技术领域

本发明涉及真空断路器领域，具体地说，特别涉及到一种恒功率真空断路器离合控制模块。

背景技术

现有的真空断路器合闸方式有磁铁交流线圈与辅助开关方式、交流电机与传动机构加锁扣方式、电容器冲放与线圈加锁扣方式、永磁技术加辅助电源锁孔方式等。其中，

1、磁铁交流线圈与辅助开关方式的缺陷在于：线圈在工作过程中会发出交流噪声、发热损坏等现象。

2、交流电机与传动机构加锁扣方式的缺陷在于：合闸需要分为两个步骤进行。一是电机带动传动机构对弹簧加压储能，二是用辅助开关来完成合闸过程。因电机与传动机构长时间使用会发生电机损坏及传动机构失灵等诸多问题，这势必会给后续的维护及操作带来极大的困难。

3、电容器冲放与线圈加锁扣方式的缺陷在于：合闸前需对电容器进行充电，利用双稳态电路触发MOS管来完成合闸。由于每次合闸都需电容充电，这对电容器的要求较高，需要大容量且大体积的电容器。由于电容器的使用寿命和体积庞大等原因，这种方式目前采用的较少。

4、永磁技术加辅助电源锁孔方式的缺陷在于：合离闸时需要两组线圈，一组是合闸线圈，另一组是退磁线圈。在实际使用过程中遇到退磁线圈无法工作，直接导致接触器无法离闸现象。

上述四种方式还存在较多的共同缺陷，例如受环境工作电压的限制，线圈、电机控制部分等工作电压不适合在宽范围电压中使用。不适合在需频繁启动、停止的场合中使用。受诸多机械结构的影响很难实现远程和集控管理。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种恒功率真空断路器离合控制模块，涉及PWM调制脉冲、CPU单片机运算、恒功率输出等相关技术，用于解决现有真空断路器线圈发热、电机机械结构和辅助开关部件易损等问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种恒功率真空断路器离合控制模块，所述控制模块包括输入整流电路、开关电源、输入电压检测电路、PWM脉冲调制电路、CPU单片机芯片、电压维持电路、电流电压比较器电路和IGBT功率输出电路；

所述输入整流电路包括输入滤波单元和整流滤波单元，输入的电压依次经所述输入滤波单元和整流滤波单元后分别与负载线圈、开关电源和输入电压检测电路的输入端连接，所述负载线圈的输出端分别与一精密电阻、电压维持电路和CPU单片机芯片连接，所述精密电阻的另一端与IGBT功率输出电路连接；

所述输入电压检测电路的输出端与所述CPU单片机芯片连接，在所述CPU单片机芯片的输入端还与PLC输入端连接；

所述CPU单片机芯片的输出端经PWM脉冲调制电路后分别与电压维持电路和连接IGBT功率输出电路连接。

进一步的，所述控制模块安装于壳体内，且通过环氧树脂封装；在所述壳体上设有电源输入接口、PLC输入接口、自动/手动接口、断路器线圈接口和接地线接口。

进一步的，还包括外围电路，所述外围电路包括与所述控制模块连接的断路器负载、自动/手动切换模块和PLC输入模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明基于恒功率技术设计出控制模块，在解决现有技术的同时，安装调试方便，免维护且无需其他辅助机构。

2.解决了原有断路器线圈因长期工作而发出的交流噪声、发热和损坏问题。

3.通过控制模块和外围电路的改造，有效改善了断路器离闸和合闸的情况，并能给多路断路器的PLC群控管理提供了便利。

附图说明

图1为本发明所述的控制模块的内部结构框图。

图2为本发明所述的控制模块的逻辑控制图。

图3为本发明所述的控制模块的恒功率输出曲线图。

图4为本发明所述的控制模块的封装示意图。

图5为本发明所述的控制模块的外围电路连接示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1和图2，本发明所述的一种恒功率真空断路器离合控制模块，所述控制模块包括输入整流电路、开关电源、输入电压检测电路、PWM脉冲调制电路、CPU单片机芯片、电压维持电路、电流电压比较器电路和IGBT功率输出电路；

所述输入整流电路包括输入滤波单元和整流滤波单元，输入的电压依次经所述输入滤波单元和整流滤波单元后分别与负载线圈、开关电源和输入电压检测电路的输入端连接，所述负载线圈的输出端分别与一精密电阻、电压维持电路和CPU单片机芯片连接，所述精密电阻的另一端与IGBT功率输出电路连接；

所述输入电压检测电路的输出端与所述CPU单片机芯片连接，在所述CPU单片机芯片的输入端还PLC输入端连接；

所述CPU单片机芯片的输出端经PWM脉冲调制电路后分别与电压维持电路和连接IGBT功率输出电路连接。

其中，开关电源的核心组件采用顶级三端芯片TOP221、精密基准TL431、高压光耦UC187等。其主要特点是输入电压范围宽、输出电压稳定、转换效率高。电压检测电路采用两个精密基准TL431和两个高压光耦TL817组成欠压、过压保护电路，其特点是响应速度快、能满足高压、低压隔离要求。PWM脉冲调制电路的芯片选用UC3842，其特点是脉冲调制频率输出易受CPU单片机芯片控制，也是控制模块的核心部分。CPU单片机芯片选用AT89C2051-12BU芯片，其特点是对整个控制模块的内部输入电压检测、负载电流采样、PWM脉冲调制控制、IGBT驱动和电压维持输出等进行运算。IGBT输出电路包括绝缘栅双极型功率管K40T120、断路器线圈和高精度电阻，其特点是电路结构简单，实用性强。电压维持电路包括K15T120(IGBT)管和高压光耦TL817，其作用是当断路器吸合后能维持一个低压小电流输出。

输入电源交直流均可，范围AC70V-246V、DC90V-350V，经滤波整流后向开关电源提供工作电压，并由三端TOP芯片输出多路电压，以供控制模块使用。

同时输入电压检测电路也检测到电压数值，并通过光耦送到CPU单片机芯片的的19脚，CPU单片机芯片经过30ms延时判断高低电平数值。若是高电平，则CPU单片机芯片的18脚就会分二阶段输出触发电压(参见图3)。

第一阶段触发电压经过光耦由PWM脉冲调制电路输出脉冲调制信号。

IGBT输出电路的G端被触发，C端、E端瞬间导通。直流电压经断路器线圈、高精度电阻到电源负极。随着导通时间延伸电流、功率也随之增大。同时高精度电阻上的压降电压也在增加，压降电压通过比较器送至CPU单片机芯片的6脚。根据比较器的压降电压，CPU单片机芯片内部将其再次与输入电压做一次比较，形成一个闭环电路运算。

由于断路器线圈阻抗是固定的3-5Ω，功率在CPU单片机芯片内部设定为600-800W，关系式P＝V*I。在某个时段一端输入电压V、电流I确定，功率P也就确定了。无论输入电压高与低，CPU单片机芯片通过运算，18脚都会向PWM脉冲调制电路输出第二阶段600W-800W的触发信号。在CPU单片机芯片的18脚输出第二阶段的同时，17脚同步输出维持信号，以便合闸电压在退出前断路器线圈有个低电压小电流流过，合闸完成。

当需要离闸时，在关闭输入电压的同时，电压比较器给CPU单片机芯片的19脚一个低电平，使CPU单片机芯片第一时间关闭17脚，维持停止。断路器磁铁在反制弹簧的作用下瞬间复位完成离闸。

参见图3，本发明主要通过输入整流电路、PWM脉冲调制电路、IGBT功率输出电路配合断路器线圈构成闭环回路，并输送至CPU单片机芯片进行运算，以输出最佳恒功率驱动电压，并通过IGBT功率输出电路完成合闸或离闸。

由于采用较为先进的电子技术和采用CPU单片机芯片运算控制，省去了原本外围复杂的机电结构，给后续的安装调试和维护都带来了方便。

参见图4和图5，所述控制模块安装于壳体内，且通过环氧树脂封装；在所述壳体上设有电源输入接口、PLC输入接口、自动/手动接口、断路器线圈接口和接地线接口。通过上述接口，本发明可与外围电路连接，所述外围电路包括与所述控制模块连接的断路器负载、自动/手动切换模块和PLC输入模块。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。