專利名稱：基于專用芯片的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)智能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及高壓真空開關(guān)領(lǐng)域中的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)智能控制器，特別涉及一種 基于專用芯片的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)智能控制器。
背景技術(shù)：
近幾年來，真空開關(guān)的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)日漸被行內(nèi)專家、真空開關(guān)制造商及廣大用 戶所認(rèn)可，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)以簡單的結(jié)構(gòu)、優(yōu)越的動(dòng)作特性、長的機(jī)械壽命得以在真空開關(guān)行 業(yè)里應(yīng)用，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)不同于以往的電磁機(jī)構(gòu)，更不同于彈操機(jī)構(gòu)，所以只有為其專門設(shè) 計(jì)高精度、高性能、智能化的控制器才能最大限度的發(fā)揮永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和性能，目前 大多數(shù)真空開關(guān)的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)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(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)鐵芯運(yùn)動(dòng)速度快，當(dāng)動(dòng)鐵芯運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)時(shí)的撞擊力 量(永磁體的吸合力)大，繼而導(dǎo)致真空開關(guān)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(dòng)機(jī)構(gòu)真空開關(guān)長壽命的最初設(shè)計(jì)理念是相反的，和行業(yè)市場(chǎng)的真空開關(guān) 壽命的要求還差得多，致使永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空開關(guān)不能滿足在一些特殊專用設(shè)備上的長時(shí) 間使用要求，如具有自動(dòng)投切電容的高壓開關(guān)柜里的真空開關(guān)，鐵路用電力機(jī)車上的真空 開關(guān)要求壽命為20萬次，以致于其在某些市場(chǎng)推廣方面受到大大限制。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于專用芯片的 永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)智能控制器，該專用芯片是非CPU型，是應(yīng)用數(shù)字邏輯芯片CPLD的硬件描述 語言VHDL而構(gòu)筑的專用邏輯電路的芯片，抗干擾能力強(qiáng)，控制精度高，實(shí)現(xiàn)了真空開關(guān)的 永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)控制器對(duì)真空開關(guān)速度的智能控制，從而延長了真空開關(guān)的整體使用壽命。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的基于專用芯片的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)智能控制器，包括調(diào)理電路1，分合閘命令、分合狀 態(tài)信號(hào)、遙控分合閘命令、保護(hù)分閘命令和電源電壓監(jiān)視的輸出端均與調(diào)理電路1的輸入 端相連，調(diào)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(lǐng)/O端相連，專用控制芯片CPLD 3的執(zhí)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(yùn)行狀態(tài)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(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)模塊7的漏極，電源模塊9的二次電源給整個(gè)主板11供低 壓電。所說的專用控制芯片CPLD 3是應(yīng)用數(shù)字邏輯芯片CPLD的硬件描述語言VHDL而 構(gòu)筑的專用邏輯電路的芯片。現(xiàn)有的控制器一般采用單片機(jī)作為主芯片，單片機(jī)方案主要采用軟件編程，雖然 功能強(qiáng)大，靈活性好，可是不足之處是存在死機(jī)、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(fā)生指令脫離正常軌道使運(yùn)行陷入不可預(yù)測(cè)的非法循環(huán)中，而作 為真空開關(guān)的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制器，它使用的環(huán)境處在周圍是高壓電磁場(chǎng)的惡劣環(huán)境， 這種環(huán)境極容易使CPU的程序指針跑飛，為減少跑飛、死機(jī)這一類問題的發(fā)生，本實(shí)用新型 采用CPLD (Complex Programmable Logic Device)器件做成一個(gè)數(shù)字邏輯控制運(yùn)行的專用 芯片，本實(shí)用新型的特點(diǎn)是以純硬件的方式實(shí)現(xiàn)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(gè)硬件線路系統(tǒng)放在一片很小的大規(guī)模集成電路芯片里面，以 芯片代替電路板，這個(gè)特點(diǎn)非常適合永磁機(jī)構(gòu)的控制，是一個(gè)先進(jìn)而可靠的方案。本實(shí)用新型的技術(shù)特點(diǎn)是，基于CPLD的智能控制器，實(shí)現(xiàn)了真空開關(guān)的永磁操動(dòng) 機(jī)構(gòu)控制器對(duì)真空開關(guān)的速度智能控制技術(shù)，從而延長了真空開關(guān)的整體使用壽命。開關(guān) 的壽命可從幾萬次提高到20萬次以上。實(shí)驗(yàn)表明方案合理，設(shè)計(jì)正確，工作可靠，其性能 壽命已達(dá)到國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。

附圖是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作詳細(xì)敘述。參照附圖，基于專用芯片的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)智能控制器，包括調(diào)理電路1，分合閘命 令、分合狀態(tài)信號(hào)、遙控分合間命令、保護(hù)分間命令和電源電壓監(jiān)視的輸出端均與調(diào)理電路 1的輸入端相連，調(diào)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(lǐng)/O端相連，專用控制芯片CPLD 3的執(zhí)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(yùn)行 狀態(tài)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(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)模塊7的漏極，電力電子 驅(qū)動(dòng)模塊7的源極串接于機(jī)構(gòu)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(gè)主板11供低壓電，即15V電壓供給各控制命令和信號(hào)模塊，給調(diào)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(yùn) 行狀態(tài)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(yīng)用數(shù)字邏輯芯片 CPLD的硬件描述語言VHDL而構(gòu)筑的專用邏輯電路的芯片。本實(shí)用新型本著實(shí)用性且適用于多用戶的考慮，在控制命令方面設(shè)計(jì)有兩種命 令，一個(gè)是用內(nèi)部15V的就地分合閘命令，另一個(gè)是用外部的220V或110V的遙控分合閘命 令。分合狀態(tài)信號(hào)是高壓開關(guān)反饋給控制器的信號(hào)，當(dāng)有控制命令來時(shí)，控制器結(jié)合開關(guān)當(dāng) 前的狀態(tài)是執(zhí)行分閘還是合閘。在外界檢測(cè)方面，電力系統(tǒng)規(guī)定，當(dāng)電網(wǎng)停電后，開關(guān)要分 閘，當(dāng)開關(guān)處于合閘狀態(tài)時(shí)檢測(cè)電源是否有電，如果有電開關(guān)保持原態(tài)，如果無電開關(guān)則分 閘，這樣就做到電網(wǎng)停電后，開關(guān)就能自動(dòng)分閘的功能。本實(shí)用新型的工作原理為分合閘命令或者遙控分合閘命令經(jīng)調(diào)理電路1和光電 隔離單元2，送到專用控制芯片CPLD 3，同時(shí)高壓開關(guān)將分或合狀態(tài)信號(hào)送給調(diào)理電路1經(jīng) 光電隔離單元2，送到專用控制芯片CPLD 3，經(jīng)相應(yīng)的輸出I/O經(jīng)光電隔離4送至運(yùn)行狀態(tài)
4顯示單元6，顯示開關(guān)的當(dāng)前的狀態(tài)，當(dāng)專用控制芯片CPLD 3接受到這個(gè)正常操作信號(hào)時(shí)， 由定時(shí)器啟動(dòng)PWM脈沖調(diào)制發(fā)生器，將調(diào)制后的PWM控制信號(hào)通過光電隔離4送給電力電 子控制模塊5，驅(qū)動(dòng)電力電子驅(qū)動(dòng)模塊7的導(dǎo)通與截至，由于電力電子驅(qū)動(dòng)模塊7的源極串 接于機(jī)構(gòu)的分閘線圈、合閘線圈的正端，即控制永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的分閘線圈和合閘線圈里的 電流有或無，因?yàn)橛来艡C(jī)構(gòu)的分、合閘線圈有電流動(dòng)鐵芯則運(yùn)動(dòng)，無電流動(dòng)鐵芯則停止，就 利用數(shù)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(diào)制 器來限制永磁機(jī)構(gòu)的動(dòng)鐵芯的運(yùn)行速度，從而減小對(duì)真空滅弧室中波紋管的機(jī)械沖擊力最 小，進(jìn)而延長真空斷路器的機(jī)械壽命和電氣壽命。如果發(fā)生線路故障，則保護(hù)裝置動(dòng)作發(fā)出保護(hù)分閘命令，專用控制芯片CPLD 3則 不啟動(dòng)PWM脈沖調(diào)制發(fā)生器，使永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)鐵芯以全速運(yùn)動(dòng)，使真空開關(guān)的真空管 的動(dòng)觸頭和靜觸頭快速分開，以確保開關(guān)的分閘速度?？紤]到一臺(tái)開關(guān)正常合、分操作的次 數(shù)遠(yuǎn)多于保護(hù)分閘次數(shù)，所以正常合、分閘的操作就決定了真空開關(guān)的壽命，只要解決了正 常合、分閘操作時(shí)的真空開關(guān)的壽命，那么保護(hù)分閘對(duì)開關(guān)的壽命影響可以忽略。綜上技術(shù)方案，本實(shí)用新型控制永磁機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度放慢，來延長真空開關(guān)整體的 使用壽命，對(duì)于真空開關(guān)的正常合閘、分閘操作來說，開關(guān)性能不會(huì)受到任何影響，電氣特 性等技術(shù)參數(shù)完全可滿足運(yùn)行要求。而對(duì)故障保護(hù)來說，則永磁機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中不再加 入PWM調(diào)制，使真空開關(guān)以全速運(yùn)行，以確保保護(hù)命令以最短的時(shí)間得到執(zhí)行。不過，由于 故障保護(hù)動(dòng)作在真空開關(guān)的正常使用中，動(dòng)作的次數(shù)屬極少數(shù)情況，故不會(huì)對(duì)開關(guān)的使用 壽命造成影響。真空開關(guān)的使用壽命是和平時(shí)的正常合閘、分閘操作的次數(shù)有關(guān)。
權(quán)利要求1.基于專用芯片的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)智能控制器，包括調(diào)理電路(1)，其特征在于，分合閘 命令、分合狀態(tài)信號(hào)、遙控分合間命令、保護(hù)分間命令和電源電壓監(jiān)視的輸出端均與調(diào)理電 路(1)的輸入端相連，調(diào)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(lǐng)/O端相連，專用控制芯片CPLD (3)的 執(zhí)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(yùn)行狀態(tài)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(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)模塊(7) 的漏極，電源模塊(9)的二次電源給整個(gè)主板供(11)供低壓電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的基于專用芯片的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)智能控制器，其特征在于，所 說的專用控制芯片CPLD (3)是應(yīng)用數(shù)字邏輯芯片CPLD的硬件描述語言VHDL而構(gòu)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(dòng)機(jī)構(gòu)智能控制器，包括調(diào)理電路，各控制命令與調(diào)理電路相連，調(diào)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(yùn)行狀態(tài)顯示單元相連，電力電子控制模塊與電力電子驅(qū)動(dòng)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(shí)用新型采用CPLD器件做成一個(gè)數(shù)字邏輯控制運(yùn)行的芯片，以芯片代替電路板，實(shí)現(xiàn)了真空開關(guān)的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)控制器對(duì)真空開關(guān)的速度智能控制，從而延長了真空開關(guān)的整體使用壽命。
文檔編號(hào)G05B19/04GK201780474SQ20102028122
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者姬勞, 張日強(qiáng), 楊文海, 王根林, 袁明輝 申請(qǐng)人:西安通大思源電器有限公司