真空断路器带预定曲线轨迹的永磁操动机构
摘要——真空断路器(VCB)的负载特性非常接近永磁操动机构(PMA)的输出特性。由于可控性，PMA和VCB的结合促进了相控开关技术的发展。PMA的工作时间离散度很小，但当执行器受到环境或其元件变化的影响时，其离散度将不适合相控开关。结合传感器、嵌入式系统和大电流电力电子器件控制的电容，提出了一种新型的PMA执行器驱动系统。通过位移传感器测量PMA铁芯轨迹，并与预定动作曲线进行比较，环境温度来自温度传感器，电流来自霍尔电流传感器，然后基于自适应控制算法和历史数据对位移进行补偿，以匹配真空断路器的最佳行程曲线。不同状况下的试验结果表明，行程曲线符合预定曲线，VCB运行时间离散度满足要求。新型执行机构驱动系统可以为受控开关提供一个易于控制、恒定工作时间的执行单元。
一、导论
真空断路器(VCB)由于操作中的预击穿或电弧燃烧和机械冲击而变得不可用。相控开关(或同步开关)可以通过有效减少开关电压冲击来提高分断能力和延长VCB开关的使用寿命[1-2]。动作时间的离散不超过1ms是实现相控开关的关键技术[3]，这对于使用弹簧执行机构或电磁执行机构的传统开关设备来说是困难的。20世纪90年代末，一种新型的永磁操动机构(PMA)及其电子控制技术为实现该技术提供了硬件基础[4]。
PMA的输出特性与VCB的负载特性非常接近，其运行时间的离散性很小。然而，运行时间的稳定性不可避免地受到环境因素的影响[5]。VCB有一条理想的运动曲线。如果VCB动电极的运动符合预定曲线，将减少操作时间的离散，提高相控开关的控制精度[6]，还将减少致动器对断路器的机械冲击。
提出的新型执行器驱动系统采用现代电力电子器件、传感器和控制技术，能够实时检测位移和线圈电流，然后与理想曲线进行比较并进行补偿。新系统使运电极按预定曲线运动，以满足VCB的要求。
二、VCB的理想运动曲线
在VCB公司的闭合操作中，为了减少触点上的预击穿电弧燃烧和过电压的可能性，VCB公司要求在从断开位置开始的阶段具有高闭合速度，并且当移动电极接近接通点时，该速度应该快速降低以避免大的反弹。在VCB公司的开断操作中，从电极闭合到3-6mm的分离，在开始阶段也需要高速度，然后移动的电极应该减速以减少对断续器的机械冲击。在这两个阶段，运动电极的理想运动曲线应该是平滑的[7]。
图 1动电极的理想运动曲线
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