專利名稱：能量互饋式雙直線感應(yīng)電機(jī)操動機(jī)構(gòu)試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電機(jī)操動機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種能量互饋式雙直線感應(yīng)電 機(jī)操動機(jī)構(gòu)試驗裝置。
技術(shù)背景斷路器用直線感應(yīng)電機(jī)操動機(jī)構(gòu)主要是通過電機(jī)次級運動驅(qū)動連桿機(jī)構(gòu)來帶動 滅弧室的絕緣拉桿運動，實現(xiàn)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(huán)境下，常規(guī)驗證其操動機(jī)構(gòu)性能是否滿足斷路器要求的實驗只能在空載 條件下進(jìn)行。而斷路器負(fù)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(guī)的試 驗裝置不能很好的驗證直線感應(yīng)電機(jī)操動機(jī)構(gòu)設(shè)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(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種能量互饋式雙直線感應(yīng)電機(jī)操動 機(jī)構(gòu)試驗裝置，一方面第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)作為操動機(jī)構(gòu)帶動第二直線感應(yīng)電機(jī) (LIM-2)動作，模擬斷路器分合閘操作；另一方面第二直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-2)作為發(fā)電機(jī)將 發(fā)出的電回饋到電網(wǎng)，達(dá)到能量循環(huán)利用的目的。該裝置包括第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)、第二直線感應(yīng)電機(jī)(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(qū)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(jī)和驅(qū)動芯片；該裝置的連接第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)和第二直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-2)通過 聯(lián)接軸聯(lián)接在一起，組成雙直線感應(yīng)電機(jī)，第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)和第二直線感應(yīng)電 機(jī)(LIM-2)共用一個次級反應(yīng)板，構(gòu)成了試驗裝置的核心，速度傳感器安裝在聯(lián)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(wǎng)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(jīng)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(zhuǎn)換成交流電接入第一直線感應(yīng) 電機(jī)(LIM-I)的初級線圈繞組，第二直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-2)發(fā)出的交流電輸入第二逆變器 (INV-2)整流成直流電經(jīng)第二電容(以)回饋到直流側(cè)，供給第一逆變器(INV-I)和第一直 線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)使用或回饋到電網(wǎng)；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(cè)，輸出端均連接 到DSP芯片的輸入引腳；IGBT驅(qū)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(qū)動芯片連接到上位機(jī)。[0009]所述的第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)和第二直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-2)均為單邊直線感 應(yīng)電機(jī)。該試驗裝置的工作過程如下四象限變流器(REC)將電網(wǎng)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(tài)的第一直 線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)使用，第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)動作帶動聯(lián)軸的第二直線感應(yīng)電機(jī) (LIM-2) 一起運行；DSP控制板對第二逆變器(INV-幻進(jìn)行適當(dāng)控制，使第二直線感應(yīng)電機(jī) (LIM-2)的初級定子頻率低于速度頻率在發(fā)電狀態(tài)運行，發(fā)出的三相交流電經(jīng)第二逆變器 (INV-2)整流成直流，回饋到直流側(cè)又供給第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)動作或回饋到電網(wǎng)， 使得能量得到充分利用。通過調(diào)整第二直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-2)的轉(zhuǎn)差頻率，改變發(fā)電機(jī)推 力的大小，從而達(dá)到模擬斷路器負(fù)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(jī)電壓、電機(jī)電流和電機(jī)速度信號進(jìn)行處理，將處理后 的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)上，將試驗裝置信息顯示出來，同時上位機(jī)對信息進(jìn)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(yīng)電機(jī)機(jī)構(gòu)試驗裝置的顯著特點是能量互饋，第一直線感應(yīng) 電機(jī)(LIM-I)的輸入電功率Pinl經(jīng)過一系列損耗后傳遞到聯(lián)接軸端輸出機(jī)械功率P。utl，由于 兩電機(jī)同軸聯(lián)接，因此P。utl = P。ut2，實現(xiàn)了能量從第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)到第二直線感 應(yīng)電機(jī)(LIM-2)的傳遞，而P。ut2又經(jīng)過一系列損耗后流回到公共直流母線側(cè)，完成了能量回 饋。令Psw為變流器的開關(guān)損耗總和，P w為兩電機(jī)的損耗總和，能量損耗Ps = Psw+PMW即電 網(wǎng)輸入的能量只是用來克服變流器的開關(guān)損耗和兩電機(jī)的損耗。通常Psw和Pmw值均很小， 即只需要從電網(wǎng)吸收很少的能量就可以完成大功率等級的試驗任務(wù)，因此該裝置具有節(jié)能 的功能。本實用新型的優(yōu)點一，通過調(diào)整第二直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-2)的轉(zhuǎn)差頻率，改變發(fā) 電機(jī)推力的大小，從而模擬斷路器負(fù)載變化時分合閘特性的目的；二，該裝置通過能量從第 一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)到第二直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-2)的傳遞，實現(xiàn)了能量互饋，同時第一 直線感應(yīng)電機(jī)的輸入電功率傳遞到聯(lián)接軸端輸出機(jī)械功率又經(jīng)過一系列損耗后流回到公 共直流母線側(cè)，完成了能量回饋。電網(wǎng)輸入的能量只是用來克服變流器的開關(guān)損耗和兩電 機(jī)的損耗，只需要從電網(wǎng)吸收很少的能量就可以完成大功率等級的任務(wù)，更加節(jié)能。

圖1為本實用新型能量互饋式雙直線感應(yīng)電機(jī)操動機(jī)構(gòu)試驗裝置的總體結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實用新型能量互饋式雙直線感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型互饋試驗裝置的能量流動關(guān)系圖；圖4為本實用新型IGBT驅(qū)動板電路圖；圖5為本實用新型RS-232和TMS320LF2407A硬件連接具體實施方式
本實用新型能量互饋式雙直線感應(yīng)電機(jī)操動機(jī)構(gòu)試驗裝置結(jié)合實施例和附圖加 以說明。本實施例中DSP芯片選取型號為TMS320LFM07A，IGBT驅(qū)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(jī)通過符合RS-232標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動芯片SP3223EEY進(jìn)行通訊傳輸；該裝置總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)、第二直線感應(yīng)電機(jī) (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(qū)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(jī)和驅(qū)動芯片；該裝置的連接第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)和第二直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-幻通過聯(lián) 接軸聯(lián)接在一起，組成雙直線感應(yīng)電機(jī)，第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)和第二直線感應(yīng)電機(jī) (LIM-2)共用一個次級反應(yīng)板如附圖2所示，構(gòu)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(yīng)電機(jī)的主軸上，速度傳感器的輸出速度信號接到DSP芯片的模\數(shù)轉(zhuǎn)換 器ADC引腳；電網(wǎng)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(jīng)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(zhuǎn)換成滿足試驗裝置要求的交流電接入第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)初級 線圈繞組，第二直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-2)發(fā)出的交流電輸入第二逆變器(INV-2)整流成直流 電經(jīng)第二電容(C2)回饋到直流側(cè)，供給第一逆變器(INV-I)和第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I) 使用或回饋到電網(wǎng)；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(tài)信號輸出側(cè)，電壓傳感器和電流傳感器輸 出端均連接到DSP芯片的模\數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC引腳；IGBT驅(qū)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-T )、SCI-R )連接到 驅(qū)動芯片 SP3223E 的 T1IN I 和 Ii1OUT 上，SP3223E 的 T1OUTI 和 Ii1IN 與 RS232 的 2、3 引腳相 連如圖5所示，RS-232的另一側(cè)與上位機(jī)相連。所述的第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)和第二直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-2)均為單邊直線感 應(yīng)電機(jī)。該裝置的工作過程如下四象限變流器(REC)將電網(wǎng)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(tài) 的第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)動作，第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)動作帶動聯(lián)軸的第二直線 感應(yīng)電機(jī)(LIM-幻一起運行；DSP控制板對第二逆變器(INV-幻進(jìn)行適當(dāng)控制，使第二直 線感應(yīng)電機(jī)(LIM-幻的初級定子頻率低于速度頻率在發(fā)電狀態(tài)運行，發(fā)出的三相交流電經(jīng) 第二逆變器(INV-幻整流成直流，回饋到直流側(cè)又供給第一逆變器(INV-I)和第一直線感 應(yīng)電機(jī)(LIM-I)使用或回饋到電網(wǎng)，使得能量得到充分利用。通過調(diào)整第二直線感應(yīng)電機(jī) (LIM-2)的轉(zhuǎn)差頻率，改變發(fā)電機(jī)推力的大小，從而模擬斷路器負(fù)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(jī)電壓、電流和速度信號進(jìn)行處理，將處 理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，將試驗裝置信息顯示出來，同時上位機(jī)對信息進(jìn)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(yīng)電機(jī)機(jī)構(gòu)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(jī)”的內(nèi)部實現(xiàn)互饋，并且還能通過四象限變流器反饋回電網(wǎng)。其節(jié)能原理 如圖3所示，其中Ps為電網(wǎng)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(guān)損耗，Pinl、PMl和P。utl分別為直線電機(jī)LIM-I的輸入電功率、電磁功率 和輸出機(jī)械功率；Pin2、P 2和P。ut2分別為直線電機(jī)LIM-2的輸出電功率，電磁功率和輸入機(jī) 械功率；PFel、PFe2分別為直線電機(jī)LIM-I和LIM-2的鐵芯損耗；Peull和P。ul2分別為直線電機(jī) LIM-U LIM-2的初級定子銅耗；P。u21和Peu22分別為直線電機(jī)LIM-I和LIM-2的次級轉(zhuǎn)子銅 耗；Pzl和Pz2分別為直線電機(jī)LIM-I和LIM-2的機(jī)械損耗和附加損耗之和。圖4中直線電 機(jī)LIM-I的輸入電功率Pinl經(jīng)過一系列損耗后傳遞到聯(lián)接軸端輸出機(jī)械功率P。utl，由于兩 電機(jī)同軸聯(lián)接，因此P。utl = Pout2,實現(xiàn)了能量從LIM-I到LIM-2的傳遞，而P。ut2又經(jīng)過一系 列損耗后流回到公共直流母線側(cè)，完成了能量回饋。令Psw = PE+Pn+Pi2'Piw = Pinl-Pin2從圖 中可以看出，Psw為變流器的開關(guān)損耗總和，Pmw為兩電機(jī)的損耗總和，且有Ps = Psw+PMW,即電 網(wǎng)輸入的能量只是用來克服變流器的開關(guān)損耗和兩電機(jī)的損耗。通常Psw和P w值均很小， 因此只需要從電網(wǎng)吸收很少的能量就可以完成大功率等級的試驗任務(wù)，該裝置具有節(jié)能的 功能。
權(quán)利要求1.一種能量互饋式雙直線感應(yīng)電機(jī)操動機(jī)構(gòu)試驗裝置，其特征在于該裝置包括第一 直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)、第二直線感應(yīng)電機(jī)(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(qū)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(jī)和驅(qū)動芯片；該裝置的連接第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)和第二直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-幻通過聯(lián)接軸 聯(lián)接在一起，速度傳感器安裝在聯(lián)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(wǎng)電壓接入四象限變流器(REC)的輸入端，四象限變流器(REC)的輸出端經(jīng)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(zhuǎn)換成交流電接 入第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)的初級線圈繞組，第二直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-2)發(fā)出的交流電 輸入第二逆變器(INV-幻整流成直流電經(jīng)第二電容(以)回饋到直流側(cè)，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(cè)，輸出端均連接到DSP芯片的輸入引腳；IGBT驅(qū)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驅(qū)動芯片連接到上位機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量互饋式雙直線感應(yīng)電機(jī)操動機(jī)構(gòu)試驗裝置，其特征在 于，所述的第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-I)和第二直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-2)均為單邊直線感應(yīng)電 機(jī)。
專利摘要一種能量互饋式雙直線感應(yīng)電機(jī)操動機(jī)構(gòu)試驗裝置，屬于電機(jī)操動機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括第一直線感應(yīng)電機(jī)(LIM-1)、第二直線感應(yīng)電機(jī)(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(qū)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(jī)和驅(qū)動芯片。本實用新型的優(yōu)點改變發(fā)電機(jī)推力的大小，從而模擬斷路器負(fù)載變化時分合閘特性的目的；實現(xiàn)了能量互饋，完成了能量回饋，更加節(jié)能。
文檔編號G01R31/34GK201892727SQ20102050543
公開日2011年7月6日 申請日期2010年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日
發(fā)明者劉愛民, 張紅奎, 李永祥, 楊光 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)