基于弹跳抑制机理分析的同步开关技术研究

摘要

论文以某公司10 kV高压无功补偿装置（High Voltage Compensator，HVC）投切时引起的浪涌电流冲击负面效应为研究背景，立足ABB同步开关技术前沿，进行永磁接触器同步开关弹跳抑制研究。永磁接触器的弹跳所引起的瞬间电流畸变率（Total Harmonic Distortion of Current, THDi）高达50％，远远超过了电网GB/T-14549-93国标要求，导致同网10kV可控硅阀组频繁烧毁，造成了不可估量的经济损失。论文针对业内对永磁接触器过零投切控制的迫切需求，首次提出了正反电压同步开关驱动控制策略，在不改变接触器自身结构参数的前提下抑制其弹跳发生，有效降低HVC投切时对电网的浪涌电流冲击。论文主要研究内容如下：
　　鉴于稳定的合闸响应时间对实现永磁接触器过零投切控制的重要性，对影响接触器合闸时间的驱动电源电压、环境温度等因素的作用效果进行了统计分析。研究这些因素对合闸响应时间分散性的影响规律，探索最佳合闸时刻点，兼顾不同的合闸初相角对接触器响应时间的影响分析。基于电压过零检测模块S函数，进行HVC仿真模拟，为进行精确的弹跳抑制提供理论参考。
　　为深入研究弹跳发生的内在机理，建立永磁接触器操动机构的静态Maxwell仿真模型，据此进行电磁力与位移的作用关系分析，给出量化计算原则，使得永磁接触器的结构、参数和能耗达到最优。研究永磁体单独作用(即无激磁电流)下的磁力线和磁场分布规律，据此进行短路环的作用效果分析，为从电磁设计角度解决永磁接触器弹跳抑制问题提供设计准则。
　　分析永磁接触器弹跳的动力学机理，研究动铁芯从一个稳态到另一个稳态过渡过程的机-电-磁多场耦合作用动态特性。为提高开通或关断控制能力，分析永磁操动机构动作时间各个阶段位移及速度变化情况；通过调整永磁接触器驱动电压及作用时间来控制电磁力，给出使其在合闸行程结束时控制力值为零的电压控制规律，为从控制角度抑制接触器弹跳问题提供算法基础。
　　设计基于DSP2812的永磁接触器同步开关弹跳控制硬件平台，研究单电压驱动控制、双正压驱动控制、正反压驱动控制对永磁接触器弹跳抑制的控制效果；应用动力学建模得到的接触器位移、速度及加速度函数对正反压驱动时间进行优化计算，据此开发正反电压同步开关驱动控制技术。实验结果表明，所做工作可有效抑制永磁接触器弹跳，实现HVC过零投切控制。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本课题主要研究内容

第2章 永磁接触器同步开关控制机理研究

2.1 HVC建模分析及有效性验证

2.2同步投切控制技术可行性验证

2.3 考虑预击穿的最佳关合相位研究

2.4 永磁接触器同步开关技术研究难点

2.5 本章小结

第3章 永磁接触器静态特性的有限元建模分析

3.1 永磁接触器基本结构分析

3.2 不同永磁操动机构类型分析

3.3 永磁操动机构静态特性研究

3.4 本章小结

第4章 永磁接触器弹跳的动力学机理分析

4.1 接触器动力学建模分析

4.2 接触器动作过程建模仿真与实验验证

4.3 基于Maple的接触器动态过程解析分析

4.4 动态特性仿真建模及结果分析

4.5 本章小结

第5章 永磁接触器弹跳抑制实验系统设计

5.1 接触器弹跳抑制实验平台

5.2 固态继电器响应时间优化

5.3 响应时间测试装置的制作

5.4 接触器弹跳问题的抑制

5.5 接触器同步关合的技术实现

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢