基于永磁机构的矿用馈电开关控制器研究.pdfVIP

260 第18届全国煤矿自动化与信息化学术会议论文集 基于永磁机构的矿用馈电开关控制器的研究 姜国强，王海潮，陈忠华，郭风仪 (辽宁工程技术大学电气与控制工程学院， 辽宁葫芦岛125105) 摘要：针对矿井供电对安全可靠性的特殊要求，研究了永磁操动机构矿用馈 电开关，对永磁揉动机构的结构及原理进行了分析．采用ATMEGA128单片机为 核心，应用CPLD技术，对馈电开关智能控制器的硬件电路进行了设计，同时也 对软件程序进行了分析． 关键词：永磁机构；ATMEGAl28；CPLD；智能：控制器 1 引言 馈电开关用于接通、分断井下电力系统，同时对井下电网在运行中出现的漏电、过 载、短路、失压和过压等故障进行监控和保护。因此，其性能的好坏直接影响着煤矿井 下供电的可靠性、安全性和连续性。随着电子信息技术的发展，馈电开关不断趋向智能 化。而我国目前大部分矿井馈电开关仍然是早期产品，智能化程度低。近年来，煤矿安 全生产日益受到重视，同时对煤炭需求量不断增大，使矿井供电安全的可靠性与提高煤 炭生产效率的矛盾越来越突出，迫切需要提高馈电开关的可靠性，研发具有智能监测与 保护功能的免维护馈电开关已势在必行。 针对传统电磁式馈电开关工作时存在耗能多、线圈易烧毁、噪声大等缺点，并结合 测系统保护功能不能满足自动化生产要求的实际情况，本文进行了基于永磁操动机构的 矿用馈电开关智能控制器的研究。 2永磁机构结构及工作原理 永磁操动机构就其实质而言是一种用于永磁保持、电子控制的新型操动机构，其工 作时主要运动部件少，因而故障源少，可靠性高。 本文采用双稳态永磁机构其结构原理如图1所示u儿乱，图a为永磁机构剖而图，b为 永磁机构结构图。永磁机构共由七个主要零件组成：1静铁心，为机构提供磁路通道；2 动铁心，是整个机构中最主要的运动部件：3、4为永久磁体，为机构提供保持时所需要 的动力；5、6为分、合闸线圈；7．为驱动杆，是操动机构与馈电开关(断路器)传动机 构之间的连接纽带。当断路器处于合闸或分闸位置时，线圈中无电流通过，永久磁铁利 用动静铁心提供的低磁阻抗通道将动铁心保持在上、下极限位置，而不需要任何机械连 锁。当有动作信号时，合闸或分闸线圈中的电流产生磁动势，动、静铁心中的磁场由线 圈产生的磁场与永磁体产生磁场迭加合成，动铁心连同固定在上面的驱动杆，在合成磁 场力的作用下，完成分合闸的动作。此机构所以被称为两位式双稳态原理结构，是由于 动铁心在行程终止的两个位置。不需要消耗任何能量也不需要任何其他机械构件即可保 第18届全国煤矿自动化与信息化学术会议论文集 26l 持，因而使机构的整体可靠性得到大幅提高。 ．由于双线圈永磁机构无论是在合闸还是在分闸过程中，线圈电流所产生的磁场在永 磁体上总是与永磁体自身磁场方向相同。这就使永磁体不会受反磁场的的作用，因而永 磁铁没有退磁的危险嘲。 b 卜静铁心 2一动铁心3、4一永磁体5一分闸线圈6．合闸线圈7一驱动杆 图l永磁机构结构筒图 3永磁机构矿用馈电开关控制电路 ．本控制器采用ATMEGAl28作为控制核心Ⅲ，包括永磁机构驱动单元和线路故障保护单 元两部分。整体结构如图2所示。 图2硬件系统结构图 3．1永磁机构执行电路 永磁机构驱动部分电路的控制对象是双线圈结构，主回路的等效电路如图3所示。 正常上电后储能电容器充电，且实时检测电容器的电压。当电容电压满足动作要求，且 接收到合、分闸指令时导通合、分闸线圈，驱动永磁机构动作，并通过检测开关位置量 的变化，判断合、分闸是否成功。由于分、合闸电流幅值较大，且操作频率不是很高， 262． 第18届全国煤矿自动化与信息化学术会议论文集 所以选用单体IGBT作为开关器件，其驱动电路采用EXB841‘5m1。 图3驱动主回路的等效电路原理图 3．2线路故障保护电路 一 电力系