專利名稱：基于專用芯片的永磁操動機構智能控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及高壓真空開關領域中的永磁操動機構智能控制器，特別涉及一種 基于專用芯片的永磁操動機構智能控制器。
背景技術：
近幾年來，真空開關的永磁操動機構日漸被行內專家、真空開關制造商及廣大用 戶所認可，永磁操動機構以簡單的結構、優越的動作特性、長的機械壽命得以在真空開關行 業里應用，永磁操動機構不同于以往的電磁機構，更不同于彈操機構，所以只有為其專門設 計高精度、高性能、智能化的控制器才能最大限度的發揮永磁操動機構的優點和性能，目前 大多數真空開關的永磁操動機構控制器普遍使用CPU作為控制芯片，且只具有一般型的分 閘、合閘操作功能，永磁操動機構的動鐵芯運動速度快，當動鐵芯運動到終點時的撞擊力 量(永磁體的吸合力)大，繼而導致真空開關所使用的真空管使用壽命大幅縮短(僅幾萬 次)，這和永磁操動機構真空開關長壽命的最初設計理念是相反的，和行業市場的真空開關 壽命的要求還差得多，致使永磁操動機構真空開關不能滿足在一些特殊專用設備上的長時 間使用要求，如具有自動投切電容的高壓開關柜里的真空開關，鐵路用電力機車上的真空 開關要求壽命為20萬次，以致于其在某些市場推廣方面受到大大限制。
發明內容為了克服上述現有技術的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種基于專用芯片的 永磁操動機構智能控制器，該專用芯片是非CPU型，是應用數字邏輯芯片CPLD的硬件描述 語言VHDL而構筑的專用邏輯電路的芯片，抗干擾能力強，控制精度高，實現了真空開關的 永磁操動機構控制器對真空開關速度的智能控制，從而延長了真空開關的整體使用壽命。為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現的基于專用芯片的永磁操動機構智能控制器，包括調理電路1，分合閘命令、分合狀 態信號、遙控分合閘命令、保護分閘命令和電源電壓監視的輸出端均與調理電路1的輸入 端相連，調理電路1的輸出端與光電隔離單元2的輸入端相連，光電隔離單元2的輸出端與 專用控制芯片CPLD 3的命令I/O端相連，專用控制芯片CPLD 3的執行I/O端與輸出光電 隔離4的輸入端相連，輸出光電隔離4的輸出端分別與電力電子控制模塊5、運行狀態顯示 單元6的輸入端相連，電力電子控制模塊5的輸出端與電力電子驅動模塊7的柵極相連，在 線編程端口 8與專用控制芯片CPLD 3的讀寫口相連，電源模塊9的一電壓輸出端與電容器 10相連，再連接于電力電子驅動模塊7的漏極，電源模塊9的二次電源給整個主板11供低 壓電。所說的專用控制芯片CPLD 3是應用數字邏輯芯片CPLD的硬件描述語言VHDL而 構筑的專用邏輯電路的芯片。現有的控制器一般采用單片機作為主芯片，單片機方案主要采用軟件編程，雖然 功能強大，靈活性好，可是不足之處是存在死機、跑飛程序等問題，即CPU的指令地址指針在受到外部干擾下，容易發生指令脫離正常軌道使運行陷入不可預測的非法循環中，而作 為真空開關的永磁操動機構的控制器，它使用的環境處在周圍是高壓電磁場的惡劣環境， 這種環境極容易使CPU的程序指針跑飛，為減少跑飛、死機這一類問題的發生，本實用新型 采用CPLD (Complex Programmable Logic Device)器件做成一個數字邏輯控制運行的專用 芯片，本實用新型的特點是以純硬件的方式實現全部的電子控制功能，沒有任何軟件控制， 用硬件描述語言VHDL，把一個硬件線路系統放在一片很小的大規模集成電路芯片里面，以 芯片代替電路板，這個特點非常適合永磁機構的控制，是一個先進而可靠的方案。本實用新型的技術特點是，基于CPLD的智能控制器，實現了真空開關的永磁操動 機構控制器對真空開關的速度智能控制技術，從而延長了真空開關的整體使用壽命。開關 的壽命可從幾萬次提高到20萬次以上。實驗表明方案合理，設計正確，工作可靠，其性能 壽命已達到國際同類產品的先進水平。
附圖是本實用新型的結構原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的結構原理和工作原理作詳細敘述。參照附圖，基于專用芯片的永磁操動機構智能控制器，包括調理電路1，分合閘命 令、分合狀態信號、遙控分合間命令、保護分間命令和電源電壓監視的輸出端均與調理電路 1的輸入端相連，調理電路1的輸出端與光電隔離單元2的輸入端相連，光電隔離單元2的 輸出端與專用控制芯片CPLD 3的命令I/O端相連，專用控制芯片CPLD 3的執行I/O端與 輸出光電隔離4的輸入端相連，輸出光電隔離4的輸出端分別與電力電子控制模塊5、運行 狀態顯示單元6的輸入端相連，電力電子控制模塊5的輸出端與電力電子驅動模塊7的柵 極相連，在線編程端口 8與專用控制芯片CPLD 3的讀寫口相連，便于直接寫入程序，電源模 塊9的110v電壓輸出端與電容器10相連，再連接于電力電子驅動模塊7的漏極，電力電子 驅動模塊7的源極串接于機構的分閘線圈、合閘線圈的正端。電源模塊9的二次電源給整 個主板11供低壓電，即15V電壓供給各控制命令和信號模塊，給調理電路1、光電隔離單元 2、專用控制芯片CPLD 3和輸出光電隔離4提供的是5V電壓，給電力電子控制模塊5和運 行狀態顯示單元6提供的是-10V電壓。所說的專用控制芯片CPLD 3是應用數字邏輯芯片 CPLD的硬件描述語言VHDL而構筑的專用邏輯電路的芯片。本實用新型本著實用性且適用于多用戶的考慮，在控制命令方面設計有兩種命 令，一個是用內部15V的就地分合閘命令，另一個是用外部的220V或110V的遙控分合閘命 令。分合狀態信號是高壓開關反饋給控制器的信號，當有控制命令來時，控制器結合開關當 前的狀態是執行分閘還是合閘。在外界檢測方面，電力系統規定，當電網停電后，開關要分 閘，當開關處于合閘狀態時檢測電源是否有電，如果有電開關保持原態，如果無電開關則分 閘，這樣就做到電網停電后，開關就能自動分閘的功能。本實用新型的工作原理為分合閘命令或者遙控分合閘命令經調理電路1和光電 隔離單元2，送到專用控制芯片CPLD 3，同時高壓開關將分或合狀態信號送給調理電路1經 光電隔離單元2，送到專用控制芯片CPLD 3，經相應的輸出I/O經光電隔離4送至運行狀態
4顯示單元6，顯示開關的當前的狀態，當專用控制芯片CPLD 3接受到這個正常操作信號時， 由定時器啟動PWM脈沖調制發生器，將調制后的PWM控制信號通過光電隔離4送給電力電 子控制模塊5，驅動電力電子驅動模塊7的導通與截至，由于電力電子驅動模塊7的源極串 接于機構的分閘線圈、合閘線圈的正端，即控制永磁操動機構的分閘線圈和合閘線圈里的 電流有或無，因為永磁機構的分、合閘線圈有電流動鐵芯則運動，無電流動鐵芯則停止，就 利用數字邏輯CPLD硬件專用芯片的卓越性能，采用硬件描述語言VHDL組建PWM脈沖調制 器來限制永磁機構的動鐵芯的運行速度，從而減小對真空滅弧室中波紋管的機械沖擊力最 小，進而延長真空斷路器的機械壽命和電氣壽命。如果發生線路故障，則保護裝置動作發出保護分閘命令，專用控制芯片CPLD 3則 不啟動PWM脈沖調制發生器，使永磁操動機構的動鐵芯以全速運動，使真空開關的真空管 的動觸頭和靜觸頭快速分開，以確保開關的分閘速度。考慮到一臺開關正常合、分操作的次 數遠多于保護分閘次數，所以正常合、分閘的操作就決定了真空開關的壽命，只要解決了正 常合、分閘操作時的真空開關的壽命，那么保護分閘對開關的壽命影響可以忽略。綜上技術方案，本實用新型控制永磁機構運行速度放慢，來延長真空開關整體的 使用壽命，對于真空開關的正常合閘、分閘操作來說，開關性能不會受到任何影響，電氣特 性等技術參數完全可滿足運行要求。而對故障保護來說，則永磁機構在運行過程中不再加 入PWM調制，使真空開關以全速運行，以確保保護命令以最短的時間得到執行。不過，由于 故障保護動作在真空開關的正常使用中，動作的次數屬極少數情況，故不會對開關的使用 壽命造成影響。真空開關的使用壽命是和平時的正常合閘、分閘操作的次數有關。
權利要求1.基于專用芯片的永磁操動機構智能控制器，包括調理電路(1)，其特征在于，分合閘 命令、分合狀態信號、遙控分合間命令、保護分間命令和電源電壓監視的輸出端均與調理電 路(1)的輸入端相連，調理電路(1)的輸出端與光電隔離單元(2)的輸入端相連，光電隔離 單元(2)的輸出端與專用控制芯片CPLD (3)的命令I/O端相連，專用控制芯片CPLD (3)的 執行I/O端與輸出光電隔離⑷的輸入端相連，輸出光電隔離⑷的輸出端分別與電力電 子控制模塊(5)、運行狀態顯示單元(6)的輸入端相連，電力電子控制模塊(5)的輸出端與 電力電子驅動模塊(7)的柵極相連，在線編程端口(8)與專用控制芯片CPLD (3)的讀寫口 相連，電源模塊(9)的一電壓輸出端與電容器(10)相連，再連接于電力電子驅動模塊(7) 的漏極，電源模塊(9)的二次電源給整個主板供(11)供低壓電。
2.根據權利要求1所說的基于專用芯片的永磁操動機構智能控制器，其特征在于，所 說的專用控制芯片CPLD (3)是應用數字邏輯芯片CPLD的硬件描述語言VHDL而構筑的專用 邏輯電路的芯片。
專利摘要基于專用芯片的永磁操動機構智能控制器，包括調理電路，各控制命令與調理電路相連，調理電路與光電隔離單元、專用控制芯片CPLD相連，專用控制芯片CPLD與輸出光電隔離相連，輸出光電隔離分別與電力電子控制模塊、運行狀態顯示單元相連，電力電子控制模塊與電力電子驅動模塊相連，在線編程端口與專用控制芯片CPLD相連，電源模塊與電容器及主板供電；本實用新型采用CPLD器件做成一個數字邏輯控制運行的芯片，以芯片代替電路板，實現了真空開關的永磁操動機構控制器對真空開關的速度智能控制，從而延長了真空開關的整體使用壽命。
文檔編號G05B19/04GK201780474SQ20102028122
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月2日 優先權日2010年8月2日
發明者姬勞, 張日強, 楊文海, 王根林, 袁明輝 申請人:西安通大思源電器有限公司