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基于直流屏电源及PWM调制的永磁断路器控制器设计

2021-01-06

目前国内永磁操动机构电源控制单元主要有两种,第一种是采用磁吹式接触器控制,优点是控制方式简单,但明显缺点是智能控制程度差,极易损坏。第二种是采用智能控制单元配合储能电容器来控制分闸与合闸操作,由储能电容器为线圈供电,优点是达到了一定程度的智能化控制,储能电容器作为供电单元主要具有充电时间短、无需复杂的充电及保护电路,瞬间能提供出合闸与分闸所需的足够能量。但缺点是电容器也有它致命的弱点,由于经过多次的充放电以及环境温度等多种因素的影响,电容器的使用寿命远低于理论计算值,经过多年实际使用数据统计,储能电容器基本上运行45年时间必须进行更换,才能保证断路器可靠运行[1-2]。本文设计了一种永磁智能控制单元,它是在综合分析多种控制因素后,设计的一种应用于直流屏控制模式下的更为可靠的智能控制单元,即可采用直流屏(不需要储能电容器),可以对断路器的合闸、分闸特性曲线进行软件调控,使永磁机构的输出特性与断路器负载特性更为有机的结合,更易实现智能化控制,极大地提高了断路器可靠性。1永磁控制单元系统结构及功能永磁智能控制单元是与永磁真空断路器配套的一种智能控制单元,采用DC220V直流屏供电模式,主要完成断路器的分闸与合闸控制。控制器采用高性能的32位嵌入式处理器,采用脉宽调制(PWM)斩波数字调制方式,硬件采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)电路驱动方案,使控制分闸与合闸曲线更加平滑[3]。1.1永磁控制单元系统结构永磁控制单元系统主要由CPU、电源模块、通信模块、分闸与合闸驱动单元、分闸与合闸输入信18电工电气(2013No.7)图2初始化及任务建立流程图(任务4)号(包括就地、远方信号)、分闸与合闸位置信号、直流屏电压输入与LED指示输出信号等线路组成,如图1所示。1.2永磁控制单元系统功能永磁控制单元智能控制单元具有以下主要功能:断路器的合闸、分闸操作功能;闭锁功能;防跳功能;失压脱扣功能;通信及故障记录等功能。永磁控制单元分闸、合闸的运动控制方式,是通过控制单元脉宽调制与PID控制算法,具有分闸与合闸电流过流保护功能。2控制调制程序设计为保证程序设计的实时性和可靠性。程序设计采用C/OS-操作系统及ARM处理器,根据系统的需要,程序设计了4个任务:任务1:采用PWM脉宽调制与PID算法进行分合闸操作;任务2:串行通信接收数据,采用消息邮箱、信号量传递接收到的数据;任务3:串行通信处理,解释接收到的数据进行相关处理;任务4:初始化目标板和建立其它任务以及建立消息邮箱、信号量(串行通信采用消息邮箱、信号量传递接收到的数据),并进行失压、分闸和合闸按钮判断以及中间位分闸、防跳、合闸闭锁判断等。任务的优先级别如下:根据任务序号排序,任务1优先级最高、任务4优先级最低。程序采用了2个中断源:(1)定时器O中断:定时器0中断作为C/OS-时钟节拍的基准源;(2)UART0中断:UART0中断作为实时通信来用。中断的优先级别如下:定时器0中断:低;UART0中断:高。主要程序流程如图2、图3、图4、图5所示。分、合闸驱动线路控制器电源模块直流屏电源直流屏电压检测线路就地与远方分、合闸信号分、合闸位置信号通信模块CPULED指示输出信号图1系统方案框图图3分合闸流程图。

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