高压真空断路器电机直驱操动机构控制策略研究

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高压断路器是输配电系统中重要的开关设备,操动机构是其实现分合闸操作的核心机械装置。其中,高压断路器电机直驱操动机构,结构简单,响应速度快,结合现代电机控制理论,能够实现电机位置和速度的精确控制。现阶段,高压断路器电机直驱操动机构主要是与SF6高压断路器相结合,但存在诸多缺点,相比之下,真空断路器能够避免这些问题,并且随着真空泡加工工艺的提升,可切断电压等级也在不断提升。因此,将高压真空断路器和电机直驱操动机构相结合,更加适应当今时代的发展理念,并能够提升国家自主科研能力。本论文针对高压真空断路器电机直驱操动机构控制策略进行研究。首先,为实现更加优良的直驱电机伺服控制性能,从永磁同步电机结构方面入手,详细分析了永磁同步电机的参量矢量化过程,进而引出了相应的电机矢量控制方法。其次,由于仿真分析及电机设计均需要明确负载特性,因此,对真空断路器电机直驱操动机构的结构及工作原理进行介绍,依据运动学及动力学原理,建立操动机构负载特性模型。同时,给出分合闸曲线设计方法。然后,为了实现直驱电机伺服控制系统参数自适应,提升控制性能,对基于波波夫超稳定理论的模型参考自适应多参数辨识方法进行研究;针对辨识过程存在的超调、延时等问题,设计模糊PI控制器替换模型参考自适应多参数辨识方法中的传统PI控制器,并通过Simulink进行仿真研究,仿真对比结果体现了模糊控制的优势。最后,根据系统结构及需求分析,设计高压真空断路器电机直驱操动机构控制板方案和系统软件架构,并搭建相应的实验样机。实验结果验证了高压真空断路器电机直驱操动机构方案的可行性和优越性;同时,针对实验结果分析给出了进一步的优化方案。
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