阮艷輝

信陽(yáng)師范學(xué)院物理電子工程學(xué)院，河南信陽(yáng) 464000

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了學(xué)科交叉滲透和邊緣學(xué)科的現(xiàn)象，科學(xué)技術(shù)進(jìn)而趨向整體化、交叉化、綜合化和定量化。這些變化為電氣學(xué)科的發(fā)展提供了有利環(huán)境，推動(dòng)了高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備向智能化發(fā)展。很多中、高壓斷路器及氣體絕緣全封閉組合電器智能化程度的不斷提高，將使供電可靠性提高、監(jiān)測(cè)能力增強(qiáng)、恢復(fù)供電加快、運(yùn)行維護(hù)更經(jīng)濟(jì)、方便，并及時(shí)、有效地完成各種功能控制。

1 控制器的工作原理

1.1 控制器原理的理論分析

本智能永磁開(kāi)關(guān)控制器就是采用弱電系統(tǒng)控制大電容蓄能裝置瞬時(shí)釋放出高壓大電流，以此驅(qū)動(dòng)直流電磁鐵工作，直流電磁鐵鐵心導(dǎo)桿進(jìn)而發(fā)生可控距離的直線運(yùn)動(dòng)，該直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)高壓開(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi)。本控制器可實(shí)現(xiàn)高壓斷路器的快速閉合與斷開(kāi)，且運(yùn)行可靠性高；系統(tǒng)同時(shí)做到強(qiáng)弱電系統(tǒng)的隔離，從而保證操作人員的人身安全。且本控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在線操作和遠(yuǎn)程遙控操作，提高了操作的智能化水平。

控制系統(tǒng)涉及到兩個(gè)時(shí)間參數(shù)：一個(gè)是大電容的充電參數(shù)，一個(gè)是大電容的放電參數(shù)。直流電磁鐵的操作響應(yīng)時(shí)間是微控制器控制的關(guān)鍵參數(shù)?？刂葡到y(tǒng)的目的要實(shí)現(xiàn)永磁體快速的直線運(yùn)動(dòng)，而且驅(qū)動(dòng)力要足夠大，控制器就是要提供電磁鐵工作的大直流電流，就是要保證蓄能大電容的充電時(shí)間。當(dāng)電流過(guò)大時(shí)又極易造成電子設(shè)備器件的損傷。為了在極短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)永磁體的運(yùn)動(dòng)，達(dá)到要求的工作行程，且不會(huì)燒壞電子設(shè)備器件，故要嚴(yán)格控制給直流電磁鐵的供電時(shí)間。

電容充電公式：設(shè)v0為電容上的初始電壓值；v1為電容最終可充到或放到的電壓值；vt為t時(shí)刻電容上的電壓值。則

vt=v0+（v1-v0）*[1-exp（-t/RC）]或 t =RC*1n[（v1-v0）/（v1-vt）]

針對(duì)實(shí)驗(yàn)電路投中繼電器強(qiáng)電短，滿足一個(gè)450V，Hμ680的大電容充放電來(lái)帶動(dòng)兩繼電器的開(kāi)關(guān)。強(qiáng)電部分電路圖簡(jiǎn)化如下所示：

圖1 電路簡(jiǎn)化圖

220V工頻電壓經(jīng)整流橋整流后在R2穩(wěn)壓下對(duì)C1充電，當(dāng)充滿后對(duì)負(fù)載電路放電，由于能量較大，放電時(shí)間較短，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)高脈沖電流，這個(gè)高脈沖電流會(huì)驅(qū)動(dòng)繼電器[1]，并由繼電器使后續(xù)電路工作。用multisim對(duì)負(fù)載電路的放電過(guò)程進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖2示。

圖2 負(fù)載電壓仿真圖

1.2 核心控制器構(gòu)架

本控制系統(tǒng)的核心采用如下結(jié)構(gòu)（如圖3）。

圖3 智能永磁開(kāi)關(guān)的原理方框圖

本控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在線操作和遠(yuǎn)程遙控操作，提高了操作的智能化水平。通過(guò)繼電器實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)弱電的隔離，避免強(qiáng)電系統(tǒng)大幅度的電壓、電流變化對(duì)弱電系統(tǒng)的影響，保證弱電控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而本設(shè)計(jì)中考慮到使用單個(gè)繼電器，難以判定直流輸出方向，故采用了雙繼電器連接技術(shù)，巧妙地解決了這一問(wèn)題。

本控制器由外電網(wǎng)引入電流通過(guò)兩個(gè)磁盤(pán)（濾去外電網(wǎng)的雜波和各種干擾諧波），一部分供給整流橋，一部分供給變壓器。供給整流橋的那部分交流電源通過(guò)一個(gè)熱敏電阻（起到保險(xiǎn)絲作用），接入一個(gè)整流橋，給大電容供電。

1.3 控制器的抗干擾性及優(yōu)點(diǎn)

從本質(zhì)上說(shuō)，硬件抗干擾[2]是主動(dòng)的，軟件抗干擾是被動(dòng)的，且二者是相輔相成，缺一不可的。實(shí)踐證明，只有從硬件和軟件兩個(gè)方面采取措施，才能有效地排除干擾信號(hào)的影響，使系統(tǒng)穩(wěn)定性得到提升。硬件方面提高系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)分別采用接地的抗干擾處理，隔離與屏蔽處理，對(duì)信號(hào)的濾波處理，以達(dá)到抗干擾的效果。軟件方面的設(shè)計(jì)主要運(yùn)用指令冗余技術(shù)，軟件陷阱技術(shù)和看門(mén)狗技術(shù)。

智能大功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制器的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好、傳輸速度快、抗干擾能力強(qiáng)。智能大功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制器單獨(dú)使用專門(mén)的信號(hào)線，不受其他如電力線、無(wú)線電等輻射雜波干擾，產(chǎn)品操作穩(wěn)定性非常強(qiáng)。而且自主研發(fā)的產(chǎn)品電力損耗小，散熱速度快，使用壽命長(zhǎng)。性能方面的穩(wěn)定將決定傳輸信號(hào)的速度和抗干擾能力。

2 永磁機(jī)構(gòu)斷路優(yōu)越性能

同步開(kāi)合可抑制因開(kāi)合電容或電感性負(fù)荷場(chǎng)合的時(shí)刻不適當(dāng)，而引起涌流或是過(guò)電壓現(xiàn)象，也就是按相位和斷路器的固有動(dòng)作時(shí)間操作。當(dāng)同步斷路器工作時(shí)，不論何時(shí)接到由人工或遙控方式傳來(lái)的控制信號(hào)時(shí)，其斷路器動(dòng)作均同步于電網(wǎng)電源的電壓或電流。當(dāng)操作信號(hào)到來(lái)時(shí)，控制單元保證斷路器的觸頭能精確地在正確位置合上或斷開(kāi)。這樣，理論上可以做到開(kāi)合特殊負(fù)載時(shí)完全沒(méi)有涌流或是過(guò)電壓的產(chǎn)生。

采用永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器允許在一個(gè)閉環(huán)的控制中使用某種補(bǔ)償算法將環(huán)境溫度、觸頭磨損、機(jī)構(gòu)老化等因素都計(jì)算在內(nèi)，并對(duì)脫扣命令發(fā)出后鐵心的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行全程控制。從而可保證在長(zhǎng)期的運(yùn)行中斷路器的操作時(shí)間保持在一個(gè)穩(wěn)定的水平。永磁機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且緊湊，為每相極柱配置獨(dú)立的磁力驅(qū)動(dòng)器較彈操機(jī)構(gòu)而言更易實(shí)現(xiàn)。永磁機(jī)構(gòu)斷路器的另一重要優(yōu)勢(shì)是可以執(zhí)行極端快速的操作順序。這使永磁斷路器特別適應(yīng)于關(guān)合時(shí)間低至60ms及無(wú)電流時(shí)間小于0.1s的快速自動(dòng)重合閘操作。

3 結(jié)論

智能產(chǎn)品的高安全和可靠性能，最大限度地提高系統(tǒng)和產(chǎn)品的運(yùn)行質(zhì)量和供電質(zhì)量，并達(dá)到節(jié)省成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的目，高可靠性、少免維護(hù)型產(chǎn)品的市場(chǎng)需求必將快速穩(wěn)步增長(zhǎng)。而本控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在線操作和遠(yuǎn)程遙控操作，提高了操作的智能化水平。

[1]白求杰.電光與控制.固體繼電器SSR，1998：2-20.

[2]胡連柱，姜寶山.簡(jiǎn)析單片機(jī)軟硬件的抗干擾設(shè)計(jì)技術(shù)[M].安徽：電子出版社，2005，16(9)：859-869.