一种用于光伏并网的小型重合闸控制器的制作方法

本实用新型涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种用于光伏并网的小型重合闸控制器。

背景技术：

自国家“智能电网”概念的提出，以及国家整体能源规划又坚持以“清洁低碳高效可持续发展”为基调，造就光伏产业的明朗发展趋势。光伏发电具有维护简单、功率可大可小等突出优点，作为中、小型并网电源得到较广泛应用。光伏并网小型重合闸断路器用于光伏并网交流配电箱中，当电网停电检修时，产品可自动延时分闸切断电网和光伏发电的并网连接，当电网正常供电时可自动合闸完成光伏发电正常并网。从安全用电产品来看，是一种技术先进、用电方便的产品，有很好的市场前景。因此，设计一款操作简单、性能可靠、成本低廉的光伏并网小型重合闸断路器势在必行。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，该实用新型提供一种用于光伏并网的小型重合闸控制器，包括控制极和开关极，开关极采用DZ131系列机械结构，能实现很高的电流短路分段能力，控制极是光伏并网小型重合闸断路器的核心部件，包括CPU、电源回路、电源转换回路、采样电路、反馈信号检测电路、电机驱动电路和通信电路，所有逻辑性判断及外部功能均是由控制极来控制实现。

为了实现上述目的，该实用新型的技术方案是：一种用于光伏并网的小型重合闸控制器，包括开关极和控制极，控制极发送分合闸信号来控制开关极完成分合闸动作，所述开关极为DZ131系列机械结构并安装于TH35-7.5型钢安装轨上；所述控制极包括CPU、电源回路、电源转换回路、采样电路、反馈信号检测电路、电机驱动电路和通信电路，所述电源回路用以将220V/380V交流电压转换为直流电压，然后经电源转换回路稳压为6/9V直流电压和5V直流电压，6/9V直流电压用以给电机驱动电路供电，5V直流电压用以给CPU和通信电路供电，所述采样电路为电阻降压型并与CPU电连接，将采集到的电网信号接入到CPU中，用以分合闸的逻辑判断；所述电机驱动电路包括L9110s型号的电机驱动芯片并与CPU电连接，CPU对采样数据逻辑判断后给电机驱动芯片发送信号，用以控制开关极的电机正转、反转或停止；所述反馈信号检测电路包括三个霍尔元件并与CPU电连接，霍尔元件用以确定开关极的电机齿轮的位置，CPU通过霍尔元件所反馈的开关极的电机齿轮位置来控制开关极的电机正转、反转或停止；所述通信电路包括RS-485芯片，用以与上位机进行电网数据的交互。

作为本实用新型一种用于光伏并网的小型重合闸控制器的进一步改进：所述电源转换回路包括FED16型号的电源变压器、L03A型号的电压转换芯片、光耦芯片和LNK364DN型号的电源管理芯片，电源回路转换的直流电压经电源变压器转换为6/9V直流电压，6/9V直流电压一路作为反馈电压经光耦芯片U7与LNK364DN型号的电源管理芯片电连接，通过电源管理芯片调节电源变压器的输出，并且所述光耦芯片U7的导通由TL431QDBZ型号的稳压源控制；6/9V直流电压一路经并联连接的滤波电容C1、CP4和C24输入到电压转换芯片转换为5V直流电压。

有益效果

1、本实用新型一种用于光伏并网的小型重合闸控制器，开关极采用已经成熟的DZ131系列机械结构，省去了重新开模的费用，且外观尺寸完全符合小型断路器的安装要求，可按标准的TH35-7.5型钢安装轨安装，使用简单，维修方便；

2、本实用新型一种用于光伏并网的小型重合闸控制器，控制极设置的电源转换回路，不仅增加了滤波抗干扰措施，还设计了反馈电路，通过对反馈电路参数的分析，可调整电源输出回路的元器件参数，使得直流电压的转换能够更稳定，为驱动电机、单片机及其它元器件提供稳定可靠的工作电源；

3、本实用新型一种用于光伏并网的小型重合闸控制器，控制极设置反馈信号检测电路采用3个霍尔元件的反馈检测，可以确定此时电机齿轮所走的位置，来控制电机的转速及启动和停止电机操作，更加精确；

4、本实用新型一种用于光伏并网的小型重合闸控制器，控制极设置的通信电路，管RS485通信技术比较普遍，但是在该类产品中却是一个新型功能，能使主站实时监控光伏发电系统的电参量。

附图说明

图1为本实用新型控制器的结构示意图；

图2为本实用新型开关极的电路系统框图；

图3为本实用新型开关极的电源回路；

图4为本实用新型开关极的电源转换回路；

图5为本实用新型开关极的采样电路；

图6为本实用新型开关极的反馈信号检测电路；

图7为本实用新型开关极的电机驱动电路；

图8为本实用新型开关极的通信电路；

图中：1、开关极，2、控制极。

具体实施方式

如图所示，一种用于光伏并网的小型重合闸控制器，包括开关极1和控制极2，开关极1为DZ131系列机械结构，控制极2包括CPU、电源回路、电源转换回路、采样电路、反馈信号检测电路、电机驱动电路和通信电路，控制极2发分合闸信号给开关极1的断路器，开关极1的电机开始带动其手柄运动到合闸位置或分闸位置，当合闸时，手柄通过操作机构带动动触头向静触头运行与静触头可靠接触，并接通电路；当线路发生过载故障时，过载电流使热双金属元件弯曲，过载脱扣器动作，推动锁定机构复位，从而实现分断线路；当线路发生短路故障时，短路电流使瞬时脱扣器动作，推动锁定机构复位，实现分断功能；当采样电路监测到输入电压信号大于设置电压值时，或者电压小于设置值时，控制极2发出分闸信号，控制电机执行分闸动作，切断合闸侧电源进入命令等待状态。

其中开关极1采用成熟的DZ131系列机械结构，省去了重新开模的费用，且外观尺寸完全符合小型断路器的安装要求，可按标准的TH35-7.5型钢安装轨安装，使用简单，维修方便；

其中控制极2的电源回路用以将220V/380V交流电压转换为直流电压，然后经电源转换回路稳压为6/9V直流电压和5V直流电压，6/9V直流电压用以给电机驱动电路供电，5V直流电压用以给CPU和通信电路供电，采样电路为电阻降压型并与CPU电连接，将采集到的电网信号接入到CPU中，用以分合闸的逻辑判断；电机驱动电路包括L9110s型号的电机驱动芯片并与CPU电连接，CPU对采样数据逻辑判断后给电机驱动芯片发送信号，用以控制开关极1的电机正转、反转或停止；反馈信号检测电路包括三个霍尔元件并与CPU电连接，霍尔元件用以确定开关极1的电机齿轮的位置，CPU通过霍尔元件所反馈的开关极1的电机齿轮位置来控制开关极1的电机正转、反转或停止；通信电路包括RS-485芯片，用以与上位机进行电网数据的交互。

在图3的电源回路中，R1、R2和R3为压敏电阻，AC220V中，选用14k471型号；AC380V中选用14K821型号，L1和L2为差模电感，电感值为几百微亨至 1毫亨，L3和L4为共模电感，电感值为2～10毫亨，C1、C2和、C3为抗差模电容，电容值为0.1uf/1kV，C4和C5为抗共模电容，电容值为1000pf～3300pf/1kV；

在图4的电源转换回路中，经过滤波处理后的交流电源转为直流LN后，进入FED16型号电源变压器T1，电源变压器T1将电压转换为+6V/+9V，一方面用以给电机驱动电路供电，另一方面+6V/+9V经过L03A型号的电压转换芯片u5转换为5V直流电源，用于用以给CPU和通信电路供电，同时，C1、CP4和C24起到对电源变压器T1转换出的直流电压的滤波作用，使电压转换芯片U5的转换电压能更稳定；U6为TL431QDBZ型号的2.5V稳压二极管，通过对2点电压的比较，决定光耦芯片U7是否导通，导通后信号进入LNK364DN型号的电源管理芯片U4，通过电源管理芯片U4来调节电源变压器T1的输出，保证电源变压器T1输出稳定的+6V/+9V直流电压，用于后续控制、使用；

在图5的采样电路中，电压UA通过分压电阻R58、R59、R60与R61、R43与R67以及R71进入三极管Q16的基极，并通过三极管Q16发射极将电压信号输出，输出端的UA’直接接入CPU中AD采样端口；三极管Q16集电极与基极之间接3V3电压，发射级与地之间接贴片电阻R94，三极管Q16基极与地之间连接电容C27，分压电阻用以保证CPU输入端的电压值在有效范围内，分压值经过三极管Q16，可实现放大作用，且起到抗干扰作用；

在图6的反馈信号检测电路中，H1、H2、H3分别代表三个霍尔元件，HVCC是电源开关，当HVCC接通时，表示该霍尔元件可以实现信号的反馈功能，当磁铁运行到其中一个霍尔区域时，磁铁会吸引霍尔，使得该霍尔与地导通，当HVCC有高电平时，HVCC、R和GND之间就形成了一个回路，HTC端口就会形成一个低电平，该信号反馈到CPU中，即可判断此时开关极1的电机齿轮已经走到了该霍尔的位置；

在图7的电机驱动电路中，CPU控制L9110s型号的电机驱动芯片U2D的F1、F2端的输出状态，并分别给出“01、10、11、00”四种输出状态，通过不同的状态输入，U2会分别实现M1端口与+6V直流电源导通或关闭、M2端口与+6V直流电源导通或关闭，从而实现开关极1的电机正转、反转或停止；

在图8的通信电路中，RX、TX端接CPU的UART引脚，U5和U7实现光耦隔离，可有效抑制高共模电压的产生，降低485芯片的损坏率，提高系统的稳定性，RD端接10K的上拉电阻，能有效防止干扰信号误触发RD，Q3和R19、R10组合，使信号的自动收发控制更稳定，此外后续的数据总线上，A线和B线上要分别加一个R7和R11上拉偏置电阻，避免总线上出现高低电平不确定的状态，为了保证传输的稳定性，中间的R9电阻通常选择120欧，尽管RS485通信技术比较普遍，但是在该类产品中却是一个新型功能，能使主站实时监控光伏发电系统的电参量。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。