CN102664122A - 一种真空断路器永磁操作机构的控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力保护控制领域，尤其涉及一种真空断路器永磁操作机构的控制器，包括：MSP430单片机核心芯片、两个隔离模块、指示灯信号输出模块、IGBT分合闸驱动模块、IGBT限流电路、真空断路器永磁线圈、电容充电管理电路、分合闸储能电容模块、外部看门狗模块、电源管理模块、本安信号输入模块、本安限流处理电路、第一外部电源输入处理模块、第二外部电源输入处理模块。本发明的有益效果：该控制器控制灵活、成本低、体积小、具有完全的高低压电气隔离、本安的输入控制信号、完善的保护措施、以及防单片机跑飞的电路，解决了现有技术中存在的问题。

Description

一种真空断路器永磁操作机构的控制器
技术领域
本发明涉及电力保护控制领域，尤其涉及一种真空断路器永磁操作机构的控制器。
背景技术
永磁操动机构真空断路器具有体积小、重量轻、结构简单、操作可靠、寿命长、免维护等特点，代表了断路器质量的一个飞跃，具有广阔的发展前景。永磁操动机构必须要在控制器的驱动下才能实现开关的分合操作，因此，控制器的性能优劣对断路器的性能有很大的影响，要保证断路器的可靠工作，就必须要有一个可靠的控制器，可以说控制器是永磁操动机构真空断路器的核心器件之一。
前国内外真空断路器永磁操作机构的控制器采用的实现方案有3种：
1.采用分立元件设计。分立元件设计优点是全硬件实现，但功能少、性能受限、电路复杂、缺乏灵活性，现在在一些老产品及现有工况中还大量使用。
2.采用EDA技术(Electronic Design Automation电子设计自动化)。EDA技术是采用FPGA(Field Progrrammable Gate Array)和CPLD(ComplexProgrammable Logic Device)器件做成一个控制运行的专用芯片，该项技术的特点是以以纯硬件的方式实现全部的电子控制功能，用硬件描述语言编程，程序不易跑飞，但是结构较复杂，控制成本较高，灵活性较单片机控制差。
3.采用单片机设计。单片机方案主要采用软件编程，功能强，灵活性好，成本较低，不足之处是强干扰情况下存在飞程序问题，即CPU的指令地址指针在外部强干扰下，容易发生指令跑飞。
发明内容
本发明为克服现有技术中存在的不足之处，目的在于提供一种新型的真空断路器永磁操作机构的控制器，该控制器控制灵活、成本低、体积小，具有完全的高低压电气隔离、本安的输入控制信号、完善的保护措施，以及防单片机跑飞的电路，解决了现有技术中存在的问题。
本发明是通过以下的技术手段达到上述目的：一种真空断路器永磁操作机构的控制器，包括：MSP430单片机核心芯片、两个隔离模块、指示灯信号输出模块、IGBT分合闸驱动模块、IGBT限流电路、真空断路器永磁线圈、电容充电管理电路、分合闸储能电容模块、外部看门狗模块、电源管理模块、本安信号输入模块、本安限流处理电路、第一外部电源输入处理模块、第二外部电源输入处理模块；所述的MSP430单片机核心芯片分别与外部看门狗模块、电源管理模块、IGBT限流电路、两个隔离模块连接；一个隔离模块与本安信号输入模块连接，本安信号输入模块与本安限流处理电路连接，本安限流处理电路与第一外部电源输入处理模块连接；另一个隔离模块与指示灯信号输出模块连接，指示灯信号输出模块由第一外部电源输入处理模块提供电源；另一个隔离模块还与IGBT分合闸驱动模块连接，在第一外部电源输入处理模块的电源提供下，输出分合闸信号经过IGBT分合闸驱动模块，直接控制真空断路器永磁线圈；IGBT限流电路与IGBT分合闸驱动模块连接，采集IGBT工作时的电流，将信号传输给MSP430单片机核心芯片与电容充电管理电路；电容充电管理电路在第二外部电源输入处理模块的电源提供下，将信号传输给分合闸储能电容模块；分合闸储能电容模块与真空断路器永磁线圈连接。
所述的MSP430单片机核心芯片内有超过4K的FLASH存储器，512B的RAM，足够多的输入输出端口，性能稳定，超低功耗，且具有很高的抗干扰性。
所述的隔离电路为光耦隔离电路，隔离强电产生的干扰信号。
所述的分合闸储能电容模块分为分闸储能电容组和合闸储能电容组，使真空断路器永磁线圈在合闸后能够马上分开，保证了在紧急情况下分闸的可靠性。分闸储能电容组和合闸储能电容组，采用多个小电容并联方式，有效地减小了安装尺寸。
所述的本安信号输入模块将外部信号采用两级电阻限流的方式做本安处理，为在复杂环境下信号的输入提供安全保证。
所述的外部看门狗模块由全硬件组成，保证了外部看门狗模块的独立性。
所述的电源管理模块，外部输入6V～14V交流电源，整流稳压后提供5V给隔离模块内侧部分电路，经稳压后提供3.3V电压给MSP430单片机核心芯片；还完成过压欠压信号的采集，并将结果输出到MSP430单片机核心芯片。
所述的第二外部电源输入处理模块接收外部100V～141V交流电源，经过整流及过压过流保护措施后直接提供给电容充电管理电路。
所述的第一外部电源输入处理模块接收外部输入14V～28V交流电源，经过整流稳压后提供18V直流电源。
本发明的有益效果：该控制器控制灵活、成本低、体积小、具有完全的高低压电气隔离、本安的输入控制信号、完善的保护措施、以及防单片机跑飞的电路，解决了现有技术中存在的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
如图1所示，一种真空断路器永磁操作机构的控制器，包括：MSP430单片机核心芯片、两个隔离模块、指示灯信号输出模块、IGBT分合闸驱动模块、IGBT限流电路、真空断路器永磁线圈、电容充电管理电路、分合闸储能电容模块、外部看门狗模块、电源管理模块、本安信号输入模块、本安限流处理电路、第一外部电源输入处理模块、第二外部电源输入处理模块；所述的MSP430单片机核心芯片分别与外部看门狗模块、电源管理模块、IGBT限流电路、两个隔离模块连接；一个隔离模块与本安信号输入模块连接，本安信号输入模块与本安限流处理电路连接，本安限流处理电路与第一外部电源输入处理模块连接；另一个隔离模块与指示灯信号输出模块连接，指示灯信号输出模块由第一外部电源输入处理模块提供电源；另一个隔离模块还与IGBT分合闸驱动模块连接，在第一外部电源输入处理模块的电源提供下，输出分合闸信号经过IGBT分合闸驱动模块，直接控制真空断路器永磁线圈；IGBT限流电路与IGBT分合闸驱动模块连接，采集IGBT工作时的电流，将信号传输给MSP430单片机核心芯片与电容充电管理电路；电容充电管理电路在第二外部电源输入处理模块的电源提供下，将信号传输给分合闸储能电容模块；分合闸储能电容模块与真空断路器永磁线圈连接。
所述的MSP430单片机核心芯片内有超过4K的FLASH存储器，512B的RAM，足够多的输入输出端口，性能稳定，超低功耗，且具有很高的抗干扰性。MSP430单片机核心芯片负责所有输入输出信号的处理，分合闸动作的管理，它接收外部输入的分闸或合闸信号及故障信号输入、过压欠压信号的输入。
所述的隔离电路为光耦隔离电路，隔离强电产生的干扰信号。
所述的分合闸储能电容模块分为分闸储能电容组和合闸储能电容组，使真空断路器永磁线圈在合闸后能够马上分开，保证了在紧急情况下分闸的可靠性。分闸储能电容组和合闸储能电容组，采用多个小电容并联方式，有效地减小了安装尺寸。
所述的本安信号输入模块将外部信号采用两级电阻限流的方式做本安处理，为在复杂环境下信号的输入提供安全保证。
所述的外部看门狗模块由全硬件组成，由MAX706做主芯片，保证了外部看门狗模块的独立性、可靠性和安全性。
所述的第二外部电源输入处理模块接收外部100V～141V交流电源，经过整流及过压过流保护措施后直接提供给电容充电管理电路。
所述的第一外部电源输入处理模块接收外部输入14V～28V交流电源，经过整流稳压后提供18V直流电源。
电容充电管理电路，在分合闸储能电容末充满时进行充电，在充满或有故障情况下，断开分合闸储能电容的充电电路。
IGBT限流电路，采集IGBT工作时的电流，当IGBT驱动电路中流过一定电流的时候，限流电路发生作用，关断储能电容充电电路，同时把信号传给MSP430核心芯片，保证在发生IGBT击穿等一类故障后，储能电容放电电路工作，防止电流过大，遏制故障扩大化，让用户有足够的故障处理时间。
根椐IGBT驱动模块相应部分的导通，接通相应分闸或合闸储能电容和永磁真空继路器操作机构的分合闸线圈，来实现永磁真空继路器操作机构的分闸或合闸。
当有故障发生或接收到故障信号时，由MSP430核心芯片控制发出分闸信号控制分闸，当失压或欠压达到一定时间时，也由发出由MSP430核心芯片控制发出分闸信号控制分闸。
以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种真空断路器永磁操作机构的控制器，其特征在于包括：MSP430单片机核心芯片、两个隔离模块、指示灯信号输出模块、IGBT分合闸驱动模块、IGBT限流电路、真空断路器永磁线圈、电容充电管理电路、分合闸储能电容模块、外部看门狗模块、电源管理模块、本安信号输入模块、本安限流处理电路、第一外部电源输入处理模块、第二外部电源输入处理模块；所述的MSP430单片机核心芯片分别与外部看门狗模块、电源管理模块、IGBT限流电路、两个隔离模块连接；一个隔离模块与本安信号输入模块连接，本安信号输入模块与本安限流处理电路连接，本安限流处理电路与第一外部电源输入处理模块连接；另一个隔离模块与指示灯信号输出模块连接，指示灯信号输出模块由第一外部电源输入处理模块提供电源；另一个隔离模块还与IGBT分合闸驱动模块连接，在第一外部电源输入处理模块的电源提供下，输出分合闸信号经过IGBT分合闸驱动模块，直接控制真空断路器永磁线圈；IGBT限流电路与IGBT分合闸驱动模块连接，采集IGBT工作时的电流，将信号传输给MSP430单片机核心芯片与电容充电管理电路；电容充电管理电路在第二外部电源输入处理模块的电源提供下，将信号传输给分合闸储能电容模块；分合闸储能电容模块与真空断路器永磁线圈连接。
2.根据权利要求1所述的一种真空断路器永磁操作机构的控制器，其特征在于所述的隔离电路为光耦隔离电路，隔离强电产生的干扰信号。
3.根据权利要求1所述的一种真空断路器永磁操作机构的控制器，其特征在于所述的分合闸储能电容模块分为分闸储能电容组和合闸储能电容组。
4.根据权利要求3所述的一种真空断路器永磁操作机构的控制器，分闸储能电容组和合闸储能电容组，采用多个小电容并联方式。
5.根据权利要求1所述的一种真空断路器永磁操作机构的控制器，其特征在于所述的本安信号输入模块采用两级电阻限流的方式。
6.根据权利要求1所述的一种真空断路器永磁操作机构的控制器，其特征在于所述的外部看门狗模块由全硬件组成。
7.根据权利要求1所述的一种真空断路器永磁操作机构的控制器，其特征在于所述的电源管理模块，外部输入6V～14V交流电源，整流稳压后提供5V给隔离模块内侧部分电路；5V再次稳压后提供3.3V电压给MSP430单片机核心芯片；还完成过压欠压信号的采集，并将结果输出到MSP430单片机核心芯片。
8.根据权利要求1所述的一种真空断路器永磁操作机构的控制器，其特征在于所述的第二外部电源输入处理模块接收外部100V～141V交流电源，经过整流及过压过流保护措施后直接提供给电容充电管理电路。
9.根据权利要求1-8任一权利要求所述的一种真空断路器永磁操作机构的控制器，其特征在于所述的第一外部电源输入处理模块接收外部输入14V～28V交流电源，经过整流稳压后提供18V直流电源。
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