专利名称：永磁机构的合、分闸电源控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种全电子化电源、智能控制单元能广泛应用于各种永磁机构或其它各类操动机构的永磁机构的合、分闸电源控制器。
现有技术采用弹簧操动机构。存在着加工工件多，安装繁琐，动作不可靠，机械故障多等问题。
本实用新型的目的在于针对上述存在的缺陷，提出一种全电子化电源、智能控制单元能广泛应用于各种永磁机构或其它各类操动机构的永磁机构的合、分闸电源控制器。
本实用新型的技术解决方案由主开关电源1、控制电源2、推挽驱动MOSFET开关器3、手动、自动控制器4、分、合闸位置检测器5、光电隔离器6、7、10、开关电压检测器8、过压、欠压、过流电源检测器9组成，它们之间的连接关系主开关电源1输出端VG分别接推挽驱动MOSFET开关器3中的线圈L1、L2及开关电压检测器8中的开关S5；控制电源2的输出端分别接手动、自动控制器4、分、合闸位置检测器5、光电隔离器6、7、10、开关电压检测器8、过压、欠压、过流电源检测器9的电源输入端；手动、自动控制器4的输出端VO1、VC1分别接推挽驱动MOSFET开关器3中的集成块U9、U8的输入端；分、合闸位置检测器5的输出端VO2、VC2、VH1分别接推挽驱动MOSFET开关器3中的集成块U9、U8的输入端及光电隔离器6中的输入端ST5、ST7，光电隔离器7中的集成块U11的输入端；过压、欠压、过流电源检测器9的输出端VC3、VC4、VC5分别接光电隔离器10中的输入端SV1、SV2及推挽驱动MOSFET开关器3中的集成块U9的输入端；光电隔离器7的输出端VH2接推挽驱动MOSFET开关器3中的集成块U8、U9、U10的输入端；开关电压检测器8的输出端VOC接推挽驱动MOSFET开关器3中的集成块U10的输入端。
本实用新型的优点结构简单合理，性能可靠，安装方便，加工工件少，免维护，寿命长，并能确保较大的分、合闸线圈激励电流，而且设计成本很低。现代的MOSFET开关管具有很高的质量及相当快的开关能力，输入阻抗高，用电压控制，且器件的体积小，开关频率高，工艺先进，因此驱动控制非常简单，功率小，可采用集成驱动电路，从而大大简化了驱动电路，缩小装置体积，提高系统的效率和可靠性。
附图
是本实用新型的结构示意图
以下结合附图进一步描述本实用新型的技术解决方案辅助电源输入到AC/DC开关电源1，其交流输入电压范围为85～260VAC，它能提供稳定的DC120V永磁机构合、分闸线圈激励用操作电压。
储能电解质电容器组C7、C8、C9，通过开关电源1为其充电，在辅助电源输入电压为85～260VAC/DC的范围内，电容器组上均可充以恒定的DC120V操作电压，可为操动机构的分、合闸线圈激励提供所需的脉冲电能。它能储存一个完整分-合分操作循环的低于250J电能。当这样的一个操作循环结束后，电容器组在不足10秒内以2A的峰值电流重新充电。因此，若辅助电源发生故障，储能电解质电容器事先储好的电能可确保开断操作能进行一个完整的分-合分操作循环。现代的电解质电容器具有很高的质量及相当长寿命。即使在相对较高的运行温度55℃时，其运行寿命仍可达到30年。
控制电源2，其输入电压范围为85～260VAC/DC，它能提供稳定的DC12V控制电压，满足逻辑控制电路中的集成电路、位置感应传感器、电量传感器等器件正常工作。
辅助电源的输入与辅助电压的稳定性和质量无关。所以为满足客户实际电压要求的费时调节不再进行。电源欠电压和过电压及过电流、电源缺相等对操作时间无任何影响。
推挽驱动MOSFET开关电路3，它由两组NPN+PNP晶体管组成的推挽电路分别驱动MOSFET开关管，控制着操动机构操作电流的开启和关闭，亦既控制着分、合闸线圈的激励，从而控制真空断路器的开断。由分、合闸线圈感应所引起的反电动势被并联二极管D1、D2及电阻R37、R38吸收，可将该感应电压降低至对开关器件没有任何影响的程度。MOSFET开关管的栅、源极之间并联背靠背两只15V稳压管Z3、Z4、Z5、Z6，用以吸收MOSFET开关管的栅、源极过电压，起到保护作用。因考虑分、合闸线圈的激励电流较大，采用冗余设计，并考虑设计成本，故MOSFET开关电路部分的分、合闸开关电路分别采用四只30A500V300W的TO-3PL封装的MOSFET开关管2SK1020并联，这样可确保较大的分、合闸线圈激励电流，而且设计成本很低。现代的MOSFET开关管具有很高的质量及相当快的开关能力，输入阻抗高，用电压控制，且器件的体积小，开关频率高，工艺先进，因此驱动控制非常简单，功率小，可采用集成驱动电路，从而大大简化了驱动电路，缩小装置体积，提高系统的效率和可靠性。
手动、自动控制器4，由两组电气绝缘达到2.5kV的光电隔离器TLP521与控制驱动电路隔离，可屏蔽外接电源的干扰。手动、自动控制部分分别接至真空断路器面板上的分、合闸控制开关或控制台或自动站系统的接口。手动、自动控制部分采用并联接线。平时，一般采用自动控制，即由控制台或自动站在线式自动控制；当需要手动控制时，可用真空断路器面板上的分、合闸控制开关进行分、合闸操作，此时，人必须到现场操作，应注意安全。
真空断路器面板上还加装一个紧急分闸按钮，直接连线于DC120V操作电压与分闸线圈之间，可用与紧急情况下的紧急分闸。
分、合闸位置检测器5中主要器件是两个位置感应传感器，分别感应真空断路器的分、合闸位置，发出高、低点平，控制NPN晶体管8050的开、关，在通过逻辑电路R-S触发器互锁后，将高、低电平分别送至分、合闸逻辑驱动电路。逻辑电路R-S触发器有两个稳定状态，具有记忆和存储的功能。相当与传统机械操动机构中防跳继电器部分，但电路更简单、可靠且稳定，体积小，成本也非常低。
当真空断路器的手动、自动控制电路接收到分、合闸命令时，则逻辑驱动控制器会根据R-S触发器发出的高、低电平自动检测此时真空断路器所处的位置是分闸位置还是合闸位置，以决定是否执行分、合闸命令。
与此同时，还要监测储能电解质电容器组的充电状态，开关电压检测器8是完成此功能。在分闸位置，储能电解质电容器组上必须充有足够的电能以进行一个完整的合、分循环开断操作，否则，逻辑驱动控制器将拒绝执行分、合闸操作。
位置感应传感器探测出的分、合闸位置能通过电气绝缘达到2.5kV的光电隔离器6向控制台发出指示信号。位置感应传感器探测出不允许的中间位置，例如未能达到极限位置，亦会通过电气绝缘达到2.5kV的光电隔离器7向控制台发出警示信号，同时锁定分、合闸信号，这样可避免造成更大的损坏。
图中电气绝缘达到2.5kV的光电隔离器输出部分的设计，考虑到不同使用者可能会使用的电压有DC5V、DC12V、DC24V、DC36V、DC48V等规格，同时所接输出设备回有所不同，故尔在电路中设计了四种输出形式，所以为满足客户实际要求的费时调节不再进行。
过压、欠压、过流电源检测器9是用来检测一次侧电源状况，其输入通过电气绝缘达到2.5kV的电量隔离器ZL1、ZL2隔离。如果一次侧电源出现任何异常情况，若此时真空断路器处于合闸位置，则逻辑驱动控制器将根据异常情况的严重程度驱动分闸MOSFET开关电路，使分闸线圈激励，从而使真空断路器分断，与此同时，通过电气绝缘达到2.5kV的光电隔离器10向控制台发出警示信号。图中电气绝缘达到2.5kV的光电隔离器输出部分的设计，同样考虑到不同使用者可能会使用的电压有DC5V、DC12V、DC24V、DC36V、DC48V等规格，同时所接输出设备回有所不同，故尔在电路中同样设计了四种输出形式，所以为满足客户实际要求的费时调节也同样不再进行。
此过压、欠压、过流电源检测电路的设计，考虑到真空断路器刚合闸瞬间会产生瞬间尖峰过压、过流，此时要保证真空断路器不会产生误动作，故尔在电路中设计了延迟电路。同时考虑到十倍过流要求速断及低于十倍过流要求延迟切断，故尔在过流电源检测电路中设计了延迟与非延迟两种电路，输出接到逻辑或门，如果一次侧电源出现任何异常情况时，逻辑电路都会及时响应。
电气绝缘达到2.5kV的4个输入和5个输出组成了至控制台或自动站系统的接口。经过各次开断能力试验和闪络的极端电压试验证明电源与控制器的电磁兼容与IEC 1000-4-X一致。
权利要求1.永磁机构的合、分闸电源控制器，其特征是由主开关电源(1)、控制电源(2)、推挽驱动MOSFET开关器(3)、手动、自动控制器(4)、分、合闸位置检测器(5)、光电隔离器(6)、(7)、(10)、开关电压检测器(8)、过压、欠压、过流电源检测器(9)组成，它们之间的连接关系主开关电源(1)输出端VG分别接推挽驱动MOSFET开关器(3)中的线圈L1、L2及开关电压检测器(8)中的开关S5；控制电源(2)的输出端分别接手动、自动控制器(4)、分、合闸位置检测器(5)、光电隔离器(6)、(7)、(10)、开关电压检测器(8)、过压、欠压、过流电源检测器(9)的电源输入端；手动、自动控制器(4)的输出端VO1、VC1分别接推挽驱动MOSFET开关器(3)中的集成块U9、U8的输入端；分、合闸位置检测器(5)的输出端VO2、VC2、VH1分别接推挽驱动MOSFET开关器(3)中的集成块U9、U8的输入端及光电隔离器(6)中的输入端ST5、ST7，光电隔离器(7)中的集成块U11的输入端；过压、欠压、过流电源检测器(9)的输出端VC3、VC4、VC5分别接光电隔离器(10)中的输入端SV1、SV2及推挽驱动MOSFET开关器(3)中的集成块U9的输入端；光电隔离器(7)的输出端VH2接推挽驱动MOSFET开关器(3)中的集成块U8、U9、U10的输入端；开关电压检测器(8)的输出端VOC接推挽驱动MOSFET开关器(3)中的集成块U10的输入端。
专利摘要本实用新型是永磁机构的合、分闸电源控制器。由主开关电源1、控制电源2、推挽驱动MOSFET开关器3、手动、自动控制器4、分、合闸位置检测器5、光电隔离器6、7、10、开关电压检测器8、过压、欠压、过流电源检测器9组成。优点:结构简单合理,性能可靠,安装方便,加工工件少,免维护,寿命长,而且设计成本很低,体积小,开关频率高,工艺先进,驱动控制非常简单,功率小,系统的效率高。
文档编号H01H3/28GK2423645SQ0021740
公开日2001年3月14日 申请日期2000年4月25日 优先权日2000年4月25日
发明者钱昱澎, 曹宏, 李东明, 吴春晖 申请人:李彤