CN203788201U - 高压gis隔离开关凸极式转子电机操动机构控制箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种高压GIS隔离开关凸极式转子电机操动机构控制箱，属于电器自动化控制技术领域，本实用新型利用DSP28335为数据核心处理单元，搭建了控制系统平台，并设计控制箱实现了控制系统的集中化，控制箱体材料采用铝合金材质，可以减轻箱体的重量，同时箱体通过电阻与三相插座的地线相接，防止漏电与静电对设备或人造成伤害，此外，控制箱在节省了空间的同时，使得控制系统更具稳定性、安全性、便携性、简便性，也增加了该控制装置的应用范围。

Description

高压GIS隔离开关凸极式转子电机操动机构控制箱

技术领域

本实用新型属于电器自动化控制技术领域，具体涉及一种高压GIS隔离开关凸极式转子电机操动机构控制箱。

背景技术

高压GIS隔离开关是电力系统中重要的设备之一，它能否正常实现快速分闸、合闸操作对电网安全稳定的运行起到了决定性的作用，随着技术的发展电机操动机构克服了传统操动机构的非线性和难以控制的缺点，体现出具有转动惯量、易于控制实现分合闸操作等优点。目前采用的控制系统装置大多集成程度比较低，携带不方便，也未能解决储能电源与控制电路一体化，为整个控制系统的应用带来了许多不便。

发明内容

针对现有技术的缺点，本实用新型提出一种高压GIS隔离开关凸极式转子电机操动机构控制箱，以达到节省空间、提高控制装置携带性、稳定性和安全性的目的。

一种高压GIS隔离开关凸极式转子电机操动机构控制箱，包括箱体、电压显示屏、蜂鸣器、调压器、电流传感器、储能电容器和电路板，其中，电压显示屏通过箱体的前面板通孔进行固定，并与储能电容器的两端相连接；蜂鸣器通过箱体的前面板通孔进行固定，并与设置于箱体内部的电路板相连接；调压器通过箱体的中间夹层面板通孔和上面板通孔进行固定，并与设置于箱体内部的电路板相连接；储能电容器通过箱体的中间夹层面板通孔进行固定，并与设置于箱体内部的电路板相连接；电流传感器固定于箱体内部，并与电路板相连；电路板固定于箱体的中间夹层面板上；

所述的箱体采用铝合金材料制成；

所述的箱体的前面板上包括：位置信号插口、转速信号插口、第一电机三相控制输出端口、第二电机三相控制输出端口、上位机插口、仿真器插口、充电按钮、放电按钮、分闸按钮和合闸按钮；

所述的位置信号插口和转速信号插口均通过航空插头与被测电机上的传感器相连。

所述的电路板包括：电流检测电路、位置检测电路、速度检测电路、分合闸捕获电路、电网电压零点检测电路、中央处理器、单相桥式IGBT整流电路、单相IGBT驱动电路、电容充放电检测控制电路、三相IGBT驱动电路、三相桥式IGBT整流电路和整流桥，其中：

电流检测电路的输出端连接中央处理器的第一输入端，电流检测电路的输入端连接电流传感器的输出端，位置检测电路的输出端连接中央处理器的第二输入端，速度检测电路输出端连接中央处理器的第三输入端，分合闸捕获电路的输出端连接中央处理器的第四输入端，电网电压零点检测电路连接中央处理器的第五输入端，电网电压零点检测电路的输入端接入电网；中央处理器的第一输出端连接单相IGBT驱动电路的输入端，单相IGBT驱动电路的输出端连接单相桥式IGBT整流电路的第一输入端，单相桥式IGBT整流电路的第二输入端接入电网；中央处理器的第二输出端连接电容充放电检测控制电路的第一输入端，电容充放电检测控制电路的第一输出端连接储能电容器的第一输入端，储能电容器的第一输出端连接电容充放电检测控制电路的第二输入端，电容充放电检测控制电路的第二输出端连接中央处理器的第六输入端；中央处理器的第三输出端连接三相IGBT驱动电路的输入端，三相IGBT驱动电路的输出端连接三相桥式IGBT整流电路的第一输入端，三相桥式IGBT整流电路的第二输入端连接储能电容器的第二输出端，储能电容器的第二输入端连接整流桥的输出端，整流桥的输入端连接调压器的输出端，调压器的输入端接入电网。

所述的位置信号插口连接位置检测电路的输入端；转速信号插口连接速度检测电路的输入端；第一电机三相控制输出端口连接单相桥式IGBT整流电路的输出端；第二电机三相控制输出端口连接三相桥式IGBT整流电路的输出端；上位机插口连接中央处理器的第四输出端；仿真器插口连接中央处理器的第五输出端；充电按钮串联在储能电容器和调压器之间；放电按钮串联电阻连接在储能电容器的正负极两端；分闸按钮连接中央处理器的第七输入端；合闸按钮连接中央处理器的第八输入端。

所述的分合闸捕获电路通过无线网络接收遥控装置发出的分闸信号和合闸信号。

所述的调压器的调压范围为0～250V。

本实用新型优点：

本实用新型一种高压GIS隔离开关凸极式转子电机操动机构控制箱，利用DSP28335为数据核心处理单元，搭建了控制系统平台，并设计控制箱实现了控制系统的集中化，控制箱体材料采用铝合金材质，可以减轻箱体的重量，同时箱体通过电阻与三相插座的地线相接，防止漏电与静电对设备或人造成伤害，此外，控制箱在节省了空间的同时，使得控制系统更具稳定性、安全性、便携性、简便性，也增加了该控制装置的应用范围。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例的控制箱体面板结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例的控制箱体中间夹层板结构示意图；

图3为本实用新型一种实施例的控制箱体上面板结构示意图；

图4为本实用新型一种实施例的高压GIS隔离开关凸极式转子电机操动机构控制箱电路板结构示意图；

图5为本实用新型一种实施例的电源模块的5V～3.3V电路；

图6为本实用新型一种实例的ADS8364转换电路的电路图；

图7为本实用新型一种实施例的电流传感器电路连接图；

图8为本实用新型一种实施例的电流检测电路电路原理图；

图9为本实用新型一种实施例的位置传感器接线图；

图10为本实用新型一种实施例的位置检测电路原理图；

图11为本实用新型一种实施例的速度检测电路原理图；

图12为本实用新型一种实施例的分合闸捕获电路原理图；

图13为本实用新型一种实施例的电网电压零点检测电路原理图；

图14为本实用新型一种实施例的单相桥式IGBT整流电路原理图；

图15为本实用新型一种实施例的三相桥式IGBT整流电路原理图；

图16为本实用新型一种实施例的电容充放电检测控制电路原理图；

图17为本实用新型一种实施例的IGBT驱动电路原理图；

图18为本实用新型一种实施例的DSP28335接线引脚图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型一种实施例做进一步说明。

一种高压GIS隔离开关凸极式转子电机操动机构控制箱，包括箱体(采用铝合金材料制成)、电压显示屏、蜂鸣器、调压器、电流传感器、储能电容器和电路板，如图1所示，所述的箱体的前面板上包括：位置信号插口、转速信号插口、第一电机三相控制输出端口、第二电机三相控制输出端口、上位机插口、仿真器插口、充电按钮、放电按钮、分闸按钮和合闸按钮；

本实施例中，调压器采用的型号为TDGC2-3KVA；储能电容器采用450V/22000uF；电流传感器采用CHF-400B型号；蜂鸣器型号为HYD-4218；电压显示屏采用的型号为BY-888；被测电机上传感器为旋转编码器和位置传感器，旋转编码器采用E6B2-CWZ1X1000P/R型旋转编码器；位置传感器是由三个型号为TO-92UA霍尔元件粘贴在霍尔盘上所组成的；所述的调压器的调压范围为0～250V；所述的位置信号插口和转速信号插口均通过航空插头与被测电机上的传感器相连，减少因传感器输出端直接与相应的检测电路板相接线路分散、链接不稳定造成的信号捕获不稳定。

如图1所示，电压显示屏通过箱体的前面板通孔进行固定，并与储能电容器的两端相连接，实时显示电容器的电压值；蜂鸣器通过箱体的前面板通孔进行固定，并与设置于箱体内部的电路板相连接；如图2和图3所示，调压器通过箱体的中间夹层面板通孔和上面板通孔进行固定，并与设置于箱体内部的电路板相连接；储能电容器通过箱体的中间夹层面板通孔进行固定，并与设置于箱体内部的电路板相连接；电流传感器固定于箱体内部，并与电路板相连电流传感器采用CHF-400B型号；电路板固定于箱体的中间夹层面板上。

如图4所示，本实用新型实施例的电路板包括：电流检测电路、位置检测电路、速度检测电路、分合闸捕获电路、电网电压零点检测电路、中央处理器、单相桥式IGBT整流电路、单相IGBT驱动电路、电容充放电检测控制电路、三相IGBT驱动电路、三相桥式IGBT整流电路和整流桥。

本实施例中，电流检测电路由两组OP07及其外围硬件组成；速度检测电路采用总线收发器SN74LVCH245A作为电平转换器件，将旋转编码器输出信号转换成3.3V输入DSP处理器中；位置检测电路采用74HC14和74CBTD3384芯片组成，实现将位置信号由5V转换到3.3V传输给DSP；分合闸捕获电路由外围遥控器件和74HC14、CC384及其外围的限流电路组成；电网电压零点检测电路由电压互感器、运算放大器、电阻以及电容连接组成，其中，电压互感器采用TV1013-1M，运算放大器采用LM385和OP07；如图18所示，中央处理器以支持浮点运算的TMS320F28335为核心组成的，在加快数据处理的同时也提高了电机对控制信号的响应效率，为在毫秒级实现对动触头速度的控制提供了支持；单相桥式IGBT整流电路和三相桥式IGBT整流电路均由型号为SKM600GB066D的IGBT组成；单相IGBT驱动电路和三相IGBT驱动电路均由HCNR200线性光耦、M57962L驱动芯片及其外围电路组成，实现PWM波幅值由3.3V到15V的升压，驱动IGBT的导通；电容充放电检测控制电路由HCNR200光耦、OPAMP放大器、LED发光二极管、15V0.5W稳压二极管、P6KE18CA二极管及其外围硬件电路组成；电容充放电检测控制电路由运算放大器OP07、线性光耦HCNR200和BNTDH39型号的IGBT等组成；整流桥采用型号为MDQ100-160的整流桥，实现交直流的转换。

如图5所示，本实施例中，还设置有电源模块，由AMS1117芯片及其外围硬件电路组成，包括220V交流电压转为±15V电路、5V直流电压以及5V～3.3V电平转换电路组成。

如图6所示，本实施例中，还设置有三个AD转换电路，分别设置于电流检测电路与DSP之间，位置检测电路与DSP之间，速度检测电路与DSP之间，AD转换电路由电平转换电路和ADS8364外围硬件电路组成。

如图7和图8所示，本实施例中，所述的检测电机电枢三相绕组和激磁线圈的电流传感器的输出端3分别连接各自相对应的电流检测电路的输入端，电流检测电路的输出端连接中央处理器DSP的另两路输入端ADCINB0、ADCINB1。

本实用新型采用的电机是申请号为201310582246.X，申请日为2013年11月18日专利中的无刷线圈励磁直流电机。

如图9和图10所示，本实施例中，位置传感器信号输出端A、B、C连接位置检测电路内部74HC14芯片的CAP4、CAP5、CAP6，位置检测电路内部芯片74CBTD3384的输出端DSCAP4、DSCAP5、DSCAP6连接中央处理器的输入端CAP1、CAP2、CAP3。

如图11所示，旋转编码器的输出端连接,速度检测电路内部芯片SN74LVCH254A的A1引脚，速度检测电路的输出端B1引脚连接中央处理器DSP的CAP4引脚。

如图12所示，分合闸捕获电路内部芯片74CBTD3384引脚DSCAP4、DSCAP5、DSCAP6连接中央处理器的CAP5、CAP6、CAP7端；所述的分合闸捕获电路通过无线网络接收遥控装置发出的分闸信号和合闸信号。

如图13所示，电网电压零点检测电路输出端接DSP的ADCINA1端，电网电压零点检测电路的输入端接入电网，即连接面板三相插座的N和L端；

如图14和图17所示，中央处理器DSP的四路输出端PWM7～PWM10连接单相IGBT驱动电路的四路输入端(第一单相IGBT驱动电路的INA引脚、INB引脚和第二单相IGBT驱动电路的INA引脚和INB引脚)，单相IGBT驱动电路的输出端(本实施例中采用两个单相IGBT驱动电路，第一单相IGBT驱动电路的Gate1引脚和Gate2引脚和第二单相IGBT驱动电路的Gate1引脚和Gate2引脚)连接单相桥式IGBT整流电路的四路信号输入端(本实施例中采用两个相桥式IGBT整流电路，第一单相桥式IGBT整流电路的第4和第6引脚和第二单相桥式IGBT整流电路的第4和第6引脚)；四个IGBT组成单相桥式IGBT整流电路，其中全桥整流电路中每个上桥臂的IGBT的集电极相连后与电网的正极相连，每个下桥臂的IGBT的发射极相连后与电网的负极相连，为电机的激磁线圈提供能量；所述单相桥式IGBT整流电路的输出端连接无刷线圈激磁直流电机的激磁线圈。

如图15和图17所示，中央处理器DSP的六路输出端PWM1～PWM6连接三相IGBT驱动电路的六路输入端(本实施例中采用三个三相IGBT驱动电路，第一三相IGBT驱动电路的INA引脚和INB引脚，第二三相IGBT驱动电路的INA引脚和INB引脚，第三三相IGBT驱动电路的INA引脚和INB引脚)，三相IGBT驱动电路的输出端(第一三相IGBT驱动电路的Gate1引脚和Gate2引脚，第二三相IGBT驱动电路的Gate1引脚和Gate2引脚，第三三相IGBT驱动电路的Gate1引脚和Gate2引脚)连接三相桥式IGBT整流电路的六路信号输入端(本实施例中采用三个三相桥式IGBT整流电路，第一三相桥式IGBT整流电路的第4和第6引脚、第二三相桥式IGBT整流电路的第4和第6引脚，第三三相桥式IGBT整流电路的第4和第6引脚)；六个IGBT组成三相桥式IGBT整流电路，其中全桥整流电路中每个上桥臂的IGBT的集电极相连后与电容器储能单元的正极相连，每个下桥臂的IGBT的发射极相连后与电容器储能单元的负极相连，为电机的旋转提供能量；所述的三相桥式IGBT整流电路的输出端连接至无刷线圈激磁直流电机的三相电枢绕组的线圈。

如图16所示，储能电容器的正极输出端连接电容充放电检测控制电路的输入端0，储能电容器的负极输出端连接电容充放电检测控制电路的输入端1，电容充放电检测控制电路的输出端2连接中央处理器DSP的输入端ADCINA0，另一路输入3端连接中央处理器DSP的输出端GPIO53，电容充放电检测控制电路的输出端4连接三相桥式IGBT整流电路内部BNTDH39型号IGBT的栅极。

如图17所示，本实用新型控制装置选择的IGBT开通需要15V的电压，故需要对PWM信号进一步升压。该驱动电路芯片型号选择的是2SC0108T2A0-17，其第一个引脚接地，第四个引脚接15V电源，INA和INB引脚分别接PWM波的输入，Gate1引脚和Gate2引脚分别为PWM波的输出。

本实施例中，整流桥的输入端接入电网，即接三相插座的N和L端(N为零线、L为火线)，整流桥的正极输出端连接电容充放电检测控制电路的IGBT的集电极，IGBT发射极连接储能电容器的正极，整流桥的负极输出端连接储能电容器的负极。

本实施例中，前面板还设置有三相插座，通过电源按钮接入控制箱内部；蜂鸣器为检测箱体是否漏电，与箱体连接；位置信号通过航空插头实现电机的位置传感器与控制箱内部的位置检测电路；转速信号通过航空插头实现电机的转速传感器与控制箱内部的速度检测电路相连，减少因传感器输出端直接与相应的检测电路板相接线路分散、链接不稳定造成的信号捕获不稳定；电机的三相电枢输入端通过面板上A相、B相、C相插孔(第一电机三相控制输出端口)与控制箱体内三相IGBT整流桥输出端相连；电机的励磁线圈输入端通过面板上A相、B相插孔(第二电机三相控制输出端口)与控制箱体内单相IGBT整流桥输出端相连；上位机插口连接中央处理器的第四输出端，上位机端口实现DSP与电脑相连，把DSP的数据实时的在电脑上显示；仿真器插口连接中央处理器的第五输出端，仿真器端口实现DSP通过DSP仿真器与电脑相连；充电按钮串联在储能电容器和调压器之间，实现电机操动机构动作时与电网断开，以保证动作过程的安全性；放电按钮串联电阻连接在储能电容器的正负极两端，以实现对电容器的放电；分闸按钮连接中央处理器DSP的GPIO59端；合闸按钮连接中央处理器的GPIO32端；控制箱体中间夹层板为电容器和调压器留出的孔实现安放和固定电容器和调压器；上面板为调压器阀留孔实现在箱体封闭后通过调压器阀的扭动对电容器充电。

本实用新型通过电网电压零点检测电路对系统电压进行实时采集并通过设置采样电阻R4和稳压管保证电压幅值处于DSP接收幅值范围内，并且该电路能够对由滤波电容引起的相位偏移进行相位补偿，最后将输出信号送入DSP的AD模拟通道口，在DSP内部对采集的信号进行处理，实现对电网电压精确检测。控制系统根据捕获到的电网零点，并对电机操动机构进行调速，通过控制定转子线圈励磁电流进行调磁，控制电机速度与线圈电流按参考曲线进行输出，使高压GIS隔离开关触头运动特性处于受控状态，提高控制系统鲁棒性及控制精度，以保证高压隔离开关能实现在电网的零点关合。

Claims (5)

1.一种高压GIS隔离开关凸极式转子电机操动机构控制箱，其特征在于，包括箱体、电压显示屏、蜂鸣器、调压器、电流传感器、储能电容器和电路板，其中，电压显示屏通过箱体的前面板通孔进行固定，并与储能电容器的两端相连接；蜂鸣器通过箱体的前面板通孔进行固定，并与设置于箱体内部的电路板相连接；调压器通过箱体的中间夹层面板通孔和上面板通孔进行固定，并与设置于箱体内部的电路板相连接；储能电容器通过箱体的中间夹层面板通孔进行固定，并与设置于箱体内部的电路板相连接；电流传感器固定于箱体内部，并与电路板相连；电路板固定于箱体的中间夹层面板上；

所述的箱体采用铝合金材料制成；

所述的箱体的前面板上包括：位置信号插口、转速信号插口、第一电机三相控制输出端口、第二电机三相控制输出端口、上位机插口、仿真器插口、充电按钮、放电按钮、分闸按钮和合闸按钮；

所述的位置信号插口和转速信号插口均通过航空插头与被测电机上的传感器相连。

2.根据权利要求1所述的高压GIS隔离开关凸极式转子电机操动机构控制箱，其特征在于，所述的电路板包括：电流检测电路、位置检测电路、速度检测电路、分合闸捕获电路、电网电压零点检测电路、中央处理器、单相桥式IGBT整流电路、单相IGBT驱动电路、电容充放电检测控制电路、三相IGBT驱动电路、三相桥式IGBT整流电路和整流桥，其中：

电流检测电路的输出端连接中央处理器的第一输入端，电流检测电路的输入端连接电流传感器的输出端，位置检测电路的输出端连接中央处理器的第二输入端，速度检测电路输出端连接中央处理器的第三输入端，分合闸捕获电路的输出端连接中央处理器的第四输入端，电网电压零点检测电路连接中央处理器的第五输入端，电网电压零点检测电路的输入端接入电网；中央处理器的第一输出端连接单相IGBT驱动电路的输入端，单相IGBT驱动电路的输出端连接单相桥式IGBT整流电路的第一输入端，单相桥式IGBT整流电路的第二输入端接入电网；中央处理器的第二输出端连接电容充放电检测控制电路的第一输入端，电容充放电检测控制电路的第一输出端连接储能电容器的第一输入端，储能电容器的第一输出端连接电容充放电检测控制电路的第二输入端，电容充放电检测控制电路的第二输出端连接中央处理器的第六输入端；中央处理器的第三输出端连接三相IGBT驱动电路的输入端，三相IGBT驱动电路的输出端连接三相桥式IGBT整流电路的第一输入端，三相桥式IGBT整流电路的第二输入端连接储能电容器的第二输出端，储能电容器的第二输入端连接整流桥的输出端，整流桥的输入端连接调压器的输出端，调压器的输入端接入电网。

3.根据权利要求1所述的高压GIS隔离开关凸极式转子电机操动机构控制箱，其特征在于，所述的位置信号插口连接位置检测电路的输入端；转速信号插口连接速度检测电路的输入端；第一电机三相控制输出端口连接单相桥式IGBT整流电路的输出端；第二电机三相控制输出端口连接三相桥式IGBT整流电路的输出端；上位机插口连接中央处理器的第四输出端；仿真器插口连接中央处理器的第五输出端；充电按钮串联在储能电容器和调压器之间；放电按钮串联电阻连接在储能电容器的正负极两端；分闸按钮连接中央处理器的第七输入端；合闸按钮连接中央处理器的第八输入端。

4.根据权利要求2所述的高压GIS隔离开关凸极式转子电机操动机构控制箱，其特征在于，所述的分合闸捕获电路通过无线网络接收遥控装置发出的分闸信号和合闸信号。

5.根据权利要求2所述的高压GIS隔离开关凸极式转子电机操动机构控制箱，其特征在于，所述的调压器的调压范围为0～250V。