CN105892369A - 一种集成式三工位开关控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成式三工位开关控制电路，包括主处理器电路，主处理器电路通过PWM输出电路连接电机驱动电路，PWM输出电路用于形成触发信号，电机驱动电路用于根据所述触发信号驱动三工位开关的电机；所述主处理器电路还连接一路监测保护电路；还设有另一路监测保护电路，该路监测保护电路包括一个逻辑处理电路、隔离电路和对应的检测电路，所述检测电路连接所述电机驱动电路，用于根据电机驱动电路的输出形成对应的逻辑信号。本发明的监测保护电路分为两路，不仅通过角度传感器检测三工位开关的触头旋转角度，还通过检测电路检测电机驱动电路的电气信号，通过两方面途径获取信息，分析三工位开关的开合情况，大大提高了可靠性。

Description

一种集成式三工位开关控制电路

技术领域

本发明涉及一种集成式三工位开关控制电路。

背景技术

三工位开关，或者称为三工位隔离开关，常用于输配电设备中的全封闭组合电器（GIS）或复合电器（PASS）中，根据结构不同分为：直动式三工位隔离开关和转动式三工位隔离开关。所谓三工位是指三个工作位置：1、隔离开关主断口接通的合闸位置，2、主断口分开的隔离位置，3、接地侧的接地位置；即隔离合、隔离分及接地三个工位。

三工位开关采用电动操作机构，通过电机的正反转来控制动触头在三个工位间来回移动，在运行到预定工位的时候停止电机。对于三个工位的确定目前有两种方式，一种是机械方式，通过行程开关位置来指示三个工位；另一种是电子工位检测，角度传感器感知的电压经过电压比较器通过电位器预设三个工位的电压信号，以此来确定三个工位。专利文献CN104298253A公开了一种三工位隔离开关，为了检测触头位置，设置了角度传感器，使用角度传感器来获取触头位置。

由于电机本身的惯性作用以及三工位开关的动触头与静触头的摩擦阻力会有变化，经常会出现电机停转过早或过晚的情况，导致三工位开关运行不到位或运行过位。

由于三工位开关本身的机械特性，其动触头和静触头经常会出现偏心错位的情况，致使运行中摩擦阻尼增加，可能导致电机堵转。电动操作机构卡滞也可能导致电机堵转。另外由于三工位本身的运动特性，在运行过程中如果三个工位位置指示错误，可能会出现运行严重过位，动触头顶到静触头，导致电机堵转。电机堵转极易导致操作机构及电机损坏，甚至酿成重大事故。因此，现有的控制方式可靠性较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成式三工位开关控制电路，用以解决现有技术可靠性差的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种集成式三工位开关控制电路，包括主处理器电路，主处理器电路通过PWM输出电路连接电机驱动电路，PWM输出电路用于形成触发信号，电机驱动电路用于根据所述触发信号驱动三工位开关的电机；所述主处理器电路还连接一路监测保护电路，该路监测保护电路包括A/D转换电路、采样处理电路以及用于检测三工位开关转过角度的角度传感器；其特征在于，还设有另一路监测保护电路，该路监测保护电路包括一个逻辑处理电路、隔离电路和对应的检测电路，所述检测电路连接所述电机驱动电路，用于根据电机驱动电路的输出形成对应的逻辑信号，并将这些逻辑信号经过所述隔离电路送入所述逻辑处理电路，逻辑处理电路根据输入的逻辑信号进行判断，所述判断结果也用于生成所述触发信号；所述检测电路为以下三种电路的一种或多种：堵转检测电路，用于检测电机是否堵转；断线检测电路，用于检测电机回路是否断线；电压检测电路，用于检测电机驱动电路的供电电压。

进一步的，所述电机驱动电路用于连接整流电路输出，并且驱动电机；电机驱动电路为电子开关桥电路，用于切换输出极性，进而控制直流电机正转反转；电机回路中串设有电流检测单元。

进一步的，所述堵转检测电路、断线检测电路包括：一个比较器，一个切换电路，一个基准高电压电路和一个基准低电压电路，比较器同相输入端连接所述电机驱动电路中的电流检测单元，反相输入端连接切换电路的输出端，切换电路的输入端分别连接所述一个基准高电压电路和一个基准低电压电路，比较器输出端连接光电隔离电路；当切换电路切换到基准高电压电路时，为堵转检测电路工作状态，当切换电路切换到基准低电压电路时，为断线检测电路工作状态。

进一步的，所述电流检测单元为采样电阻。

进一步的，所述电压检测电路连接整流电路输出端。

进一步的，所述A/D转换电路还连接有串设于电机回路中的霍尔电流传感器。

进一步的，所述主处理器电路依次通过所述逻辑处理器电路、所述隔离电路和所述PWM输出电路连接所述电机驱动电路。

本发明的监测保护电路分为两路，不仅通过角度传感器检测三工位开关的触头旋转角度，还通过检测电路检测电机驱动电路的电气信号，通过两方面途径获取信息，分析三工位开关的开合情况，大大提高了可靠性。

通过角度传感器定位三工位开关的行程位置，实现三工位开关隔离接地动作的精确执行。堵转检测电路和断线检测电路实时判断电机电路情况，异常时可及时输出报警信号。该控制电路既确保三工位开关准确执行动作，又对三工位动作执行过程实时监测，及时保护，提高充气柜的可靠性和使用寿命。逻辑处理电路属于硬件逻辑，因此能够从硬件和软件两方面保护分合闸回路。

附图说明

图1是本发明的一种实施方式的电路原理框图；

图2是本发明的另一种实施方式的电路原理框图；

图3是电子开关桥电路、检测电路的具体电路结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示是本发明的三工位开关控制电路的电路框图。

实线框内部分是三工位开关控制电路，实线框外部分是与控制电路相关的部分，如直流电机、角度传感器、电源等。

现有技术中的控制电路，包括主处理器电路、PWM输出电路、电机驱动电路、A/D转换电路、角度传感器。

其中主处理器电路、PWM输出电路、电机驱动电路构成主要的控制部分，主处理器电路用于接收远方调度遥控或就地控制命令，经过PWM输出电路、电机驱动电路输出到直流电机。PWM输出电路，控制电子开关导通、关断，可输出方波控制电机转速。电机驱动电路，选择为4个IGBT或4个MOSFT组成的桥输出，或者为IGBT与继电器组合回路，主要目的是输出正向或反向电压信号，从而控制直流电机正转、反转。直流电机，三工位开关操作机构的直流电机，可正转、反转。角度传感器，相当于精密电位器，将三工位开关位置反应为电阻的阻值，最终接入电源反应为电压的变化。

其中的角度传感器及A/D转换电路，构成第一路监测保护电路，发现异常及时停止电机动作，并且上传至后台终端或调度远方装置，及时发现问题，及时维护。在调试时，先调节三工位开关到三个工作位置，智能单元分别记录角度传感器所对应的采样值，从而精确确定三个工位的位置，微调时可更改采样数值。A/D采样角度传感器能够实时精确指示三工位开关当前位置，在三工位开关接近预定位置时，通过调节PWM方波输出占空比，逐渐降低电机转速，达到精确定位，定位误差小于2mm。通过高精度A/D采样角度传感输出的电压信号，指示精确度可以达到了0.1mm以上，可以通过采样数值精确定位三工位的三个位置，如果在其它位置通过采样数值也可以精确的指示。

第一路监测保护电路中，主处理器电路，可为单片机MCU、DSP、ARM等；A/D转换电路，可以是独立的转换芯片，也可以是主处理器中集成的转换模块。另外，一般来说，考虑到电压差别较大，PWM输出电路和主处理器电路之间还设置有隔离电路。再者，还可以增加霍尔电流传感器，检测控制电路电压，从而可以更全面的记录工作情况。霍尔电流传感器，用来实时测量电机运行时的电流值，录波波形。

本发明的重点在于，还增加了第二路监测保护电路，该第二路监测保护电路如图1所示，包括逻辑处理电路和检测电路。检测电路连接电机驱动电路，用于根据电机驱动电路的输出形成对应的逻辑信号，并将这些逻辑信号经过所述隔离电路送入逻辑处理电路，逻辑处理电路根据输入的逻辑信号进行判断，所述判断结果用于生成（对电机驱动电路的）触发信号。

逻辑处理电路，可以选取单片机，也可为FPGA/CPLD，也可为逻辑门芯片搭建的电路。选择FPGA等芯片，相对单片机，处理速度更有优势。

主处理器可以不经过逻辑处理电路，通过PWM输出电路形成触发信号控制电机驱动电路，如图1所示的那样，在正常情况下，主处理器不经过逻辑处理电路，直接控制PWM输出电路；在对角度传感器采集的信息进行处理，在异常情况下形成告警并且直接由主处理器发出指令控制PWM输出电路形成触发信号，使电机停机。这种方式下，第二路监测保护电路的判断结果也需要由逻辑处理电路送入主处理器，由主处理器发出指令，在异常情况下停止电机。

作为其他实施方式，主处理器也可以先经过逻辑处理电路，通过逻辑处理电路、PWM输出电路后形成触发信号，如图2所示的那样；这种方式下，如果第二路的监测保护电路的逻辑处理电路采用FPGA等芯片，就能够发挥FPGA逻辑处理速度快的优势：即在第二路的监测保护电路检测到异常状态时不用经过主处理器，直接通过逻辑处理电路发出指令停止分、合闸动作。当然，这种情况下，正常情况下的触发信号形成也需要经过主处理器和逻辑处理电路，异常情况下第一路监测保护电路的采集结果也需要经过主处理器、逻辑处理电路、PWM输出电路后形成触发信号。

逻辑处理电路选择FPGA等芯片时，属于硬件逻辑，主处理电路属于软件逻辑，因此能够从硬件和软件两方面保护分合闸回路。本实施例中，整个控制电路属于（背景技术中所述的）智能单元的一部分，因此上述处理器电路、逻辑处理器电路都可以使用智能单元的处理器和逻辑处理器，这样就不必单独设置处理器电路和逻辑处理器电路。图2中，整个控制电路处于智能单元中，智能单元接收到调度远方装置的遥控命令或就地控制命令，依次通过逻辑处理电路、隔离电路、PWM输出电路至电子开关桥电路，控制电机的正/反转运行，实时采样角度传感器进行确定位置，三工位开关运行到指定工位后停止运行，同时通过霍尔电流传感器实时采样电机电流。

图1中的检测电路包括至少三种电路，在具体的实施时，可以选择配置任意一种、任意两种或全部三种电路。如图2所述为包括全部三种电路的情况，这三种电路分别是断线检测电路，堵转检测电路和电压检测电路。

图2中，电压检测电路用于检测整流电路的输出，整流电路用于将输入的控制电源整流为电机驱动电路供电。

堵转检测电路，电机运行时，电机电流值转换为电压值，通过电压比较器与一固定的电压值比较，用过流电流值来确定电机是否堵转。

断线检测电路，判断电机回路是否处于断线状态。

关于这三种电路的具体电路结构，本领域技术人员可以在现有技术中进行选择。具体的，本实施例提供了一种具体的电路结构，如图3所示：断线检测电路与堵转检测电路共用一个比较器；其中通过切换电路切换为基准低电压时，电流检测与比较器可以响应很小的电流，用于进行回路断线检测；其中通过切换电路切换为基准高电压时，电流检测与比较器可以响应很大的堵转电流，用于进行电机堵转检测。电机启动瞬间进行回路断线检测，检测到回路正常后，切换为电机堵转检测，直至电机运行完成。

图3中电流检测是用于检测电机电流，是第二路监测保护电路中的用于检测电机电流的结构，可以采用取样电阻实现，便于转化为电压信号送入比较器。其作用与上述第一路监测保护电路中的霍尔电流传感器相同，也都串设于电机回路中，都是用来检测电机电流。

如图3所示，电子开关桥电路，为四个IGBT或四个MOSFT组成的桥输出，或者为IGBT与继电器组合回路，PWM输出电路驱动IGBT。主要目的是输出正向或反向电压信号，从而控制直流电机正转、反转。IGBT1、IGBT4同时导通则电机正转，IGBT2、IGBT3同时导通则电机反转。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种集成式三工位开关控制电路，包括主处理器电路，主处理器电路通过PWM输出电路连接电机驱动电路，PWM输出电路用于形成触发信号，电机驱动电路用于根据所述触发信号驱动三工位开关的电机；所述主处理器电路还连接一路监测保护电路，该路监测保护电路包括A/D转换电路、采样处理电路以及用于检测三工位开关转过角度的角度传感器；其特征在于，还设有另一路监测保护电路，该路监测保护电路包括一个逻辑处理电路、隔离电路和对应的检测电路，所述检测电路连接所述电机驱动电路，用于根据电机驱动电路的输出形成对应的逻辑信号，并将这些逻辑信号经过所述隔离电路送入所述逻辑处理电路，逻辑处理电路根据输入的逻辑信号进行判断，所述判断结果也用于生成所述触发信号；所述检测电路为以下三种电路的一种或多种：堵转检测电路，用于检测电机是否堵转；断线检测电路，用于检测电机回路是否断线；电压检测电路，用于检测电机驱动电路的供电电压。

2.根据权利要求1所述的一种集成式三工位开关控制电路，其特征在于，所述电机驱动电路用于连接整流电路输出，并且驱动电机；电机驱动电路为电子开关桥电路，用于切换输出极性，进而控制直流电机正转反转；电机回路中串设有电流检测单元。

3.根据权利要求2所述的一种集成式三工位开关控制电路，其特征在于，所述堵转检测电路、断线检测电路包括：一个比较器，一个切换电路，一个基准高电压电路和一个基准低电压电路，比较器同相输入端连接所述电机驱动电路中的电流检测单元，反相输入端连接切换电路的输出端，切换电路的输入端分别连接所述一个基准高电压电路和一个基准低电压电路，比较器输出端连接光电隔离电路；当切换电路切换到基准高电压电路时，为堵转检测电路工作状态，当切换电路切换到基准低电压电路时，为断线检测电路工作状态。

4.根据权利要求3所述的一种集成式三工位开关控制电路，其特征在于，所述电流检测单元为采样电阻。

5.根据权利要求2所述的一种集成式三工位开关控制电路，其特征在于，所述电压检测电路连接整流电路输出端。

6.根据权利要求1所述的一种集成式三工位开关控制电路，其特征在于，所述A/D转换电路还连接有串设于电机回路中的霍尔电流传感器。

7.根据权利要求1所述的一种集成式三工位开关控制电路，其特征在于，所述主处理器电路依次通过所述逻辑处理器电路、所述隔离电路和所述PWM输出电路连接所述电机驱动电路。