Welcome澳洲幸运10开户为梦而年轻!

欢迎访问世纪芯官网!为你提供专业的反向技术案例
服务热线:0755-83757070 / 83035836
其他行业

一种新型矿用真空永磁控制器设计

发布时间: 2017-11-02

    永磁操动机构是近年发展起来的一种新型操动机构。这种机构将电磁铁与永久磁铁有机地结合在一起,利用永久磁铁产生的磁力将真空断路器保持在合闸位置或分闸位置,而无需任何传统的机械脱扣、锁扣装置。该机构体积较小、零部件少、结构简单,使断路器动作可靠性大大提高。目前,在结构上有双线圈式、单线圈式和分磁路式3种形式,前两种形式称为双稳态永磁机构。
    设计的永磁机构采用双线圈结构,永磁控制器主要是根据合闸和分闸所要求的不同电磁力而设计。设计采用自适应的放电方式和原始时间相结合,在用CPLD控制电容给线圈的放电时间。pcb抄板输出驱动采用三极管和IGBT组成的无触点电路完成。并且有独立的放电电路,在断电后迅速释放电容上的能量。


    2 永磁控制器的设计
    整个永磁控制系统主要由5部分组成:电源部分、时钟产生模块、识别判断处理控制部分、输入隔离模块和输出驱动模块。整个系统的框图如图1所示。
    输入信号隔离包括合/分指令输入、断路器状态位输入、欠压保护输入和断电信号输入等信号调理隔离处理电路。CPLD芯片主要完成信号的判断比较、判断和输出时间控制等功能;信号输出驱动模块主要是合/分闸指令的输出和信号隔离处理驱动;时钟产生模块产生数据处理时钟,使得系统能够精确地控制能量的输出,保证永磁机构工作的可靠性;电源主要是用来给系统供电和电容充电。
    2.1 电源模块设计
    电源是整个控制系统的心脏,电源的可靠性和抗干扰能力决定了整个系统的可靠性,所以设计采用宽范围输入的开关电源设计,增加了系统的可靠性和安全性。开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。由于矿用断路器合/分闸操作采用储能电容给永磁机构的线圈供电,所以本系统所采用的是空载时恒压和带载时恒流的电源设计方案,实现了过充保护防止过充损坏元件,提高了系统的可靠性。电压和电流连续可调满足不同的上电时间要求。开关电源的模块如图2所示。
    保护电路一般由压敏电阻与保险管组成,主要是防止当外界有雷击等突发情况时,产生的高压通过电网传入电源,对电源造成损害。当加在压敏电阻上的电压超过其工作电压时,其阻值降低,使高压能量消耗在压敏电阻上,若电流过大,保险管会烧毁,从而保护后级电路。
    输入滤波电路主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。
    整流滤波电路对输入的交流电经整流电路及电容滤波后得到直流电,方便后级电路处理和应用。
    尖峰吸收电路:变压器的原边易产生尖峰电压与尖峰电流,容易损坏芯片及一些元件,因此需要加上尖峰吸收电路,对电路进行保护。
    反馈电路:为了有稳定的输出,需要将输出再反馈给PWM控制器,通过调整占空比,从而达到稳定输出的目的。
    芯片供电电路:由于现在很多的芯片生产商开关电源芯片将PWM控制器及各种保护集成在芯片中,这在一定程度上减少了开关电源的设计难度。只要设计相应的芯片的外围电路即可。
    变压器:开关电源中的变压器是整个电源的核心,它是DC/DC变换的关键。
    2.2 时钟设计
    采用专用芯片的典型电路,通过调整电阻和电容的大小,可以产生控制器所需的时序,电路图如图3所示。
    通过这个电路可以产生芯片所需的控制脉冲信号,控制整个系统的正常工作。
    2.3 输入隔离模块设计
    输入隔离模块包括合/分闸信号输入、断电信号输入、欠压信号输入和状态位信号输入。其中合/分闸输入和状态位输入采用同一种电路结构,简化了设计的难度。具体如图4所示。
    滤波保护模块主要是由电容和二极管组成,防止合分闸按钮有毛刺,电容吸收毛刺,二极管钳位保护CPLD。光耦隔离用来隔离模拟地和数字地,有效地防止干扰信号进入,保证断路器工作的可靠性。分流滤波电路由电容和电阻组成,保护CPLD的管脚。断电信号、欠压信号和过压信号输入采用如图5所示的电路模型。采样电路主要是对交流信号进行分压处理,方便后级电路处理。电路板克隆整流滤波电路是由整流桥和电容组成,作用是将交流信号变换成直流并减少纹波。
    2.4 识别判断处理控制部分
    控制部分采用CPLD软件编程控制,通过编程实现控制器的各种功能,软件的流程和控制方案如图6所示。
    软件中对合/分闸信号进行了防抖动处理,确保控制器的操作可靠。
    2.5 输出驱动模块
    输出驱动模块包括合闸驱动输出和分闸驱动输出。驱动输出电路如图7所示。
    三极管驱动电路由两个三极管和电阻组成,主要是给IGBT提供驱动电压信号。钳位电路保护IGBT栅极电压的稳定,吸尖峰电路主要是吸收IGBT导通与闭合瞬间产生的高压毛刺,使IGBT可靠工作。

微信扫描二维码咨询