CN203691066U - 一种带相位控制及开关监控功能的永磁机构控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带相位控制及开关监控功能的永磁机构控制器。包括交流采样模块、CPU主控模块、第一永磁机构驱动模块、第二永磁机构驱动模块、第三永磁机构驱动模块，电源模块插接在背板上用于供电；交流采样模块通过背板连接到CPU主控模块外扩的14位A/D模块上；第一永磁机构驱动模块、第二永磁机构驱动模块和第三永磁机构驱动模块经并口总线方式通过背板连接到CPU主控模块的PWM模块上；人机界面模块经并口总线方式通过背板连接到CPU主控模块外扩的RAM上。本实用新型提高了抗干扰能力和工作可靠性，大大降低了制造成本和二次控制回路的复杂性，三个永磁机构驱动模块相对独立，有各自的储能电容，控制简单，易维护。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种配电自动化控制设备，更具体涉及一种可实现相位控制及开关监控功能的永磁机构控制器。提高了抗干扰能力和工作可靠性，大大降低了制造成本和二次控制回路的复杂性，三个永磁机构驱动模块相对独立，有各自的储能电容，控制简单，易维护。
背景技术
相控开关技术是指断路器在控制系统的控制下，在系统电压或电流波形的指定相角处合闸或分闸，使电力设备在对自身和系统冲击最小的情况下投入或切出电力系统的智能控制技术。但是传统的断路器是由复杂的传动机构组成的机械系统，动作时间分散性大，运动可控性差，响应速度慢，因而很难实现机械运动的精确控制。永磁机构是一种电磁操动、永磁保持、电子控制的操作机构，性能先进。由于取消了脱扣、锁扣装置，而采用永久磁铁进行终端位置的保持，动作元件和零部件数目明显减少，使断路器动作的可靠性大大提高，分合闸时间稳定，分合闸动作时间分散性小，满足相控开关技术的要求。传统的永磁机构控制器功能单一，只对永磁机构进行分合驱动和分合状态等简单的监控，智能化程度较低。用于相控功能断路器的永磁机构控制器，由于要实现断路器三相独立操作，传统的方法是采用三个独立的永磁机构控制器，再通过具有三组独立开出的相位控制器对其进行控制。其次，为完成开关自身的性能监控，传统的方法还需要配置一个检测装置模块。采用上述方案的断路器智能化程度较低，五个模块通过并行总线相连接，系统结构和外部走线复杂，容易受到外界的电磁干扰，系统精度和可靠性降低，还增加了整体的制造成本和二次控制回路的复杂性，不能适应智能配电网发展的需求。
实用新型内容
本实用新型目的在于提出一种带相位控制及开关监控功能的永磁机构控制器。提高了抗干扰能力和工作可靠性，大大降低了制造成本和二次控制回路的复杂性，三个永磁机构驱动模块相对独立，有各自的储能电容，控制简单，易维护。
为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种带相位控制及开关监控功能的永磁机构控制器，包括交流采样模块、CPU主控模块、第一永磁机构驱动模块、第二永磁机构驱动模块、第三永磁机构驱动模块，其特征在于：
电源模块插接在背板上用于供电；交流采样模块通过背板连接到CPU主控模块外扩的14位A/D模块上；第一永磁机构驱动模块、第二永磁机构驱动模块和第三永磁机构驱动模块经并口总线方式通过背板连接到CPU主控模块的PWM模块上；人机界面模块经并口总线方式通过背板连接到CPU主控模块外扩的RAM上。
CPU主控模块，包括数字信号处理单元、开入单元、开出单元、存储单元、通讯单元、实时时钟单元和温度检测单元。
第一永磁机构驱动模块、第二永磁机构驱动模块和第三永磁机构驱动模块三组独立，结构相同，第一永磁机构驱动模块包括中心对称半桥结构的放电回路单元、合闸驱动单元、分闸驱动单元、合分闸信号互锁单元、合闸储能电容单元、分闸储能电容单元、线圈电流采样单元和开关位置检测单元。
交流采样模块，包括互感器单元和隔离单元。
人机界面模块，包括LCD显示单元、LED显示单元和按键识别单元。
电源模块为控制器所有的模块提供所需要的直流电源，并通过背板实现所以模块的电连接。
本实用新型的有益效果是：1）控制器将三个永磁机构驱动模块、相控开关技术和开关监控集合成一个智能控制装置，接线简单，提高了抗干扰能力和工作可靠性，大大降低了制造成本和二次控制回路的复杂性；2）具有友好的人机对话界面，可以方便地查看电网电量参数、开关状态参数、设置相位角和通讯参数等；3）具有开关监控功能，可对开关实现在线监测，对开关性能进行评估；4）三个永磁机构驱动模块相对独立，有各自的储能电容，控制简单，易维护；5）将相位控制技术与永磁机构驱动技术有效结合，通过闭环控制，自适应补偿温度，保证合、分闸动作时间的稳定性，提高分合闸相位的精度。
附图说明
图1是一种带相位控制及开关监控功能的永磁机构控制器的结构示意图
图2是一种带相位控制及开关监控功能的永磁机构控制器结构框图
其中：1-电源模块、2-交流采样模块、3-CPU主控模块、4A-第一永磁机构驱动模块、5B-第二永磁机构驱动模块、6C-第三永磁机构驱动模块、7-背板、8-人机界面模块。
具体实施方式
下面结合附图详述本实用新型的具体实施方式：
一种带相位控制及开关监控功能的永磁机构控制器，包括交流采样模块2、CPU主控模块3、第一永磁机构驱动模块4A、第二永磁机构驱动模块5B、第三永磁机构驱动模块6C，其特征在于：
电源模块1插接在背板7上用于供电；交流采样模块2通过背板7连接到CPU主控模块3外扩的14位A/D模块上；第一永磁机构驱动模块4A、第二永磁机构驱动模块5B和第三永磁机构驱动模块6C经并口总线方式通过背板7连接到CPU主控模块3的PWM模块上；人机界面模块8经并口总线方式通过背板7连接到CPU主控模块3外扩的RAM上。
CPU主控模块3包括数字信号处理单元、开入单元、开出单元、存储单元、通讯单元、实时时钟单元和温度检测单元。
第一永磁机构驱动模块4A、第二永磁机构驱动模块5B和第三永磁机构驱动模块6C三组独立，结构相同，第一永磁机构驱动模块4A包括中心对称半桥结构的放电回路单元、合闸驱动单元、分闸驱动单元、合分闸信号互锁单元、合闸储能电容单元、分闸储能电容单元、线圈电流采样单元和开关位置检测单元。
交流采样模块2包括互感器单元和隔离单元。
人机界面模块8包括LCD显示单元、LED显示单元和按键识别单元。
电源模块1为控制器所有的模块提供所需要的直流电源，并通过背板7实现所以模块的电连接。
带相位控制及开关监控功能的永磁机构控制器采用类似工业计算机的板卡式结构，电源模块1、交流采样模块2、CPU主控模块3、第一永磁机构驱动模块4A、第二永磁机构驱动模块5B、第三永磁机构驱动模块6C和人机界面模块8插在无源的背板7上，方便现场的维护。
电源模块1将输入的交流或直流电源转换成相互隔离的直流电，通过背板7与交流采样模块2、CPU主控模块3、第一永磁机构驱动模块4A、第二永磁机构驱动模块5B、第三永磁机构驱动模块6C和人机界面模块8电连接，为这些模块提供所需要的直流电。交流采样模块2的输入端与电子式电压和电流互感器的输出端连接，经过交流采样模块2中电路的隔离转换处理后，通过背板7将这些信号传输给CPU主控模块3计算，得到电网的电压电流值与相位角。CPU主控模块3包括数字信号处理单元、开入单元、开出单元、存储单元、通讯单元、实时时钟单元和温度检测单元。开入单元通过光耦电路将开入量隔离转换成CPU可接受的信号，完成接收主机发送的信息或命令；开出单元是在CPU的通用输入输出口上加上一个反向驱动器MC1413电路，用来驱动继电器吸合与释放动作，完成发送断路器状态或告警信息给主机；存储单元是在CPU的通用输入输出口上加上一个EEPROM存储芯片AT24C256电路，用来存取控制器的运行数据和信息；通讯单元是由RS485和CAN电路组成，用于与主机进行通讯，实现串口通讯功能；实时时钟单元是在CPU的通用输入输出口上加上一个时钟日历DS1337电路，用于控制器的系统时钟的读取以及校时；温度检测单元是利用数字温度传感器DS18B20组成的电路，用于控制器的系统温度的读取；数字信号处理单元是由DSP组成的最小系统电路，完成对所述控制器其他单元的管理与控制。三个独立的第一永磁机构驱动模块4A、第二永磁机构驱动模块5B和第三永磁机构驱动模块6C通过背板7与CPU主控模块3和电源模块1电连接，CPU主控模块3产生3组独立的PWM信号，使三组永磁机构驱动模块动作，来控制三组永磁机构，实现三相相控合、分闸功能。每个独立的永磁机构驱动模块都包括中心对称半桥结构的放电回路单元、合闸驱动单元、分闸驱动单元、合分闸信号互锁单元、储能电容单元、线圈电流采样单元和开关位置检测单元。合闸驱动单元和分闸驱动单元都是采用光耦芯片HCLP-316L组成的电路，实现隔离故障和驱动IGBT；合分闸信号互锁单元对DSP发出的合闸和分闸信号进行互锁控制，以免造成储能电容短路；储能电容单元有电容电压检测电路，电容器两端通过分压电阻截取一部分电压后，经过放大和线性光耦隔离后，转换成DSP的A/D模块可以识别的信号，从而得到电容器上的电压值，与永磁机构操作要求的电压值进行对比，DSP发出开始或停止充电指令；线圈电流采样单元采用霍尔电流传感器，传感器输出电压与输入电流成比例关系，通过放大转换成DSP的A/D模块可以识别的信号，从而得到线圈电流值；开关位置检测单元采用光栅式位移传感器，输出是5V的正交编码脉冲信号，通过电路转换成DSP的QEP模块可以识别的信号后，就可以进行正交编码脉冲进行解码和计数，得到开关位置的位移和速度等参数；永磁机构驱动电路，如图三所示，当执行合闸命令时，CPU主控模块3产生的PWM信号通过隔离放大后驱动IGBT管Q1导通，电容C1放电，电流从线圈“+”至“-”流过，从而使开关进行合闸操作，在合闸过程中，通过检测线圈的电流和开关位置，CPU主控模块3实时调整输出的PWM占空比，使机构线圈电流按照要求变化，实现断路器合闸操作过程中开关位置运动特性的闭环控制，保证动作时间的稳定性，提高合闸相位的精度。分闸过程与合闸类似，CPU主控模块3产生的PWM信号通过隔离放大后驱动IGBT管Q2导通，电容C2放电，电流从线圈“-”至“+”流过，从而使开关进行分闸操作。
Claims (5)
1.一种带相位控制及开关监控功能的永磁机构控制器，包括交流采样模块（2）、CPU主控模块（3）、第一永磁机构驱动模块（4A）、第二永磁机构驱动模块（5B）、第三永磁机构驱动模块（6C），其特征在于：
电源模块（1）插接在背板（7）上用于供电；交流采样模块（2）通过背板（7）连接到CPU主控模块（3）外扩的14位A/D模块上；第一永磁机构驱动模块（4A）、第二永磁机构驱动模块（5B）和第三永磁机构驱动模块（6C）经并口总线方式通过背板（7）连接到CPU主控模块（3）的PWM模块上；人机界面模块（8）经并口总线方式通过背板（7）连接到CPU主控模块（3）外扩的RAM上。
2.如权利要求1所述的一种带相位控制及开关监控功能的永磁机构控制器，其特征在于：
所述的CPU主控模块（3）包括数字信号处理单元、开入单元、开出单元、存储单元、通讯单元、实时时钟单元和温度检测单元。
3.如权利要求1所述的一种带相位控制及开关监控功能的永磁机构控制器，其特征在于：
所述的第一永磁机构驱动模块（4A）、第二永磁机构驱动模块（5B）和第三永磁机构驱动模块（6C）三组独立，结构相同，第一永磁机构驱动模块（4A）包括中心对称半桥结构的放电回路单元、合闸驱动单元、分闸驱动单元、合分闸信号互锁单元、合闸储能电容单元、分闸储能电容单元、线圈电流采样单元和开关位置检测单元。
4.如权利要求1所述的一种带相位控制及开关监控功能的永磁机构控制器，其特征在于：
所述的交流采样模块（2）包括互感器单元和隔离单元。
5.如权利要求1所述的一种带相位控制及开关监控功能的永磁机构控制器，其特征在于：
所述的人机界面模块（8）包括LCD显示单元、LED显示单元和按键识别单元。
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