一种高压断路器伺服控制器设计方案

李少华，王 潇，张一茗，肖 曦，李得祥，张文涛

（1.平高集团有限公司，平顶山 467001；2.清华大学电机工程与应用电子技术系，北京 100084）

高压断路器HVCB（high-voltage circuit breaker）根据开断电流的不同，其动触头分、合闸过程有着不同的理想运动特性曲线，根据此曲线运动可以大大提升断路器的分、合闸能力。传统高压断路器操动机构多采用液压、弹簧等技术，动作响应时间长，累计运动误差大，且可控性较差[1-3]。因此，传统高压断路器操动机构仅能实现分、合闸操作，但是分、合闸过程不可控，不能实现动作过程的实时调节和控制。所以，传统高压断路器操动机构无法达到动触头运动特性的理想水平。

永磁同步电机直驱操动机构通过传动装置带动断路器实现分、合闸操作，结构简单，运动部件少，动作可靠性高。在高压断路器电机直驱操动机构研究的基础上，本文针对永磁同步电机应用于高压断路器的分、合闸操作的特殊场合，分析了永磁体尺寸对电机性能的影响，并进行优化设计及仿真验证，提出并设计实现了一种高压断路器电机伺服控制方案。该方案可以实现断路器分、合闸过程中动触头位置和速度的实时控制，得到理想的分合闸特性曲线。

1 永磁同步电机操动机构

1.1 总体结构

本文研究内容的被控对象是一台气体绝缘金属封闭开关设备GIS（gas insulated switchgear）用高压断路器电机直驱机构，其单相结构简图如图1 所示。电机通过法兰与传动轴连接，通过控制电机的旋转直接驱动断路器实现分、合闸操作，电机与断路器本体之间为传动机构，主要包括传动轴、拐臂组件、绝缘拉杆等部件。……