢復；
9) 返回。
本發(fā)明通過圓筒型直線感應(yīng)電機的控制有利于提高斷路器關(guān)合、開斷能力，以及斷路器
的機械、電氣壽命和可靠性。此外，通過控制可以讓機構(gòu)產(chǎn)生反向操動力來取代傳統(tǒng)操動機
構(gòu)的緩沖裝置的作用，達到簡化機構(gòu)的目的。
圖l是本發(fā)明中機構(gòu)模型連接簡圖2是本發(fā)明圓筒型直線感應(yīng)電機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3是本發(fā)明高壓斷路器圓筒型直線感應(yīng)電機控制裝置的應(yīng)用方法程序流程圖4是高壓斷路器圓筒型直線感應(yīng)電機控制裝置的應(yīng)用方法步驟一控制程序流程圖5是高壓斷路器圓筒型直線感應(yīng)電機控制裝置的應(yīng)用方法步驟三控制程序流程圖6是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)編碼器與它的輸出模式；
圖7是本發(fā)明RS-232和TMS320F2812硬件連接圖8是本發(fā)明合閘時與分閘時動觸頭的速度曲線；
圖9是本發(fā)明電平轉(zhuǎn)換電路原理圖IO是本發(fā)明電網(wǎng)故障檢測電路原理8圖11是本發(fā)明過壓檢測電路原理圖； 圖12是本發(fā)明放電驅(qū)動電路原理圖1中1逆變單元、2控制單元、3電網(wǎng)故障檢測單元、4圓筒型直線感應(yīng)電機、5高 壓斷路器；
圖2中6三相電源、7不可控二級管橋式整流模塊、8IPM模塊、29霍爾元件、9過壓 檢測電路、IO放電驅(qū)動電路、IIIPM的隔離驅(qū)動電路、12DSP芯片、13電平轉(zhuǎn)換電路、14旋 轉(zhuǎn)編碼器、15電網(wǎng)故障檢測電路、16仿真器、17上位PC機；
圖7中18光源、19聚光源、20光電盤、21光擋板、22光電管、23整形放大、24數(shù) 值顯示裝置、25小滑輪、26格層、27夾縫、28碼盤轉(zhuǎn)軸。
具體實施例方式
本發(fā)明DSP芯片型號為TMS320F2812， IPM隔離驅(qū)動電路中采用IPM接口專用高速型 號HCPL-4504光電耦合器，放電驅(qū)動電路型號為PM300DSA120，霍爾元件型號為LT10—C， 旋轉(zhuǎn)編碼器采用OMRON的增量式旋轉(zhuǎn)編碼器型號為E6B2-CWZ6C， DSP與上位PC機通過 符合RS-232標準的驅(qū)動芯片SP3223EEY進行通訊傳輸。
該裝置如圖l所示包括高壓斷路器5、掘筒型直線感應(yīng)電機4，圓筒型直線感應(yīng)電機4的 主軸分別與高壓斷路器5動觸頭、電網(wǎng)故障檢測單元3和控制單元2連接，控制單元2分別 連接逆變單元1和電網(wǎng)故障檢測單元3。
逆變單元1如圖2所示包括三相電源6、不可控二級管橋式整流模塊7、 IPM模塊8、第 一電阻(Ron)、開關(guān)、第二電阻(Rl)、分壓電阻(R2)、第一電容(Cl)、第二電容(C2)、 第三電阻(Rb)、 IGBT元件、二極管和霍爾元件29，其中三相電源6與不可控二級管橋式整 流模塊7相連，不可控二級管橋式整流模塊7直流側(cè)正極經(jīng)第一電阻(Ron)連接IPM模塊8 的共集電極，不可控二級管橋式整流模塊7直流側(cè)負極連接IPM模塊8的共發(fā)射極，其中第 一電阻(Ron)與開關(guān)并聯(lián)，開關(guān)的控制信號端接到DSP芯片12初始化模塊中所設(shè)置的管腳 上，在IPM模塊8的共集電極和共發(fā)射極之間并聯(lián)由第二電阻(Rl)和分壓電阻(R2)串聯(lián) 組成的支路I、由第一電容(Cl)和第二電容(C2)串聯(lián)組成的支路II和由第三電阻(Rb) 和IGBT元件串聯(lián)組成的支路m，在支路I中分壓電阻(R2)的引出端與控制單元2中的過壓 檢測電路9的輸入端相連；在支路II中第一電容(Cl)的陽極與IPM模塊8的共集電極相連， IPM模塊8的共發(fā)射極與第二電容(C2)的陽極相連；在支路m中，IGBT元件的發(fā)射極和集 電極之間與二極管相并聯(lián),IGBT元件的基極連接控制單元2中的放電驅(qū)動電路10的輸出端，； IPM模塊8的輸入端連接控制單元2中的IPM的隔離驅(qū)動電路11的輸出端，IPM模塊8輸出的三相端經(jīng)過霍爾元件29與控制單元2中的電平轉(zhuǎn)換電路13輸入端相連。
控制單元2如圖2所示包括過壓檢測電路9、 DSP芯片12、放電驅(qū)動電路10、 IPM的隔 離驅(qū)動電路11、電平轉(zhuǎn)換電路13、旋轉(zhuǎn)編碼器14、仿真器16和上位PC機17，其中過壓檢 測電路9的輸出端與DSP芯片12保護模塊中的關(guān)于過電壓保護功能所設(shè)定的管腳相連，放電 驅(qū)動電路10的輸入端連接DSP芯片12保護模塊所設(shè)定的引腳，IPM的隔離驅(qū)動電路11的輸 入端與DSP芯片12上的PWM1 PWM6六個輸出管腳相連，電平轉(zhuǎn)換電路13的輸出端與DSP芯 片12上的模擬輸入端口相連，旋轉(zhuǎn)編碼器14如圖7所示的碼盤轉(zhuǎn)軸28通過小滑輪25與圓 筒型直線感應(yīng)電機4連接，旋轉(zhuǎn)編碼器14的A、 B相輸出端與DSP芯片12上的QEPl、 QEP2 端口相連，DSP芯片12通過仿真器16與上位PC機17相連。
電網(wǎng)故障檢測單元3如圖2和圖8所示包括電網(wǎng)故障檢測電路15，電網(wǎng)故障檢測電路15 與控制單元2中的DSP芯片12電網(wǎng)故障檢測模塊所設(shè)定的管腳相連。
高壓斷路器圓筒型直線感應(yīng)電機控制裝置的應(yīng)用方法如圖3所示，按如下步驟-步驟一、由電網(wǎng)故障檢測單元將測得的電網(wǎng)電壓和電流信號反饋給控制單元，由控制單 元獲取速度曲線；
步驟二、由控制單元控制逆變單元，再由逆變單元驅(qū)動圓筒型直線感應(yīng)電機運動； 步驟三、由圓筒型直線感應(yīng)電機主軸的運動來控制高壓斷路器動觸頭按速度曲線進行開/ 合閘運動。
其中步驟一由電網(wǎng)故障檢測單元將測得的電網(wǎng)電壓和電流信號反饋給控制單元，由控制 單元獲取速度曲線的控制方法，按如下步驟
步驟l、控制系統(tǒng)開始運行，通過上位PC機對DSP芯片下載程序，DSP芯片的CPU調(diào)用 SCI通信模塊來對通訊協(xié)i義進行設(shè)定；控制系統(tǒng)通電運行，CPU調(diào)用初始化模塊對DSP芯片各 個端口以及定時器進行初始化設(shè)置；
步驟2、 DSP芯片的CPU檢測電網(wǎng)故障檢測模塊是否有中斷，當電網(wǎng)故障檢測電路檢測到 電網(wǎng)故障時，申請中斷進入步驟3，當無故障中斷時，返回步驟2.
步驟3、 CPU檢查是否有過電壓信號，如果有轉(zhuǎn)步驟7，如果沒有轉(zhuǎn)步驟4.
步驟4、 DSP芯片針對檢測信號判斷出故障類型，再通過查詢故障類型與速度曲線表來確 定所對應(yīng)的速度曲線如圖8所示，并作為速度給定，如果此時電網(wǎng)出現(xiàn)了三相短路故障，CPU 計算出三相短路故障類型的速度給定曲線；
步驟5、 DSP芯片通過査詢故障類型與速度曲線表來計算出所對應(yīng)的速度曲線如圖8所示 與電機速度檢測信號進行比較，DSP芯片調(diào)用速度測量模塊計算出速度調(diào)節(jié)器給定，然后再 通過DSP芯片依次調(diào)用PI調(diào)節(jié)模塊、矢量變換模塊、電流采樣模塊、磁鏈角計算模塊、電壓空間矢量模塊進行控制算法運算，運算出SVPMWM占空比之后，通過管腳P麗1 PWM6把生成 的SVP麗控制信號送到IPM模塊；
步驟6、通過IPM模塊逆變形成圓筒型直線感應(yīng)電機所需要的初級鐵心電壓信號，從而 驅(qū)動圓筒型直線感應(yīng)電機動作，再由圓筒型直線感應(yīng)電機驅(qū)動高壓斷路器動觸頭，使動觸頭 按照速度曲線進行動作；
步驟7、在逆變電路直流側(cè)通過分壓電阻(R2)與過壓保護電路相連，當直流側(cè)出現(xiàn)泵 升過電壓時，過壓保護電路給DSP芯片高電平信號，使DSP芯片保護模塊申請中斷，然后DSP 芯片生成SVPWM調(diào)制信號傳送給放電驅(qū)動電路。
上述步驟所引用的模塊主要的功能為
所述的初始化模塊，用于設(shè)置系統(tǒng)時鐘，設(shè)定串行口格式，并允許串行口接收中斷，初 始化各種I/0接口，初始化各個定時器，設(shè)置為全比較模式，并設(shè)置死區(qū)時間，A/D采樣初 始化，選擇釆樣通道，對模擬輸入端口清空，'對各個變量相對應(yīng)的存儲單元的初始化賦值； 所述的SCI通信模塊，用于根據(jù)PC機發(fā)出字符，DSP芯片接收數(shù)據(jù)，當接收的標識符為"l"， 則設(shè)置轉(zhuǎn)速給定值，當接收的標識符為"2",則設(shè)置d軸電流PI參數(shù)，當接收的標識符為"3"， 則設(shè)置q軸電流的PI參數(shù)，當接收的標識符為"4"，則設(shè)置轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的PI參數(shù)，當接收的 標識符為"5"時，接收系統(tǒng)運行標識位，當該位為"1"時啟動系統(tǒng)的運行；所述的電流采 樣模塊，用于通過電平轉(zhuǎn)換電路輸入到DSP芯片的A/D 口的信號進行處理；所述的電路保護 模塊，用于根據(jù)接受過壓檢測信號，判斷是否過壓，如果過壓就對放電驅(qū)動電路給定控制信 號，使其對電路進行保護；所述訴速度測量模塊，用于進入伺服中斷，對電機速度信號進行 讀取，并與給定的理想信號比較，給定速度調(diào)節(jié)器輸入量；所述的PI調(diào)節(jié)模塊，用于完成速 度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器功能；所述的矢量變換模塊，用于進行坐標變換，規(guī)定算法；所述的 磁鏈角計算模塊，用于完成間接磁鏈角計算，結(jié)合矢量變換計算出控制量；所述的電壓空間 矢量模塊，用于根據(jù)結(jié)合控制量，確定SVPMWM占空比；所述的電網(wǎng)故障檢測模塊，用于根據(jù) 電網(wǎng)檢測電路檢測電網(wǎng)故障的信號，來判斷故障類型，由于每種故障類型對應(yīng)一種速度曲線， 因此要與事先編入的故障類型與速度曲線表對應(yīng)，然后給出相應(yīng)的速度曲線。
權(quán)利要求
1、一種高壓斷路器圓筒型直線感應(yīng)電機控制裝置，包括高壓斷路器、圓筒型直線感應(yīng)電機，其特征在于圓筒型直線感應(yīng)電機的主軸分別與高壓斷路器動觸頭、電網(wǎng)故障檢測單元和控制單元連接，控制單元分別連接逆變單元和電網(wǎng)故障檢測單元。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓斷路器圓筒型直線感應(yīng)電機控制裝置，其特征在于所述的逆變單元包括三相電源、不可控二級管橋式整流模塊、IPM模塊、第一電阻(Ron)、開關(guān)、 第二電阻(Rl)、分壓電阻(R2)、第一電容(Cl)、第二電容(C2)、第三電阻(Rb)、 IGBT 元件、二極管和霍爾元件，其中三相電源與不可控二級管橋式整流模塊相連，不可控二級管 橋式整流模塊直流側(cè)正極經(jīng)第一電阻(Ron)連接IPM模塊的共集電極，不可控二級管橋式整 流模塊直流側(cè)負極連接IPM模塊的共發(fā)射極，其中第一電阻(Ron)與開關(guān)并聯(lián)，開關(guān)的控制 信號端接到DSP芯片初始化模塊中所設(shè)置的管腳上，在IPM模塊的共集電極和共發(fā)射極之間 并聯(lián)由第二電阻(Rl)和分壓電阻(R2)串聯(lián)組成的支路I、由第一電容(Cl)和第二電容 (C2)串聯(lián)組成的支路II和由第三電阻(Rb)和IGBT元件串聯(lián)組成的支路HI，在支路I中分 壓電阻(R2)的引出端與控制單元中的過壓檢測電路的輸入端相連；在支路II中第一電容(C1) 的陽極與IPM模塊的共集電極相連，IPM模塊的共發(fā)射極與第二電容(C2)的陽極相連；在 支路m中，IGBT元件的發(fā)射極和集電極之間與二極管相并聯(lián)，IGBT元件的基極連接控制單元 中的放電驅(qū)動電路的輸出端；IPM模塊的輸入端連接控制單元中的IPM的隔離驅(qū)動電路的輸 出端，IPM模塊輸出的三相端經(jīng)過霍爾元件與控制單元中的電平轉(zhuǎn)換電路輸入端相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓斷路器圓筒型直線感應(yīng)電機控制裝置，其特征在于所述的 控制單元包括過壓檢測電路、DSP芯片、放電驅(qū)動電路、IPM的隔離驅(qū)動電路、電平轉(zhuǎn)換電路、 旋轉(zhuǎn)編碼器、仿真器和上位PC機，其中過壓檢測電路的輸出端與DSP芯片保護模塊中的關(guān)于 過電壓保護功能所設(shè)定的管腳相連，放電驅(qū)動電路的輸入端連接DSP芯片保護模塊所設(shè)定的 引腳，IPM的隔離驅(qū)動電路的輸入端與、DSP芯片上的PWM1 PWM6六個輸出管腳相連，電平轉(zhuǎn) 換電路的輸出端與DSP芯片上的模擬輸入端口相連，旋轉(zhuǎn)編碼器的碼盤轉(zhuǎn)軸通過小滑輪與圓 筒型直線感應(yīng)電機連接，旋轉(zhuǎn)編'碼器的A; B相輸出端與DSP芯片上的QEP1、 QEP2端口相連， DSP芯片通過仿真器與上位PC機相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的髙壓斷路器圓筒型直線感應(yīng)電機控制裝置，其特征在于所述的 電網(wǎng)故障檢測單元包括電網(wǎng)故障檢測電路，電網(wǎng)故障檢測電路與控制單元中的DSP芯片電網(wǎng) 故障檢測模塊所設(shè)定的管腳相連。
5、 權(quán)利要求l所述的高壓斷路器圓筒型直線感應(yīng)電機控制裝置的應(yīng)用方法，其特征在于 按如下步驟步驟一、由電網(wǎng)故障檢測單元將測得的電網(wǎng)電壓和電流信號反饋給控制單元，由控制單 元獲取速度曲線；步驟二、由控制單元控制逆變單元，再由逆變單元驅(qū)動圓筒型直線感應(yīng)電機運動； 步驟三、由圓筒型直線感應(yīng)電機主軸的運動來控制高壓斷路器動觸頭按速度曲線進行開/ 合閘運動。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓斷路器圓筒型直線感應(yīng)電機控制裝置的應(yīng)用方法，其特征在于所述的步驟一由電網(wǎng)故障檢測單元將測得的電網(wǎng)電壓和電流信號反饋給控制單元，由控 制單元獲取速度曲線的控制方法，按如下步驟步驟1、控制系統(tǒng)開始運行，通過上位PC機對DSP芯片下載程序，DSP芯片的CPU調(diào)用 SCI通信模塊來對通訊協(xié)議進行設(shè)定；控制系統(tǒng)通電運行，CPU調(diào)用初始化模塊對DSP芯片各 個端口以及定時器進行初始化設(shè)置；步驟2、 DSP芯片的CPU檢測電網(wǎng)故障檢測模塊是否有中斷，當電網(wǎng)故障檢測電路檢測到 電網(wǎng)故障時，申請中斷進入步驟3，當無故障中斷時，返回步驟2;步驟3、 CPU檢查是否有過電壓信號，如果有轉(zhuǎn)步驟7，如果沒有轉(zhuǎn)步驟4;步驟4、 DSP芯片針對檢測信號判斷出故障類型，再通過查詢故障類型與速度曲線表來確 定所對應(yīng)的速度曲線，'并作為速度給定，如果此時電網(wǎng)出現(xiàn)了三相短路故障，CPU計算出三 相短路故障類型的速度給定曲線；步驟5、DSP芯片通過查詢故障類型與速度曲線表來計算出所對應(yīng)的速度曲線與電機速度 檢測信號進行比較，DSP芯片調(diào)用速度測量模塊計算出速度調(diào)節(jié)器給定，然后再通過DSP芯 片依次調(diào)用PI調(diào)節(jié)模塊、矢量變換模塊、電灘采樣模塊、磁鏈角計算模塊、電壓空間矢量模 塊進行控制算法運算，運算出SVPWM占空比之后，通過管腳PWM1 PWM6把生成的SVPWM控制 信號送到IPM模塊；步驟6、通過IPM模塊逆變形成圓筒型直線感應(yīng)電機所需要的初級鐵心電壓信號，從而 驅(qū)動圓筒型直線感應(yīng)電機動作，再由圓筒型直線感應(yīng)電機驅(qū)動高壓斷路器動觸頭，使動觸頭 按照速度曲線進行動作；步驟7、在逆變電路直流側(cè)通過分壓電阻(R2)與過壓保護電路相連，當直流側(cè)出現(xiàn)泵 升過電壓時，過壓保護電路給DSP芯片信號，使DSP芯片保護模塊申請中斷，然后DSP芯片 生成控制信號傳送給放電驅(qū)動電路。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓斷路器圓筒型直線感應(yīng)電機控制裝置的應(yīng)用方法，其特征 在于所述的初始化模塊，用于設(shè)置系統(tǒng)時鐘，設(shè)定串行口格式，并允許串行口接收中斷，初 始化各種I/0接口，初始化各個定時器，設(shè)置為全比較模式，并設(shè)置死區(qū)時間，A/D采樣初始化，選擇采樣通道，對模擬輸入端口清空，對各個變量相對應(yīng)的存儲單元的初始化賦值； 所述的SCI通信模塊，用于根據(jù)PC機發(fā)出字符，DSP芯片接收數(shù)據(jù)，當接收的標識符為"l"， 則設(shè)置轉(zhuǎn)速給定值，當接收的標識符為"2"，則設(shè)置d軸電流PI參數(shù)，當接收的標識符為"3"， 則設(shè)置q軸電流的PI參數(shù)，當接收的標識符為"4"，則設(shè)置轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的PI參數(shù)，當接收的 標識符為"5"時，接收系統(tǒng)運行標識位，當該位為"1"時啟動系統(tǒng)的運行；所述的電流采 樣模塊，用于通過電平轉(zhuǎn)換電路輸入到DSP芯片的A/D 口的信號進行處理；所述的電路保護 模塊，用于根據(jù)接受過壓檢測信號，判斷是否過壓，如果過壓就對放電驅(qū)動電路給定控制信 號，使其對電路進行保護；所述的速度測量模塊，用于進入伺服中斷，對電機速度信號進行 讀取，并與給定的理想信號比較，給定速度調(diào)節(jié)器輸入量；所述的PI調(diào)節(jié)模塊，用于完成速 度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器功能；所述的矢量變換模塊，用于進行坐標變換，規(guī)定算法；所述的 磁鏈角計算模塊，用于完成間接磁鏈角計算，結(jié)合矢量變換計算出控制量；所述的電壓空間 矢量模塊，用于根據(jù)結(jié)合控制量，確定SVPMWM占空比；所述的電網(wǎng)故障檢測模塊，用于根據(jù) 電網(wǎng)檢測電路檢測電網(wǎng)故障的信號，來判斷故障類型，由于每種故障類型對應(yīng)一種速度曲線， 因此要與事先編入的故障類型與速度曲線表對應(yīng)，然后給出相應(yīng)的速度曲線。
全文摘要
本發(fā)明涉及高壓斷路器圓筒型直線感應(yīng)電機控制裝置及應(yīng)用方法，該裝置圓筒型直線感應(yīng)電機的主軸分別與高壓斷路器動觸頭、電網(wǎng)故障檢測單元和控制單元連接，控制單元分別連接逆變單元和電網(wǎng)故障檢測單元。該裝置的應(yīng)用方法為由電網(wǎng)故障檢測單元將測得的電網(wǎng)電壓和電流信號反饋給控制單元得到速度曲線；由控制單元控制逆變單元進而驅(qū)動圓筒型直線感應(yīng)電機運動最終控制高壓斷路器動觸頭按速度曲線進行開/合閘運動。本發(fā)明利于提高高壓斷路器關(guān)合、開斷能力，高壓斷路器的機械和電氣壽命及可靠性。通過應(yīng)用方法可以產(chǎn)生反向操動力來取代傳統(tǒng)緩沖裝置的作用，達到簡化機構(gòu)的目的。
文檔編號H01H33/28GK101447363SQ20081023021
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者劉愛民, 徐建源, 李家玨, 李永祥, 莘 林 申請人:沈陽工業(yè)大學