CN105897082A - 中压开关柜底盘车/接地刀控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中压开关柜底盘车/接地刀控制电路，主处理器电路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、以及用于采集电机电流的电流传感器，所述电流传感器经过所述A/D转换电路连接所述主处理器电路；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驱动电路，用于根据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控制信号。本发明的控制电路中，监测保护电路分为两路，全面分析电机情况，大大提高了可靠性。

Description

中压开关柜底盘车/接地刀控制电路

技术领域

本发明涉及一种中压开关柜底盘车/接地刀控制电路。

背景技术

随着中压开关柜的智能化程度不断提高，对开关柜中底盘车/接地刀控制由手动控制逐渐变为电动控制，衍生出各种底盘车/接地刀控制模块。

如CN204906000U的中国专利申请，披露了一种电动底盘车电动接地刀控制装置，包括开关驱动电路，PWM控制模块，电机正反转控制模块等，还包括采样模块，用于采样信息，并且反馈到总控制模块。

上述方式存在以下问题：1，这种方案完全依赖采样模块，可靠性低，可以进行控制及简单的保护功能，不能对直流电机运行时电气性能进行全面检测，发现问题不能及时上报，稳定性差。在运行时容易出现机构卡滞，电机过流及堵转的情况时有发生，导致机械变形以及电机烧毁。而且，总控制模块一般采样单片机，而单片机处理速度不够快，影响对设备的保护。2，这种控制模块一般都独立为一个控制单元，占用空间。3，在驱动直流电机时，通常用四个IGBT切换来控制电机正反转时，容易出现电源短路及IGBT损坏的情况，如果用继电器来通断直流电源，电弧非常大不容易熄灭，影响使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种中压开关柜底盘车/接地刀控制电路，用以解决现有技术的控制电路可靠性、稳定性差的问题；并且进一步解决处理速度慢得问题，占用空间的问题以及四个IGBT切换控制电机正反转易造成电源短路等问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种中压开关柜底盘车/接地刀控制电路，包括主处理器电路，主处理器电路通过PWM输出电路连接驱动电路，PWM输出电路用于形成触发控制信号，驱动电路用于根据所述触发控制信号驱动电机；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、以及用于采集电机电流的电流传感器，所述电流传感器经过所述A/D转换电路连接所述主处理器电路；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驱动电路，用于根据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控制信号；所述检测电路包括下面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，用于检测电机是否断线；电压检测电路，用于检测驱动电路的供电电压。

进一步的，所述驱动电路用于连接整流电路输出，并且驱动电机；驱动电路包括：IGBT、继电器桥输出电路和电流检测单元；继电器桥输出电路由一开一闭的两个继电器组成，用来切换输出极性，进而控制直流电机正转反转；两个继电器为单刀双掷继电器，两个继电器的静触点用于连接电机两端，每个继电器的一个动触点短接，并且通过所述IGBT、电流检测单元连接整流电路负极输出；每个继电器的另一个动触点均连接整流电路正极输出。

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，所述电流传感器为霍尔电流传感器。

进一步的，所述中压开关柜底盘车/接地刀控制电路设于智能单元中，所述主处理器电路和逻辑处理电路分别为智能单元的主处理器和逻辑处理电路。

本发明的控制电路中，监测保护电路分为两路，通过两方面途径获取信息，分析电机情况，大大提高了可靠性和稳定性。三种电路，堵转检测电路，断线检测电路，电压检测电路，可以根据需要自行选择一种或多种，方式灵活。

而且，主处理器实时高精度采样电机电流，记录电机运行时间、次数和电流波形，及时输出过流报警信号。同时加设逻辑处理电路，一旦检测到过流信号，直接停止分合闸动作，增加电流保护的灵活性，逻辑处理电路属于硬件逻辑，而主处理器器属于软件逻辑，因此能够从硬件和软件两方面保护分合闸回路。

驱动电路改为一个IGBT，避免了四个IGBT组成桥时容易出现电源短路及IGBT烧坏的情况，又能避免继电器通断直流时产生电弧影响寿命。

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是一种具体的驱动电路和检测电路。

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所示是本发明的中压开关柜底盘车/接地刀控制电路的电路框图。

实线框内部分是控制电路，实线框外部分是与控制电路相关的直流电机、位置开关、输入电源等。

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

其中主处理器电路、PWM输出电路、驱动电路构成主要的控制部分，主处理器电路能够通过PWM输出电路、驱动电路控制电机的运行，而且还能够与远方调度装置通讯，将电机信息上送。

其中的电流传感器及A/D转换电路，构成第一路监测保护电路，电流传感器拥有实时测量电机运行时的电流数值，录波波形。

具体的，电流传感器可以采用霍尔电流传感器。

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。

本发明的重点在于，为了克服仅依靠电流传感器进行录波判断异常情况的局限性和低可靠性，本发明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，为安全性考虑，检测电路与逻辑处理电路之间还设有隔离电路。检测电路连接驱动电路，用于根据驱动电路的情况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（对驱动电路的）触发和控制信号。

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输出电路形成触发和控制信号控制驱动电路，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；在对电流传感器采集的电流进行录波的过程中，同时判断电流波形，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输出电路形成触发控制信号，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，在异常情况下使电机停机。

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和控制信号，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使电机停机。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和控制信号。

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。如图2中，整个控制电路可以设于智能单元中，作为智能单元的一部分，这样上述处理器电路、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。将控制部分集成在智能单元中，节约成本，减少空间及走线。

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，判断电机回路是否处于断线状态，处于断线状态时电机运行不会成功；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，用过流来确定电机是否堵转；电压检测电路，判断控制电源有无，控制电源没有时，电机控制不会成功；控制电源是指电机电源输入经过整流电路整流后形成的控制电源。

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，都是用来检测电机电流。

图1中的驱动电路，包括图2所示的IGBT电路和继电器桥输出电路，具体为图3中左上部分。经过整流电路形成的控制电源用于为IGBT电路和继电器桥输出电路供电。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。继电器桥输出电路，有一开一闭的继电器组合，用来切换输出驱动的极性，进而控制直流电机正转反转。KS1、KS2为单刀双掷的继电器，PWM输出电路控制继电器的线圈；用双路继电器组成桥电路来控制直流电机正反转，IGBT来开断直流电流，即避免了4个IGBT组成桥时容易出现电源短路及IGBT烧坏的情况，又能避免继电器通断直流时产生电弧影响寿命。

电机启动时，首先KS1的ac触点接通KS2的bc触点接通（或者KS1的bc触点接通KS2的ac触点接通），然后IGBT导通，电机开始运行。电机停止流程，首先IGBT截止，然后KS1与 KS2均将状态保持为bc触点接通。电机的启动停止均为IGBT控制，继电器KS1/KS2的作用为控制电机的转动方向，控制过程中继电器不会出现燃弧现象。无论继电器与IGBT如何动作，均不会出现短路情况。

静态时，通过断线检测电路实时检测电机回路是否断线，通过电压检测电路实时检测电机电源有无，并上传到后台终端或调度远方装置。底盘车/接地刀动作流程，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输出电路至继电器桥输出电路与IGBT电路，控制电机的正/反转运行，到预定位置并且位置开关正确切换之后电机停止运行，同时通过霍尔电流传感器实时采样电机电流。电机运行时，如果堵转检测电路检测到电机堵转，逻辑处理电路会迅速停止电机运行以保护电机回路。电机运行时，通过霍尔电流传感器实时采样电机电流，判断电机过流或堵转，过流及堵转电流的数值可以精确设定，延时时间可以用定值或电流反时限的方式判断。及时停止电机运行，保护电机回路。主处理器会记录电机运行总时间，每次电机运行时间，电机运行次数以及电机电流录波，分析电机工况。电机运行时，如果电压检测电路检测到无压或断线检测电路检测到回路断线，逻辑处理电路会停止电机运行，并通知主处理器上传给调度远方装置。

另外，图2中还给出了开关量处理电路，用于检测位置开关（即底盘车/接地刀位置）的状态；开关量处理电路通过隔离电路连接逻辑处理电路，将位置开关的信息提供给逻辑处理电路，以供逻辑处理电路进行分析判断。开关量处理电路也属于监测保护电路，可以作为上述第一路监测保护电路的一部分，也可以视为上述第二路监测保护电路的一部分。

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)

1.一种中压开关柜底盘车/接地刀控制电路，包括主处理器电路，主处理器电路通过PWM输出电路连接驱动电路，PWM输出电路用于形成触发控制信号，驱动电路用于根据所述触发控制信号驱动电机；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、以及用于采集电机电流的电流传感器，所述电流传感器经过所述A/D转换电路连接所述主处理器电路；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驱动电路，用于根据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控制信号；所述检测电路包括下面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，用于检测电机是否断线；电压检测电路，用于检测驱动电路的供电电压。

2.根据权利要求1所述的一种中压开关柜底盘车/接地刀控制电路，其特征在于，所述驱动电路用于连接整流电路输出，并且驱动电机；驱动电路包括：IGBT、继电器桥输出电路和电流检测单元；继电器桥输出电路由一开一闭的两个继电器组成，用来切换输出极性，进而控制直流电机正转反转；两个继电器为单刀双掷继电器，两个继电器的静触点用于连接电机两端，每个继电器的一个动触点短接，并且通过所述IGBT、电流检测单元连接整流电路负极输出；每个继电器的另一个动触点均连接整流电路正极输出。

3.根据权利要求2所述的一种中压开关柜底盘车/接地刀控制电路，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所述的一种中压开关柜底盘车/接地刀控制电路，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所述的一种中压开关柜底盘车/接地刀控制电路，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所述的一种中压开关柜底盘车/接地刀控制电路，其特征在于，所述电流传感器为霍尔电流传感器。

7.根据权利要求1所述的一种中压开关柜底盘车/接地刀控制电路，其特征在于，所述中压开关柜底盘车/接地刀控制电路设于智能单元中，所述主处理器电路和逻辑处理电路分别为智能单元的主处理器和逻辑处理电路。