一种环网柜电动机构自动磨合工装的制作方法

本实用新型涉及电子技术领域，涉及一种用于环网柜内部安装的电动操作机构的磨合装置，更具体地说，涉及一种可灵活设置磨合参数、监视和记录机构状态、并实现手动/自动分合的一种环网柜电动机构自动磨合工装。

背景技术：

环网柜是一组输配电气设备装在金属或非金属绝缘柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，作为对地缆配网进行保护和分段隔离的主要设备，以其安全可靠的性能、紧凑美观的外形被广泛应用到城市电网当中。由于电源开关装置和硬母线被封装在同一个封闭的金属外壳，一般使用作为绝缘和灭弧介质，开关采用三相联动的三工位负荷开关或断路器，高性能的操作机构可以实现快速分开关运作。而在环网柜的生产装配过程中，通常需要对操作机构进行多次磨合，而传统的磨合方式通常是人工手动操作或由电气原件组成的自动磨合工装，人工操作费时费力且劳动强度大，而电气元件组成的磨合工装体积庞大，功能简单，且关键元件易损坏，难以满足生产和装配要求。

技术实现要素：

有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供了一种环网柜电动机构自动磨合工装，克服现有人工手动操作机构或电气元件搭建的自动磨合工装中存在的技术和使用上的不便。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种环网柜电动机构自动磨合工装，包括核心控制单元和电源模块，所述核心控制单元由人机界面板和电源驱动板组成，所述电源驱动板由电源转换电路、电机驱动电路、分合脱扣线圈驱动电路、遥信电路和485通讯电路组成；

所述电机驱动电路包括依次连接的隔离控制回路、h桥电路和直流电流检测回路，所述h桥电路由半桥驱动芯片u21、半桥驱动芯片u25、霍尔传感器u22、mos管q1、mos管q2、mos管q3、mos管q4组成，mos管q1、mos管q2并联且均连接到半桥驱动芯片u21上，mos管q3、mos管q4并联且均连接到半桥驱动芯片u25上，半桥驱动芯片u21与半桥驱动芯片u25之间通过共同使能端sd连接；所述直流电流检测回路包括霍尔传感器u22、电容c27、电容c32、电容c30、电阻r46、电阻r49和二极管d18；所述隔离控制回路包括三个均连接到mcu的光耦u20、光耦u23、光耦u24，所述光耦u20与半桥驱动芯片u21连接，所述光耦u24与半桥驱动芯片u25连接，光耦u23连接到两个半桥驱动芯片u21、半桥驱动芯片u25的共同使能端sd上；

所述分合脱扣线圈驱动电路包括光耦u32、mos管q6、释能二极管d32，所述光耦u32的5脚接地，光耦u32的6脚与7脚连接，光耦u32的7脚通过电阻r76连接mos管q6的栅极g，mos管q6的栅极g、源极s之间并联设有电阻r79，mos管q6的源极s接地，mos管q6的漏极d连接有释能二极管d32。

进一步的，所述霍尔传感器u22的输入端与半桥驱动芯片u21连接，霍尔传感器u22的6脚通过电容c32接地，霍尔传感器u22的8脚通过电容c27接地，霍尔传感器u22的7脚通过电阻r46连接二极管d18的一端，二极管d18的另一端输出，所述电阻r49与电阻c30并联后连接到二极管d18的两端，电阻r49连接到霍尔传感器u22的5脚，霍尔传感器u22的5脚接地。

进一步的，所述核心控制单元供电电源分为dc24v/dc48v、dc220v/dc110v两种供电等级。

进一步的，所述人机界面板由液晶显示模块、键盘操作模块、指示灯模块和cpu最小单元组成，所述液晶显示模块、键盘操作模块、指示灯模块均与cpu最小单元相连。

进一步的，所述电源转换电路用于将供电电源转换成各个模块所需要的直流电压，该直流电压包括12v、5v、3.3v；所述电机驱动电路用于分合闸电机或储能电机；所述分合脱扣线圈驱动电路用于驱动分合闸脱扣器；所述遥信电路用于获取电动机构的分合位置，是否储能，以及接地/隔离状态；所述485通讯电路用于为用户远程操作提供接口。

进一步的，所述光耦u20、光耦u23、光耦u24均用于隔离控制信号，保证控制信号不受电机控制回路的影响，所述光耦u20用于控制半桥驱动芯片u21，所述光耦u24用于控制半桥驱动芯片u25，所述光耦u23用于控制两个半桥驱动芯片u21、半桥驱动芯片u25的共同使能端sd。

进一步的，所述mos管q6用于直接驱动分合闸脱扣线圈，其常温最大额定电流为100a、漏源极耐压为80v。

进一步的，所述释能二极管d32用于释放开关管关断时产生的瞬时高电压，用来保护mos管q6。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的一种环网柜电动机构自动磨合工装，仅一个由电路板和外壳组装而成的核心控制单元，克服现有人工手动操作机构或电气元件搭建的自动磨合工装中存在的技术和使用上的不便；本实用新型，与传统的电气元件搭建的磨合工装相比，不但体积小巧，智能化程度高，并且以通过液晶和键盘灵活设置各种磨合参数，如分合间隔时间，分合超时时间，分合脉冲时序时间，重合闸间隔时间，故障模拟持续时间，磨合次数等，并能够准确显示和记录磨合过程中出现的机构异常，不但能够极大地提高了磨合效率，并且可以辅助判断机构可能出现的问题。具体表现在以下几点：

其一，可以通过液晶显示模块和键盘操作模块的液晶菜单灵活设置参数，包括机构类型，分合闸间隔，分合闸输出时间，分合闸超时时间，是否重合闸，故障模拟持续时间，重合时间，磨合次数，遥信消抖时间；

其二，可以通过液晶菜单启动和停止磨合任务，也可以通过遥信以及485通讯启动和停止磨合任务；

其三，可以有效记录磨合过程中出现的异常，方便用户回溯机构磨合和测试过程中发生的各种事件，分析异常原因；

其四，与电气元件搭建的磨合工装相比，体积大大减小，并且用mosfet代替继电器作为基本控制元件，工装本身的寿命大幅提高，更加可靠灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的电机驱动电路的原理图；

图2为本实用新型的分合脱扣线圈驱动电路的原理图。

具体实施方式

下面给出具体实施例，对本实用新型的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本实用新型技术方案为前提的最佳实施例，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

一种环网柜电动机构自动磨合工装，包括核心控制单元和电源模块，所述核心控制单元由人机界面板和电源驱动板组成，核心控制单元的供电电压有个等级，dc24v/dc48v兼容以及dc220v/dc110v兼容，根据磨合对象的电压等级来选择核心控制单元的供电电压等级以及电源模块的转换电压；所述电源驱动板由电源转换电路、电机驱动电路、分合脱扣线圈驱动电路、遥信电路和485通讯电路组成；其中，电源转换电路主要将供电电源转换成各个模块所需要的直流电压，包含12v、5v、3.3v；电机驱动电路用来分合闸电机或储能电机；分合脱扣线圈驱动电路用来驱动分合闸脱扣器；遥信电路用来获取电动机构的分合位置，是否储能，接地/隔离状态等；485通讯电路为用户远程操控提供了接口；

所述电机驱动电路包括依次连接的隔离控制回路、h桥电路和直流电流检测回路，所述h桥电路由半桥驱动芯片u21、半桥驱动芯片u25、霍尔传感器u22、mos管q1、mos管q2、mos管q3、mos管q4组成，mos管q1、mos管q2并联且均连接到半桥驱动芯片u21上，mos管q3、mos管q4并联且均连接到半桥驱动芯片u25上，半桥驱动芯片u21与半桥驱动芯片u25之间通过共同使能端sd连接；所述直流电流检测回路包括霍尔传感器u22、电容c27、电容c32、电容c30、电阻r46、电阻r49和二极管d18；所述隔离控制回路包括三个均连接到mcu的光耦u20、光耦u23、光耦u24，所述光耦u20与半桥驱动芯片u21连接，所述光耦u24与半桥驱动芯片u25连接，光耦u23连接到两个半桥驱动芯片u21、半桥驱动芯片u25的共同使能端sd上；

本实施例中，所述电机驱动电路主要由两片半桥驱动芯片ir2104、4个mosfet开关管stp100n8f6、一片霍尔传感器u22检测芯片acs712组成；所述半桥驱动芯片u21、u25采用半桥芯片ir2104，其主要功能为：控制两个mos管互斥打开和关闭，兼带有mos管驱动功能，两个半桥驱动芯片(u21、u25)同四个mos(q1、q2、q3、q4)管组成电机驱动的h桥电路。ir2104比起独立的mosfet驱动电路来说，具有硬件死区、硬件防同臂导通等优势，保证电机’h’桥电路的可靠工作。进一步的，霍尔传感器acs712(u22)用来检测电机回路电流，可以通过电机电流大小判断电机是否堵转，它同电容c27、电容c32、电容c30、电阻r46、电阻r49、二极管1n4448w（d18）共同组成直流电流检测回路；

所述分合脱扣线圈驱动电路包括光耦u32、mos管q6、释能二极管d32，所述光耦u32的5脚接地，光耦u32的6脚与7脚连接，光耦u32的7脚通过电阻r76连接mos管q6的栅极g，mos管q6的栅极g、源极s之间并联设有电阻r79，mos管q6的源极s接地，mos管q6的漏极d连接有释能二极管d32。进一步的，本实施例中，光耦u32采用光耦tlp250，光耦tlp250具有隔离和驱动mos管的功能，使得不用过多的分离器件搭建mosfet驱动电路，能更好的把控元器件质量；mos管q6采用mosfet开关管stp100n8f6，mosfet开关器件stp100n8f6用来直接驱动分合闸脱扣线圈，stp100n8f6是有意法半导体(st)生产的一款nmos管，其常温额定电流能达到100a,漏源极耐压80v，并且mos管是开断低压大电流非常理想的元件。进一步的，释能二极管d31、释能二极管d32，主要为释放开关管关断时产生的瞬时高电压，用来保护mos管。

进一步的，所述核心控制单元供电电源分为dc24v/dc48v、dc220v/dc110v两种供电等级。根据磨合对象的电压等级来选择核心控制单元的供电电压等级以及电源模块的转换电压。

进一步的，所述人机界面板由液晶显示模块、键盘操作模块、指示灯模块和cpu最小单元组成，所述液晶显示模块、键盘操作模块、指示灯模块均与cpu最小单元相连。液晶显示模块用来给用户设定参数，查看状态，显示历史消息等；键盘操作模块用来给用户提供参数，启停任务提供输入接口；指示灯模块用来指示当前工装运行状态，分合闸位置，是否异常，告警状态等；cpu最小单元主要是单片机以及外围最小电路组成，需要为其编写程序控制各个部件有序工作。

进一步的，cpu最小单元，由磨合序列模块、液晶菜单框架、环境参数读写模块、硬件驱动模块、事件记录模块、分合闸时间测试模块、modbus协议栈几大部分组成。磨合序列模块主要根据用户设定的机构类型，分合间隔时间，分合超时时间来循环操作机构的分合和储能，其主要分为分合序列和重合闸序列；液晶菜单框架提供了用户设定磨合参数提供了友好的界面；硬件驱动模块包含了各个硬件模块的操作方法，给应用程序调用提供了接口；事件记录模块将每次磨合过程中所出现的异常和警告记录在控制单元内部的存储器上，可通过液晶来查看，给用户提供了回溯的依据；分合闸时间测试模块可为用户测试机构分合时间特性；modbus协议栈是较为常用的工业通讯协议，为远程操控控制单元提供了一个软件接口。

进一步的，所述电源模块将市电(ac220)转换为响应的接口操作电压(dc24/dc48/dc110/dc220)。

进一步的，所述电源转换电路用于将供电电源转换成各个模块所需要的直流电压，该直流电压包括12v、5v、3.3v；所述电机驱动电路用于分合闸电机或储能电机；所述分合脱扣线圈驱动电路用于驱动分合闸脱扣器；所述遥信电路用于获取电动机构的分合位置，是否储能，以及接地/隔离状态；所述485通讯电路用于为用户远程操作提供接口。

进一步的，所述霍尔传感器u22的输入端与半桥驱动芯片u21连接，霍尔传感器u22的6脚通过电容c32接地，霍尔传感器u22的8脚通过电容c27接地，霍尔传感器u22的7脚通过电阻r46连接二极管d18的一端，二极管d18的另一端输出，所述电阻r49与电阻c30并联后连接到二极管d18的两端，电阻r49连接到霍尔传感器u22的5脚，霍尔传感器u22的5脚接地。

进一步的，所述光耦u20、光耦u23、光耦u24均用于隔离控制信号，保证控制信号不受电机控制回路的影响，三个信号连接至mcu；所述光耦u20用于控制半桥驱动芯片u21，所述光耦u24用于控制半桥驱动芯片u25，所述光耦u23用于控制两个半桥驱动芯片u21、半桥驱动芯片u25的共同使能端sd。

进一步的，所述释能二极管d32用于释放开关管关断时产生的瞬时高电压，用来保护mos管q6。进一步的，释能二极管d31、释能二极管d32，主要为释放开关管关断时产生的瞬时高电压，用来保护mos管。

进一步的，所述mos管q6用于直接驱动分合闸脱扣线圈，其常温最大额定电流为100a、漏源极耐压为80v。

进一步的，光耦u32采用光耦tlp250，光耦tlp250具有隔离和驱动mos管的功能，使得不用过多的分离器件搭建mosfet驱动电路，能更好的把控元器件质量；mos管q6采用mosfet开关管stp100n8f6，mosfet开关器件stp100n8f6用来直接驱动分合闸脱扣线圈，stp100n8f6是有意法半导体(st)生产的一款nmos管，其常温额定电流能达到100a,漏源极耐压80v，并且mos管是开断低压大电流非常理想的元件。

综上所述，本实用新型的一种环网柜电动机构自动磨合工装，克服现有人工手动操作机构或电气元件搭建的自动磨合工装中存在的技术和使用上的不便；本实用新型，与传统的电气元件搭建的磨合工装相比，不但体积小巧，智能化程度高，并且以通过液晶和键盘灵活设置各种磨合参数，如分合间隔时间，分合超时时间，分合脉冲时序时间，重合闸间隔时间，故障模拟持续时间，磨合次数等，并能够准确显示和记录磨合过程中出现的机构异常，不但能够极大地提高了磨合效率，并且可以辅助判断机构可能出现的问题。

以上显示和描述了本实用新型的主要特征、基本原理以及本实用新型的优点。本行业技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。