CN112289619B - 一种用于接地开关的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于接地开关的控制装置，涉及电气设备控制领域，包含有电源模块、主控芯片、电机控制电路、故障报警电路、采样电路和控制面板。本发明在电源模块的设计中增加了多个保护器件，提高了电源模块电路的可靠性和稳定性；对于分合闸指示分别采用微动开关和凸轮的结合结构，保证了接地开关分合闸到位判断的准确性；设计了专门的采样电路，进而得到电机的运行电流，与设定的堵转保护电流相比对，若判断出因操作机构出现卡死等故障造成电机堵转，则控制电机停止运行，以保护电机，延长设备的使用寿命，提高了设备运行的安全系数，操作更加直观和便捷，适合大规模推广应用。

Description

一种用于接地开关的控制装置
技术领域
本发明涉及电气设备控制领域，具体的说是一种用于接地开关的控制装置。
背景技术
接地开关有手动操作和电动操作两种形式，手动操作接地开关费力且操作人员存在危险，无法实现远方操作。电动操作接地开关，由电机驱动转轴运动，凸轮接触接地开关上的合闸微动开关，电机控制回路得到合闸反馈信号，控制电机停止运行，合闸到位；电机驱动转轴相反方向运动，凸轮接触分闸微动开关，电机控制回路得到分闸反馈信号，电机停止运行，接地开关分闸完成。
现有电动操作接地开关存在以下不足：
1、可靠性低，易受外部环境影响，分合闸到位判断存在不准确性；
2、在电机发生堵转的时候不能及时启动保护，造成电机损坏。
发明内容
为解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种用于接地开关的控制装置，使接地开关的分合闸过程实现自动控制，避免受到外部环境影响，分合闸操作可靠性和准确性得到显著提高，电机发生堵转时自动停机保护，延长设备的使用寿命，操作现场更加安全可靠。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于接地开关的控制装置，包含有电源模块、主控芯片、电机控制电路、故障报警电路、采样电路和控制面板，所述电源模块为各部分电路供电，所述电机控制电路及故障报警电路分别连接于电机和主控芯片之间，所述采样电路连接于电机和主控芯片之间，检测到异常电流时，控制电机停止运行，所述控制面板与主控芯片连接，将控制信号传输给主控芯片，通过电机控制电路控制电机动作，进而控制接地开关实现分合闸操作，所述主控芯片还连接LED灯显机构，通过所述LED灯显机构显示接地开关分合闸状态，所述控制面板上设置有联锁、远方/就地、远方合闸、远方分闸、合闸到位、分闸到位的信号接点，所述远方/就地、远方合闸、远方分闸接点由用户接线，操作人员自行选择远方或者就地控制接地开关分合闸。
所述电源模块包含有整流滤波电路、电源管理电路和滤波稳压电路，AC220V输入电源通过整流滤波电路得到直流电供给电机，通过整流滤波电路和电源管理电路得到12V和24V的输出电压，通过滤波稳压电路得到5V和24V的稳定输出电压，其中12V电压用于供给电机控制电路，5V电压用于供给主控芯片及LED灯显机构，24V的稳定输出电压用于供给控制面板为各控制信号提供高电平。
所述电源模块的整流滤波电路主要包含有整流桥和由电感L1、电容C1、电容C2组成的π型滤波电路，经过整流滤波后的电压加至高频变压器的初级侧，所述电源模块的电源管理电路主要包含有在高频变压器的初级侧连接的由瞬态抑制二极管VR1、二极管D2、电阻R1和电容C3构成的箝位保护电路和稳定输出电压的控制反馈电路，所述高频变压器的原副边跨接安规电容C4，所述电源模块的滤波稳压电路主要包含有在高频变压器的次级侧连接的二极管D3、二极管D4、稳压管U2和稳压管U3，所述二极管D3和二极管D4分别连接高频电解电容C5和电解电容C8，输出的12V电压供给电机控制电路，所述稳压管U2和稳压管U3分别并联电容滤波后稳压输出5V电压和24V电压。
所述采样电路包含有场效应管Q1和采样电阻R23，所述场效应管Q1作为采样电路的开关，所述主控芯片的A/D通道采集采样电阻R23的电压信号，计算得到电机运行的电流，与设定的堵转保护电流值进行比较，若电机运行电流超过堵转保护电流值，则接地开关分合闸过程中电机出现堵转，所述主控芯片控制电机停转。
所述故障报警电路包含有三极管Q2和继电器K1，当接地开关动作过程电机出现故障时，主控芯片的引脚输出高电平使三极管Q2导通，继电器K1线圈通电常开触点闭合使得电路导通，控制面板有故障报警信号输出接点，外接报警装置进行报警提示。
所述LED灯显机构设置分别代表接地开关远方状态和就地状态的分合闸状态指示以及操作按钮，具体设置为远方状态指示灯，远方、就地状态的分闸到位、合闸到位和故障指示灯，就地状态的分闸、合闸、停止、复位操作按钮。
本发明在电源模块的设计中增加了多个保护器件，提高了电源模块电路的可靠性和稳定性；对于分合闸指示分别采用微动开关和凸轮的结合结构，保证了接地开关分合闸到位判断的准确性；设计了专门的采样电路，进而得到电机的运行电流，与设定的堵转保护电流相比对，若判断出因操作机构出现卡死等故障造成电机堵转，则控制电机停止运行，以保护电机，延长设备的使用寿命，提高了设备运行的安全系数；整个控制装置对于接地开关的控制全部自动实现，使接地开关的分合闸操作不受外部环境的影响，并能实现切换远方和就地两种状态对接地开关分合闸进行操作，并将相应的状态得以显示，操作更加直观和便捷，适合大规模推广应用。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图；
图2为本发明电源模块的电路原理图；
图3为本发明采样电路的电路原理图；
图4为本发明故障报警电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：
如图1所示，该用于接地开关的控制装置，包含有电源模块1、主控芯片2、电机控制电路3、故障报警电路4、采样电路5和控制面板6，所述电源模块1为各部分电路供电，所述电机控制电路3及故障报警电路4分别连接于电机7和主控芯片2之间，所述采样电路5连接于电机7和主控芯片2之间，检测到异常电流时，控制电机7停止运行，所述控制面板6与主控芯片2连接，将控制信号传输给主控芯片2，通过电机控制电路3控制电机7动作，进而控制接地开关9实现分合闸操作，所述主控芯片2还连接LED灯显机构10，通过所述LED灯显机构10显示接地开关9分合闸状态，所述控制面板6上设置有联锁、远方/就地、远方合闸、远方分闸、合闸到位、分闸到位的信号接点，所述远方/就地、远方合闸、远方分闸接点由用户接线，操作人员自行选择远方或者就地控制接地开关9分合闸。
作为优选的方式，本实施例中所述电源模块1包含有整流滤波电路11、电源管理电路12和滤波稳压电路13，AC220V输入电源通过整流滤波电路11得到直流电供给电机7，通过整流滤波电路11和电源管理电路12得到12V和24V的输出电压，通过滤波稳压电路13得到5V和24V的稳定输出电压，其中12V电压用于供给电机控制电路3，5V电压用于供给主控芯片2及LED灯显机构10，24V的稳定输出电压用于供给控制面板6为各控制信号提供高电平。
如图2所示，作为优选的方式，本实施例中所述电源模块1的整流滤波电路11主要包含有整流桥和由电感L1、电容C1、电容C2组成的π型滤波电路，经过整流滤波后的电压加至高频变压器的初级侧，所述电源模块1的电源管理电路12主要包含有在高频变压器的初级侧连接的由瞬态抑制二极管VR1、二极管D2、电阻R1和电容C3构成的箝位保护电路和稳定输出电压的控制反馈电路，将控制反馈电路中的MOSFET的漏极电压控制在安全范围，二极管VR1箝位及并联电容C3、电阻R1可降低电磁干扰，提高电源效率。所述高频变压器的原副边跨接安规电容C4，抑制高频变压器电磁干扰，起到承受电压冲击的作用。所述高频变压器的原副边跨接安规电容C4，所述电源模块1的滤波稳压电路13主要包含有在高频变压器的次级侧连接的二极管D3、二极管D4、稳压管U2和稳压管U3，所述二极管D3和二极管D4分别连接高频电解电容C5和电解电容C8，输出的12V电压供给电机控制电路，所述稳压管U2和稳压管U3分别并联电容滤波后稳压输出5V电压和24V电压。所述高频变压器次级侧二极管D3、二极管D4选用开关特性好、反向恢复时间更短的超快恢复二极管，电容C5为高频电解电容，可有效减少器件的发热，提高电路可靠性。
如图3所示，作为优选的方式，本实施例中所述采样电路5包含有场效应管Q1和采样电阻R23，所述场效应管Q1作为采样电路的开关，所述主控芯片2的A/D通道采集采样电阻R23的电压信号，计算得到电机运行的电流，与设定的堵转保护电流值进行比较，若电机运行电流超过堵转保护电流值，则接地开关分合闸过程中电机出现堵转，所述主控芯片2控制电机7停转，并逆向驱动电机解除卡死状态。
如图4所示，作为优选的方式，本实施例中所述故障报警电路4包含有三极管Q2和继电器K1，当接地开关动作过程电机7出现故障时，主控芯片2的引脚输出高电平使三极管Q2导通，继电器K1线圈通电常开触点闭合使得电路导通，控制面板6有故障报警信号输出接点，外接报警装置进行报警提示，报警装置由用户自行选择外接结构和方式，只要能达到提醒工作人员接地开关出现故障即可。
作为优选的方式，本实施例中所述LED灯显机构10设置分别代表接地开关远方状态和就地状态的分合闸状态指示以及操作按钮，具体设置为远方状态指示灯，远方、就地状态的分闸到位、合闸到位和故障指示灯，就地状态的分闸、合闸、停止、复位操作按钮。当用户选择就地操作接地开关分合闸时，代表远方状态的LED灯处于熄灭状态，按下分闸或者合闸操作按钮，接地开关分合闸操作；当用户选择远方状态操作接地开关分合闸时，代表远方状态的LED灯亮，此时按就地状态的分闸、合闸等操作按钮，不能控制接地开关的状态，可选择远方操作控制接地开关分合闸，当接地开关处于分闸位时，代表分闸到位的LED灯亮，代表合闸到位的LED灯处于熄灭状态，同理，当接地开关处于合闸位时，代表合闸到位的LED灯亮，代表分闸到位的LED灯处于熄灭状态。当接地开关分合闸过程出现故障，代表故障的LED灯亮，提醒操作人员接地开关出现故障，及时排查并解除故障。综上，实现了控制接地开关分合闸的远方和就地状态的切换操作，方便快捷，简单直观。
在实际的应用过程中，在LED灯显机构10的面板上，当控制信号处于就地状态，且接地开关9未合闸到位，按下合闸按钮，电机7运行通过齿轮传动带动接地开关转轴旋转，转轴旋转一定角度后，接地开关9过死点快速合闸，转轴凸轮压到接地开关9的合闸到位指示微动开关81，常开触点闭合，反馈给电机控制电路3一合闸到位信号，电机控制电路3断开，电机7停止运行，合闸到位灯亮起，为防止接地开关9齿轮长时间吃力卡死，程序设定开关合闸后电机控制电路3再次导通，电机7逆向运行较短时间后停止，此时接地开关9处于可靠合闸状态。接地开关9合闸状态时，按下分闸按钮，电机7运行带动接地开关9动触头转动与静触头分开，转轴旋转一定角度后带动用于合闸的凸轮离开合闸到位指示微动开关81，合闸到位灯熄灭，转轴旋转到接地开关9过死点可靠分闸，分闸凸轮压到分闸到位指示微动开关82，常开触点闭合，反馈给电机控制电路3一分闸到位信号，程序设定检测到分闸到位信号后电机控制电路3断开，电机7停止运行，分闸到位灯亮起，分闸后电机控制电路3再次导通，电机7逆向运行较短时间停止，此时接地开关9处于可靠分闸状态。接地开关9分合闸凸轮偏转方向之间留有一定角度，防止分合闸过程出现合闸凸轮还未离开合闸到位指示微动开关881，分闸凸轮已接触分闸到位指示微动开关82的现象。所述LED灯显机构10上设置停止和复位按钮，可控制接地开关9分合闸过程停止，在接地开关9判断故障后手动复位。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于接地开关的控制装置，其特征在于，包含有电源模块（1）、主控芯片（2）、电机控制电路（3）、故障报警电路（4）、采样电路（5）和控制面板（6），所述电源模块（1）为各部分电路供电，所述电机控制电路（3）及故障报警电路（4）分别连接于电机（7）和主控芯片（2）之间，所述采样电路（5）连接于电机（7）和主控芯片（2）之间，检测到异常电流时，控制电机（7）停止运行，所述控制面板（6）与主控芯片（2）连接，将控制信号传输给主控芯片（2），通过电机控制电路（3）控制电机（7）动作，进而控制接地开关（9）实现分合闸操作，所述主控芯片（2）还连接LED灯显机构（10），通过所述LED灯显机构（10）显示接地开关（9）分合闸状态，所述控制面板（6）上设置有联锁、远方/就地、远方合闸、远方分闸、合闸到位、分闸到位的信号接点，所述远方/就地、远方合闸、远方分闸接点由用户接线，操作人员自行选择远方或者就地控制接地开关（9）分合闸；所述电源模块（1）包含有整流滤波电路（11）、电源管理电路（12）和滤波稳压电路（13），AC220V输入电源通过整流滤波电路（11）得到直流电供给电机（7），通过整流滤波电路（11）和电源管理电路（12）得到12V和24V的输出电压，通过滤波稳压电路（13）得到5V和24V的稳定输出电压，其中12V电压用于供给电机控制电路（3），5V电压用于供给主控芯片（2）及LED灯显机构（10），24V的稳定输出电压用于供给控制面板（6）为各控制信号提供高电平；所述电源模块（1）的整流滤波电路（11）主要包含有整流桥和由电感L1、电容C1、电容C2组成的π型滤波电路，经过整流滤波后的电压加至高频变压器的初级侧，所述电源模块（1）的电源管理电路（12）主要包含有在高频变压器的初级侧连接的由瞬态抑制二极管VR1、二极管D2、电阻R1和电容C3构成的箝位保护电路和稳定输出电压的控制反馈电路，所述高频变压器的原副边跨接安规电容C4，所述电源模块（1）的滤波稳压电路（13）主要包含有在高频变压器的次级侧连接的二极管D3、二极管D4、稳压管U2和稳压管U3，所述二极管D3和二极管D4分别连接高频电解电容C5和电解电容C8，输出的12V电压供给电机控制电路，所述稳压管U2和稳压管U3分别并联电容滤波后稳压输出5V电压和24V电压；通过程序设定开关开、合闸后电机控制电路（3）再次导通，电机（7）逆向运行较短时间后停止。
2.根据权利要求1所述的一种用于接地开关的控制装置，其特征在于，所述采样电路（5）包含有场效应管Q1和采样电阻R23，所述场效应管Q1作为采样电路的开关，所述主控芯片（2）的A/D通道采集采样电阻R23的电压信号，计算得到电机运行的电流，与设定的堵转保护电流值进行比较，若电机运行电流超过堵转保护电流值，则接地开关分合闸过程中电机出现堵转，所述主控芯片（2）控制电机（7）停转。
3.根据权利要求1所述的一种用于接地开关的控制装置，其特征在于，所述故障报警电路（4）包含有三极管Q2和继电器K1，当接地开关动作过程电机（7）出现故障时，主控芯片（2）的引脚输出高电平使三极管Q2导通，继电器K1线圈通电常开触点闭合使得电路导通，控制面板（6）有故障报警信号输出接点，外接报警装置进行报警提示。
4.根据权利要求1所述的一种用于接地开关的控制装置，其特征在于，所述LED灯显机构（10）设置分别代表接地开关远方状态和就地状态的分合闸状态指示以及操作按钮，具体设置为远方状态指示灯，远方、就地状态的分闸到位、合闸到位和故障指示灯，就地状态的分闸、合闸、停止、复位操作按钮。
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刘志华.《电力电子技术》.2017,第226页. *
文尚胜编著.《半导体照明技术》.2013,第279页. *
曹新.《51单片机入门、进阶与实战一本通》.2019,第175页. *

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