本發(fā)明屬于高電壓開關(guān)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三工位開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制電路。

背景技術(shù)：

高壓隔離開關(guān)和高壓接地開關(guān)在高壓電力輸配中起著至關(guān)重要的作用，對(duì)于操作其動(dòng)作的機(jī)構(gòu)的可靠性直接影響了整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定；由于土地資源的稀缺，縮減高壓輸配電及變電站的土地占用要求越來越高，電力系統(tǒng)用戶對(duì)高壓開關(guān)的小型化需求越來越旺盛。因此，對(duì)于配備小型化開關(guān)所需的三工位電動(dòng)機(jī)構(gòu)要求越來越多。

三工位隔離接地開關(guān)兼具隔離開關(guān)與接地開關(guān)兩種功能，已廣泛應(yīng)用于gis(金屬封閉開關(guān)設(shè)備)。三工位機(jī)構(gòu)帶動(dòng)本體可以實(shí)現(xiàn)3個(gè)狀態(tài)位置的切換，即：①ds分閘、es分閘，②ds合閘、es分閘，③ds分閘、es合閘。3個(gè)狀態(tài)位置的轉(zhuǎn)換依靠電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，以ds、es均處于分閘的初始位置為例，電機(jī)正轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)①②③，反轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)③②①狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，如圖1-1、圖1-2、圖1-3所示。

機(jī)構(gòu)帶動(dòng)動(dòng)觸頭進(jìn)行運(yùn)動(dòng)需要驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)功能，動(dòng)觸頭準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)到設(shè)定位置，驅(qū)動(dòng)器需要具備制動(dòng)功能，且該功能非常重要。對(duì)于采用直流供電的機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)可以采用永磁直流電機(jī)，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)可以采用改變正負(fù)電源方向來實(shí)現(xiàn)，機(jī)構(gòu)電機(jī)的制動(dòng)一般采用外接電阻能耗制動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)原理簡單。如圖2所示，電機(jī)m1通過電阻r1、常閉觸點(diǎn)-ka、常閉觸點(diǎn)-ke形成的制動(dòng)回路進(jìn)行制動(dòng)。而采用這種直流電源的三工位操作機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其電氣制動(dòng)過程依賴微動(dòng)開關(guān)與輔助開關(guān)的時(shí)間配合，常常因?yàn)闀r(shí)間配合不準(zhǔn)確而發(fā)生故障，故障率較高。

國內(nèi)三工位操作機(jī)構(gòu)，只能采用直流供電電源，對(duì)于只能提供交流電源供電的工況，所需的三工位機(jī)構(gòu)，只能依賴進(jìn)口；由于國內(nèi)零部件加工工藝及電機(jī)部件的技術(shù)水平有限，國內(nèi)機(jī)構(gòu)無法仿造國外的三工位機(jī)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種三工位開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制電路，用于解決現(xiàn)有由直流供電的三工位開關(guān)操作機(jī)構(gòu)電機(jī)制動(dòng)故障率高的問題，及解決能夠同時(shí)適用于交直流電源的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種三工位開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制電路，包括以下解決方案：

方案一，包括由第一合閘常開觸點(diǎn)、第一接口、第二接口、第二合閘常開觸點(diǎn)、第三接口、第四接口依次串聯(lián)的第一支路，所述第一合閘常開觸點(diǎn)、第一接口、第二接口的兩端并聯(lián)有第一分閘常開觸點(diǎn)，所述第一接口、第二接口和第二合閘常開觸點(diǎn)的兩端并聯(lián)有第二分閘常開觸點(diǎn)；所述第一接口、第二接口用于串接電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組或短路，所述第三接口、第四接口用于串接電機(jī)定子繞組或短路；

所述電機(jī)控制電路還包括第二支路，第二支路包括第一開關(guān)模塊(k1)和用于切換位置的第一開關(guān)(kl1)，其中，第一開關(guān)模塊(k1)包括第三合閘常閉觸點(diǎn)、及與其串聯(lián)的第三分閘常閉觸點(diǎn)，當(dāng)合閘到位時(shí)，所述第二支路并聯(lián)在第二合閘常開觸點(diǎn)、第三接口、第四接口的兩端，當(dāng)分閘到位時(shí)，所述第二支路并聯(lián)在第二合閘常開觸點(diǎn)的兩端；

所述電機(jī)控制電路還包括第三支路，第三支路包括第二開關(guān)模塊(k2)和用于切換位置的第二開關(guān)(kl2)，其中，第二開關(guān)模塊(k2)包括第四合閘常閉觸點(diǎn)、及與其串聯(lián)的第四分閘常閉觸點(diǎn)，當(dāng)分閘到位時(shí)，所述第三支路并聯(lián)在第一接口、第二接口、第二合閘常開觸點(diǎn)、第三接口、第四接口的兩端，當(dāng)合閘到位時(shí)，所述第三支路并聯(lián)在第一接口、第二接口、第二合閘常開觸點(diǎn)的兩端；所述第二支路和/或第三支路上還串設(shè)有制動(dòng)電阻。

方案二，在方案一的基礎(chǔ)上，所述第一合閘常開觸點(diǎn)并聯(lián)有第一接地常開觸點(diǎn)，第二合閘常開觸點(diǎn)并聯(lián)有第二接地常開觸點(diǎn)，所述第一分閘常開觸點(diǎn)并聯(lián)有第一不接地常開觸點(diǎn)，第二分閘常開觸點(diǎn)并聯(lián)有第二不接地常開觸點(diǎn)；

所述第一開關(guān)模塊(k1)還串設(shè)有第三接地常閉觸點(diǎn)、第三不接地常閉觸點(diǎn)，所述第二開關(guān)模塊(k2)還串設(shè)有第四接地常閉觸點(diǎn)、第四不接地常閉觸點(diǎn)。

方案三，在方案二的基礎(chǔ)上，所述第一支路并聯(lián)有第四支路，第四支路串設(shè)有第三開關(guān)模塊(k3)、雙位置繼電器線圈；雙位置繼電器線圈的帶電狀態(tài)用于控制第一開關(guān)(kl1)和第二開關(guān)(kl2)進(jìn)行位置切換；

第三開關(guān)模塊(k3)包括相互并聯(lián)的第五合閘常開觸點(diǎn)、第五不接地常開觸點(diǎn)、第五分閘常開觸點(diǎn)、第五接地常開觸點(diǎn)；其中，第五合閘常開觸點(diǎn)和第五不接地常開觸點(diǎn)并聯(lián)后連接雙位置繼電器線圈的其中一個(gè)線圈，第五分閘常開觸點(diǎn)和第五接地常開觸點(diǎn)并聯(lián)后連接雙位置繼電器線圈的另一個(gè)線圈。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用串勵(lì)電機(jī)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)，通過控制串勵(lì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組的串聯(lián)接線方式，確定電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)分合閘動(dòng)作，并且本發(fā)明只需要控制電機(jī)定子繞組接線方式，就能實(shí)現(xiàn)可靠制動(dòng)，電路原理簡單、故障率低，并能同時(shí)適用于交直流電源。

另外，通過切換具有磁保持性質(zhì)的雙位置繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)，改變電機(jī)定子的接線，保證電機(jī)快速、準(zhǔn)確制動(dòng)。

附圖說明

圖1-1是三工位隔離接地開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的分合閘第一位置示意圖；

圖1-2是三工位隔離接地開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的分合閘第第二位置示意圖；

圖1-3是三工位隔離接地開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的分合閘第三位置示意圖；

圖2是采用直流電源的開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制電路圖；

圖3-1是串勵(lì)電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子的第一種接線方式示意圖；

圖3-2是串勵(lì)電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子的第二種接線方式示意圖；

圖4是本發(fā)明的開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制電路圖；

圖5是本發(fā)明的另一種開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制電路圖；

其中，圖5的三工位機(jī)構(gòu)分別用來控制1臺(tái)隔離開關(guān)(ds)和1臺(tái)接地開關(guān)(es)，ds表示隔離開關(guān)，es表示接地開關(guān)；“ds合”是指控制隔離開關(guān)合閘操作的命令接口，“ds分”表示控制隔離開關(guān)分閘操作的命令接口，“es合”表示控制接地開關(guān)合閘操作的命令接口，“es分”表示控制接地開關(guān)進(jìn)行分閘操作的命令接口；ke為控制ds合閘的接觸器，ka為控制ds分閘的接觸器，ke1為控制es合閘的接觸器，ka1為控制es分閘的接觸器，kl為雙位置磁保持繼電器；d1、d2為電機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞，d3、d4為電機(jī)的定子電樞，l(+)、n(-)表示接入dc電源或ac電源均可；

圖6是三工位操作機(jī)構(gòu)控制器的接口圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明的開關(guān)操作機(jī)構(gòu)采用交流電源或直流電源，為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)能夠控制轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向，且電機(jī)能夠適應(yīng)負(fù)載較大的變化，本發(fā)明選用串勵(lì)電機(jī)。

串勵(lì)電機(jī)的特點(diǎn)為：電機(jī)的轉(zhuǎn)向與所施加的電源類型無關(guān)，只與轉(zhuǎn)子、定子的接線方式有關(guān)，如圖3-1、圖3-2所示。當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子中的接線方向?yàn)閐1-d2-d3-d4時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)接線為d1-d2-d4-d3時(shí)，電機(jī)為反轉(zhuǎn)。由于定子與轉(zhuǎn)子采用串聯(lián)接線，其電流變化的方向與大小是相同的，所產(chǎn)生的磁通方向的變化也是相同的，所以串勵(lì)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)交流/直流電源通用。機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向控制通過機(jī)構(gòu)控制器改變定子和轉(zhuǎn)子的接線方向?qū)崿F(xiàn)，對(duì)于機(jī)構(gòu)的制動(dòng)同樣是采用斷開電機(jī)電源，將定子與轉(zhuǎn)子的接線方向改變，產(chǎn)生與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的力來實(shí)現(xiàn)。機(jī)構(gòu)運(yùn)行從電機(jī)啟動(dòng)，到達(dá)設(shè)定位置，快速制動(dòng)，整個(gè)過程大約為0.5s，控制器的控制速度也需要滿足要求。

為了實(shí)現(xiàn)上述過程，需要在串勵(lì)電機(jī)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)過程中正確接入電機(jī)定子回路。對(duì)于二工位機(jī)構(gòu)，由于其只有隔離開關(guān)或接地開關(guān)，可以通過隔離開關(guān)或接地開關(guān)的輔助開關(guān)來切換定子在回路中的接線。而對(duì)于三工位機(jī)構(gòu)，由于電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)無法區(qū)分驅(qū)動(dòng)的是隔離開關(guān)還是接地開關(guān)，無法實(shí)現(xiàn)通過輔助開關(guān)來切換定子接線。

因此，本發(fā)明的開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制電路的實(shí)施例一：

如圖4所示，包括由第一合閘常開觸點(diǎn)ke1'、接口d1'、接口d2'、第二合閘常開觸點(diǎn)ke2'、接口d3'、接口d4'依次串聯(lián)的第一支路，第一合閘常開觸點(diǎn)ke1'、接口d1'、d2'的兩端并聯(lián)有第一分閘常開觸點(diǎn)ka1'，接口d1'、d2'和第二合閘常開觸點(diǎn)ke2'的兩端并聯(lián)有第二分閘常開觸點(diǎn)ka2'。其中，接口d1'、d2'用于連接電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組mz，接口d3'、d4'用于連接電機(jī)定子繞組md。

該電路還包括第二支路，包括開關(guān)模塊k1和用于切換位置的開關(guān)kl1，如圖4所示，該開關(guān)模塊k1包括第三合閘常閉觸點(diǎn)ke3'、及與其串聯(lián)的第三分閘常閉觸點(diǎn)ka3'，當(dāng)合閘到位時(shí)，第二支路并聯(lián)在第二合閘常開觸點(diǎn)ke2'和接口d3'、d4'的兩端，當(dāng)分閘到位時(shí)，第二支路并聯(lián)在第二合閘常開觸點(diǎn)ke2'的兩端。

該電路還包括第三支路，第三支路串設(shè)有制動(dòng)電阻、開關(guān)模塊k2、用于切換位置的開關(guān)kl2，其中開關(guān)模塊k2包括第四合閘常閉觸點(diǎn)ke4'、及與其串聯(lián)的第四分閘常閉觸點(diǎn)ka4'，當(dāng)分閘到位時(shí)，第三支路并聯(lián)在接口d1'、d2'、第二合閘常開觸點(diǎn)ke2'、接口d3'、d4'的兩端，當(dāng)合閘到位時(shí)，第三支路并聯(lián)在接口d1'、d2'、第二合閘常開觸點(diǎn)ke2'的兩端。

在開關(guān)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行合閘時(shí)，給合閘繼電器線圈通電，該控制電路中所有的合閘常開觸點(diǎn)閉合、合閘常閉觸點(diǎn)斷開，控制電路中所有的分閘常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)不動(dòng)作，電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子中的接線方向?yàn)閐1'-d2'-d3'-d4'時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，第一支路導(dǎo)通。在合閘到位時(shí)，合閘繼電器線圈失電，開關(guān)kl1的動(dòng)觸頭連通靜觸頭a、開關(guān)kl2的動(dòng)觸頭連通靜觸頭c，由于電機(jī)為感性負(fù)載，電流不能突變，電流的方向?yàn)閐1'-d2'-ke3'-ka3'-kl1(a)-d4'-d3'-kl2(c)-ka4'-ke4'-r-d1'，實(shí)現(xiàn)電機(jī)制動(dòng)。

在開關(guān)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行分閘時(shí)，給分閘繼電器線圈通電，圖4中所有的分閘常開觸點(diǎn)閉合、分閘常閉觸點(diǎn)斷開，電路中所有的合閘常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)不動(dòng)作，電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子中的接線方向?yàn)閐1'-d2'-d3'-d4'時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，第一支路導(dǎo)通。分閘到位時(shí)，分閘繼電器線圈失電，開關(guān)kl2的動(dòng)觸頭連通靜觸頭d、開關(guān)kl1的動(dòng)觸頭連通靜觸頭b，電流的流向?yàn)閐2'-d1'-r-ke4'-ka4'-kl2(d)-d4'-d3'-kl1(b)-ka3'-ke3'-d2'，電機(jī)快速制動(dòng)。

圖4所示的開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制電路，為隔離開關(guān)或接地開關(guān)合閘和分閘的控制電路，以隔離開關(guān)進(jìn)行合閘和分閘的控制電路為例，為了實(shí)現(xiàn)三工位隔離/接地開關(guān)的分合閘操作，需要在圖4中串聯(lián)或并聯(lián)相應(yīng)接地分合閘的常開、常閉觸點(diǎn)。具體的，在圖4中隔離開關(guān)的所有的合閘/分閘常開觸點(diǎn)的兩端并聯(lián)設(shè)置接地開關(guān)的合閘/分閘常開觸點(diǎn)，在圖4中隔離開關(guān)的所有的合閘/分閘常閉觸點(diǎn)相應(yīng)串設(shè)接地開關(guān)的合閘/分閘常閉觸點(diǎn)，即開關(guān)模塊k1還串設(shè)有第三接地常閉觸點(diǎn)、第三不接地常閉觸點(diǎn)，開關(guān)模塊k2還串設(shè)有第四接地常閉觸點(diǎn)、第四不接地常閉觸點(diǎn)。由于接地開關(guān)的合閘/分閘操作的控制原理與隔離開關(guān)的合閘/分閘的控制原理相同，因此不再贅述。

本發(fā)明的開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制電路的實(shí)施例二：

如圖5所示，本實(shí)施例通過不同接觸器的動(dòng)作來判斷電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，通過接觸器來啟動(dòng)1個(gè)磁保持雙位置的繼電器kl，通過該繼電器的觸點(diǎn)的切換，改變電機(jī)定子的接線，從而實(shí)現(xiàn)正確的制動(dòng)。用于串勵(lì)電機(jī)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)過程如下，以ds合閘為例：

(1)電動(dòng)過程：ds合閘命令給出，ke接觸器帶電。ke常開觸點(diǎn)閉合，電機(jī)回路中的電流方向?yàn)閘(+)-ke(1，2)-d1-d2-ke(3，4)-d3-d4-n(-)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，同時(shí)ke閉合后，kl的set線圈帶電，kl(13，14)，(23，24)閉合并保持。

(2)制動(dòng)過程：ds合閘到位后，sl2斷開，ke線圈斷電，ke常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合。由于電機(jī)為感性負(fù)載，回路電流不突變，電流方向?yàn)椋篸1-d2-ka1(13，14)-ke1(13，14)-ke((13，14)-ka(13，14)-kl(13，14)-d4-d3-kl(23，24)-ka(23，24)-ke(23，24)-ke1(23，24)-ka1(23，24)-r-d1；與電動(dòng)過程相比，制動(dòng)過程中，由于kl雙位置磁保持繼電器的切換，在電機(jī)回路電動(dòng)結(jié)束后，接觸器線圈ke斷電后，電機(jī)回路中的電流方向變?yōu)閐1-d2-d4-d3。產(chǎn)生與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相反方向的力，實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)。

本發(fā)明的開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的控制器具有相應(yīng)的輸入輸出接口，如圖6所示，用于控制命令的輸入和機(jī)構(gòu)回路的接入，接口包括：電源接入、機(jī)構(gòu)控制輸入、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)接口、微動(dòng)開關(guān)接口等。在控制器內(nèi)部設(shè)計(jì)操作機(jī)構(gòu)電機(jī)運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)回路，該驅(qū)動(dòng)回路可通用使用交流、直流電源，控制電機(jī)轉(zhuǎn)向不依賴于電源形式，而是通過控制不同接觸器的投入，控制不同驅(qū)動(dòng)回路的投入。

本發(fā)明用磁保持元件監(jiān)測分、合接觸器動(dòng)作的方法來測量機(jī)構(gòu)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，并形成記憶。根據(jù)所記憶的電機(jī)轉(zhuǎn)向，在操作機(jī)構(gòu)運(yùn)行到達(dá)位置時(shí)，可以準(zhǔn)確的投入反向的制動(dòng)回路，確保機(jī)構(gòu)快速停止。

本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采用串勵(lì)電機(jī)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)，具備制動(dòng)功能，可以同時(shí)適用于交流和直流電源。用于直流有刷永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)時(shí)，只需短接圖4中的接口d3'，d4'。采用本發(fā)明電機(jī)控制電路的三工位隔離接地開關(guān)操作機(jī)構(gòu)控制器，可應(yīng)用于現(xiàn)有的三工位電動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制，使得可以在直流電源和交流電源的工況下都能工作，簡化機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高機(jī)構(gòu)的可靠性。