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基于直流屏電源及PWM調制的永磁斷路器控制器設計

2021-01-06

目前國內永磁操動機構電源控制單元主要有兩種,第一種是采用磁吹式接觸器控制,優點是控制方式簡單,但明顯缺點是智能控制程度差,極易損壞。第二種是采用智能控制單元配合儲能電容器來控制分閘與合閘操作,由儲能電容器為線圈供電,優點是達到了一定程度的智能化控制,儲能電容器作為供電單元主要具有充電時間短、無需復雜的充電及保護電路,瞬間能提供出合閘與分閘所需的足夠能量。但缺點是電容器也有它致命的弱點,由于經過多次的充放電以及環境溫度等多種因素的影響,電容器的使用壽命遠低于理論計算值,經過多年實際使用數據統計,儲能電容器基本上運行45年時間必須進行更換,才能保證斷路器可靠運行[1-2]。本文設計了一種永磁智能控制單元,它是在綜合分析多種控制因素后,設計的一種應用于直流屏控制模式下的更為可靠的智能控制單元,即可采用直流屏(不需要儲能電容器),可以對斷路器的合閘、分閘特性曲線進行軟件調控,使永磁機構的輸出特性與斷路器負載特性更為有機的結合,更易實現智能化控制,極大地提高了斷路器可靠性。1永磁控制單元系統結構及功能永磁智能控制單元是與永磁真空斷路器配套的一種智能控制單元,采用DC220V直流屏供電模式,主要完成斷路器的分閘與合閘控制??刂破鞑捎酶咝阅艿?2位嵌入式處理器,采用脈寬調制(PWM)斬波數字調制方式,硬件采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)電路驅動方案,使控制分閘與合閘曲線更加平滑[3]。1.1永磁控制單元系統結構永磁控制單元系統主要由CPU、電源模塊、通信模塊、分閘與合閘驅動單元、分閘與合閘輸入信18電工電氣(2013No.7)圖2初始化及任務建立流程圖(任務4)號(包括就地、遠方信號)、分閘與合閘位置信號、直流屏電壓輸入與LED指示輸出信號等線路組成,如圖1所示。1.2永磁控制單元系統功能永磁控制單元智能控制單元具有以下主要功能:斷路器的合閘、分閘操作功能;閉鎖功能;防跳功能;失壓脫扣功能;通信及故障記錄等功能。永磁控制單元分閘、合閘的運動控制方式,是通過控制單元脈寬調制與PID控制算法,具有分閘與合閘電流過流保護功能。2控制調制程序設計為保證程序設計的實時性和可靠性。程序設計采用C/OS-操作系統及ARM處理器,根據系統的需要,程序設計了4個任務:任務1:采用PWM脈寬調制與PID算法進行分合閘操作;任務2:串行通信接收數據,采用消息郵箱、信號量傳遞接收到的數據;任務3:串行通信處理,解釋接收到的數據進行相關處理;任務4:初始化目標板和建立其它任務以及建立消息郵箱、信號量(串行通信采用消息郵箱、信號量傳遞接收到的數據),并進行失壓、分閘和合閘按鈕判斷以及中間位分閘、防跳、合閘閉鎖判斷等。任務的優先級別如下:根據任務序號排序,任務1優先級最高、任務4優先級最低。程序采用了2個中斷源:(1)定時器O中斷:定時器0中斷作為C/OS-時鐘節拍的基準源;(2)UART0中斷:UART0中斷作為實時通信來用。中斷的優先級別如下:定時器0中斷:低;UART0中斷:高。主要程序流程如圖2、圖3、圖4、圖5所示。分、合閘驅動線路控制器電源模塊直流屏電源直流屏電壓檢測線路就地與遠方分、合閘信號分、合閘位置信號通信模塊CPULED指示輸出信號圖1系統方案框圖圖3分合閘流程圖。

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