單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開的單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置，包括有MCU，MCU分別與電源切換電路、分合閘輸出模塊、信號調(diào)理模塊、通信接口及人機(jī)交互模塊連接，電源切換電路與電容器電壓監(jiān)測模塊連接，分合閘輸出模塊依次與光耦隔離模塊、IGBT全橋驅(qū)動模塊連接，IGBT全橋驅(qū)動模塊與電容器電壓監(jiān)測模塊連接，電容器電壓監(jiān)測模塊與斷路器內(nèi)的分合閘線圈連接。本實(shí)用新型單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置解決了儲能電容對分合閘線圈放電時(shí)間不準(zhǔn)確、分散性大的問題，有效縮短了IGBT的導(dǎo)通時(shí)間，使電容器在原有容量情況下可進(jìn)行多次分合閘操作。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于智能電網(wǎng)配電自動化設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種單穩(wěn)態(tài)柱上永 磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置。 單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)是由電磁機(jī)構(gòu)和永磁鐵特殊結(jié)合的新型斷路器操作機(jī)構(gòu)，通過改 變分合閘線圈中電流的方向，控制完成分合閘操作。與傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)相比，簡化了傳動鏈，減少 了故障率，并且機(jī)械壽命可高達(dá)10萬次以上，機(jī)械壽命提高了三倍之多。
[0003] 配電網(wǎng)中柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器常安裝于10千伏架空配電線路的責(zé)任分界點(diǎn)處， 當(dāng)故障發(fā)生在用戶進(jìn)線開關(guān)內(nèi)側(cè)，斷路器分合閘與變電站出現(xiàn)開關(guān)保護(hù)配合不當(dāng)時(shí)，會造 成變電站出現(xiàn)開關(guān)保護(hù)跳閘，變電站下一級所有用戶全部停電。為避免同一條饋線上其它 用戶停電，提高非故障用戶的供電可靠性，控制柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器的分合閘操作的可靠 性顯得尤為重要。
[0004] 永磁機(jī)構(gòu)斷路器及其控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提是有可靠的電源做保障，一方面給 永磁機(jī)構(gòu)分合閘線圈提供脈沖大電流，驅(qū)動永磁機(jī)構(gòu)斷路器實(shí)現(xiàn)分合閘操作；另一方面給 控制器提供穩(wěn)定的工作電源，實(shí)現(xiàn)斷路器狀態(tài)監(jiān)測、人機(jī)交互界面顯示、保護(hù)以及通信的功 能。柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器脈沖控制器通過對分合閘時(shí)間的控制，能保證斷路器操作的可靠 性，提高其運(yùn)行壽命。分合閘脈沖時(shí)間過短，操作失敗的可能性增大，分合閘時(shí)間過長，電源 功耗增加，線圈發(fā)熱嚴(yán)重，設(shè)備壽命將受到影響。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置， 解決了儲能電容器對分合閘線圈放電時(shí)間不準(zhǔn)確及分散性大的問題，有效縮短了 IGBT的 導(dǎo)通時(shí)間，使儲能電容器在原有容量情況下能進(jìn)行多次分合閘操作。
[0006] 本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是，單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置， 包括有MCU，MCU分別與電源切換電路、分合閘輸出模塊、信號調(diào)理模塊、通信接口及人機(jī)交 互模塊連接，電源切換電路與電容器電壓監(jiān)測模塊連接，分合閘輸出模塊依次與光耦隔離 模塊、IGBT全橋驅(qū)動模塊連接，IGBT全橋驅(qū)動模塊與電容器電壓監(jiān)測模塊連接，電容器電 壓監(jiān)測模塊與斷路器內(nèi)的分合閘線圈連接。
[0007] 本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于：
[0008] MCU內(nèi)部集成了 12位A/D轉(zhuǎn)換器。
[0009] 電源切換電路，包括有電源轉(zhuǎn)換電路，電源轉(zhuǎn)換電路通過導(dǎo)線與電源切換電路連 接，電源切換電路分別通過導(dǎo)線與開關(guān)電源、蓄電池組連接；電源切換電路還通過導(dǎo)線與電 容器電壓監(jiān)測模塊內(nèi)的電容充電模塊連接。
[0010] 電容器電壓監(jiān)測模塊，包括有儲能電容器，儲能電容器分別通過導(dǎo)線與電容充電 模塊、電容電壓監(jiān)測電路連接；電容電壓監(jiān)測電路通過導(dǎo)線與IGBT全橋驅(qū)動模塊連接。
[0011] IGBT全橋驅(qū)動模塊3由四個(gè)G160N60型IGBT組成；電容電壓監(jiān)測電路內(nèi)采用 LM2903 芯片。
[0012] 開關(guān)電源為24V開關(guān)電源；蓄電池組由兩個(gè)DC12V的蓄電池組成。
[0013] 人機(jī)交互模塊包括有故障告警模塊、液晶顯示模塊、LED狀態(tài)顯示模塊及按鍵設(shè) 置模塊，故障告警模塊、液晶顯示模塊、LED狀態(tài)顯示模塊及按鍵設(shè)置模塊分別通過導(dǎo)線與 MCU連接。
[0014] MCU 為 STM32F103 處理器。
[0015] 通信接口為RS232接口或RS485接口。
[0016] 信號調(diào)理模塊采用的是MCP609信號調(diào)理模塊。
[0017] 本實(shí)用新型的有益效果在于：
[0018] (1)本實(shí)用新型的單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置采用實(shí)時(shí)監(jiān)測配 電線路PT電壓和蓄電池組電壓，滿足不間斷供電的目的；
[0019] (2)本實(shí)用新型的單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置采用電容器電壓 監(jiān)測電路，可用于監(jiān)測儲能電容器容量是否需要充電，是否滿足分合閘操作的可靠性；
[0020] (3)本實(shí)用新型的單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置內(nèi)采用IGBT全 橋驅(qū)動電路，可以通過改變分合閘線圈中電流的方向，可靠地完成分合閘操作，同時(shí)通過監(jiān) 測分合閘線圈中電流的大小，判斷斷路器是否有故障，便于故障檢修，縮小對電網(wǎng)的影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是本實(shí)用新型單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖中，l.MCU，2.電源切換電路，3. IGBT全橋驅(qū)動模塊，4.分合閘線圈，5.電容器電 壓監(jiān)測電路，6.信號調(diào)理電路，7.通信接口，8.人機(jī)交互模塊，9.電源轉(zhuǎn)換電路，10.電源 切換電路，11.電容電壓監(jiān)測電路，12.蓄電池組，13.光f禹隔離模塊，14.分合閘輸出模塊， 15.儲能電容器，16.電容充電模塊，17.故障告警模塊，18.液晶顯示模塊，19. LED狀態(tài)顯示 模塊，20.按鍵設(shè)置模塊，21.開關(guān)電源。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024] 本實(shí)用新型單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示， 包括有MCU1，MCU1分別與電源切換電路2、分合閘輸出模塊14、信號調(diào)理模塊6、通信接口 7及人機(jī)交互模塊8連接，電源切換電路2與電容器電壓監(jiān)測模塊5連接，分合閘輸出模塊 14依次與光耦隔離模塊13、IGBT全橋驅(qū)動模塊3連接，IGBT全橋驅(qū)動模塊3與電容器電壓 監(jiān)測模塊5連接，電容器電壓監(jiān)測模塊5與斷路器內(nèi)的分合閘線圈4連接。
[0025] MCU1內(nèi)部集成了 12位A/D轉(zhuǎn)換器。
[0026] 電源切換電路2,包括有電源轉(zhuǎn)換電路9,電源轉(zhuǎn)換電路9通過導(dǎo)線與電源切換電 路10連接，電源切換電路10分別通過導(dǎo)線與開關(guān)電源21、蓄電池組12連接；電源切換電 路10還通過導(dǎo)線與電容器電壓監(jiān)測模塊5內(nèi)的電容充電模塊16。
[0027] 開關(guān)電源21為24V開關(guān)電源；輸電線路PT二次側(cè)交流220V，經(jīng)過開關(guān)電源21轉(zhuǎn) 換為24V電源；蓄電池組由兩個(gè)DC12V的蓄電池組成。
[0028] 電容器電壓監(jiān)測模塊5,包括有儲能電容器15,儲能電容器15分別通過導(dǎo)線與電 容充電模塊16、電容電壓監(jiān)測電路11連接，電容電壓監(jiān)測電路11通過導(dǎo)線與IGBT全橋驅(qū) 動模塊3連接；電容電壓監(jiān)測電路11內(nèi)采用LM2903芯片。
[0029] 人機(jī)交互模塊8包括有故障告警模塊17、液晶顯示模塊18、LED狀態(tài)顯示模塊19 及按鍵設(shè)置模塊20,故障告警模塊17、液晶顯示模塊18、LED狀態(tài)顯示模塊19及按鍵設(shè)置 模塊20分別通過導(dǎo)線與MCU1連接。
[0030] 通信接口 7為RS232接口或RS485接口。
[0031] MCU1 為 STM32F103 處理器。
[0032] IGBT全橋驅(qū)動模塊3由四個(gè)G160N60型IGBT組成。
[0033] 信號調(diào)理模塊6采用的是MCP609信號調(diào)理模塊，將采集到的三個(gè)電壓信號和四個(gè) 電流信號送給MCU1。
[0034] 本實(shí)用新型單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置中各部件的作用：
[0035] MCU1 為 STM32F103 處理器，STM32F103 處理器是 ST 公司基于 ARM Cortex? - M3 內(nèi) 核專門為嵌入式應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域而推出的一款32位常用的增強(qiáng)型系列微控制器；此款芯片 具有豐富的I/O 口功能，通過嵌入yC//0S II系統(tǒng)，對任務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理；其內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn) 換器負(fù)責(zé)A/D轉(zhuǎn)換并與人機(jī)交互模塊8連接，用于完成分合閘脈沖控制、信息處理及液晶顯 示，并在故障情況下生成相應(yīng)的告警信息。
[0036] 電源切換電路2采用的是配電線路PT二次側(cè)電壓經(jīng)開關(guān)電源21轉(zhuǎn)化為直流24V， 實(shí)現(xiàn)和蓄電池組12互補(bǔ)的供電方式；配電線路正常時(shí)，由配電線路PT輸出的交流信號經(jīng)過 開關(guān)電源21轉(zhuǎn)換為24V直流電，在為整個(gè)單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置供 電的同時(shí)也為蓄電池組12、儲能電容器15充電；當(dāng)配電線路PT停電或電壓跌落嚴(yán)重而不 能提供穩(wěn)定電源時(shí)，蓄電池組12作為后備電源給整個(gè)單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈 沖控制裝置供電，保證控制器及斷路器可靠工作，從而實(shí)現(xiàn)不間斷供電的目的。
[0037] 輸電線路PT二次側(cè)交流220V，經(jīng)過開關(guān)電源21轉(zhuǎn)換為24V電源；與蓄電池組12 之間實(shí)現(xiàn)無間斷供電。
[0038] 如圖3所示，IGBT全橋驅(qū)動模塊3采用四個(gè)快速開斷、大功率G160N60型IGBT ;當(dāng) 需要進(jìn)行分合閘操作時(shí)，由MCU1發(fā)出脈沖信號，驅(qū)動對應(yīng)IGBT全橋驅(qū)動模塊3相對應(yīng)的兩 個(gè)IGBT導(dǎo)通或關(guān)斷，通過分合閘線圈4產(chǎn)生正向或反方向電流，控制永磁機(jī)構(gòu)完成分合閘 操作。
[0039] 通過監(jiān)測得到分合閘線圈4的電流波形，并通過分析，確定滿足分合閘最小脈沖 時(shí)間，以及斷路器內(nèi)分合閘線圈4的電流值，監(jiān)測斷路器是否成功完成操作，并顯示在液晶 顯示模塊18和LED狀態(tài)顯示19上。
[0040] 電容電壓監(jiān)測電路11內(nèi)采用LM2903芯片，構(gòu)成兩路比較器電路，實(shí)現(xiàn)對儲能電容 器15電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測。本實(shí)用新型單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置中設(shè)定 閉鎖電壓范圍為170V?180V，當(dāng)儲能電容器15兩端的電壓低于170V時(shí)，MCU1對分合閘輸 出模塊14進(jìn)行低電壓閉鎖，防止因?yàn)閮δ茈娙萜?5容量不足導(dǎo)致分合閘操作失?。划?dāng)儲能 電容器15的電壓高于180V時(shí)，MCU1對分合閘輸出模塊14低電壓閉鎖解除，可以進(jìn)行分合 閘或自動重合閘的操作。
[0041] 從配電線路PT、CT上分別獲得三路二次電壓、四路二次電流，其中三路電壓為兩 路線電壓和一路零序電壓；四路電流為三路相電流和一路零序電流。二次電壓、電流分別通 過精密電壓、電流變換器變換隔離后，進(jìn)行信號調(diào)理，調(diào)整到0V?3. 3V范圍內(nèi)，通過信號調(diào) 理電路6輸送給MCU1的AD端口。
[0042] 通信接口 7通過RS232/485用于調(diào)試和下載程式。
[0043] 人機(jī)交互模塊8通過LED狀態(tài)顯示模塊、液晶顯示模塊、按鍵設(shè)置模塊、故障告警 模塊與MCU1進(jìn)行人機(jī)交互。
[0044] 本實(shí)用新型單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置解決了儲能電容對分 合閘線圈放電時(shí)間不準(zhǔn)確、分散性大的問題，有效縮短了 IGBT的導(dǎo)通時(shí)間，使電容器在原 有容量情況下可進(jìn)行多次分合閘操作。
【權(quán)利要求】
1. 單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置，其特征在于，包括有MCU (1)，所述 MCU(l)分別與電源切換電路（2)、分合閘輸出模塊（14)、信號調(diào)理模塊（6)、通信接口（7) 及人機(jī)交互模塊（8)連接，所述電源切換電路（2)與電容器電壓監(jiān)測模塊（5)連接，所述分 合閘輸出模塊（14)依次與光耦隔離模塊（13)、IGBT全橋驅(qū)動模塊（3)連接，所述IGBT全 橋驅(qū)動模塊（3)與電容器電壓監(jiān)測模塊（5)連接，所述電容器電壓監(jiān)測模塊（5)與斷路器 內(nèi)的分合閘線圈（4)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置，其特征在 于，所述MCU(l)內(nèi)部集成了 12位A/D轉(zhuǎn)換器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置，其特征在 于，所述電源切換電路（2)，包括有電源轉(zhuǎn)換電路（9)，所述電源轉(zhuǎn)換電路（9)通過導(dǎo)線與電 源切換電路（10)連接，所述電源切換電路（10)分別通過導(dǎo)線與開關(guān)電源（21)、蓄電池組 (12)連接； 所述電源切換電路（10)還通過導(dǎo)線與電容器電壓監(jiān)測模塊（5)內(nèi)的電容充電模塊 (16)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置，其特征 在于，所述電容器電壓監(jiān)測模塊（5)，包括有儲能電容器（15)，所述儲能電容器（15)分別通 過導(dǎo)線與電容充電模塊（16)、電容電壓監(jiān)測電路（11)連接； 所述電容電壓監(jiān)測電路（11)通過導(dǎo)線與IGBT全橋驅(qū)動模塊（3)連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置，其特征在 于，所述IGBT全橋驅(qū)動模塊（3)由四個(gè)G160N60型IGBT組成； 所述電容電壓監(jiān)測電路（11)內(nèi)采用LM2903芯片。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置，其特征在 于，所述開關(guān)電源（21)為24V開關(guān)電源； 所述蓄電池組（12)由兩個(gè)DC12V的蓄電池組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置，其特征在 于，所述人機(jī)交互模塊（8)包括有故障告警模塊（17)、液晶顯示模塊（18)、LED狀態(tài)顯示模 塊（19)及按鍵設(shè)置模塊（20)，所述故障告警模塊（17)、液晶顯示模塊（18)、LED狀態(tài)顯示 模塊（19)及按鍵設(shè)置模塊（20)分別通過導(dǎo)線與所述MCU(l)連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或7所述的單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置，其特 征在于，所述MCU(l)為STM32F103處理器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置，其特征在 于，所述通信接口（7)為RS232接口或RS485接口。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置，其特征在 于，所述信號調(diào)理模塊（6)采用的是MCP609信號調(diào)理模塊。
【文檔編號】H02J13/00GK203911591SQ201420342857
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】黃新波, 王巖妹, 朱海濤, 朱永燦, 遵明偉, 薛卜瑋, 趙陽, 劉磊, 吳孟魁 申請人:西安工程大學(xué)