CN107917681A - 基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置，包括高压隔离开关主轴，还包括主动轮、从动轮、同步带，所述主动轮固定设置在所述高压隔离开关主轴，所述主动轮通过所述同步带与所述从动轮配合连接，所述从动轮的中心固定设置有从动轮传动轴，所述从动轮传动轴上固定设置有旋转光电编码器。本发明还提出基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置及方法，通过将主动轮固定在高压隔离开关主轴上，带动与从动轮同轴的旋转光电编码器旋转，放大高压隔离开关主轴的旋转角度，通过对旋转光电编码器输出的正交编码输出脉冲进行计数和方向识别，实现高压隔离开关主轴的转动角度的精确测量。

Description

基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置及方法

技术领域

本发明涉及基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置及方法，属于高压隔离开关状态检测技术领域。

背景技术

户外式高压隔离开关由于平时操作次数不多，轴销、轴承部位等传动部位缺乏润滑和相对运动，分合闸过程卡涩、分合闸不到位、传动连杆变形等机械故障已经成为普遍存在的问题，通过运维工作人员的日常巡视很难发现早期的分合卡涩故障，故障后进行临时检修会耽误送电时间，影响供电的可靠性，对高压隔离开关操动机构进行状态检测和分析，是提高供电可靠性的重要手段。

高压隔离开关主轴转角是隔离开关操动机构状态检测的核心信号量。高压隔离开关主轴带动连杆运动，驱动主刀旋转进行分合闸操作，主轴旋转的角度可以反映隔离开关操作是否到位，与电机电流和主轴扭矩等参数综合分析后，可以对卡涩、偏位等机械缺陷进行分析。

发明内容

为了准确反应隔离开关触头和触指的接触是否到位，主轴转角的测量必须精确。可供选择的转角测量传感器有：拉线式位移传感器、积分陀螺仪、环形片式电阻绝对位移传感器、旋转光电编码器等。拉线式位移传感器原理简单，实现方便，但是多次的拉伸与缠绕会改变钢丝特性，从而影响测量的精度。积分陀螺仪可以实现角度测量，不受外界磁场环境的影响，但是受到积分回路的影响，存在零漂、温度误差，从已报道的文献中看，转角测量准确度大于0.5°，不能满足测量分辨率和准确度的要求。环形片式电阻绝对位移传感器通过电阻变化比率来反映转角大小，具有较高的精度，但是存在测量盲区，不能进行多圈测量，也会受到现场电磁干扰的影响。旋转光电编码器通过光电转换将被测物体的机械转角转化成正交脉冲信号输出，可以反映转动方向，灵敏度和准确度高，不受电磁干扰的影响，安全、寿命长。但是普通的光电编码器单圈测量分辨率较为有限，需要提高单圈测量分辨率以满足高压隔离开关转角精确测量的要求。

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种励磁式新型防雷避雷装置。

为解决上述技术问题，本发明提供基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置及方法，通过放大高压隔离开关主轴转动，利用旋转光电编码器多圈测量能力，实现高精度的高压隔离开关主轴转角测量。

本发明采用如下技术方案：基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置，包括高压隔离开关主轴，还包括主动轮、从动轮、同步带，所述主动轮固定设置在所述高压隔离开关主轴，所述主动轮通过所述同步带与所述从动轮配合连接，所述从动轮的中心固定设置有从动轮传动轴，所述从动轮传动轴上固定设置有旋转光电编码器，所述旋转光电编码器通过输出正交编码输出脉冲进行计数和方向识别，实现所述高压隔离开关主轴的转动角度和运动方向的精确测量。

作为一种较佳的实施例，本发明还包括固定支架，旋转光电编码器与从动轮分别配合设置于固定支架的顶端和底端。

作为一种较佳的实施例，本发明还包括基座，高压隔离开关主轴与固定支架分别配合设置于基座。

本发明还提出一种基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置的测量方法，具体包括如下步骤：

步骤SS1：确定高压隔离开关主轴转角测量分辨率Δθ；

步骤SS2：通过高压隔离开关主轴转角测量同步带传动比i的确定；

步骤SS3：确定同步带传动***齿数。

作为一种较佳的实施例，步骤SS1具体包括：高压隔离开关操动机构电机驱动高压隔离开关主轴旋转，通过主刀垂直连杆带动一侧支柱绝缘子旋转，借助单极连杆使另一侧支柱绝缘子反向旋转相同的角度，完成高压隔离开关某一相的分合闸动作，同时通过水平连杆带动另外二相分合闸，整个工作过程中，高压隔离开关主轴转过的角度对应于主刀闸分闸或者合闸的全行程；

设高压隔离开关主轴转动的整个角度为以度为单位，则支柱绝缘旋转的角度为设高压隔离开关主刀旋转半径为r，则高压隔离开关主刀触头运动的行程为S：

高压隔离开关主轴转动的单位角度对应的行程为s₀：

如果隔离开关安装错位或者结构件变形，导致的尺寸偏移检测分辨率为Δl，反映在高压隔离开关主轴的旋转角度的误差近似为：

为了精确测量高压隔离开关主轴的转角，旋转光电编码器的分辨率应该高于一个准确度等级，转角测量的分辨率Δθ应该选择为即：

作为一种较佳的实施例，步骤SS2具体包括：设选定的旋转光电编码器的每圈输出正交编码脉冲数为m₀，传动比i为测量精确度需要的脉冲数与每圈输出脉冲数的比值：

作为一种较佳的实施例，步骤SS3：设主动轮的齿数为Z₁，从动轮的齿数为 Z₂，因为同步运动，传动比i即是大小带轮齿数比，即：

选定主动轮的齿数后，从动轮的齿数：

Z₂＝Z₁×i；

根据选择的旋转光电编码器的输出脉冲数和高压隔离开关的结构参数，完成主动轮与从动轮构成的同步带传动***的设计，可以满足高压隔离开关主轴转角精确测量的要求。

本发明所达到的有益效果：本发明提出基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置及方法，通过将主动轮固定在高压隔离开关主轴上，带动与从动轮同轴的旋转光电编码器旋转，放大高压隔离开关主轴的旋转角度，通过对旋转光电编码器输出的正交编码输出脉冲进行计数和方向识别，实现高压隔离开关主轴的转动角度的精确测量，为高压隔离开关的状态检修提供核心数据。

附图说明

图1是本发明的基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置的立体图的结构示意图。

图2是本发明的基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置的主视图的结构示意图。

图3是本发明的基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置的俯视图的结构示意图。

图中标记的含义：1-主动轮，2-从动轮，3-同步带，4-高压隔离开关主轴， 5-旋转光电编码器，6-固定支架，7-基座，8-从动轮传动轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1、图2和图3所示，本发明提出基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置，包括高压隔离开关主轴4，其特征在于，还包括主动轮1、从动轮2、同步带3，主动轮1固定设置在高压隔离开关主轴4，主动轮1通过同步带3与从动轮2配合连接，从动轮2的中心固定设置有从动轮传动轴8，从动轮传动轴8上固定设置有旋转光电编码器5，旋转光电编码器5通过输出正交编码输出脉冲进行计数和方向识别，实现高压隔离开关主轴4的转动角度和运动方向的精确测量。

作为一种较佳的实施例，本发明还包括固定支架6，旋转光电编码器5与从动轮2分别配合设置于固定支架6的顶端和底端。

作为一种较佳的实施例，本发明还包括基座7，高压隔离开关主轴4与固定支架6分别配合设置于基座7。

本发明还提出基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置的测量方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤SS1：确定高压隔离开关主轴4转角测量分辨率Δθ；

步骤SS2：通过高压隔离开关主轴4转角测量同步带3传动比i的确定；

步骤SS3：确定同步带3传动***齿数。

作为一种较佳的实施例，步骤SS1具体包括：高压隔离开关操动机构电机驱动高压隔离开关主轴4旋转，通过主刀垂直连杆带动一侧支柱绝缘子旋转，借助单极连杆使另一侧支柱绝缘子反向旋转相同的角度，完成高压隔离开关某一相的分合闸动作，同时通过水平连杆带动另外二相分合闸，整个工作过程中，高压隔离开关主轴4转过的角度对应于主刀闸分闸或者合闸的全行程；

设高压隔离开关主轴4转动的整个角度为以度为单位，则支柱绝缘旋转的角度为设高压隔离开关主刀旋转半径为r，则高压隔离开关主刀触头运动的行程为S：

高压隔离开关主轴4转动的单位角度对应的行程为s₀：

如果隔离开关安装错位或者结构件变形，导致的尺寸偏移检测分辨率为Δl，反映在高压隔离开关主轴4的旋转角度的误差近似为：

为了精确测量高压隔离开关主轴4的转角，旋转光电编码器5的分辨率应该高于一个准确度等级，转角测量的分辨率Δθ应该选择为即：

作为一种较佳的实施例，步骤SS2具体包括：设选定的旋转光电编码器5 的每圈输出正交编码脉冲数为m₀，传动比i为测量精确度需要的脉冲数与每圈输出脉冲数的比值：

作为一种较佳的实施例，步骤SS3：设主动轮1的齿数为Z₁，从动轮2的齿数为Z₂。

Claims (7)

1.基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置，包括高压隔离开关主轴(4)，其特征在于，还包括主动轮(1)、从动轮(2)、同步带(3)，所述主动轮(1)固定设置在所述高压隔离开关主轴(4)，所述主动轮(1)通过所述同步带(3)与所述从动轮(2)配合连接，所述从动轮(2)的中心固定设置有从动轮传动轴(8)，所述从动轮传动轴(8)上固定设置有旋转光电编码器(5)，所述旋转光电编码器(5)通过输出正交编码输出脉冲进行计数和方向识别，实现所述高压隔离开关主轴(4)的转动角度和运动方向的精确测量。

2.根据权利要求1所述的基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置，其特征在于，还包括固定支架(6)，所述旋转光电编码器(5)与所述从动轮(2)分别配合设置于所述固定支架(6)的顶端和底端。

3.根据权利要求2所述的基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置，其特征在于，还包括基座(7)，所述高压隔离开关主轴(4)与所述固定支架(6)分别配合设置于所述基座(7)。

4.采用权利要求1所述的基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置的测量方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤SS1：确定所述高压隔离开关主轴(4)转角测量分辨率Δθ；

步骤SS2：通过所述高压隔离开关主轴(4)转角测量所述同步带(3)传动比i的确定；

步骤SS3：确定所述同步带(3)传动***齿数。

5.根据权利要求4所述的基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤SS1具体包括：高压隔离开关操动机构电机驱动所述高压隔离开关主轴(4)旋转，通过主刀垂直连杆带动一侧支柱绝缘子旋转，借助单极连杆使另一侧支柱绝缘子反向旋转相同的角度，完成高压隔离开关某一相的分合闸动作，同时通过水平连杆带动另外二相分合闸，整个工作过程中，所述高压隔离开关主轴(4)转过的角度对应于主刀闸分闸或者合闸的全行程；

设所述高压隔离开关主轴(4)转动的整个角度为以度为单位，则支柱绝缘旋转的角度为设高压隔离开关主刀旋转半径为r，则高压隔离开关主刀触头运动的行程为S：

所述高压隔离开关主轴(4)转动的单位角度对应的行程为s₀：

如果隔离开关安装错位或者结构件变形，导致的尺寸偏移检测分辨率为ΔI，反映在所述高压隔离开关主轴(4)的旋转角度的误差近似为：

为了精确测量所述高压隔离开关主轴(4)的转角，所述旋转光电编码器(5)的分辨率应该高于一个准确度等级，转角测量的分辨率Δθ应该选择为即：

<mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>l</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mn>180</mn> </mrow> <mrow> <mi>&amp;pi;</mi> <mi>r</mi> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>

6.根据权利要求4所述的基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤SS2具体包括：设选定的所述旋转光电编码器(5)的每圈输出正交编码脉冲数为m₀，传动比i为测量精确度需要的脉冲数与每圈输出脉冲数的比值：

<mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mfrac> <mn>360</mn> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>m</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> <mi>r</mi> </mrow> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>l</mi> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>m</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>

7.根据权利要求4所述的基于同步带传动的高压隔离开关主轴转角测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤SS3：设所述主动轮(1)的齿数为Z₁，所述从动轮(2)的齿数为Z₂，因为同步运动，传动比i即是大小带轮齿数比，即：

<mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>Z</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>Z</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

选定所述主动轮(1)的齿数后，所述从动轮(2)的齿数：

Z₂＝Z₁×i；

根据选择的所述旋转光电编码器(5)的输出脉冲数和高压隔离开关的结构参数，完成所述主动轮(1)与所述从动轮(2)构成的同步带传动***的设计，可以满足所述高压隔离开关主轴(4)转角精确测量的要求。