CN101409178A - 单稳态永磁机构智能化控制装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明介绍的一种单稳态永磁机构智能化控制装置及控制方法，其特在于：它由控制单元(1)、储能单元(2)组成；两者之间用带电缆线的(7)芯航空插头连接；所述控制单元(1)由控制电板(3)、桥式逆变单元(4)和电源模块(5)、(6)、(7)组成；所述储能单元(2)由储能电容(15)和充电控制单元(16)组成。是一种高寿命、智能化、可靠性高的单稳态永磁机构控制装置及控制方法，可以理想地解决现有单稳态永磁机构控制装置及控制方法使用寿命短、可靠性低、不受控等诸多不足之处。
Description
技术领域
本发明涉及一种单稳态永磁机构智能化控制装置及控制方法，属于铁路电力牵引真空断路器单稳态永磁机构智能化控制装置及控制方法。
背景技术
现有用于铁路专用真空断路器的永磁机构多采用双稳态形式，体积大，不便安装。而单稳态永磁机构具有体积小的特点，适合装载在受空间限制的真空断路器上，特别适合铁路专用真空断路器，但目前的单稳态永磁机构都采用有触点的开关元件，无法加载电流控制单元，只能通过简单地改变电流的方向来完成永磁机构的分、合动作，因此系统输出到电磁线圈的控制电流不能受控，会随电压的变化而变化，而且峰值很高，使永磁机构动作时冲击很大，整体寿命降低；同时由于采用的是有触点的元件，而通过的电流很高，容易造成触点烧结，引发运行故障，不适合铁路真空断路器要求动作频率高、运行周期长的特点。
发明内容
本发明的发明目的：在于提供一种高寿命、智能化、可靠性高的单稳态永磁机构控制装置及控制方法，以解决现有单稳态永磁机构控制装置及控制方法使用寿命短、可靠性低、不受控等诸多不足之处。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
这种单稳态永磁机构智能化控制装置，由分立的控制单元1、储能单元2组成，二者之间用带1.5mm2铁路专用导线的7芯航空插头连接；所述控制单元1安装在同一密闭盒内的控制电路板3、桥式逆变单元4、电源模块5、电源模块6和电源模块7组成。
所述控制电路板3置于电源模块5、电源模块6、电源模块7和桥式逆变单元4的上方，其间用四个支撑柱安装在安装底板上，并与下面的元器件保持一定的距离，以保证各器件安全运行。
所述电源模块5、电源模块6、电源模块7和桥式逆变单元4并排置于控制电路板3的下方。
所述电源模块转换的电能通过0.3mm2的导线输出到控制电路板3的接线端子上，以供控制电路板3上的元器件工作用。
所述桥式逆变单元4与永磁机构线圈构成控制永磁线圈的主电路，该桥式逆变单元4由两组西门康SKM200G176D型IGBT组成，用螺栓固定在安装底板上，用0.3mm2导线连接到控制电路板3上的隔离放大单元的输出端子，每一组的导线通过交织后再连接到相应的位置；这样做的目的是为了减少对IGBT的干扰。
安装盒体的正面左上方布有运行指示灯和报警扬声器，通过导线与报警指示单元9相连。安装盒体的正面左下方是RS232通信插座，通过导线与通信接口10相连，可以方便地与计算机进行通讯，以便用户随时根据需要调整设置参数。安装盒体的正面右下方设有一个7芯航空插座和一个6芯航空插座，7芯航空插座通过带1.5mm2铁路专用导线的7芯航空插头与储能单元2相连接，6芯航空插座通过专用导线与永磁机构线圈相连。
所述储能单元包括储能电容15和充电控制单元16，二者装在一个密封的安装盒内。所述储能电容15是为了保证分合闸的足够能量。所述充电控制单元16控制充电电量，并根据设定值自动调整充电时间。
其控制方法如下：外部分、合信号通过隔离单元进入CPU模块11，CPU模块11接受指令后进行分析，然后将处理好的指令发送给隔离放大单元12作为驱动桥式逆变单元4的控制信号，使桥式逆变单元4中的一组IGBT(如图2所示)导通，储能电容中的电能经过桥式逆变单元4输送给永磁机构线圈，完成分合闸。同时，电流互感器14检测的永磁机构线圈电流经A/D单元13通过模数转换后将处理后的信号传递给CPU模块11，CPU模块11根据A/D单元13传递的数据进行分析判断，实时调整输出到隔离放大单元12的PWM信号，使通过永磁线圈的电流始终保持预定值(如图3所示)。CPU模块11将设置的参数储存在通信接口10中的存贮器中，以便用户随时通过通信接口10进行数据交换和参数调整。如果线路发生故障，CPU模块11会将采集到的故障信号作出判断，然后发出指令，通过报警指示单元9告知用户。
本发明与目前传统的控制装置及控制方法相比，具有以下优点：
1、输入信号和输出信号进行光电隔离，外部分、合闸信号到CPU进行隔离，CPU输出的控制信号到隔离放大单元进行隔离，这就提高了系统的抗干扰性和可靠性；
2、利用电流互感器对永磁线圈合闸时的电流进行测量，测量信号进行调理、A/D转换到CPU后，采用数字控制技术对永磁线圈中电流进行控制，使得外部工作电压在76V～125V的范围，永磁机构产生的合闸力保持不变，这使得系统几乎不受外部工作电压变化的影响；
3、系统中通信接口所带的存贮器可以方便地保存用户设定的一些控制参数和其它的一些状态参数；
4、系统的通信接口使得系统可以方便的与计算机通信，真空断路器使用一段时间后其内部的机械结构性能会发生变化，通过通信接口对系统的控制参数进行实时修改就可以修正这些变化，大大提高了系统的灵活性；
5、一旦发生断路、过压、欠压、过流等故障情况时，系统可以迅速处理，并通过声光报警发出报警信号；
6、系统中的硬件看门狗电路，可以保证系统出现死机等极端情况时可靠复位，保证系统的正常工作；
7、分、合闸互锁功能保证了合闸过程中分闸信号无效，分闸过程中合闸信号无效；使系统不会发生误操作，提高了系统的可靠。
附图说明
图1是本发明的控制原理示意图；
图2是本发明的控制永磁线圈的主电路原理图；
图3是本发明的PWM电流跟踪技术示意图。
图中：1-控制单元 2-储能单元 3-控制电板 4-桥式逆变单元5-电源模块 6-电源模块 7-电源模块 8-隔离单元 9-报警指示单元 10-通信接口 11-CPU模块 12-隔离放大单元 13-A/D单元14-电流互感器 15-储能电容 16-充电控制单元
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示的一种单稳态永磁机构智能化控制装置及控制方法，其控制装置由控制单元1、储能单元2两部分组成；所述控制单元1由控制电板3、桥式逆变单元4和电源模块5、6、7组成；所述储能单元2由储能电容15和充电控制单元16组成。
所述控制电路板3由隔离单元8、报警指示单元9、通信接口10、CPU模块11、隔离放大单元12、A/D单元13和电流互感器14组成；上述元器件通过一个电路板连接在一起。
所述桥式逆变单元4与永磁机构线圈构成控制永磁线圈的主电路，该桥式逆变单元4由两组西门康SKM200G176D型IGBT组成，用螺栓固定在安装底板上，并用0.3mm2导线连接到控制电路板3上的隔离放大单元的输出端子，每一组的导线通过交织后再连接到相应的位置。
所述的由隔离单元8由三个33K电阻和三个P621光耦组成。
所述电源模块5、6、7、是定制的专用电源模块，型号分别为WRH30-110S15、DFB10-110S5、DFB12-110D12；三个电源模块置于控制电路板3的右下方。
所述储能电容15采用进口日立电容47000uF，160V。
其控制方法如下：外部分、合信号通过隔离单元进入CPU模块11，CPU模块11接受指令后进行分析，然后将处理好的指令发送给隔离放大单元12作为驱动桥式逆变单元4的控制信号，使桥式逆变单元4中的一组IGBT(如图2所示)导通，储能电容中的电能经过桥式逆变单元4输送给永磁机构线圈，完成分合闸。同时，电流互感器14检测的永磁机构线圈电流经A/D单元13通过模数转换后将处理后的信号传递给CPU模块11，CPU模块11根据A/D单元13传递的数据进行分析判断，实时调整输出到隔离放大单元12的PWM信号，使通过永磁线圈的电流始终保持预定值(如图3所示)。CPU模块11将设置的参数储存在通信接口10中的存贮器中，以便用户随时通过通信接口10进行数据交换和参数调整。如果线路发生故障，CPU模块11会将采集到的故障信号作出判断，然后发出指令，通过报警指示单元9告知用户。
外部电源经电源模块5、电源模块6、电源模块7后转变成各级电压，为本发明提供各种所需电源。
如图3给出的是永磁线圈电流PWM跟踪控制技术，就是以电流给定值为依据，将其和实际电流值相比较而产生的一种脉宽调制方法，其目的是要迫使实际电流跟踪给定电流。具体地说，就是利用电流的比较结果，对开关元件进行通断控制，若实际电流大于给定值，则控制结果迫使电流减小，而实际电流小于给定值时，则使电流增加。
如图2所示，由IGBT组成桥式逆变单元4来控制永磁线圈的主电路原理图，其控制方式为双极性工作制，即VT1和VT4加一组同极性的控制信号，而VT2和VT3加另一组同极性的控制信号，且这两组控制信号互锁。电源跟踪控制，实际上是一种电流“砰砰”控制，由于实际电流能以可能的最快速度逼近给定值，电流环可以近似地看作小时间常数的惯性环节，且具有较高的鲁棒性，从而简化系统的动态设计，提高系统性能。
Claims (7)
1、一种单稳态永磁机构智能化控制装置，其特在于：它由控制单元(1)、储能单元(2)两部分组成；所述控制单元(1)由控制电板(3)、桥式逆变单元(4)和电源模块(5)、(6)、(7)组成；所述储能单元(2)由储能电容(15)和充电控制单元(16)组成。
2、根据权利要求1所述的单稳态永磁机构智能化控制装置，其特征在于：所述控制电路板(3)由隔离单元(8)、报警指示单元(9)、通信接口(10)、CPU模块(11)、隔离放大单元(12)、A/D单元(13)和电流互感器(14)组成；上述元器件通过一个电路板连接在一起。
3、根据权利要求1所述的单稳态永磁机构智能化控制装置，其特征在于：所述桥式逆变单元(4)与永磁机构线圈构成控制永磁线圈的主电路，该桥式逆变单元(4)由两组西门康SKM200G176D型IGBT组成，用螺栓固定在安装底板上，并用0.3mm2导线连接到控制电路板(3)上的隔离放大单元的输出端子，每一组的导线通过交织后再连接到相应的位置。
4、根据权利要求2所述的单稳态永磁机构智能化控制装置，其特征在于：所述的由隔离单元(8)由三个33K电阻和三个P621光耦组成。
5、根据权利要求1所述的单稳态永磁机构智能化控制装置及控制方法，其特征在于：所述电源模块(5)、(6)、(7)是定制的专用电源模块，型号分别为WRH30-110S15、DFB10-110S5、DFB12-110D12；三个电源模块置于控制电路板(3)的右下方。
6、根据权利要求1所述的单稳态永磁机构智能化控制装置，其特征在于：所述储能电容(15)采用进口日立电容47000uF，160V。
7、根据权利要1-6所述的单稳态永磁机构智能化控制装置，其控制方法为：外部分、合信号通过隔离单元进入控制单元的CPU模块(11)，CPU模块(11)接受指令后进行分析，然后将处理好的指令发送给控制单元中的隔离放大单元(12)作为驱动控制单元中的桥式逆变单元(4)的控制信号，使桥式逆变单元(4)中的一组IGBT导通，使组成储能单元(2)中的储能电容(15)的电能经过桥式逆变单元(4)输送给永磁机构线圈，完成分合闸；同时，控制单元(1)中的电流互感器(4)检测的永磁机构线圈电流经控制单元中的A/D单元(13)通过模数转换后将处理后的信号传递给CPU模块(11)，由CPU模块(11)根据A/D单元(13)传递的数据进行分析判断，实时调整输出到控制单元中的隔离放大单元(12)的PWM信号，使通过永磁线圈的电流始终保持预定值；CPU模块(11)将设置的参数储存在控制单元中的通信接口(10)中的存贮器中，以便用户随时通过通信接口(10)进行数据交换和参数调整；如果线路发生故障，CPU模块(11)会将采集到的故障信号作出判断，然后发出指令，通过控制单元中的报警指示单元(9)告知用户。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20090415 |