一类新型永磁作动机构的建模与控制

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高压断路器作为电力传输系统中维持电网正常工作的关键节点,要求其执行机构具有高可靠性和稳定性,传统的机械式作动机构由于复杂的结构和高故障率已经不能满足要求。永磁作动机构具有结构简单、节能、可靠性高、无噪声、没有机械磨损以及较长使用寿命等特点。因此将永磁作动机构作为高压断路器的执行机构控制高压断路器的开合闸成为断路器领域研究的热点。但是,永磁作动机构模型复杂,难于控制,一般电磁力建模方法不准确,同时相对几十毫秒时间,线圈对动态电流的延时非常严重,对控制的要求比较高。  本文设计了永磁高压断路器作动机构控制实验系统,系统设计包括永磁高压断路器硬件系统设计和软件系统设计。硬件系统设计分为永磁作动机构设计和硬件电路设计,对永磁作动机构的设计,提出一种采用永磁体作为可动核心的设计方案,这种结构具有节能和增大驱动能力的功能。硬件电路设计包括控制板设计和功率驱动电路设计,控制板主要完成信号采集和处理以及控制量的计算,通过脉宽调制控制功率驱动电路的输出电压,完成永磁作动机构开合闸动作。软件系统设计包括主程序设计和中断子程序设计。  永磁高压断路器开合闸动态建模作为其控制过程的核心,是重点也是难点,分为合闸动态建模和分闸动态建模。主要通过达朗贝尔原理建立永磁体和动触头在各个阶段的动态模型。针对电磁力模型,提出一种等效磁路法和实验法相结合的建模方法,首先采用等效磁路法得到含永磁体作用的电磁力模型,然后基于该模型设计了电磁力与气隙、电流的测量实验方案,利用MTS809力学实验系统获取实验数据,采用最小二乘法辨识得到电磁力的解析模型。  通过对永磁高压断路器的动态模型进行仿真,获得较好的控制电压,并对线圈电流延时现象进行分析,通过提高控制电压或提供反向电压的方式加快电流动态过程,最终调试出能满足10KV高压电对断路器开合闸参数要求的永磁高压断路器分合闸曲线,并对实验结果进行分析。
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