[发明专利]一种分段闭环控制的选相分断控制装置及控制方法

权利要求书

1.一种分段闭环控制的选相分断控制装置，其特征在于包括：控制器、数据采集模块、驱动模块、输入输出模块，控制器分别与数据采集模块、驱动模块、输入输出模块连接；所述的控制器对输入信号进行处理，判断选相关断的条件，并进行选相关断控制功能；所述的数据采集模块用于实时采集并处理电网中的三相电压、电流信号，并进行零点检测，并把零点信号发送给控制器；所述的驱动模块用于驱动开关机构工作，用于完成对永磁机构中绕匝线圈的使能控制。

2.根据权利1所述的一种分段闭环控制的选相分断控制装置，其特征在于所述控制器以FPGA芯片为核心，型号：EP4CE40；所述控制器设有外部存储模块、电平转换电路、时钟电路、复位电路和电源模块，控制器通过通讯接口实现数据的传输和共享。

3.根据权利1所述的一种分段闭环控制的选相分断控制装置，其特征在于所述控制器利用线路中的电压互感器或电流互感器准确检测到电压或电流过零点，以这个过零点时刻为基准，结合永磁操动机构稳定的分合闸特性，经过计算分析，实现在期望的相位进行开断线路。

4.根据权利1所述的一种分段闭环控制的选相分断控制装置，其特征在于所述数据采集模块以AD7656为核心，包括：电压电流采集电路、电压电流互感器、模拟信号调理电路、A/D数字采集单元。

5.根据权利1所述的一种分段闭环控制的选相分断控制装置，其特征在于所述的驱动模块包括PWM控制器、永磁操动机构、触头位移传感器；所述PWM控制器调节PWM脉宽进行调节控制永磁操动机构线圈的电流；所述触头位移传感器实时监测触头的位移，即真空间隙d；所述驱动模块的分合闸反馈信号用于反应断路器的分合闸状态。

6.根据权利1所述的一种分段闭环控制的选相分断控制装置的控制方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1，系统初始化，对信号进行采集；

步骤2，接到选相开断指令后，进入选相开断控制模式；

步骤3，基于暂态恢复电压TRV和真空间隙d对应关系模型，通过分段闭环控制，实现选相开断；

步骤4，选相开断动作结束后，退出选相开断控制模式；

步骤5、完成设备的选相开断，结束。

7.根据权利要求6所述的一种分段闭环控制的选相分断控制装置的控制方法，其特征在于所述的步骤3中，暂态恢复电压TRV和真空间隙d对应关系模型为，

U：击穿电压；

d：真空间隙；

分段建立真空断路器的暂态恢复电压TRV和真空间隙d对应关系模型，在真空间隙为d，暂态恢复电压TRV小于U，即f_(d)时，不发生击穿；在暂态恢复电压TRV一定的情况下，保证断路器真空间隙的值(触头的位移)大于击穿临界值，即避免击穿现象。

8.根据权利要求6所述的一种分段闭环控制的选相分断控制装置的控制方法，其特征在于所述的步骤3中，分段闭环控制为，

设置断路器的基础开断速度V0，该速度是理想状况下，成功实现开断的最小速度值；

由安培力定律：F＝nBIL，

F：为永磁操动机构输出的力，

B：磁感应强度，

I：线圈中的电流，

L：线圈在磁感应强度中的有效长度，

n：线圈匝数；

通过调节电流I就可以调节永磁操动机构的输出力F，从而控制触头的加速度a，进而控制触头的速度V，保证触头可以按照预设的值稳定运动，即控制真空间隙d；

在永磁操动机构一定时，F与a的关系一定，

即:F-F1＝m*a；

m:为永磁操动机构中动作结构的质量，

F1为永磁操动机构运动的阻力，

真空间隙d＝∫∫adt，

T1：触头开始运动时刻为0，

到t2时触头运动的距离，及真空间隙d；

电流I通过控制器调节PWM脉宽进行调节控制,进而可控制开断速度。

假定需要增加的真空间隙为d1时，触头开断的加速度a不变，则真空

间隙d1与a的关系为：d1＝1/2X(a*a)；

则需要增加的电流为：