CN102024583A - 单稳态永磁机构单线圈合分闸速度自适应控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单稳态永磁机构单线圈合分闸速度自适应控制方法，电源转换模块将输入的交流或直流，转化为直流12V，提供系统电源，电容器充放电管理模块根据处理器的指令，对励磁电容电压进行控制，永磁驱动电路模块根据处理器的分合闸指令，驱动线圈执行相应的动作，开关状态监测模块判断开关的状态和位置，提供动作反馈及报警，温度监测模块检测当前的环境温度，为处理器提供决策依据，通信接口模块用于接收外部指令或发送本体数据，AVR单片机模块根据外部指令或当前故障状态，综合各种判据，给出正确的动作指令。本发明实现简单，可靠性高。

Description

单稳态永磁机构单线圈合分闸速度自适应控制方法

技术领域

本发明属于电力电子应用领域，具体涉及一种单稳态永磁机构单线圈合分闸速度自适应控制方法。

背景技术

永磁机构采用全新的工作原理，将电磁机构与永久磁铁有机地组合起来，避免了分合闸位置机械脱扣、锁扣系统所造成的不利因素，无需任何机械能而通过永久磁铁产生的保持力就可使真空开关保持在分合闸位置上。其分合闸时间稳定，偏差小，可靠性高，已广泛应用于中压领域。

单稳态永磁机构的特点是：机构中设有分闸弹簧，并采用单线圈结构。采用永久磁铁使真空断路器保持在合闸极限位置，使用激磁线圈将机构的铁芯从分闸位置推动到合闸位置；同时，给分闸弹簧储能。分闸时，给线圈通以反向电流，使得铁芯工作气隙处永磁材料与激磁线圈产生的合成磁场接近于零，靠分闸弹簧所储存的能量进行分闸

目前单稳态永磁机构真空开关采用电容为合分闸线圈供电。电容电压是固定的，合分闸速度具有单一性，没有根据开断时电气和机构性能上的要求予以优化；而且随着环境温度的变化，以及开关磨损老化，可能出现合分闸故障。

针对现有技术的缺点，本发明提高一种真空开关单稳态永磁机构合分闸速度自适应控制器。该控制器通过改变励磁电容的电压，控制开关的合分闸速度，优化开关的刚分刚合特性，减小磨损，提高寿命。

发明内容

本发明提供一种真空开关单稳态永磁机构合分闸速度自适应控制器及控制方法。该控制器通过改变励磁电容的电压，控制开关的合分闸速度，优化开关的刚分刚合特性，减小磨损，提高寿命。

为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案：一种单稳态永磁机构控制器包括电源转换模块，电容器充放电管理模块，永磁驱动电路模块，开关状态监测模块，温度监测模块，通信接口模块及AVR单片机模块等组成。其中：电源转换模块将输入的交流或直流电(太阳能供电)，转化为直流12V，提供系统电源。电容器充放电管理模块根据处理器的指令，对励磁电容电压进行控制。永磁驱动电路模块根据处理器的分合闸指令，驱动线圈执行相应的动作。开关状态监测模块判断开关的状态和位置，提供动作反馈及报警。温度监测模块检测当前的环境温度，为处理器提供决策依据。通信接口模块用于接收外部指令或发送本体数据。AVR单片机模块根据外部指令或当前故障状态，综合各种判据，给出正确的动作指令。

该控制器在开关控制器运行过程中，每隔30分钟对电容电压进行巡检；此时，中央处理器根据环境温度、磨损和老化程度、合分闸类型确定合适的励磁电容的电压；如果当前电容电压低于计算要求值，予以充电，满足计算要求值；如果当前电容电压高于计算要求值5％，则予以放电，满足计算要求值。该控制器实现简单，可靠性高。

本发明的特点：基于单线圈，通过对励磁电容电压的调整，自适应调节合分闸速度，优化开关的刚分刚合特性，减小磨损，提高寿命。本发明实现简单，可靠性高。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明做进一步详细的描述，其中：

图1为本发明永磁机构控制器原理框图；

图2为本发明电源模块原理框图；

图3为本发明电容充电管理模块图；

图4为本发明驱动模块原理图。

具体实施方式

如图1至图4所示，一种单稳态永磁机构控制器包括电源转换模块，电容器充放电管理模块，永磁驱动电路模块，开关状态监测模块，温度监测模块，通信接口模块及AVR单片机模块等组成。永磁机构控制器原理框图参见附图1。

其中：电源转换模块将输入的交流或直流电(太阳能供电)，转化为直流12V，提供系统电源。电容器充放电管理模块根据处理器的指令，对励磁电容电压进行控制。永磁驱动电路模块根据处理器的分合闸指令，驱动线圈执行相应的动作。开关状态监测模块判断开关的状态和位置，提供动作反馈及报警。温度监测模块检测当前的环境温度，为处理器提供决策依据。通信接口模块用于接收外部指令或发送本体数据。AVR单片机模块根据外部指令或当前故障状态，综合各种判据，给出正确的动作指令。

该控制器在开关控制器运行过程中，每隔30分钟对电容电压进行巡检；此时，中央处理器根据环境温度、磨损和老化程度、合分闸类型确定合适的励磁电容的电压；如果当前电容电压低于计算要求值，予以充电，满足计算要求值；如果当前电容电压高于计算要求值5％，则予以放电，满足计算要求值。该控制器实现简单，可靠性高。

本发明的工作原理详述如下：

(1)系统电源供给：

电源模块原理框图参见附图2。系统支持多种供电方式，包括太阳能(18V)、CT(0-30V)、交直流(AC110V/220V，DC110V)和蓄电池(12V)。蓄电池电量不足时，可由太阳能、CT或交直流任意一种电源为其充电。蓄电池充电完成时，开关Q1断开。处理器的供电可由以上四种电源任意一种提供。蓄电池的欠压检测、充电管理由AVR单片机完成。

(2)励磁电容充放电管理：

AVR单片机根据环境温度、磨损和老化程度设定合适的励磁电容的电压。每隔30分钟，AVR单片机对储能电容的电压检测一次，并与系统的计算值进行比较。如果电容的当前值低于计算值，则开启LT3751，通过Q3对电容脉冲充电，直到达到要求。如果电容的当前值高于计算值5％，则开启Q4，通过R12，对电容脉冲放电，直到达到要求。励磁电容电路与前级充电控制部分通过变压器及光耦隔离。为保证电容电压检测的准确性，采用专用副边光耦驱动器LT4430，保证线性度。

(3)合分闸控制：

AVR单片机若收到分闸或合闸指令，首先判断断路器的状态和位置，正确则进行分、合闸。分、合闸完毕或已经超过分、合闸时间，应该立即停止进行分、合闸操作。合闸时，AVR单片机输出一合闸脉冲，使IGBT管Q5、Q8导通，激励电流正向流过合分闸线圈，使动铁心运动，实现合闸；分闸时，AVR单片机输出一分闸脉冲，使IGBT管Q6、Q7导通，激励电流反向流过合分闸线圈，使动铁心运动，实现分闸。

(4)系统控制

AVR单片机通过隔离的RS232接口实现远程通讯，接收动作指令。AVR单片机通过SPI接口连接AD7414，检测当前温度。每隔30分钟，根据环境温度和历史经验值，确定励磁电容计算值，并启动充放电管理进程。在合分闸过程中，给出动作指令，监控动作过程，处理故障状态；并记录动作时间，作为历史值用于计算电容值。

本发明的特点：基于单线圈，通过对励磁电容电压的调整，自适应调节合分闸速度，优化开关的刚分刚合特性，减小磨损，提高寿命。本发明实现简单，可靠性高。

必须指出，上述实施例只是对本发明做出的一些非限定性举例说明。但本领域的技术人员会理解，在没有偏离本发明的宗旨和范围下，可以对本发明做出修改、替换和变更，这些修改、替换和变更仍属本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种单稳态永磁机构单线圈合分闸速度自适应控制方法，其特征是：单稳态永磁机构单线圈合分闸速度自适应器包括电源转换模块、电容器充放电管理模块、永磁驱动电路模块、开关状态监测模块、温度监测模块、通信接口模块及AVR单片机模块；其中：电源转换模块将输入的交流或直流电(太阳能供电)，转化为直流12V，提供系统电源，电容器充放电管理模块根据处理器的指令，对励磁电容电压进行控制，永磁驱动电路模块根据处理器的分合闸指令，驱动线圈执行相应的动作，开关状态监测模块判断开关的状态和位置，提供动作反馈及报警，温度监测模块检测当前的环境温度，为处理器提供决策依据，通信接口模块用于接收外部指令或发送本体数据，AVR单片机模块根据外部指令或当前故障状态，综合各种判据，给出正确的动作指令。

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