现对外部信号的实时测量和达到灵敏的控制能力。因此驱动器的控制芯片采片Microchip公司的经典8位单片机PIC16F877，其内部带有多种功能模块:A/D转换，PWM控制，定时器等，是一种把众多功能集成到一起的芯片，实现硬件电路软件化，降低成本，提高系统可靠性。
[0025]驱动控制电路主要包括电压检测模块、储能电容和功率开关器件，其工作原理为:驱动器对储能电容电压进行实时监测。若电压不足则进行充电:若收到远控/近控或者上位机传来的分闸或合闸指令，首先判断断路器的位置是否正确电容器电压是否达到预设值。相符则驱动IGBT进行分、合闸操作。当到达分、合闸位置或已经超过分、合闸预设操作时间则立即关断IGBT，停止分、合闸操作，将断路器位置上传至上位机和显示模块。
[0026]分合闸控制模块中，全桥功率电路实现电源与电机线圈间电能的传递，功率电路不仅要对瞬时大电流具有较高承受能力，还要实现与控制电路的电气隔离。由于机构合闸时电流幅值较大导通时问短，并且分、合闸过程中有两次换向。由于高频开关过程和功率主回路寄生电感叠加和瞬时功耗会对器件产生较大的冲击。因此本实用新型采用功率开关器件IGBT来控制三相绕组电流的通断。并设置RCD缓冲电路改变器件的开关轨迹。控制各种瞬态过压，降低器件开关损耗，保护器件安全运行。在IGBT关断过程中。电容通过二极管充电，吸收关断过程产生的瞬时消耗，在IGBT开通后，通过电阻R放电。吸收二极管必须选用快速恢复二极管。其额定电流应不小于主电路器件额定电流的十分之一，此外。应尽量减小线路电感。且应选用内部电感尽量小高频特性好的吸收电容。
[0027]如图3所示，为开关量传输单元的开关量输入电平转换电路图，开关量输入单元用于接受断路器操作命令示。当操作按钮闭合后，光耦一次侧导通发出光信号。光耦二次侧受光导通，操作信号送人控制器，在按钮断开时，为线路中的反向自感电动势提供一个电流通路。避免因产生的自感电动势过高而损坏光耦。如图4所示，为开关量传输单元的继电器输出电路图，开关量输出单元用于指示断路器的运行状态，过流分闸、失压分闸，以及断路器操动机构故障报警信号等，为了和外部进行电气隔离并具备一定的驱动能力。采用继电器作为I/O输出。注意在继电器线圈端反并联续流二级管，以防止继电器关断产生的过电压烧损继电器。
[0028]如图5所示，为串行通信接口电路图；驱动器要把电网的参数、电容电压值、断路器的状态信号及时上传到监控室的上位机上，由于驱动器与监控室的距离较大，所以驱动器与监控室之问采用工业上常用的Rs-485通信，作为一种串行通信的接口，具有传输距离长、速度较高、电平容性好、使用灵活方便、成本低廉和可靠度高等优点，在智能管理、在线控制、地质勘探等许多领域都有着广泛的应用。
[0029]电容器电压检测电路包括线性光耦。永磁电机操动机构利用电容器进行储能。储能电容器的容量和额定电压根据电枢绕组工作要求选择。控制芯片通过A/D转换监测电容器的电压，如果失压，则软件闭锁分、合闸信号。禁止机构分、合闸。如果过压则启动相应的保护。为了实现强电和弱电的电气隔离，储能电容器不能和CPU电路有任何电气联系。驱动器采用型号为HCNR200的线性光耦来实现模拟信号的隔离传输。其线性度可以达到O。01%，隔离电压超过3000V。带宽最大达到1MHz，其中电容器电压监测电路；在HCNR200的输人端和输出端各有一个运算放大器。在温度变化比较大时，HCNR200中的内阻会产生比较大的变化，通过在输入侧加入一个运算放大器u7A，采用反向输入对HCNR200中内阻进行补偿，可以有效抑制温度对其的影响。线性光耦工作在光电压模式下，线性度可达到12位精度，工作频率最大为40kHz。储能电容器上的电压通过电阻分压。得到幅值小于15V的电压信号。该信号经跟随器驱动后输入线性光耦隔离传输部分。在二次侧输出的电压信号首先通过RC电路滤除高频信号，再经铁氧体磁珠L2滤除数字噪声，最后输入A/D转换芯片。
[0030]本实用新型控制器采用标准平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线，有很强的共模干扰抑制力。且对传输介质物理层没有严格的要求，只用普通的双绞线就可以组成网络。由于驱动器安装于户外整个系统可能遭静电冲击或雷电的袭击，因此还可以外界带有ESD保护功能接口芯片MAX3443E，它能承受高达15kV的静电冲击。它与单片机PIC16F877芯片的接口电路中DE和RE短接，空闲时RE有效。
[0031]通过具体的实施应用，本实用新型的永磁电机操动机构驱动器，以PIC16F877单片机为核心构成了一个实时工业控制系统。将从电网采集的电压、电流数据进行实时分析、运算和处理，实现多种不同的保护特性。进行实时的显示并与上位机进行通信。同时满足控制执行机构可靠分闸与合闸操作要求，实现测量、监控、保护并可与计算机联网，构成智能化的监控保护系统。提高了断路器的控制水平。
【主权项】
1.一种高压断路器永磁电机操动机构驱动控制器，其特征在于:包括相互连接的检测模块和控制模块，所述检测模块与所述控制模块均与电源模块连接，所述控制模块连接传输模块；所述控制模块包括单片机与驱动控制电路，所述传输模块包括开关量传输单元与串行通信单元，所述检测模块包括电容器电压检测电路。
2.如权利要求1所述的高压断路器永磁电机操动机构驱动控制器，其特征在于:所述驱动控制电路包括分合闸控制模块，所述分合闸控制模块包括电压检测模块、储能电容和功率开关器件。
3.如权利要求2所述的高压断路器永磁电机操动机构驱动控制器，其特征在于:所述功率开关器件为绝缘栅双极型晶体管。
4.如权利要求1所述的高压断路器永磁电机操动机构驱动控制器，其特征在于:所述开关量传输单元包括开关量输入电平转换电路和继电器输出电路。
5.如权利要求1所述的高压断路器永磁电机操动机构驱动控制器，其特征在于:所述电源模块包括多路开关电源与稳压电路。
6.如权利要求1所述的高压断路器永磁电机操动机构驱动控制器，其特征在于:所述电容器电压检测电路包括线性光耦。
7.如权利要求1所述的高压断路器永磁电机操动机构驱动控制器，其特征在于:所述串行通信单元包括RS485串行通信接口电路。
【专利摘要】本实用新型提供了一种高压断路器永磁电机操动机构驱动控制器，包括相互连接的检测模块和控制模块，所述检测模块与所述控制模块均与电源模块连接，所述控制模块连接传输模块；所述控制模块包括单片机与驱动控制电路，所述传输模块包括开关量传输单元与串行通信单元，所述检测模块包括电容器电压检测电路。该控制器具备通讯功能，可以配合断路器组成区域网络，通过监控中心的上位机界面控制断路器的分合闸，同时监测网络中断路器的运行状况。具有驱动能力强。速度快、电平容性好、使用灵活方便、成本低廉和可靠度高等优点，值得广泛推广与使用。
【IPC分类】H02J13-00, H01H71-10
【公开号】CN204332856
【申请号】CN201420710073
【发明人】焦真理, 刘孚平
【申请人】国家电网公司, 国网河南省电力公司平顶山供电公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年11月24日