基于直流屏电源及PWM控制的永磁断路器控制器设计解析.doc

基于直流屏电源及PWM控制的永磁断路器 控制器设计 陈建平 钱昱澎 （西安森源开关技术研究所有限公司） 2012.12 【摘 要】 本文介绍了目前国内高压永磁断路器常用的分、合闸线圈电源的使用方案及控制方法。指出了此种方法的缺陷,介绍了一种基于直流屏电源及PWM控制的方案。 【关键词】永磁断路器; 直流屏; PWM; 运动控制; 控制器。 【Abstract】 : This paper introduce high-voltage permanent magnet circuit breaker in common use coil power use-project and control method in China。Indicate this method limitation, A design project of one kind based on DC power and PWM control was introduced。 【Key words】: permanent magnet circuit breaker; DC power; PWM; movement control; controller。 引言 在中压真空断路器领域目前主要有三种操动机构:弹簧操动机构、电磁操动机构、永磁操动机构。前二种操动机构使用已经相当普遍,可靠性已达到了很高的水平,但也存在明显的缺点。弹簧操动机构存在零部件多,装配精度要求高和机械磨损严重的缺点;而电磁操动机构的分、合驱动电流很大,需要有专用的直流电源。永磁操动机构是一种采用永磁保持、电子控制的电磁操动机构,工作时主要运动部件只有一个,无需机械脱、锁扣装置,故障源少。因此具有结构简单、耐磨损、可靠性高等特点。 但目前国内永磁操动机构电源单元还主要采用储能电容器来为线圈供电, 电容器作为供电单元主要具有充电时间短、无需复杂的充电及保护电路。但电容器也有它致命的弱点,由于经过多次的充放电以及环境温的影响,电容器的容量会下降,经过实际使用测试,基本上过4~5年电容器需要更换。目前国内永磁操动机构的驱动控制主要采用单管IGBT方式,虽然驱动电路比较简单,但是无法直接使用直流屏,对开关机械特性的调试比较麻烦。 本文所述的驱动控制方案,既可采用直流屏(解决了储能电容器的缺点),也可以对断路器的合、分闸特性曲线进行软件调制,极大的提高了断路器生产调试的效率。 VSM永磁控制器系统功能及技术指标 VSM永磁控制器是与VSM永磁真空断路器配套的智能控制单元,采用DC220V直流屏供电,主要完成断路器的开、断控制。控制器采用高性能的32位嵌入式处理器,采用PWM斩波数字调制方式,硬件采用IGBT电路方案,使控制分、合曲线更加平滑,可靠性更高。控制器中包含实时时钟,可以准确记录断路器发生的操作情况。 1、具有合闸、分闸功能 断路器的合、分闸操作可通过远方控制台的合闸、分闸AC/DC220V信号进行,也可以通过断路器面板的合闸、分闸按钮完成。 2、具有信号自动判别功能 当合、分闸信号同时接收,控制器自动闭锁合闸信号,响应分闸信号。 3、具有闭锁功能 当两台或多台断路器联机使用,要求具有合闸闭锁功能,iSPM 500智能控制器具有此功能。 4、具有合闸、分闸接近开关位置监测功能 正常情况下, 断路器应可靠合闸、分闸,对应的合闸或分闸接近开关检测正确的合闸或分闸位置,控制器能自动根据接近开关检测的正确的合闸或分闸位置响应正常的合闸或分闸操作。当出现异常情况, 断路器未能可靠合闸而处于故障状态, 接近开关检测不到合、分闸位置时, 控制器具有立即发出分闸信号,并封锁合闸信号的功能。 5、具有防跳功能 当控制器接收到合闸信号并响应合闸,机构合闸到位后, 合闸信号不取消,此时,又接收到分闸信号,控制器立即响应分闸信号,分闸响应以后,取消分闸信号,此时合闸信号仍不取消,不应该响应合闸信号,只有当合闸信号取消,再次加上合闸信号时才响应合闸动作。 6、具有状态指示功能 永磁智能控制器具有9种状态指示功能: ⑴电源指示灯(红色) 当控制器上电以后,电源指示灯亮。 ⑵准备就绪指示灯(绿色) 当外部直流屏电压在145V—265V范围内,准备就绪指示灯亮, 可以操作合、分闸。 ⑶故障指示灯(黄色) 当外部直流屏电压低于145V或高于265V,电压故障指示灯亮。 ⑷过流指示灯 当合、分闸电流超过60A时过流指示灯亮,说明永磁机构线圈出现故障。 ⑸合位指示灯(红色) 开关在合闸位置时, 合位指示灯亮。 ⑹分位指示灯(绿色) 开关在分闸位置时, 分位指示灯亮。 ⑺分闸指示灯(绿色) 当按下断路器面板上的分闸按钮时, 或控制器接收到远方AC/DC220V分闸信号时