纯硬件电路模块化时间开关控制器的制作方法

本发明涉及电力系统中应用的高、低压永磁机构真空断路器开关装置，尤其是一种纯硬件电路模块化时间开关控制器。

背景技术：

在电力系统运行中，高、低压永磁机构真空断路器已经广泛应用，高、低压永磁机构真空断路器的重要核心器件就是控制永磁操动机构通断的时间开关控制器。目前高、低压永磁机构真空断路器的生产厂家广泛使用的时间开关控制器是由单片机等微控制器加一些外围电路组成；还有一些厂家沿用传统的电子元器件组成的控制器。采用单片机等微控制器的时间开关控制器的直流电源供电低，一般是直流+5V或+3.3V供电，其最大问题是抗干扰能力低，外部一个浪涌电磁干扰就容易使其内部的软件程序混乱，造成永磁机构真空断路器误动作，使电力系统运行出现事故；并且这种控制器生产成本比较高。而传统的采用电子元器件的控制器存在体积大笨重、开关时间可控精度低、响应时间慢的缺点。

技术实现要素：

本发明的目的是为生产高、低压永磁机构真空断路器的厂家提供一种纯硬件电路模块化时间开关控制器，在能够全面实现现有的控制器一般功能之外还具有不存在电磁干扰、电路简单、体积小、重量轻、免维护、安全可靠地功能的特点。

一种纯硬件电路模块化时间开关控制器，其特殊之处是：包括由超小型功率继电器线圈、触点和电位器、电容组成的开关时间控制模块，由集成运算放大器及电阻、电容组成的储能电容电压检测控制模块；由二极管、电解电容、电阻、光电耦合器和晶闸管组成的升压充电电路模块；开关电源和负电源模块；由IGBT、电阻、超小型功率继电器触点、瞬态二极管组成的IGBT控制及保护模块。

进一步地，对储能电容充电电压的储能电容电压检测控制模块是由集成运算放大器U1A、串联在合闸线圈入端和－12V电源端之间的电阻R20及电位器P1、串联在系统地端和－12V电源端之间的电阻R21和电阻R25、接在电阻R21和电阻R25结点和集成运算放大器U1A同相输入端的电阻R25、接在集成运算放大器U1A输出端的基极电阻R`4和基极电阻R26、三极管T2、三极管T1、三极管T4、光电耦合器O1、晶闸管SCR1、电阻R1～电阻R4、电阻R12、电阻R27、二极管D8、电容C18和电阻R8组成。电阻R1和R2的一端接晶闸管SCR1阳极并连接输入电源正端，电阻R1的另一端经光电耦合器的输出端接晶闸管SCR1的门极并通过电阻R3接晶闸管SCR1的门极并通过电阻R3接晶闸管SCR1的阴极，所述电阻R2另一端也与晶闸管SCR1的阴极相连，电位器P1的滑动端接集成运算放大器U1A的反相输入端，电阻R`4另一端与三极管T2基极相连、电阻R26另一端接三极管T1的基极，系统地端经继电器J1的常开节点J1－2、光电耦合器O1输入端、电阻R4与三极管T2的集电极相连，系统地端通过电阻R12与三极管T1的集电极相连，三极管T4的集电极通过电阻R27、并联的充电电容C7和继电器J4线圈与系统地端相连，在充电电容C7两端串联电阻28和充满指示发光二极管，系统地端通过串联的电源指示发光二极管和电阻18接－12V电源端，二极管D8和电阻R8串联在输入电源正端和IGBT控制及保护模块输入端，电容C18一端接二极管D8和电阻R8的结点、另一端接系统地端。

进一步地，所述升压充电电路模块由二极管D1～二极管D6、电容C2～电容C5、电阻R5和电阻R6组成，储能电容包括合闸储能电容CH、分闸储能电容CF，电容C2和电阻R5串联在合闸储能电容CH正端和晶闸管SCR1阴极之间，电容C3和二极管D3并联在电阻R5两端，二极管D2并联在电容C2两端并通过二极管D1接输入电源负端，串联的反接二极管D6、二极管D5和二极管D4接在晶闸管SCR1的阴极和输入电源负端之间，电容C5与二极管D6并联，电容C4和电阻R6并联在二极管D5两端，二极管D5和二极管D4的结点接系统地端，合闸储能电容CH正、负极分别接合闸线圈和系统地端，分闸储能电容CF正极接分闸线圈、负极接系统地端，合闸储能电容CH正极和分闸储能电容CF正极之间接二极管D9。

进一步地，所述IGBT控制及保护模块由超小型功率继电器常开触点J2－1、与超小型功率继电器常开触点J2－1串联且另一端接系统地端的瞬态二极管SD1、与瞬态二极管SD1并联的电阻R10、电阻R9、二极管D10、电容C12、电阻R11、IGBT1、压敏电阻VR3、互锁常闭触点J2－1、继电器常开触点J3－1、瞬态二极管SD2、电阻R15～电阻R17、IGBT2、压敏电阻VR5组成，所述电阻R9的一端接超小型功率继电器常开触点J2－1的出端、另一端通过二极管D10接－12V电源端，电容C12接在系统地端和二极管D10正极之间，电阻R11接在超小型功率继电器常开触点J2－1的出端和IGBT的栅极，压敏电阻VR3接在IGBT的漏极和源极之间，继电器常开触点J3－1入端通过继电器互锁常闭触点J2－1接超小型功率继电器常开触点J2－1入端，瞬态二极管SD2、电阻R15～R17的一端接继电器常开触点J3－1出端，瞬态二极管SD2和R16另一端接系统地端，电阻R15另一端通过二极管D10接－12V电源端，电阻R17另一端接IGBT2的栅极，压敏电阻VR5接IGBT2的漏极和源极之间。

进一步地，所述欠压保护、外部控制分闸电路模块包括由接在输入电源正端的二极管D12、接在二极管D12负极和－12V电源端之间的电容C16、串联在二极管D2负极和－12V电源端之间的电阻R14和电阻R13、串联在系统地端和－12V电源端之间的电阻R29和电阻R30、集成运算放大器U1B、接在电阻R14和R13结点和集成运算放大器U1B同相输入端电阻的R33、接在集成运算放大器U1B输出端的电阻R19、基极接电阻R19的三极管T3、并联在系统地端和三极管T3集电极的电容C、超小型功率继电器J1线圈及D7组成的欠压保护电路，和由并联的二极管D11和继电器J5构成的外部控制分闸电路。电阻R29和电阻R30的结点接集成运算放大器U1B的反相输入端，由接在分闸线圈入端的继电器J1的常闭接点J1－1、并联的放电电阻R24和R37经短路片DLP1至系统地线，进行断电放电。系统地端经短路片DLP2、继电器常闭触点J1－2，进行断电保护。

进一步地，所述开关时间控制模块，由继电器常开触点J2－2、合闸按钮HZ、保护动作防合闸J5－2、储能电容未充满防合闸J4－1、电阻R31、继电器J2线圈、电容C6、电位器P3，分闸按钮FZ、电阻R32、电位器P4、电容C9、继电器J3线圈，继电器常开触点J3－2、继电器常闭触点J1－2、常开触点J5－1和短路片DLP2组成，常开触点J2－2和合闸按钮HZ并联且一端接系统地端、另一端接串联的保护动作防合闸J5－2、储能电容未充满防合闸J4－1、电阻R31、继电器J2线圈，电容C6与电阻R31并联，电位器P3与继电器J2线圈并联，分闸按钮FZ与继电器常开触点J3－2并联且一端接系统地端、另一端与电阻R32和继电器J3线圈串联，电容C9与电阻R32并联，电位器P4与继电器J3线圈并联，用来控制永磁机构真空断路器的合闸、分闸时间。

进一步地，在合闸按钮HZ或分闸按钮FZ接通时，直流电源向电容C6或电容C9充电，充电时间就是合、分闸时间，充电时间T＝RC，R＝继电器J2电阻与电位器P3的并联值或继电器J3电阻与电位器P4的并联值，C＝C6或C9的电容值，充电时间到超小型功率继电器J2、J3即刻关闭。

本发明的有益效果是：提供一种纯硬件电路模块化时间开关控制器，开关时间精度高且可调，在实现现有的控制器功能之外，解决了电力系统中对控制器的电磁干扰问题，彻底消除干扰问题，具有无误动作、电路简单可靠、体积小、重量轻、寿命长、成本低廉、免维护的特点。本发明从根本上杜绝了由于永磁机构真空断路器的误操动给电力系统运行造成的事故和损失。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明涉及的一种纯硬件电路模块化时间开关控制器，包括由超小型功率继电器线圈、触点和电位器、电容组成的开关时间控制模块，由集成运算放大器及电阻、电容组成的储能电容电压检测控制模块；由二极管、电解电容、电阻、光电耦合器和晶闸管组成的升压充电电路模块；开关电源和负电源模块；由IGBT、电阻、超小型功率继电器触点、瞬态二极管组成的IGBT控制及保护模块。

如图2所示，对储能电容充电电压的储能电容电压检测控制模块是由集成运算放大器U1A、串联在合闸线圈入端和－12V电源端之间的电阻R20及电位器P1、串联在系统地端和－12V电源端之间的电阻R21和电阻R25、接在电阻R21和电阻R25结点和集成运算放大器U1A同相输入端的电阻R25、接在集成运算放大器U1A输出端的基极电阻R`4和基极电阻R26、三极管T2、三极管T1、三极管T4、光电耦合器O1、晶闸管SCR1、电阻R1～电阻R4、电阻R12、电阻R27、二极管D8、电容C18和电阻R8组成。电阻R1和R2的一端接晶闸管SCR1阳极并连接输入电源正端，电阻R1的另一端经光电耦合器的输出端接晶闸管SCR1的门极并通过电阻R3接晶闸管SCR1的门极并通过电阻R3接晶闸管SCR1的阴极，所述电阻R2另一端也与晶闸管SCR1的阴极相连，电位器P1的滑动端接集成运算放大器U1A的反相输入端，电阻R`4另一端与三极管T2基极相连、电阻R26另一端接三极管T1的基极，系统地端经继电器J1的常开节点J1－2、光电耦合器O1输入端、电阻R4与三极管T2的集电极相连，系统地端通过电阻R12与三极管T1的集电极相连，三极管T4的集电极通过电阻R27、并联的充电电容C7和继电器J4线圈与系统地端相连，在充电电容C7两端串联电阻28和充满指示发光二极管，系统地端通过串联的电源指示发光二极管和电阻18接－12V电源端，二极管D8和电阻R8串联在输入电源正端和IGBT控制及保护模块输入端，电容C18一端接二极管D8和电阻R8的结点、另一端接系统地端。集成运算放大器U1A是比较器，根据测得的电压值与设定电压值比较后控制光电耦合器O1、晶闸管SCR1的通断从而由升压充电电路模块控制合闸储能电容CH、分闸储能电容CF上的电压。

所述升压充电电路模块由二极管D1～二极管D6、电容C2～电容C5、电阻R5和电阻R6组成，储能电容包括合闸储能电容CH、分闸储能电容CF，电容C2和电阻R5串联在合闸储能电容CH正端和晶闸管SCR1阴极之间，电容C3和二极管D3并联在电阻R5两端，二极管D2并联在电容C2两端并通过二极管D1输入电源负端，串联的反接二极管D6、二极管D5和二极管D4接在晶闸管SCR1的阴极和输入电源负端之间，电容C5与二极管D6并联，电容C4和电阻R6并联在二极管D5两端，二极管D5和二极管D4的结点接系统地端，合闸储能电容CH正、负极分别接合闸线圈和系统地端，分闸储能电容CF正极接分闸线圈、负极接系统地端，合闸储能电容CH正极和分闸储能电容CF正极之间接二极管D9。

所述IGBT控制及保护模块由超小型功率继电器常开触点J2－1、与超小型功率继电器常开触点J2－1串联且另一端接系统地端的瞬态二极管SD1、与瞬态二极管SD1并联的电阻R10、电阻R9、二极管D10、电容C12、电阻R11、IGBT1、压敏电阻VR3、互锁常闭触点J2－1、继电器常开触点J3－1、瞬态二极管SD2、电阻R15～电阻R17、IGBT2、压敏电阻VR5组成，所述电阻R9的一端接超小型功率继电器常开触点J2－1的出端、另一端通过二极管D10接－12V电源端，电容C12接在系统地端和二极管D10正极之间，电阻R11接在超小型功率继电器常开触点J2－1的出端和IGBT的栅极，压敏电阻VR3接在IGBT的漏极和源极之间，继电器常开触点J3－1入端通过继电器互锁常闭触点J2－1接超小型功率继电器常开触点J2－1入端，瞬态二极管SD2、电阻R15～R17的一端接继电器常开触点J3－1出端，瞬态二极管SD2和R16另一端接系统地端，电阻R15另一端通过二极管D10接－12V电源端，电阻R17另一端接IGBT2的栅极，压敏电阻VR5接IGBT2的漏极和源极之间。IGBT1、IGBT2的漏极分别接永磁机构线圈操动机构的合闸线圈HL和分闸线圈FL，在合闸线圈HL和分闸线圈FL上分别并联有压敏电阻VR2和VR4。

负电源由稳压电源7812、电容C`10、电容C14、电容15和电容C10组成，开关电源和负电源模块用于提供±12V电源并起到保护IGBT的作用。

所述欠压保护、外部控制分闸电路模块包括由接在输入电源正端的二极管D12、接在二极管D12负极和－12V电源端之间的电容C16、串联在二极管D2负极和－12V电源端之间的电阻R14和电阻R13、串联在系统地端和－12V电源端之间的电阻R29和电阻R30、集成运算放大器U1B、接在电阻R14和R13结点和集成运算放大器U1B同相输入端电阻的R33、接在集成运算放大器U1B输出端的电阻R19、基极接电阻R19的三极管T3、并联在系统地端和三极管T3集电极的电容C、超小型功率继电器J1线圈及D7组成的欠压保护电路，和由并联的二极管D11和继电器J5构成的外部控制分闸电路。电阻R29和电阻R30的结点接集成运算放大器U1B的反相输入端，由接在分闸线圈入端的继电器J1的常闭接点J1－1、并联的放电电阻R24和R37经短路片DLP1至系统地线，进行断电放电。系统地端经短路片DLP2、继电器常闭触点J1－2，进行断电保护；由接在系统地端和分闸按钮出端的继电器常开触点J5－1进行保护动作分闸。运算放大器U1B是比较器，根据由二极管D12、电容C16、电阻R14、电阻R13测得的输入电源电压值与设定电压值比较后控制超小型功率继电器J1的通断来控制分闸电路。

所述开关时间控制模块，由继电器常开触点J2－2、合闸按钮HZ、保护动作防合闸J5－2、储能电容未充满防合闸J4－1、电阻R31、继电器J2线圈、电容C6、电位器P3，分闸按钮FZ、电阻R32、电位器P4、电容C9、继电器J3线圈，继电器常开触点J3－2、继电器常闭触点J1－2、常开触点J5－1和短路片DLP2组成，常开触点J2－2和合闸按钮HZ并联且一端接系统地端、另一端接串联的保护动作防合闸J5－2、储能电容未充满防合闸J4－1、电阻R31、继电器J2线圈，电容C6与电阻R31并联，电位器P3与继电器J2线圈并联，分闸按钮FZ与继电器常开触点J3－2并联且一端接系统地端、另一端与电阻R32和继电器J3线圈串联，电容C9与电阻R32并联，电位器P4与继电器J3线圈并联，用来控制永磁机构真空断路器的合闸、分闸时间。在合闸按钮HZ或分闸按钮FZ接通时，直流电源向电容C6(电容C9)充电，充电时间就是合、分闸时间，在20ms—100ms之间连续可调，充电时间T＝RC(R＝继电器J2、J3电阻与电位器P3、P4的并联值，C＝C6、C9的电容值)。充电时间到超小型功率继电器J2、J3即刻关闭。

工作时，接通交流输入电源，控制器按由电位器P1设定的工作电压由集成运算放大器U1A控制升压充电电路模块对合闸储能电容CH、分闸储能电容CF进行充电、达到设定值时关断晶闸管SCR1，二极管D9起隔离作用，充电充满继电器J4线圈得电，继电器常开触点J4-1接通，指示灯亮，可以进行合、分闸操作。合、分闸按钮不能同时按下，互为自锁。控制合、分闸的电压由二极管D8、电容C18、电阻R8提供。当合闸按钮HZ按下时，继电器J2线圈得电，常开触点J2-2自锁，常开触点J2-1接通，同时+12V电源向C6充电，充电时间即为导通时间T＝(J2线圈的电阻R∥P3)×C6。常开触点J2-1导通控制IGBT1导通，同时合闸线圈得电动作接通永磁机构断路器接通工作。充电时间到继电器J2断电，电容C6通过电阻R31放电，等待下一次操作，分闸过程同理合闸过程。当交流供电电源电压正常时集成运算放大器U1B控制继电器J1线圈导通，常闭触点J1-2始终打开，当交流供电电源电压低于设定值时或断电U1B翻转控制J1断电，常闭触点J1-2接通分闸动作，常闭触点J1-2起到分闸按钮的作用，同理外部保护动作继电器J5也起到分闸的作用。

以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。