一種集成式三工位開關(guān)控制電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種集成式三工位開關(guān)控制電路，包括主處理器電路，主處理器電路通過PWM輸出電路連接電機驅(qū)動電路，PWM輸出電路用于形成觸發(fā)信號，電機驅(qū)動電路用于根據(jù)所述觸發(fā)信號驅(qū)動三工位開關(guān)的電機；所述主處理器電路還連接一路監(jiān)測保護電路；還設(shè)有另一路監(jiān)測保護電路，該路監(jiān)測保護電路包括一個邏輯處理電路、隔離電路和對應(yīng)的檢測電路，所述檢測電路連接所述電機驅(qū)動電路，用于根據(jù)電機驅(qū)動電路的輸出形成對應(yīng)的邏輯信號。本發(fā)明的監(jiān)測保護電路分為兩路，不僅通過角度傳感器檢測三工位開關(guān)的觸頭旋轉(zhuǎn)角度，還通過檢測電路檢測電機驅(qū)動電路的電氣信號，通過兩方面途徑獲取信息，分析三工位開關(guān)的開合情況，大大提高了可靠性。
【專利說明】
_種集成式三工位開關(guān)控制電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種集成式三工位開關(guān)控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]三工位開關(guān)，或者稱為三工位隔離開關(guān)，常用于輸配電設(shè)備中的全封閉組合電器(GIS)或復(fù)合電器(PASS)中，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分為:直動式三工位隔離開關(guān)和轉(zhuǎn)動式三工位隔離開關(guān)。所謂三工位是指三個工作位置:1、隔離開關(guān)主斷口接通的合閘位置，2、主斷口分開的隔離位置，3、接地側(cè)的接地位置;即隔離合、隔離分及接地三個工位。
[0003]三工位開關(guān)采用電動操作機構(gòu)，通過電機的正反轉(zhuǎn)來控制動觸頭在三個工位間來回移動，在運行到預(yù)定工位的時候停止電機。對于三個工位的確定目前有兩種方式，一種是機械方式，通過行程開關(guān)位置來指示三個工位;另一種是電子工位檢測，角度傳感器感知的電壓經(jīng)過電壓比較器通過電位器預(yù)設(shè)三個工位的電壓信號，以此來確定三個工位。專利文獻CN104298253A公開了一種三工位隔離開關(guān)，為了檢測觸頭位置，設(shè)置了角度傳感器，使用角度傳感器來獲取觸頭位置。
[0004]由于電機本身的慣性作用以及三工位開關(guān)的動觸頭與靜觸頭的摩擦阻力會有變化，經(jīng)常會出現(xiàn)電機停轉(zhuǎn)過早或過晚的情況，導致三工位開關(guān)運行不到位或運行過位。
[0005]由于三工位開關(guān)本身的機械特性，其動觸頭和靜觸頭經(jīng)常會出現(xiàn)偏心錯位的情況，致使運行中摩擦阻尼增加，可能導致電機堵轉(zhuǎn)。電動操作機構(gòu)卡滯也可能導致電機堵轉(zhuǎn)。另外由于三工位本身的運動特性，在運行過程中如果三個工位位置指示錯誤，可能會出現(xiàn)運行嚴重過位，動觸頭頂?shù)届o觸頭，導致電機堵轉(zhuǎn)。電機堵轉(zhuǎn)極易導致操作機構(gòu)及電機損壞，甚至釀成重大事故。因此，現(xiàn)有的控制方式可靠性較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種集成式三工位開關(guān)控制電路，用以解決現(xiàn)有技術(shù)可靠性差的冋題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括:
一種集成式三工位開關(guān)控制電路，包括主處理器電路，主處理器電路通過PWM輸出電路連接電機驅(qū)動電路，PWM輸出電路用于形成觸發(fā)信號，電機驅(qū)動電路用于根據(jù)所述觸發(fā)信號驅(qū)動三工位開關(guān)的電機;所述主處理器電路還連接一路監(jiān)測保護電路，該路監(jiān)測保護電路包括A/D轉(zhuǎn)換電路、采樣處理電路以及用于檢測三工位開關(guān)轉(zhuǎn)過角度的角度傳感器;其特征在于，還設(shè)有另一路監(jiān)測保護電路，該路監(jiān)測保護電路包括一個邏輯處理電路、隔離電路和對應(yīng)的檢測電路，所述檢測電路連接所述電機驅(qū)動電路，用于根據(jù)電機驅(qū)動電路的輸出形成對應(yīng)的邏輯信號，并將這些邏輯信號經(jīng)過所述隔離電路送入所述邏輯處理電路，邏輯處理電路根據(jù)輸入的邏輯信號進行判斷，所述判斷結(jié)果也用于生成所述觸發(fā)信號;所述檢測電路為以下三種電路的一種或多種:堵轉(zhuǎn)檢測電路，用于檢測電機是否堵轉(zhuǎn)；斷線檢測電路，用于檢測電機回路是否斷線；電壓檢測電路，用于檢測電機驅(qū)動電路的供電電壓。
[0008]進一步的，所述電機驅(qū)動電路用于連接整流電路輸出，并且驅(qū)動電機;電機驅(qū)動電路為電子開關(guān)橋電路，用于切換輸出極性，進而控制直流電機正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)；電機回路中串設(shè)有電流檢測單元。
[0009]進一步的，所述堵轉(zhuǎn)檢測電路、斷線檢測電路包括:一個比較器，一個切換電路，一個基準高電壓電路和一個基準低電壓電路，比較器同相輸入端連接所述電機驅(qū)動電路中的電流檢測單元，反相輸入端連接切換電路的輸出端，切換電路的輸入端分別連接所述一個基準高電壓電路和一個基準低電壓電路，比較器輸出端連接光電隔離電路；當切換電路切換到基準高電壓電路時，為堵轉(zhuǎn)檢測電路工作狀態(tài)，當切換電路切換到基準低電壓電路時，為斷線檢測電路工作狀態(tài)。
[0010]進一步的，所述電流檢測單元為采樣電阻。
[0011 ]進一步的，所述電壓檢測電路連接整流電路輸出端。
[0012]進一步的，所述A/D轉(zhuǎn)換電路還連接有串設(shè)于電機回路中的霍爾電流傳感器。
[0013]進一步的，所述主處理器電路依次通過所述邏輯處理器電路、所述隔離電路和所述PffM輸出電路連接所述電機驅(qū)動電路。
[0014]本發(fā)明的監(jiān)測保護電路分為兩路，不僅通過角度傳感器檢測三工位開關(guān)的觸頭旋轉(zhuǎn)角度，還通過檢測電路檢測電機驅(qū)動電路的電氣信號，通過兩方面途徑獲取信息，分析三工位開關(guān)的開合情況，大大提高了可靠性。
[0015]通過角度傳感器定位三工位開關(guān)的行程位置，實現(xiàn)三工位開關(guān)隔離接地動作的精確執(zhí)行。堵轉(zhuǎn)檢測電路和斷線檢測電路實時判斷電機電路情況，異常時可及時輸出報警信號。該控制電路既確保三工位開關(guān)準確執(zhí)行動作，又對三工位動作執(zhí)行過程實時監(jiān)測，及時保護，提高充氣柜的可靠性和使用壽命。邏輯處理電路屬于硬件邏輯，因此能夠從硬件和軟件兩方面保護分合閘回路。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的一種實施方式的電路原理框圖；
圖2是本發(fā)明的另一種實施方式的電路原理框圖；
圖3是電子開關(guān)橋電路、檢測電路的具體電路結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0018]如圖1所示是本發(fā)明的三工位開關(guān)控制電路的電路框圖。
[0019]實線框內(nèi)部分是三工位開關(guān)控制電路，實線框外部分是與控制電路相關(guān)的部分，如直流電機、角度傳感器、電源等。
[0020]現(xiàn)有技術(shù)中的控制電路，包括主處理器電路、P麗輸出電路、電機驅(qū)動電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、角度傳感器。
[0021 ] 其中主處理器電路、pmi輸出電路、電機驅(qū)動電路構(gòu)成主要的控制部分，主處理器電路用于接收遠方調(diào)度遙控或就地控制命令，經(jīng)過PWM輸出電路、電機驅(qū)動電路輸出到直流電機。PffM輸出電路，控制電子開關(guān)導通、關(guān)斷，可輸出方波控制電機轉(zhuǎn)速。電機驅(qū)動電路，選擇為4個IGBT或4個MOSFT組成的橋輸出，或者為IGBT與繼電器組合回路，主要目的是輸出正向或反向電壓信號，從而控制直流電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。直流電機，三工位開關(guān)操作機構(gòu)的直流電機，可正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。角度傳感器，相當于精密電位器，將三工位開關(guān)位置反應(yīng)為電阻的阻值，最終接入電源反應(yīng)為電壓的變化。
[0022]其中的角度傳感器及A/D轉(zhuǎn)換電路，構(gòu)成第一路監(jiān)測保護電路，發(fā)現(xiàn)異常及時停止電機動作，并且上傳至后臺終端或調(diào)度遠方裝置，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時維護。在調(diào)試時，先調(diào)節(jié)三工位開關(guān)到三個工作位置，智能單元分別記錄角度傳感器所對應(yīng)的采樣值，從而精確確定三個工位的位置，微調(diào)時可更改采樣數(shù)值。A/D采樣角度傳感器能夠?qū)崟r精確指示三工位開關(guān)當前位置，在三工位開關(guān)接近預(yù)定位置時，通過調(diào)節(jié)PWM方波輸出占空比，逐漸降低電機轉(zhuǎn)速，達到精確定位，定位誤差小于2mm。通過高精度A/D采樣角度傳感輸出的電壓信號，指示精確度可以達到了0.1mm以上，可以通過采樣數(shù)值精確定位三工位的三個位置，如果在其它位置通過采樣數(shù)值也可以精確的指示。
[0023]第一路監(jiān)測保護電路中，主處理器電路，可為單片機MCU、DSP、ARM等;A/D轉(zhuǎn)換電路，可以是獨立的轉(zhuǎn)換芯片，也可以是主處理器中集成的轉(zhuǎn)換模塊。另外，一般來說，考慮到電壓差別較大，PWM輸出電路和主處理器電路之間還設(shè)置有隔離電路。再者，還可以增加霍爾電流傳感器，檢測控制電路電壓，從而可以更全面的記錄工作情況?；魻栯娏鱾鞲衅?，用來實時測量電機運行時的電流值，錄波波形。
[0024]本發(fā)明的重點在于，還增加了第二路監(jiān)測保護電路，該第二路監(jiān)測保護電路如圖1所示，包括邏輯處理電路和檢測電路。檢測電路連接電機驅(qū)動電路，用于根據(jù)電機驅(qū)動電路的輸出形成對應(yīng)的邏輯信號，并將這些邏輯信號經(jīng)過所述隔離電路送入邏輯處理電路，邏輯處理電路根據(jù)輸入的邏輯信號進行判斷，所述判斷結(jié)果用于生成(對電機驅(qū)動電路的)觸發(fā)信號。
[0025]邏輯處理電路，可以選取單片機，也可為FPGA/CPLD，也可為邏輯門芯片搭建的電路。選擇FPGA等芯片，相對單片機，處理速度更有優(yōu)勢。
[0026]主處理器可以不經(jīng)過邏輯處理電路，通過PWM輸出電路形成觸發(fā)信號控制電機驅(qū)動電路，如圖1所示的那樣，在正常情況下，主處理器不經(jīng)過邏輯處理電路，直接控制PWM輸出電路;在對角度傳感器采集的信息進行處理，在異常情況下形成告警并且直接由主處理器發(fā)出指令控制PWM輸出電路形成觸發(fā)信號，使電機停機。這種方式下，第二路監(jiān)測保護電路的判斷結(jié)果也需要由邏輯處理電路送入主處理器，由主處理器發(fā)出指令，在異常情況下停止電機。
[0027]作為其他實施方式，主處理器也可以先經(jīng)過邏輯處理電路，通過邏輯處理電路、PWM輸出電路后形成觸發(fā)信號，如圖2所示的那樣;這種方式下，如果第二路的監(jiān)測保護電路的邏輯處理電路采用FPGA等芯片，就能夠發(fā)揮FPGA邏輯處理速度快的優(yōu)勢:即在第二路的監(jiān)測保護電路檢測到異常狀態(tài)時不用經(jīng)過主處理器，直接通過邏輯處理電路發(fā)出指令停止分、合閘動作。當然，這種情況下，正常情況下的觸發(fā)信號形成也需要經(jīng)過主處理器和邏輯處理電路，異常情況下第一路監(jiān)測保護電路的采集結(jié)果也需要經(jīng)過主處理器、邏輯處理電路、PffM輸出電路后形成觸發(fā)信號。
[0028]邏輯處理電路選擇FPGA等芯片時，屬于硬件邏輯，主處理電路屬于軟件邏輯，因此能夠從硬件和軟件兩方面保護分合閘回路。本實施例中，整個控制電路屬于(【背景技術(shù)】中所述的)智能單元的一部分，因此上述處理器電路、邏輯處理器電路都可以使用智能單元的處理器和邏輯處理器，這樣就不必單獨設(shè)置處理器電路和邏輯處理器電路。圖2中，整個控制電路處于智能單元中，智能單元接收到調(diào)度遠方裝置的遙控命令或就地控制命令，依次通過邏輯處理電路、隔離電路、PWM輸出電路至電子開關(guān)橋電路，控制電機的正/反轉(zhuǎn)運行，實時采樣角度傳感器進行確定位置，三工位開關(guān)運行到指定工位后停止運行，同時通過霍爾電流傳感器實時采樣電機電流。
[0029]圖1中的檢測電路包括至少三種電路，在具體的實施時，可以選擇配置任意一種、任意兩種或全部三種電路。如圖2所述為包括全部三種電路的情況，這三種電路分別是斷線檢測電路，堵轉(zhuǎn)檢測電路和電壓檢測電路。
[0030]圖2中，電壓檢測電路用于檢測整流電路的輸出，整流電路用于將輸入的控制電源整流為電機驅(qū)動電路供電。
[0031]堵轉(zhuǎn)檢測電路，電機運行時，電機電流值轉(zhuǎn)換為電壓值，通過電壓比較器與一固定的電壓值比較，用過流電流值來確定電機是否堵轉(zhuǎn)。
[0032]斷線檢測電路，判斷電機回路是否處于斷線狀態(tài)。
[0033]關(guān)于這三種電路的具體電路結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在現(xiàn)有技術(shù)中進行選擇。具體的，本實施例提供了一種具體的電路結(jié)構(gòu)，如圖3所示:斷線檢測電路與堵轉(zhuǎn)檢測電路共用一個比較器;其中通過切換電路切換為基準低電壓時，電流檢測與比較器可以響應(yīng)很小的電流，用于進行回路斷線檢測;其中通過切換電路切換為基準高電壓時，電流檢測與比較器可以響應(yīng)很大的堵轉(zhuǎn)電流，用于進行電機堵轉(zhuǎn)檢測。電機啟動瞬間進行回路斷線檢測，檢測到回路正常后，切換為電機堵轉(zhuǎn)檢測，直至電機運行完成。
[0034]圖3中電流檢測是用于檢測電機電流，是第二路監(jiān)測保護電路中的用于檢測電機電流的結(jié)構(gòu)，可以采用取樣電阻實現(xiàn)，便于轉(zhuǎn)化為電壓信號送入比較器。其作用與上述第一路監(jiān)測保護電路中的霍爾電流傳感器相同，也都串設(shè)于電機回路中，都是用來檢測電機電流。
[0035]如圖3所示，電子開關(guān)橋電路，為四個IGBT或四個MOSFT組成的橋輸出，或者為IGBT與繼電器組合回路，Pmi輸出電路驅(qū)動IGBT。主要目的是輸出正向或反向電壓信號，從而控制直流電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。IGBTUIGBT4同時導通則電機正轉(zhuǎn)，IGBT2、IGBT3同時導通則電機反轉(zhuǎn)。
[0036]以上給出了本發(fā)明涉及的【具體實施方式】，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。在本發(fā)明給出的思路下，采用對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言容易想到的方式對上述實施例中的技術(shù)手段進行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發(fā)明中的相應(yīng)技術(shù)手段基本相同、實現(xiàn)的發(fā)明目的也基本相同，這樣形成的技術(shù)方案是對上述實施例進行微調(diào)形成的，這種技術(shù)方案仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種集成式三工位開關(guān)控制電路，包括主處理器電路，主處理器電路通過PWM輸出電路連接電機驅(qū)動電路，PWM輸出電路用于形成觸發(fā)信號，電機驅(qū)動電路用于根據(jù)所述觸發(fā)信號驅(qū)動三工位開關(guān)的電機;所述主處理器電路還連接一路監(jiān)測保護電路，該路監(jiān)測保護電路包括A/D轉(zhuǎn)換電路、采樣處理電路以及用于檢測三工位開關(guān)轉(zhuǎn)過角度的角度傳感器;其特征在于，還設(shè)有另一路監(jiān)測保護電路，該路監(jiān)測保護電路包括一個邏輯處理電路、隔離電路和對應(yīng)的檢測電路，所述檢測電路連接所述電機驅(qū)動電路，用于根據(jù)電機驅(qū)動電路的輸出形成對應(yīng)的邏輯信號，并將這些邏輯信號經(jīng)過所述隔離電路送入所述邏輯處理電路，邏輯處理電路根據(jù)輸入的邏輯信號進行判斷，所述判斷結(jié)果也用于生成所述觸發(fā)信號;所述檢測電路為以下三種電路的一種或多種:堵轉(zhuǎn)檢測電路，用于檢測電機是否堵轉(zhuǎn);斷線檢測電路，用于檢測電機回路是否斷線；電壓檢測電路，用于檢測電機驅(qū)動電路的供電電壓。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式三工位開關(guān)控制電路，其特征在于，所述電機驅(qū)動電路用于連接整流電路輸出，并且驅(qū)動電機;電機驅(qū)動電路為電子開關(guān)橋電路，用于切換輸出極性，進而控制直流電機正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn);電機回路中串設(shè)有電流檢測單元。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種集成式三工位開關(guān)控制電路，其特征在于，所述堵轉(zhuǎn)檢測電路、斷線檢測電路包括:一個比較器，一個切換電路，一個基準高電壓電路和一個基準低電壓電路，比較器同相輸入端連接所述電機驅(qū)動電路中的電流檢測單元，反相輸入端連接切換電路的輸出端，切換電路的輸入端分別連接所述一個基準高電壓電路和一個基準低電壓電路，比較器輸出端連接光電隔離電路;當切換電路切換到基準高電壓電路時，為堵轉(zhuǎn)檢測電路工作狀態(tài)，當切換電路切換到基準低電壓電路時，為斷線檢測電路工作狀態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種集成式三工位開關(guān)控制電路，其特征在于，所述電流檢測單元為采樣電阻。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種集成式三工位開關(guān)控制電路，其特征在于，所述電壓檢測電路連接整流電路輸出端。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式三工位開關(guān)控制電路，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換電路還連接有串設(shè)于電機回路中的霍爾電流傳感器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式三工位開關(guān)控制電路，其特征在于，所述主處理器電路依次通過所述邏輯處理器電路、所述隔離電路和所述PWM輸出電路連接所述電機驅(qū)動電路。
【文檔編號】G05B19/042GK105892369SQ201610346862
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】柳俊崗, 魏明, 郭國領(lǐng), 張建東, 吳冬, 王芳, 陳偉剛, 李二肖, 葛媛媛
【申請人】天津平高智能電氣有限公司, 平高集團有限公司, 國家電網(wǎng)公司