專利名稱：一種真空斷路器用軟開關控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及機車電力系統用開關設備，尤其涉及一種真空斷路器用軟開關控制O背景技術
真空斷路器是一種觸頭在高真空的泡內分合的斷路器，十分適用于需要進行頻繁操作或快速切斷的電路，因而在各行各業的電力系統中都得到了廣泛的應用。在機車電力系統中，真空斷路器主要被應用在電容性負載電路，通常是一個真空斷路器與一個電壓互感器并聯后再與一個電流互感器串聯；目前，機車上所使用的真空斷路器都采用直接合閘、 直接分閘的工作方式，即在得到合閘或分閘信號后，立刻進行合閘或分閘動作；但是，真空斷路器一般都是帶電情況下在進行這些操作，因此在真空斷路器的內部極易產生電弧，這將對真空斷路器的觸頭造成很大程度的腐蝕，甚至有可能引起爆炸事故，這縮短了真空斷路器的使用壽命。發明內容
本發明的目的是提供一種真空斷路器用軟開關控制器，以便于使真空斷路器在不帶電的情況下進行合閘、分閘操作，從而避免在真空斷路器的內部產生電弧，延長真空斷路器的使用壽命。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的
一種真空斷路器用軟開關控制器，用于接收機車電力系統中的真空斷路器控制信號，并控制真空斷路器進行合閘、分閘操作；所述的機車電力系統包括先與電壓互感器并聯再與電流互感器串聯的真空斷路器；該軟開關控制器包括連接到機車電力系統中并接收真空斷路器控制信號的控制信號接收模塊，與電壓互感器連接并檢測電壓互感器電壓的電壓檢測模塊，與電流互感器連接并檢測電流互感器電流的電流檢測模塊，與真空斷路器連接并控制真空斷路器進行合閘、分閘操作的真空斷路器操控模塊，微處理模塊以及電源模塊；
微處理模塊分別與控制信號接收模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊、真空斷路器操控模塊連接；
微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取機車電力系統中的真空斷路器控制信號， 并根據該真空斷路器控制信號檢測電壓互感器電壓或檢測電流互感器電流；再根據所述的電壓互感器電壓或電流互感器電流控制真空斷路器進行合閘、分閘操作；
電源模塊分別與微處理模塊、控制信號接收模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊、 真空斷路器操控模塊連接，并提供電能。
優選地，相應的真空斷路器控制信號包括真空斷路器合閘信號和真空斷路器分閘信號；則
微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取機車電力系統中的真空斷路器合間信號，并根據真空斷路器合間信號控制電壓檢測模塊檢測電壓互感器電壓；當電壓互感器電壓不大于零時，微處理模塊通過真空斷路器操控模塊控制真空斷路器進行合閘操作，并且通過電流檢測模塊檢測電流互感器電流；當檢測到電流互感器電流大于零時，則微處理模塊確定真空斷路器合閘操作完成；
禾口/ 或，
微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取機車電力系統中的真空斷路器分閘信號， 并根據真空斷路器分間信號控制電流檢測模塊檢測電流互感器電流；當電流互感器電流不大于零時，微處理模塊通過真空斷路器操控模塊控制真空斷路器進行分閘操作，同時仍通過電流檢測模塊檢測電流互感器電流；若檢測到電流互感器電流仍不大于零時，則微處理模塊確定真空斷路器分閘操作完成。
優選地，還包括在微處理模塊控制下對真空斷路器控制數據進行存儲的存儲模塊；該存儲模塊分別與微處理模塊和電源模塊連接；
當微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取到機車電力系統中的真空斷路器合閘信號時，微處理模塊將真空斷路器合閘信號接收時刻作為真空斷路器控制數據存入存儲模塊；當微處理模塊確定真空斷路器合閘操作完成時，微處理模塊計算出從真空斷路器合閘信號接收時刻到真空斷路器合閘操作完成時刻的真空斷路器合閘操作延時，并將真空斷路器合閘操作完成時刻、真空斷路器合閘操作延時以及標識真空斷路器合閘操作完成的信息作為真空斷路器控制數據存入存儲模塊；
禾口/ 或，
當微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取到機車電力系統中的真空斷路器分閘信號時，微處理模塊將真空斷路器分閘信號接收時刻作為真空斷路器控制數據存入存儲模塊；當微處理模塊確定真空斷路器分閘操作完成時，微處理模塊計算出從真空斷路器分閘信號接收時刻到真空斷路器分閘操作完成時刻的真空斷路器分閘操作延時，并將真空斷路器分閘操作完成時刻、真空斷路器分閘操作延時以及標識真空斷路器分閘操作完成的信息作為真空斷路器控制數據存入存儲模塊。
優選地，還包括在微處理模塊控制下對真空斷路器控制數據進行顯示的顯示模塊；該顯示模塊分別與微處理模塊和電源模塊連接；
當微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取到機車電力系統中的真空斷路器合閘信號時，微處理模塊將真空斷路器合閘信號接收時刻作為真空斷路器控制數據發送給顯示模塊顯示；當微處理模塊確定真空斷路器合閘操作完成時，微處理模塊計算出從真空斷路器合閘信號接收時刻到真空斷路器合閘操作完成時刻的真空斷路器合閘操作延時，并將真空斷路器合閘操作完成時刻、真空斷路器合閘操作延時以及標識真空斷路器合閘操作完成的信息作為真空斷路器控制數據發送給顯示模塊顯示；
禾口/ 或，
當微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取到機車電力系統中的真空斷路器分閘信號時，微處理模塊將真空斷路器分閘信號接收時刻作為真空斷路器控制數據發送給顯示模塊顯示；當微處理模塊確定真空斷路器分閘操作完成時，微處理模塊計算出從真空斷路器分閘信號接收時刻到真空斷路器分閘操作完成時刻的真空斷路器分閘操作延時，并將真空斷路器分閘操作完成時刻、真空斷路器分閘操作延時以及標識真空斷路器分閘操作完成的信息作為真空斷路器控制數據發送給顯示模塊顯示。
優選地，相應的控制信號接收模塊包括第2光電耦合器U2、第5電阻R5、第6電阻R6、第7電阻R7、第16電容C16和第3穩壓二極管D3 ；
機車電力系統中的真空斷路器控制信號通過機車控制信號正電壓傳輸線和機車控制信號負電壓傳輸線進行傳輸；
所述的第2光電耦合器U2包括第2光電耦合器輸入部分二極管和第2光電耦合器輸出部分三極管；
第2光電耦合器輸入部分二極管的陽極與第6電阻R6的一端、第16電容C16的一端、第3穩壓二極管D3的陰極和第5電阻R5的一端相連，第5電阻R5的另一端與機車控制信號正電壓傳輸線連接；
第2光電耦合器輸入部分二極管的陰極與第6電阻R6的另一端、第16電容C16 的另一端、第3穩壓二極管D3的陽極相連，并且還與機車控制信號負電壓傳輸線相連；
第2光電耦合器輸出部分三極管的發射極直接接地；第2光電耦合器輸出部分三極管的集電極分別與第7電阻R7的一端和微處理模塊連接，第7電阻R7的另一端連接電源模塊的正5V電壓輸出端。
優選地，相應的電壓檢測模塊包括電壓轉換器Tl、第18電阻R18、第19電阻R19、 第20電阻R20、第21電阻R21、第22電阻R22、第23電阻R23、第M電阻R24、第7 二極管 D7、第8 二極管D8、第6A運算放大器U6A和第6D運算放大器U6D ；
電壓轉換器Tl的高電壓正極信號輸入端和高電壓負極信號輸入端分別與電壓互感器相接；電壓轉換器Tl的低電壓負極信號輸出端與電源模塊的信號接地端連接；電壓轉換器Tl的低電壓正極信號輸出端與第21電阻R21的一端連接；
第21電阻R21的另一端分別與第20電阻R20的一端和第6A運算放大器U6A的反相輸入端連接；
第20電阻R20的另一端分別與第18電阻R18的一端和第19電阻R19的一端連接，第18電阻R18的另一端連接電源模塊的正3. 3V電壓輸出端；第19電阻R19的另一端連接電源模塊的信號接地端；
第6A運算放大器U6A的同相輸入端連接電源模塊的信號接地端；第6A運算放大器U6A的輸出端通過第22電阻R22反饋連接第6A運算放大器U6A的反相輸入端；
第6D運算放大器TOD的反相輸入端通過串聯的第23電阻R23與第6A運算放大器U6A的輸出端連接；第6D運算放大器TOD的同相輸入端連接電源模塊的信號接地端；第 6D運算放大器TOD的輸出端依次與第7 二極管D7的陽極、第8 二極管D8的陰極連、第M 電阻R24的一端和微處理模塊連接，同時還通過第M電阻RM反饋連接第6D運算放大器 U6D的反相輸入端；
第7 二極管D7的陰極連接電源模塊的正5V電壓輸出端；第8 二極管D8的陽極連接電源模塊的電源接地端。
優選地，相應的電流檢測模塊包括第25電阻R25、第沈電阻R26、第27電阻R27、 第28電阻1 28、第四電阻R29、第30電阻R30、第31電阻R31、第9 二極管D9、第10 二極管 D10、第7A運算放大器U7A、第7B運算放大器U7B和第7C運算放大器U7C ；
第7A運算放大器U7A的同相輸入端與電流互感器連接；第7A運算放大器U7A的8輸出端反饋連接第7A運算放大器U7A的反相輸入端，同時與第沈電阻R26的一端連接；
第沈電阻R26的另一端分別與第25電阻R25的一端、第27電阻R27的一端和第 7B運算放大器U7B的反相輸入端連接；
第25電阻R25的另一端分別與第30電阻R30的一端和第31電阻R31的一端連接，第30電阻R30的另一端連接電源模塊的正3. 3V電壓輸出端；第31電阻R31的另一端連接電源模塊的信號接地端；
第7B運算放大器U7B的同相輸入端連接電源模塊的信號接地端；第7B運算放大器U7B的輸出端連接第27電阻R27的另一端；
第7C運算放大器U7C的反相輸入端通過串聯的第28電阻R28與第7B運算放大器U7B的輸出端連接；第7C運算放大器U7C的同相輸入端連接電源模塊的信號接地端；第 7C運算放大器U7C的輸出端依次與第9 二極管D9的陽極、第10 二極管DlO的陰極連、第 29電阻R29的一端和微處理模塊連接，同時還通過第四電阻似9反饋連接第7C運算放大器U7C的反相輸入端；
第9 二極管D9的陰極連接電源模塊的正5V電壓輸出端；第10 二極管DlO的陽極連接電源模塊的電源接地端。
優選地，相應的真空斷路器操控模塊包括第14電阻R14、第16電阻R16、第17電阻R17、第2 二極管D2、第6 二極管D6、第3三極管Q3、第5光電耦合器U5和電子繼電器 U7 ；
所述的第5光電耦合器U5包括第5光電耦合器輸入部分二極管和第5光電耦合器輸出部分三極管；
第5光電耦合器輸入部分二極管的陽極通過依次串聯的第6 二極管D6和第17電阻R17與微處理模塊的控制信號高電壓輸出端連接；第5光電耦合器輸入部分二極管的陰極直接與微處理模塊的控制信號低電壓輸出端連接；
第3三極管Q3的基極通過串聯的第16電阻R16與微處理模塊的控制信號保護電壓輸出端連接；第3三極管Q3的發射極直接與電源模塊的電源接地端連接；第3三極管Q3 的集電極連接在串聯的第6 二極管D6和第17電阻R17之間；
第5光電耦合器輸出部分三極管的發射極直接與電源模塊的電源接地端連接；第 5光電耦合器輸出部分三極管的集電極與電子繼電器U7的低電平信號輸入端連接；
電子繼電器U7的高電平信號輸入端通過串聯的第14電阻R14與電源模塊的正 15V電壓輸出端連接；電子繼電器U7的控制信號輸出端與第6 二極管D6的陰極和真空斷路器驅動電機的高電壓控制信號輸入端連接；
第6 二極管D6的陽極和真空斷路器驅動電機的低電壓控制信號輸入端均與電源模塊的負IlOV電壓輸出端連接；
真空斷路器驅動電機連接并驅動真空斷路器進行合閘、分閘操作。
由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的真空斷路器用軟開關控制器通過控制信號接收模塊獲取機車電力系統中的真空斷路器控制信號；若該真空斷路器控制信號為真空斷路器合閘信號，則控制電壓檢測模塊檢測電壓互感器電壓并在電壓互感器電壓不大于零時控制真空斷路器進行合閘操作；若該真空斷路器控制信號為真空斷路器分閘信號，則控制電流檢測模塊檢測電流互感器電流并在電流互感器電流不大于零時控制真空斷路器進行分閘操作；由此可見，本發明實施例使真空斷路器能夠在不帶電的情況下進行合閘、分閘操作，因而避免了在真空斷路器的內部產生電弧，延長了真空斷路器的使用壽命。
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
圖1為本發明實施例提供的軟開關控制器的結構示意圖2為本發明實施例提供的控制信號接收模塊的電路原理示意圖3為本發明實施例提供的電壓檢測模塊的電路原理示意圖4為本發明實施例提供的電流檢測模塊的電路原理示意圖5為本發明實施例提供的真空斷路器操控模塊的電路原理示意圖。
具體實施方式
下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
首先需要說明的是，在機車電力系統中，真空斷路器通常被應用在電容性負載電路中；這些電容性負載電路中至少包括一個真空斷路器、一個電壓互感器和一個電流互感器，并且真空斷路器都是先與電壓互感器并聯再與電流互感器串聯。本發明實施例提供的真空斷路器用軟開關控制器就是在這些電容性負載電路中接收機車電力系統的真空斷路器控制信號，并控制真空斷路器進行合閘、分閘操作。下面就將結合附圖對本發明實施例進行詳細描述。
如圖1至圖5所示，一種真空斷路器用軟開關控制器，用于接收機車電力系統中的真空斷路器控制信號，并控制真空斷路器進行合閘、分閘操作；其具體結構可以包括控制信號接收模塊，電壓檢測模塊，電流檢測模塊，真空斷路器操控模塊，微處理模塊以及電源模塊；微處理模塊分別與控制信號接收模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊、真空斷路器操控模塊連接，并通過控制信號接收模塊獲取機車電力系統中的真空斷路器控制信號，再根據該真空斷路器控制信號檢測電壓互感器電壓或檢測電流互感器電流，然后根據該電壓互感器電壓或電流互感器電流控制真空斷路器進行合閘、分閘操作；電源模塊分別與微處理模塊、控制信號接收模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊、真空斷路器操控模塊連接，并為這些模塊提供穩定電能。
其中，相應的真空斷路器控制信號可以包括真空斷路器合閘信號和真空斷路器分閘信號，則該軟開關控制器控制真空斷路器的具體過程可以包括以下的至少一種
(1)微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取機車電力系統中的真空斷路器合閘信號，并根據真空斷路器合閘信號控制電壓檢測模塊檢測電壓互感器電壓；當電壓互感器電壓不大于零時，微處理模塊通過真空斷路器操控模塊控制真空斷路器進行合閘操作，并且通過電流檢測模塊檢測電流互感器電流；當檢測到電流互感器電流大于零時，則微處理模塊確定真空斷路器合閘操作完成；
(2)微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取機車電力系統中的真空斷路器分閘信號，并根據真空斷路器分閘信號控制電流檢測模塊檢測電流互感器電流；當電流互感器電流不大于零時，微處理模塊通過真空斷路器操控模塊控制真空斷路器進行分閘操作，同時仍通過電流檢測模塊檢測電流互感器電流；若檢測到電流互感器電流仍不大于零時，則微處理模塊確定真空斷路器分閘操作完成。
具體地，在實際應用中，該軟開關控制器控制真空斷路器還可以包括以下部件
(1)存儲模塊與微處理模塊和電源模塊連接，并在微處理模塊控制下對真空斷路器控制數據進行存儲；相應的真空斷路器控制數據可以包括真空斷路器合閘信號接收時刻、真空斷路器合閘操作完成時刻、真空斷路器合閘操作延時以及標識真空斷路器合閘操作完成的信息，則該真空斷路器控制數據從獲取到存儲的具體過程可以包括以下技術方案中的至少一種
①當微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取到機車電力系統中的真空斷路器合閘信號時，微處理模塊將真空斷路器合閘信號接收時刻作為真空斷路器控制數據存入存儲模塊；當微處理模塊確定真空斷路器合閘操作完成時，微處理模塊計算出從真空斷路器合閘信號接收時刻到真空斷路器合閘操作完成時刻的真空斷路器合閘操作延時，并將真空斷路器合閘操作完成時刻、真空斷路器合閘操作延時以及標識真空斷路器合閘操作完成的信息作為真空斷路器控制數據存入存儲模塊；
②當微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取到機車電力系統中的真空斷路器分閘信號時，微處理模塊將真空斷路器分閘信號接收時刻作為真空斷路器控制數據存入存儲模塊；當微處理模塊確定真空斷路器分閘操作完成時，微處理模塊計算出從真空斷路器分閘信號接收時刻到真空斷路器分閘操作完成時刻的真空斷路器分閘操作延時，并將真空斷路器分閘操作完成時刻、真空斷路器分閘操作延時以及標識真空斷路器分閘操作完成的信息作為真空斷路器控制數據存入存儲模塊。
(2)顯示模塊與微處理模塊和電源模塊連接，并在微處理模塊控制下對真空斷路器控制數據進行顯示；相應的真空斷路器控制數據可以包括真空斷路器合閘信號接收時刻、真空斷路器合閘操作完成時刻、真空斷路器合閘操作延時以及標識真空斷路器合閘操作完成的信息，則該真空斷路器控制數據從獲取到顯示的具體過程可以包括以下技術方案中的至少一種
①當微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取到機車電力系統中的真空斷路器合閘信號時，微處理模塊將真空斷路器合閘信號接收時刻作為真空斷路器控制數據發送給顯示模塊顯示；當微處理模塊確定真空斷路器合閘操作完成時，微處理模塊計算出從真空斷路器合閘信號接收時刻到真空斷路器合閘操作完成時刻的真空斷路器合閘操作延時，并將真空斷路器合閘操作完成時刻、真空斷路器合閘操作延時以及標識真空斷路器合閘操作完成的信息作為真空斷路器控制數據發送給顯示模塊顯示；
②當微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取到機車電力系統中的真空斷路器分閘信號時，微處理模塊將真空斷路器分閘信號接收時刻作為真空斷路器控制數據發送給顯示模塊顯示；當微處理模塊確定真空斷路器分閘操作完成時，微處理模塊計算出從真空斷路器分閘信號接收時刻到真空斷路器分閘操作完成時刻的真空斷路器分閘操作延時，并將真空斷路器分閘操作完成時刻、真空斷路器分閘操作延時以及標識真空斷路器分閘操作完成的信息作為真空斷路器控制數據發送給顯示模塊顯示。
進一步地，本發明實施例提供的真空斷路器用軟開關控制器的工作原理在于由于在機車電力系統中，真空斷路器都是先與電壓互感器并聯再與電流互感器串聯，因此電壓互感器的電壓值等于真空斷路器的電壓值，電流互感器的電流值等于真空斷路器的電流值。在真空斷路器分閘狀態下，若電壓檢測模塊檢測到的電壓互感器電壓不大于零，則真空斷路器的電壓也不大于零，也就是說此時的真空斷路器處于不帶電狀態，可以進行合閘操作；由于在真空斷路器合閘后，真空斷路器中會產生電流，因此若在進行合閘操作后，通過電流檢測模塊檢測到的電流互感器電流大于零則表明真空斷路器合閘操作成功。在真空斷路器合閘狀態下，電流檢測模塊檢測到的電流互感器電流不大于零，則流經真空斷路器的電流也不大于零，也就是說此時的真空斷路器處于不帶電狀態，可以進行分閘操作；由于在真空斷路器分閘后，真空斷路器中將沒有電流，因此若在進行分閘操作后，通過電流檢測模塊檢測到的電流互感器電流仍不大于零則表明真空斷路器分閘操作成功。由此可見，本發明實施例能夠使真空斷路器在不帶電的情況下進行合閘、分閘操作，因而避免了在真空斷路器的內部產生電弧，延長了真空斷路器的使用壽命。
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面列舉實施例并結合附圖，對本發明實施例作進一步地詳細描述。
實施例一
如圖1至圖5所示，一種真空斷路器用軟開關控制器，用于接收機車電力系統中的真空斷路器控制信號，并控制真空斷路器進行合閘、分閘操作；其具體結構可以包括控制信號接收模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊、真空斷路器操控模塊、存儲模塊、顯示模塊、 微處理模塊以及電源模塊；微處理模塊分別與控制信號接收模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊、真空斷路器操控模塊、存儲模塊和顯示模塊連接；電源模塊分別與微處理模塊、控制信號接收模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊、真空斷路器操控模塊連接，并為這些模塊提供穩定電能。
其中，相應的真空斷路器控制信號可以包括真空斷路器合閘信號和真空斷路器分閘信號，則該軟開關控制器控制真空斷路器的具體過程可以包括以下的至少一種
(1)微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取機車電力系統中的真空斷路器合閘信號，并將真空斷路器合閘信號接收時刻作為真空斷路器控制數據存入存儲模塊，同時也將該真空斷路器控制數據發送到顯示模塊顯示；然后，微處理模塊根據真空斷路器合閘信號控制電壓檢測模塊檢測電壓互感器電壓；當電壓互感器電壓不大于零時，微處理模塊通過真空斷路器操控模塊控制真空斷路器進行合閘操作，并且通過電流檢測模塊檢測電流互感器電流；當檢測到電流互感器電流大于零時，則微處理模塊確定真空斷路器合閘操作完成， 并計算出從真空斷路器合閘信號接收時刻到真空斷路器合閘操作完成時刻的真空斷路器合閘操作延時，再將真空斷路器合閘操作完成時刻、真空斷路器合閘操作延時以及標識真空斷路器合閘操作完成的信息作為真空斷路器控制數據存入存儲模塊，同時也將該真空斷路器控制數據發送到顯示模塊顯示；
(2)微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取機車電力系統中的真空斷路器分閘信號，并將真空斷路器分閘信號接收時刻作為真空斷路器控制數據存入存儲模塊，同時也將該真空斷路器控制數據發送到顯示模塊顯示；然后，微處理模塊根據真空斷路器分閘信號控制電流檢測模塊檢測電流互感器電流；當電流互感器電流不大于零時，微處理模塊通過真空斷路器操控模塊控制真空斷路器進行分閘操作，同時仍通過電流檢測模塊檢測電流互感器電流；若檢測到電流互感器電流仍不大于零時，則微處理模塊確定真空斷路器分閘操作完成，并計算出從真空斷路器分閘信號接收時刻到真空斷路器分閘操作完成時刻的真空斷路器分閘操作延時，再將真空斷路器分閘操作完成時刻、真空斷路器分閘操作延時以及標識真空斷路器分閘操作完成的信息作為真空斷路器控制數據存入存儲模塊，同時也將該真空斷路器控制數據發送到顯示模塊顯示。
具體地，如圖2至圖5所示，本發明實施例所提供的軟開關控制器的各部件的具體技術方案可以包括
(1)控制信號接收模塊連接到機車電力系統中并接收真空斷路器控制信號；如圖2所示，機車電力系統中的真空斷路器控制信號通過機車控制信號正電壓傳輸線和機車控制信號負電壓傳輸線進行傳輸，該控制信號接收模塊可以通過如下的電路來接收真空斷路器控制信號該電路可以包括第2光電耦合器U2、第5電阻R5、第6電阻R6、第7電阻R7、 第16電容C16和第3穩壓二極管D3 ；相應的第2光電耦合器U2包括第2光電耦合器輸入部分二極管和第2光電耦合器輸出部分三極管；第2光電耦合器輸入部分二極管的陽極與第6電阻R6的一端、第16電容C16的一端、第3穩壓二極管D3的陰極和第5電阻R5的一端相連，第5電阻R5的另一端與機車控制信號正電壓傳輸線連接；第2光電耦合器輸入部分二極管的陰極與第6電阻R6的另一端、第16電容C16的另一端、第3穩壓二極管D3的陽極相連，并且還與機車控制信號負電壓傳輸線相連；第2光電耦合器輸出部分三極管的發射極直接接地；第2光電耦合器輸出部分三極管的集電極分別與第7電阻R7的一端和微處理模塊連接，第7電阻R7的另一端連接電源模塊的正5V電壓輸出端。在該控制信號接收模塊的實現電路中，第7電阻R7能夠提升輸出到微處理模塊中的真空斷路器控制信號的強度，并保護第2光電耦合器U2的正常工作；第5電阻R5保護第2光電耦合器U2不受大電流的沖擊，限制流過第2光電耦合器U2的電流；第16電容C16吸收脈沖電壓，消除干擾。
(2)電壓檢測模塊與電壓互感器連接并檢測電壓互感器電壓；如圖3所示，該電壓檢測模塊可以通過如下的電路來實現，該電路可以包括電壓轉換器Tl (該電壓轉換器 Tl用于將電壓互感器的高電壓輸出信號轉換為低電壓檢測信號；例如該可電壓轉換器Tl 可以選用現有技術中的微型電壓互感器芯片TV26B01)、第18電阻R18、第19電阻R19、第 20電阻R20、第21電阻R21、第22電阻R22、第23電阻1 23、第對電阻R24、第7 二極管D7、 第8 二極管D8、第6A運算放大器U6A和第6D運算放大器TOD ；電壓轉換器Tl的高電壓正極信號輸入端和高電壓負極信號輸入端分別與電壓互感器相接；電壓轉換器Tl的低電壓負極信號輸出端與電源模塊的信號接地端連接；電壓轉換器Tl的低電壓正極信號輸出端與第21電阻R21的一端連接 ’第21電阻R21的另一端分別與第20電阻R20的一端和第 6A運算放大器U6A的反相輸入端連接；第20電阻R20的另一端分別與第18電阻R18的一端和第19電阻R19的一端連接，第18電阻R18的另一端連接電源模塊的正3. 3V電壓輸出端；第19電阻R19的另一端連接電源模塊的信號接地端 ’第6A運算放大器TOA的同相輸13入端連接電源模塊的信號接地端；第6A運算放大器TOA的輸出端通過第22電阻R22反饋連接第6A運算放大器U6A的反相輸入端；第6D運算放大器TOD的反相輸入端通過串聯的第23電阻R23與第6A運算放大器U6A的輸出端連接 ’第6D運算放大器TOD的同相輸入端連接電源模塊的信號接地端；第6D運算放大器TOD的輸出端依次與第7 二極管D7的陽極、第8 二極管D8的陰極連、第M電阻RM的一端和微處理模塊連接，同時還通過第M電阻RM反饋連接第6D運算放大器TOD的反相輸入端；第7 二極管D7的陰極連接電源模塊的正5V電壓輸出端；第8 二極管D8的陽極連接電源模塊的電源接地端。在該電壓檢測模塊的實現電路中，第18電阻R18和第19電阻R19構成的上拉電阻，能夠使第6A運算放大器U6A的反向輸入端上疊加上一直流電平，從而保證輸出到微處理模塊的信號為一個直流電壓，以使微處理模塊能夠正確判斷電壓互感器電壓過零點的時間。
(3)電流檢測模塊與電流互感器連接并檢測電流互感器電流；如圖4所示，該電流檢測模塊可以通過如下的電路來實現，該電路可以包括第25電阻1 25、第沈電阻R26、 第27電阻R27、第28電阻R28、第四電阻R29、第30電阻R30、第31電阻R31、第9 二極管 D9、第10 二極管D10、第7A運算放大器U7A、第7B運算放大器U7B和第7C運算放大器U7C ； 第7A運算放大器U7A的同相輸入端與電流互感器連接；第7A運算放大器U7A的輸出端反饋連接第7A運算放大器U7A的反相輸入端，同時與第沈電阻R26的一端連接；第沈電阻 R26的另一端分別與第25電阻R25的一端、第27電阻R27的一端和第7B運算放大器U7B 的反相輸入端連接；第25電阻R25的另一端分別與第30電阻R30的一端和第31電阻R31 的一端連接，第30電阻R30的另一端連接電源模塊的正3. 3V電壓輸出端；第31電阻R31 的另一端連接電源模塊的信號接地端；第7B運算放大器U7B的同相輸入端連接電源模塊的信號接地端；第7B運算放大器U7B的輸出端連接第27電阻R27的另一端；第7C運算放大器U7C的反相輸入端通過串聯的第觀電阻似8與第7B運算放大器U7B的輸出端連接；第 7C運算放大器U7C的同相輸入端連接電源模塊的信號接地端；第7C運算放大器U7C的輸出端依次與第9 二極管D9的陽極、第10 二極管DlO的陰極連、第四電阻R29的一端和微處理模塊連接，同時還通過第四電阻似9反饋連接第7C運算放大器U7C的反相輸入端；第9 二極管D9的陰極連接電源模塊的正5V電壓輸出端；第10 二極管DlO的陽極連接電源模塊的電源接地端。在該電流檢測模塊的實現電路中，第30電阻R30、第31電阻R31和第25電阻R25構成的上拉電阻，能夠使第7B運算放大器U7B的反向輸入端上疊加上一直流電平， 從而保證輸出到微處理模塊的信號為一個直流電壓，以使微處理模塊能夠正確判斷電流互感器電流過零點的時間。
(4)真空斷路器操控模塊與真空斷路器連接并控制真空斷路器進行合閘、分閘操作；如圖5所示，該真空斷路器操控模塊可以通過如下的電路來實現，該電路可以包括 第14電阻R14、第16電阻R16、第17電阻R17、第2 二極管D2、第6 二極管D6、第3三極管 Q3、第5光電耦合器U5和電子繼電器U7 (該電子繼電器U7主要用于將高壓制動部分與低壓控制部分相隔離，例如該電子繼電器U7可以選用現有技術中能夠通過商業手段購買的芯片PVX6012)；所述的第5光電耦合器TO包括第5光電耦合器輸入部分二極管和第5光電耦合器輸出部分三極管；第5光電耦合器輸入部分二極管的陽極通過依次串聯的第6 二極管D6和第17電阻R17與微處理模塊的控制信號高電壓輸出端連接；第5光電耦合器輸入部分二極管的陰極直接與微處理模塊的控制信號低電壓輸出端連接；第3三極管Q3的基極通過串聯的第16電阻R16與微處理模塊的控制信號保護電壓輸出端連接 ’第3三極管Q3 的發射極直接與電源模塊的電源接地端連接；第3三極管Q3的集電極連接在串聯的第6 二極管D6和第17電阻R17之間；第5光電耦合器輸出部分三極管的發射極直接與電源模塊的電源接地端連接；第5光電耦合器輸出部分三極管的集電極與電子繼電器U7的低電平信號輸入端連接；電子繼電器U7的高電平信號輸入端通過串聯的第14電阻R14與電源模塊的正15V電壓輸出端連接；電子繼電器U7的控制信號輸出端與第6 二極管D6的陰極和真空斷路器驅動電機的高電壓控制信號輸入端連接；第6 二極管D6的陽極和真空斷路器驅動電機的低電壓控制信號輸入端均與電源模塊的負IlOV電壓輸出端連接；真空斷路器驅動電機連接并驅動真空斷路器進行合閘、分閘操作。在該真空斷路器操控模塊的實現電路中， 第17電阻R17能夠限制流入第5光電耦合器U5的電流；第6 二極管D6能夠限制流到真空斷路器驅動電機的電壓，以防止電壓過大；第14電阻R14為上拉電阻，能夠限制流入電子繼電器U7的電流。
需要說明的是，本申請文件中所述的微處理模塊可以是現有技術中由ARM(ARM是 Advanced RISC Machines的縮寫，譯為高級精簡指令集計算機)等處理器所構成的常見處理電路；本申請文件中所述的存儲模塊可以是現有技術中由ATMC04、AT29C257等處存儲芯片所構成的常見存儲電路；本申請文件中所述的顯示模塊可以是現有技術中由液晶顯示屏、數碼管顯示屏等顯示器件所構成的常見顯示電路；本申請文件中所述的電源模塊可以是現有技術中由常見電壓轉換電路，可以將機車電力系統中波動范圍較大電壓轉換為穩定的電壓，以為本軟開關控制器的各個模塊供電。
可見，本發明實施例的實現使真空斷路器在不帶電的情況下進行合閘、分閘操作， 從而避免在真空斷路器的內部產生電弧，延長真空斷路器的使用壽命。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種真空斷路器用軟開關控制器，用于接收機車電力系統中的真空斷路器控制信號，并控制真空斷路器進行合閘、分閘操作；所述的機車電力系統包括先與電壓互感器并聯再與電流互感器串聯的真空斷路器；其特征在于，該軟開關控制器包括連接到機車電力系統中并接收真空斷路器控制信號的控制信號接收模塊，與電壓互感器連接并檢測電壓互感器電壓的電壓檢測模塊，與電流互感器連接并檢測電流互感器電流的電流檢測模塊，與真空斷路器連接并控制真空斷路器進行合閘、分閘操作的真空斷路器操控模塊，微處理模塊以及電源模塊；微處理模塊分別與控制信號接收模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊、真空斷路器操控模塊連接；微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取機車電力系統中的真空斷路器控制信號，并根據該真空斷路器控制信號檢測電壓互感器電壓或檢測電流互感器電流；再根據所述的電壓互感器電壓或電流互感器電流控制真空斷路器進行合閘、分閘操作；電源模塊分別與微處理模塊、控制信號接收模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊、真空斷路器操控模塊連接，并提供電能。
2.根據權利要求1所述的真空斷路器用軟開關控制器，其特征在于，所述的真空斷路器控制信號包括真空斷路器合閘信號和真空斷路器分閘信號；則微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取機車電力系統中的真空斷路器合閘信號，并根據真空斷路器合間信號控制電壓檢測模塊檢測電壓互感器電壓；當電壓互感器電壓不大于零時，微處理模塊通過真空斷路器操控模塊控制真空斷路器進行合閘操作，并且通過電流檢測模塊檢測電流互感器電流；當檢測到電流互感器電流大于零時，則微處理模塊確定真空斷路器合閘操作完成；和/或，微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取機車電力系統中的真空斷路器分閘信號，并根據真空斷路器分間信號控制電流檢測模塊檢測電流互感器電流；當電流互感器電流不大于零時，微處理模塊通過真空斷路器操控模塊控制真空斷路器進行分閘操作，同時仍通過電流檢測模塊檢測電流互感器電流；若檢測到電流互感器電流仍不大于零時，則微處理模塊確定真空斷路器分閘操作完成。
3.根據權利要求2所述的真空斷路器用軟開關控制器，其特征在于，還包括在微處理模塊控制下對真空斷路器控制數據進行存儲的存儲模塊；該存儲模塊分別與微處理模塊和電源模塊連接；當微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取到機車電力系統中的真空斷路器合間信號時，微處理模塊將真空斷路器合閘信號接收時刻作為真空斷路器控制數據存入存儲模塊； 當微處理模塊確定真空斷路器合閘操作完成時，微處理模塊計算出從真空斷路器合閘信號接收時刻到真空斷路器合閘操作完成時刻的真空斷路器合閘操作延時，并將真空斷路器合閘操作完成時刻、真空斷路器合閘操作延時以及標識真空斷路器合閘操作完成的信息作為真空斷路器控制數據存入存儲模塊；和/或，當微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取到機車電力系統中的真空斷路器分閘信號時，微處理模塊將真空斷路器分閘信號接收時刻作為真空斷路器控制數據存入存儲模塊;當微處理模塊確定真空斷路器分閘操作完成時，微處理模塊計算出從真空斷路器分閘信號接收時刻到真空斷路器分閘操作完成時刻的真空斷路器分閘操作延時，并將真空斷路器分閘操作完成時刻、真空斷路器分閘操作延時以及標識真空斷路器分閘操作完成的信息作為真空斷路器控制數據存入存儲模塊。
4.根據權利要求2或3所述的真空斷路器用軟開關控制器，其特征在于，還包括在微處理模塊控制下對真空斷路器控制數據進行顯示的顯示模塊；該顯示模塊分別與微處理模塊和電源模塊連接；當微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取到機車電力系統中的真空斷路器合間信號時，微處理模塊將真空斷路器合閘信號接收時刻作為真空斷路器控制數據發送給顯示模塊顯示；當微處理模塊確定真空斷路器合閘操作完成時，微處理模塊計算出從真空斷路器合閘信號接收時刻到真空斷路器合閘操作完成時刻的真空斷路器合閘操作延時，并將真空斷路器合閘操作完成時刻、真空斷路器合閘操作延時以及標識真空斷路器合閘操作完成的信息作為真空斷路器控制數據發送給顯示模塊顯示；和/或，當微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取到機車電力系統中的真空斷路器分閘信號時，微處理模塊將真空斷路器分閘信號接收時刻作為真空斷路器控制數據發送給顯示模塊顯示；當微處理模塊確定真空斷路器分閘操作完成時，微處理模塊計算出從真空斷路器分閘信號接收時刻到真空斷路器分閘操作完成時刻的真空斷路器分閘操作延時，并將真空斷路器分閘操作完成時刻、真空斷路器分閘操作延時以及標識真空斷路器分閘操作完成的信息作為真空斷路器控制數據發送給顯示模塊顯示。
5.根據權利要求1或2或3所述的真空斷路器用軟開關控制器，其特征在于，所述的控制信號接收模塊包括第2光電耦合器(U2)、第5電阻(R5)、第6電阻(R6)、第7電阻(R7)、 第16電容(C16)和第3穩壓二極管(D3)；機車電力系統中的真空斷路器控制信號通過機車控制信號正電壓傳輸線和機車控制信號負電壓傳輸線進行傳輸；所述的第2光電耦合器(似)包括第2光電耦合器輸入部分二極管和第2光電耦合器輸出部分三極管；第2光電耦合器輸入部分二極管的陽極與第6電阻(R6)的一端、第16電容(C16)的一端、第3穩壓二極管(D3)的陰極和第5電阻(R5)的一端相連，第5電阻(R5)的另一端與機車控制信號正電壓傳輸線連接；第2光電耦合器輸入部分二極管的陰極與第6電阻(R6)的另一端、第16電容(C16) 的另一端、第3穩壓二極管(D!3)的陽極相連，并且還與機車控制信號負電壓傳輸線相連；第2光電耦合器輸出部分三極管的發射極直接接地；第2光電耦合器輸出部分三極管的集電極分別與第7電阻(R7)的一端和微處理模塊連接，第7電阻(R7)的另一端連接電源模塊的正5V電壓輸出端。
6.根據權利要求1或2或3所述的真空斷路器用軟開關控制器，其特征在于，所述的電壓檢測模塊包括電壓轉換器(Tl)、第18電阻(R18)、第19電阻(R19)、第20電阻(R20)、 第21電阻(R21)、第22電阻(R22)、第23電阻(R23)、第M電阻(R24)、第7 二極管(D7)、 第8 二極管(D8)、第6A運算放大器(TOA)和第6D運算放大器(TOD)；電壓轉換器(Tl)的高電壓正極信號輸入端和高電壓負極信號輸入端分別與電壓互感器相接；電壓轉換器(Tl)的低電壓負極信號輸出端與電源模塊的信號接地端連接；電壓轉換器(Tl)的低電壓正極信號輸出端與第21電阻(R21)的一端連接；第21電阻(R21)的另一端分別與第20電阻(R20)的一端和第6A運算放大器(TOA) 的反相輸入端連接；第20電阻(R20)的另一端分別與第18電阻(R18)的一端和第19電阻(R19)的一端連接，第18電阻(R18)的另一端連接電源模塊的正3. 3V電壓輸出端；第19電阻(R19)的另一端連接電源模塊的信號接地端；第6A運算放大器(TOA)的同相輸入端連接電源模塊的信號接地端；第6A運算放大器 (U6A)的輸出端通過第22電阻(R22)反饋連接第6A運算放大器(U6A)的反相輸入端；第6D運算放大器(U6D)的反相輸入端通過串聯的第23電阻(R23)與第6A運算放大器(U6A)的輸出端連接；第6D運算放大器(U6D)的同相輸入端連接電源模塊的信號接地端；第6D運算放大器(U6D)的輸出端依次與第7 二極管(D7)的陽極、第8 二極管(D8)的陰極連、第M電阻(R24)的一端和微處理模塊連接，同時還通過第M電阻(R24)反饋連接第6D運算放大器(TOD)的反相輸入端；第7 二極管(D7)的陰極連接電源模塊的正5V電壓輸出端；第8 二極管(D8)的陽極連接電源模塊的電源接地端。
7.根據權利要求1或2或3所述的真空斷路器用軟開關控制器，其特征在于，所述的電流檢測模塊包括第25電阻(R25)、第沈電阻(R26)、第27電阻(R27)、第觀電阻(R28)、第 29電阻(R29)、第30電阻(R30)、第31電阻(R31)、第9 二極管(D9)、第10 二極管(DlO)、 第7A運算放大器(U7A)、第7B運算放大器(U7B)和第7C運算放大器(U7C)；第7A運算放大器(U7A)的同相輸入端與電流互感器連接；第7A運算放大器(U7A)的輸出端反饋連接第7A運算放大器(U7A)的反相輸入端，同時與第沈電阻(似6)的一端連接；第沈電阻(似6)的另一端分別與第25電阻(R25)的一端、第27電阻(R27)的一端和第7B運算放大器(U7B)的反相輸入端連接；第25電阻(R25)的另一端分別與第30電阻(R30)的一端和第31電阻(R31)的一端連接，第30電阻(R30)的另一端連接電源模塊的正3. 3V電壓輸出端；第31電阻(R31)的另一端連接電源模塊的信號接地端；第7B運算放大器(U7B)的同相輸入端連接電源模塊的信號接地端；第7B運算放大器 (U7B)的輸出端連接第27電阻(R27)的另一端；第7C運算放大器(U7C)的反相輸入端通過串聯的第觀電阻(似8)與第7B運算放大器(U7B)的輸出端連接；第7C運算放大器(U7C)的同相輸入端連接電源模塊的信號接地端；第7C運算放大器(U7C)的輸出端依次與第9 二極管(D9)的陽極、第10 二極管(DlO) 的陰極連、第四電阻(R29)的一端和微處理模塊連接，同時還通過第四電阻(R29)反饋連接第7C運算放大器(U7C)的反相輸入端；第9 二極管(D9)的陰極連接電源模塊的正5V電壓輸出端；第10 二極管(DlO)的陽極連接電源模塊的電源接地端。
8.根據權利要求1或2或3所述的真空斷路器用軟開關控制器，其特征在于，所述的真空斷路器操控模塊包括第14電阻(R14)、第16電阻(R16)、第17電阻(R17)、第2 二極管 (D2)、第6 二極管(D6)、第3三極管0^3)、第5光電耦合器(U5)和電子繼電器(U7)；所述的第5光電耦合器(TO)包括第5光電耦合器輸入部分二極管和第5光電耦合器輸出部分三極管；第5光電耦合器輸入部分二極管的陽極通過依次串聯的第6 二極管(D6)和第17電阻 (R17)與微處理模塊的控制信號高電壓輸出端連接；第5光電耦合器輸入部分二極管的陰極直接與微處理模塊的控制信號低電壓輸出端連接；第3三極管0^3)的基極通過串聯的第16電阻(R16)與微處理模塊的控制信號保護電壓輸出端連接；第3三極管的發射極直接與電源模塊的電源接地端連接；第3三極管 (Q3)的集電極連接在串聯的第6 二極管(D6)和第17電阻(R17)之間；第5光電耦合器輸出部分三極管的發射極直接與電源模塊的電源接地端連接；第5光電耦合器輸出部分三極管的集電極與電子繼電器(U7)的低電平信號輸入端連接；電子繼電器(U7)的高電平信號輸入端通過串聯的第14電阻(R14)與電源模塊的正 15V電壓輸出端連接；電子繼電器(U7)的控制信號輸出端與第6 二極管(D6)的陰極和真空斷路器驅動電機的高電壓控制信號輸入端連接；第6 二極管(D6)的陽極和真空斷路器驅動電機的低電壓控制信號輸入端均與電源模塊的負IlOV電壓輸出端連接；真空斷路器驅動電機連接并驅動真空斷路器進行合閘、分閘操作。
全文摘要
本發明公開一種真空斷路器用軟開關控制器，包括接收真空斷路器控制信號的控制信號接收模塊，檢測電壓互感器電壓的電壓檢測模塊，檢測電流互感器電流的電流檢測模塊，控制真空斷路器進行合閘、分閘操作的真空斷路器操控模塊，微處理模塊以及電源模塊；微處理模塊通過控制信號接收模塊獲取機車電力系統中的真空斷路器控制信號，并根據該真空斷路器控制信號檢測電壓互感器電壓或檢測電流互感器電流；再根據所述的電壓互感器電壓或電流互感器電流控制真空斷路器進行合閘、分閘操作；本發明實施例的實現使真空斷路器在不帶電的情況下進行合閘、分閘操作，從而避免在真空斷路器的內部產生電弧，延長真空斷路器的使用壽命。
文檔編號H01H33/666GK102522261SQ20111046056
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者楊建明, 王俊峰, 蘇安社, 馬君 申請人:北京賽德高科鐵道電氣科技有限責任公司