專利名稱：一種能量互饋式雙直線感應電機操動機構試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于電機操動機構技術領域，特別涉及一種能量互饋式雙直線感應電機操 動機構試驗裝置。
背景技術：
斷路器用直線感應電機操動機構主要是通過電機次級運動驅動連桿機構來帶動 滅弧室的絕緣拉桿運動，實現斷路器的分合閘操作。由于斷路器正常工作電壓在幾十千伏 甚至更高的電壓環境下，常規驗證其操動機構性能是否滿足斷路器要求的實驗只能在空載 條件下進行。而斷路器負載時分合閘曲線與空載條件下的分合閘曲線有些差距，常規的試 驗裝置不能很好的驗證直線感應電機操動機構設計的合理性和有效性。另外，裝置沒有能 量反饋功能，造成能量的浪費。
發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明提供一種能量互饋式雙直線感應電機操動機 構試驗裝置，一方面第一直線感應電機(LIM-I)作為操動機構帶動第二直線感應電機 (LIM-2)動作，模擬斷路器分合閘操作；另一方面第二直線感應電機(LIM-2)作為發電機將 發出的電回饋到電網，達到能量循環利用的目的。該裝置包括第一直線感應電機(LIM-I)、第二直線感應電機(LIM-2)、控制單元、 逆變單元和通信單元；控制單元包括DSP控制板、IGBT驅動板、電壓傳感器、電流傳感器和速度傳感器；逆變單元包括四象限變流器(REC)、第一逆變器(INV-I)、第二逆變器(INV-2)、第 一電容(Cl)和第二電容(C2)；通信單元包括上位機和驅動芯片；該裝置的連接第一直線感應電機(LIM-I)和第二直線感應電機(LIM-2)通過 聯接軸聯接在一起，組成雙直線感應電機，第一直線感應電機(LIM-I)和第二直線感應電 機(LIM-2)共用一個次級反應板，構成了試驗裝置的核心，速度傳感器安裝在聯接軸上，速 度傳感器的輸出端接到DSP控制板的輸入引腳；電網電壓接到四象限變流器(REC)的輸 入端，將三相交流電整流成直流電，四象限變流器(REC)的輸出端經第一電容(Cl)接入第 一逆變器(INV-I)輸入端，第一逆變器(INV-I)將直流電轉換成交流電接入第一直線感應 電機(LIM-I)的初級線圈繞組，第二直線感應電機(LIM-2)發出的交流電輸入第二逆變器 (INV-2)整流成直流電經第二電容(C2)回饋到直流側，供給第一逆變器(INV-I)和第一直 線感應電機(LIM-I)使用或回饋到電網；電壓傳感器和電流傳感器的輸入端均連接到四象 限變流器(REC)、第一逆變器(INV-I)和第二逆變器(INV-2)的信號輸出側，輸出端均連接 到DSP芯片的輸入引腳；IGBT驅動板的輸入端均與DSP芯片PWM信號輸出引腳相連，輸出 端連接到四象限變流器(REC)、第一逆變器(INV-I)和第二逆變器(INV-2)的控制信號輸入 端；DSP芯片的通信接口通過專用的驅動芯片連接到上位機。
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所述的第一直線感應電機(LIM-I)和第二直線感應電機(LIM-2)均為單邊直線感 應電機。該試驗裝置的工作過程如下四象限變流器(REC)將電網三相交流電整流成直流 電，DSP控制板控制第一逆變器(INV-I)將符合要求三相交流電供給在電動狀態的第一直 線感應電機(LIM-I)使用，第一直線感應電機(LIM-I)動作帶動聯軸的第二直線感應電機 (LIM-2) 一起運行；DSP控制板對第二逆變器(INV-2)進行適當控制，使第二直線感應電機 (LIM-2)的初級定子頻率低于速度頻率在發電狀態運行，發出的三相交流電經第二逆變器 (INV-2)整流成直流，回饋到直流側又供給第一直線感應電機(LIM-I)動作或回饋到電網， 使得能量得到充分利用。通過調整第二直線感應電機(LIM-2)的轉差頻率，改變發電機推 力的大小，從而達到模擬斷路器負載變化時分合閘特性的目的。DSP控制板將電壓傳感器、 電流傳感器和速度傳感器采集的電機電壓、電機電流和電機速度信號進行處理，將處理后 的數據發送到上位機上，將試驗裝置信息顯示出來，同時上位機對信息進行分析，并將試驗 裝置下一步動作信息傳給DSP控制板。能量互饋式雙直線感應電機機構試驗裝置的顯著特點是能量互饋，第一直線感應 電機(LIM-I)的輸入電功率Pml經過一系列損耗后傳遞到聯接軸端輸出機械功率P。utl，由于 兩電機同軸聯接，因此P。utl = P。ut2，實現了能量從第一直線感應電機(LIM-I)到第二直線感 應電機(LIM-2)的傳遞，而P。ut2又經過一系列損耗后流回到公共直流母線側，完成了能量回 饋。令Psw為變流器的開關損耗總和，P w為兩電機的損耗總和，能量損耗Ps = Psw+Pmw即電 網輸入的能量只是用來克服變流器的開關損耗和兩電機的損耗。通常Psw和Pmw值均很小， 即只需要從電網吸收很少的能量就可以完成大功率等級的試驗任務，因此該裝置具有節能 的功能。本發明的優點一，通過調整第二直線感應電機(LIM-2)的轉差頻率，改變發電機 推力的大小，從而模擬斷路器負載變化時分合間特性的目的；二，該裝置通過能量從第一直 線感應電機(LIM-I)到第二直線感應電機(LIM-2)的傳遞，實現了能量互饋，同時第一直線 感應電機的輸入電功率傳遞到聯接軸端輸出機械功率又經過一系列損耗后流回到公共直 流母線側，完成了能量回饋。電網輸入的能量只是用來克服變流器的開關損耗和兩電機的 損耗，只需要從電網吸收很少的能量就可以完成大功率等級的任務，更加節能。
圖1為本發明能量互饋式雙直線感應電機操動機構試驗裝置的總體結構圖；圖2為本發明能量互饋式雙直線感應電機結構示意圖；圖3為本發明互饋試驗裝置的能量流動關系圖；圖4為本發明IGBT驅動板電路圖；圖5為本發明RS-232和TMS320LF2407A硬件連接具體實施例方式本發明一種能量互饋式雙直線感應電機操動機構試驗裝置結合實施例和附圖加 以說明。本實施例中DSP芯片選取型號為TMS320LF2407A，IGBT驅動板的核心芯片選取型號為VLA517-01R，四象限變流器選取型號為WIN-9E，逆變器選取型號為6SE70，電壓傳感器 選取型號為HV25-P，電流傳感器選取型號為CHF600-B，速度傳感器選取型號為SK_F_K，DSP 與上位機通過符合RS-232標準的驅動芯片SP3223EEY進行通訊傳輸；該裝置總體結構如圖1所示，包括第一直線感應電機(LIM-I)、第二直線感應電機 (LIM-2)、控制單元、逆變單元和通信單元；控制單元包括DSP控制板、IGBT驅動板、電壓傳感器、電流傳感器和速度傳感器；逆變單元包括四象限變流器(REC)、第一逆變器(INV-I)、第二逆變器(INV-2)、第 一電容(Cl)和第二電容(C2)；通信單元包括上位機和驅動芯片；該裝置的連接第一直線感應電機(LIM-I)和第二直線感應電機(LIM-2)通過聯 接軸聯接在一起，組成雙直線感應電機，第一直線感應電機(LIM-I)和第二直線感應電機 (LIM-2)共用一個次級反應板如附圖2所示，構成了控制裝置的核心。速度傳感器(SK-F-K) 固定在雙直線感應電機的主軸上，速度傳感器的輸出速度信號接到DSP芯片的模\數轉換 器ADC引腳；電網電壓接入四象限變流器(REC)的輸入端，將三相交流電整流成直流電，四 象限變流器(REC)的輸出端經第一電容(Cl)接入第一逆變器(INV-I)輸入端，第一逆變器 (INV-I)將直流電轉換成滿足試驗裝置要求的交流電接入第一直線感應電機(LIM-I)初級 線圈繞組，第二直線感應電機(LIM-2)發出的交流電輸入第二逆變器(INV-2)整流成直流 電經第二電容(C2)回饋到直流側，供給第一逆變器(INV-I)和第一直線感應電機(LIM-I) 使用或回饋到電網；電壓傳感器和電流傳感器的輸入端均連接到四象限變流器(REC)、第 一逆變器(INV-I)和第二逆變器(INV-2)的狀態信號輸出側，電壓傳感器和電流傳感器輸 出端均連接到DSP芯片的模\數轉換器ADC引腳；IGBT驅動板的輸入端連接DSP芯片的事 件管理器A的PWM輸出引腳上，輸出信號后接到四象限變流器(REC)、第一逆變器(INV-I) 和第二逆變器(INV-2)的控制信號輸入端；DSP芯片的通信接口 SCI-TXD、SCI-RXD連接到 驅動芯片 SP3223E 的 T1INI 和 R1OUT 上，SP3223E 的 T1OUTI 和 R1IN 與 RS232 的 2、3 引腳相 連如圖5所示，RS-232的另一側與上位機相連。所述的第一直線感應電機(LIM-I)和第二直線感應電機(LIM-2)均為單邊直線感 應電機。該裝置的工作過程如下四象限變流器(REC)將電網三相交流電整流成直流電， DSP控制板控制第一逆變器(INV-I)將符合試驗裝置要求的三相交流電供給在電動狀態 的第一直線感應電機(LIM-I)動作，第一直線感應電機(LIM-I)動作帶動聯軸的第二直線 感應電機(LIM-2) —起運行；DSP控制板對第二逆變器(INV-2)進行適當控制，使第二直 線感應電機(LIM-2)的初級定子頻率低于速度頻率在發電狀態運行，發出的三相交流電經 第二逆變器(INV-2)整流成直流，回饋到直流側又供給第一逆變器(INV-I)和第一直線感 應電機(LIM-I)使用或回饋到電網，使得能量得到充分利用。通過調整第二直線感應電機 (LIM-2)的轉差頻率，改變發電機推力的大小，從而模擬斷路器負載變化時分合閘特性的目 的。DSP控制板將電壓、電流和速度傳感器采集的電機電壓、電流和速度信號進行處理，將處 理后的數據發送給上位機，將試驗裝置信息顯示出來，同時上位機對信息進行分析，并將試 驗裝置下一步動作信息傳給DSP控制板能量互饋式雙直線感應電機機構試驗裝置的顯著特點是能量互饋，即能量能夠在“雙逆變器一電機”的內部實現互饋，并且還能通過四象限變流器反饋回電網。其節能原理 如圖3所示，其中Ps為電網輸入功率^,P1PP12分別為四象限變流器REC、逆變器INV-I和 逆變器INV-2的開關損耗，Pffll, Peffll和P。utl分別為直線電機LIM-I的輸入電功率、電磁功率 和輸出機械功率；Pm2、Peffl2和P。ut2分別為直線電機LIM-2的輸出電功率，電磁功率和輸入機 械功率；PFel、PFe2分別為直線電機LIM-I和LIM-2的鐵芯損耗；Peull和P。ul2分別為直線電機 LIM-U LIM-2的初級定子銅耗；P。u21和Peu22分別為直線電機LIM-I和LIM-2的次級轉子銅 耗；Pzl和Pz2分別為直線電機LIM-I和LIM-2的機械損耗和附加損耗之和。圖4中直線電 機LIM-I的輸入電功率Pinl經過一系列損耗后傳遞到聯接軸端輸出機械功率P。utl，由于兩 電機同軸聯接，因此P。utl = Pout2,實現了能量從LIM-I到LIM-2的傳遞，而P。ut2又經過一系 列損耗后流回到公共直流母線側，完成了能量回饋。令Psw = PJP1JP12, Plff = Pml-Pm2從圖 中可以看出，Psw為變流器的開關損耗總和，Pmw為兩電機的損耗總和，且有Ps = Psw+PMW,即電 網輸入的能量只是用來克服變流器的開關損耗和兩電機的損耗。通常Psw和Pmw值均很小， 因此只需要從電網吸收很少的能量就可以完成大功率等級的試驗任務，該裝置具有節能的 功能。
權利要求
1.一種能量互饋式雙直線感應電機操動機構試驗裝置，其特征在于該裝置包括第一 直線感應電機(LIM-I)、第二直線感應電機(LIM-2)、控制單元、逆變單元和通信單元；控制單元包括DSP控制板、IGBT驅動板、電壓傳感器、電流傳感器和速度傳感器；逆變單元包括四象限變流器(REC)、第一逆變器(INV-I)、第二逆變器(INV-2)、第一電 容(Cl)和第二電容(C2)；通信單元包括上位機和驅動芯片；該裝置的連接第一直線感應電機(LIM-I)和第二直線感應電機(LIM-2)通過聯接 軸聯接在一起，組成雙直線感應電機，第一直線感應電機(LIM-I)和第二直線感應電機 (LIM-2)共用一個次級反應板，速度傳感器安裝在聯接軸上，速度傳感器的輸出信號連接 DSP控制板的輸入引腳；電網電壓接入四象限變流器(REC)的輸入端，將三相交流電整流成 直流電，四象限變流器(REC)的輸出端經第一電容(Cl)接入第一逆變器(INV-I)輸入端， 第一逆變器(INV-I)將直流電轉換成交流電接入第一直線感應電機(LIM-I)的初級線圈繞 組，第二直線感應電機(LIM-2)發出的交流電輸入第二逆變器(INV-2)整流成直流電經第 二電容(C2)回饋到直流側，供給第一逆變器(INV-I)和第一直線感應電機(LIM-I)使用或 回饋到電網；電壓傳感器和電流傳感器的輸入端均連接到四象限變流器(REC)、第一逆變 器(INV-I)和第二逆變器(INV-2)的輸出側，輸出端均連接到DSP芯片的輸入引腳；IGBT驅 動板的輸入端均與DSP芯片PWM信號輸出引腳相連，輸出端經電平轉換板后均連接到四象 限變流器(REC)、第一逆變器(INV-I)和第二逆變器(INV-2)的控制信號輸入端；DSP芯片 的通信接口通過驅動芯片連接到上位機。
2.根據權利要求1所述的能量互饋式雙直線感應電機操動機構試驗裝置，其特征在 于，所述的第一直線感應電機(LIM-I)和第二直線感應電機(LIM-2)均為單邊直線感應電 機。
全文摘要
一種能量互饋式雙直線感應電機操動機構試驗裝置，屬于電機操動機構技術領域。該裝置包括第一直線感應電機(LIM-1)、第二直線感應電機(LIM-2)、控制單元、逆變單元和通信單元；控制單元包括DSP控制板、IGBT驅動板、電壓傳感器、電流傳感器和速度傳感器；逆變單元包括四象限變流器(REC)、第一逆變器(INV-1)、第二逆變器(INV-2)、第一電容(C1)和第二電容(C2)；通信單元包括上位機和驅動芯片。本發明的優點改變發電機推力的大小，從而模擬斷路器負載變化時分合閘特性的目的；實現了能量互饋，完成了能量回饋，更加節能。
文檔編號H02P5/46GK102004221SQ20101026331
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月26日 優先權日2010年8月26日
發明者劉愛民, 張紅奎, 李永祥, 楊光 申請人:沈陽工業大學