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摘要：高压断路器操作机构是由永磁同步电机直接驱动断路器实现合闸的机械操作机构，电机操作机构运行的过程中电机驱动断路器分合闸速度快慢而引起电机绕组电力产生大小变化，这让电动机本身输出、转矩、转动惯量发生改变。高性能电机操作机构在使用过程中要求电机能够超调速度快，能够快速跟踪位置与速度变化，确保无静态差异。根据该行为电机操作机构对抗干扰性、跟踪触头位置提出了更多要求。
关键词：高压断路器；电机；操作机构；控制技术
电机操作简单结构简单，整体工作可靠性比较高，克服了传统操作机构本身运行的局限性，实现了断路器分合闸的全程控制显示出较为明显的优势，在这种情况下人们开始重视对电机操作机构的重视。文章通过分析断路器结构特征，阐述伺服电机与现代控制理论状态下的模型推导出电机转速和断路器动触头关系之间的控制方程来配置伺服电机操作系统。技术人员通过专业分析阐述高压断路器电机操作机构控制技术的运用。
1.高压断路器工作原理
高压断路器是电力系统内重要的保护、控制设备之一，操作机构是组成高压断路器的重要零部件，运动性能能够直接影响到弧室开断电流的能力。目前常见的操作机构主要有弹簧机构、电磁操作、启动操作、液压操作机构等。传统的操作机构使用弹簧或者是压缩空气来存储控制操作机构动作所产生的能量，在这个过程中零部件较多，机械整体结构复杂，累积运算量大，而且这个过程无法实现对操作过程的调节、控制。新型电机操作机构是通过控制电机转角来控制触头的运行轨迹，不仅仅能够实现对断路器负载反力、机构出力相匹配，甚至还可以提高能量使用效率，提高断路器操作机构的智能化发展，符合高压断路器的发展方向。在目前研究中高压断路器的操作机构大多使用弹簧、电磁等这一类机构，在传统发展国产中使用预定的分闸方式来设计，动作过程不可控。因此根据电网所处的运行状态、产生故障的类型，结合断路器实际开断不同参数、不同负载分合闸的特效，高压断路器动触头在计算过程中对应不同的运动曲线[1]。
2.高压断路器紫直线伺服电机操作机构的研究
高压断路器的分合闸中动触头会存在一个比较理想的运行特定曲线，触头按照该曲线运动能够保证分合闸顺利实现。传统的操作机构主要是连杆、锁扣、能量供应系统几个－部分实现，整体环节比较复杂，累计运动量公差比较大，这个过程可控性能差，一般响应时间为毫秒。可以看出传统操作机构很难实现断路器分、合闸阶段对触头运动量的控制。永磁直线伺服电力操作系统将直线电机的次级与连杆相连，直接驱动断路器主轴来分合闸的操作，这种操作方式减少了复杂操作流程，运动直接涉及部件少，动作集中效率良好。直线伺服系统使用电子操动系统来控制电机运动，通过对电机速度的调节实现了断路器的分合闸，从而实现对电路器的控制，为高压断路器触头运动控制提供了可能。其实从计算角度来看，高压断路器触头行程很短，整个时间能够以毫秒计算，囊括了整个分合闸过程。
因此这个阶段使用的控制方式、控制系统、参数是否合理，直接决定触头是否能按照预定的最优速度达到曲线动作，提高了开断能力与整体可靠性[2]。因此本次查阅相关资料，研究直线伺服电机操作机构中永磁直线同步电机的部分数据模型、推力特性，基于传统的基础上设置了新型电机操作控制系统。在控制系统内，使用基于DSP的动触头位置、速度、电力三环控制方案，选择高精度光栅尺作为速度和位置传感器来满足系统对实时性、高精度各方面的要求。通过对运行、调试进行分析，得到高压断路器分合闸的理想曲线。因此得出基于DSP的直线电机操动机构控制系统能够实现高压断路器分合闸触头运动的控制，这能够提高高压断路器运行的可靠性、机械整体寿命。
（1）操动机构：直线伺服电机操动机构由初级和次级组成，初级为硅钢片叠压制作而成，在槽内放置绕组。次级铁心上依次嵌放有极性相反的永磁铁，永磁铁主要是电机磁极，作为两极之间使用非导磁材料阻隔，在槽内线圈按照整距波绕组的方式排列，在绕组同接通电流，电流产生动能在永磁体内产生磁场，在安培力作用下推动次级实现运行，不同磁极下绕组通入方向相反的电流，在同样时刻内产生相同方向推力。在电机上装置磁极检测设备来发送电磁信号，电磁信号主要是传输给控制器，控制器通过判断电磁信号确定磁极位置。如果绕组处于两磁极磁场中心线上，也就是绕组运动到非对应磁性材料的对应位置，要改变通电的状态，可以通过电子换向装置来改变。在这个操动机构中断路器是短时工作，工作时间很短，在工作过程中可以忽视电机的发热现象正常运行。
（2）模型和特性：为实现触头运行特性满足理想曲线的要求，需建立直线电机数据模型来选择合理地控制手段，让直线电机的处理特征与机构反力特征相结合达到理想的效果，在推到过程中做出计算假设来计算，根据电机d-p轴模型方程来计算出直线电机运动速度、电磁功率，计算出电磁推力表达式[3]。通过计算可以知道永磁直线同步电机的电磁推力和电枢交轴电流幅值为正比，能够实现解耦。因此在实际运行过程中只需要调整电枢电流幅值、相位等，就可以控制直线电机的推力、次级运动特征等，在这个过程中通过对连杆、拐臂等传动位置进行运动控制能取得理想效果。伺服系统内引入位置和速度反馈装置能够保证整个系统稳定运行。
结束语：
根据拟定方案进行调试，开发直线伺服电机操动系统与控制系统，联机调试之后验证直线伺服电机操动系统的性能，在传统机构的基础上优化整体性能，甚至在分合闸的过程中实现了对高压断路器触头运行的调节控制，而且验证控制方式的可行性，实现触头速度的跟踪控制，并且在这个过程中取得理想的控制精度。
参考文献：
[1]赵莉华，赵茂林，夏炜，等.基于K-means和SOM混合算法的高压断路器操作机构状态评估[J].高压电器，2020，56；370（01）：42-48.
[2]赵莉华，赵茂林，夏炜，等.基于K-means和SOM混合算法的高压断路器操作机构状态评估[J].高压电器，2020，56；370（01）：42-48.
[3]陈悟，朱菁菁，朱遵义.塑壳断路器永磁直线电机操作机构的研究与设计[J].电器与能效管理技术，2019，585（24）：43-47.