【正文】 模塊：通過 RS232 來控制永磁機構(gòu)的分合閘操作，傳送分合閘參數(shù)，實現(xiàn)動作的可靠性控制。分合閘線圈驅(qū)動模塊：由接收控制信息的部件與驅(qū)動執(zhí)行器組成，驅(qū)動分合閘線圈，執(zhí)行分合閘操作。本文采用 AT89S51 單片機設(shè)計了針對配有單線圈永磁操動機構(gòu)的真空斷路器智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了判斷、動作、通訊、顯示等功能，提高了斷路器的性能，便于維護和現(xiàn)場調(diào)整。3 永磁操動機構(gòu)智能控制裝置硬件設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計總體方案隨著微機應(yīng)用的日益廣泛，CPU 技術(shù)已滲透到了各個領(lǐng)域。單穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)的缺點是機構(gòu)在合閘過程中需要給分閘彈簧儲能，合閘時能量較大，操作線圈的電流較大，線圈線徑粗，要求電源提供電流較大。因此必須采取相應(yīng)措施來解決此問題。單穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)的分閘過程主要由分閘彈簧驅(qū)動，線圈磁場吸力僅僅起到克服分閘保持力的作用，所以機構(gòu)的分閘特性不易由線圈電參數(shù)來控制，其動作分散性大。單穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)在分、合閘過程中公用一個操作線圈，結(jié)構(gòu)較簡單，體積較小，更利于開關(guān)及開關(guān)設(shè)備的小型化。 單穩(wěn)態(tài)與雙穩(wěn)態(tài)永磁操動機構(gòu)的比較雙穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)和單穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)的共同之處是合閘操作和保持是相同的，而不同之處是分閘時，對于雙穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)是電磁操動永磁保持，對于單穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)則是電磁去磁彈簧操動，保持可以是永磁也可以是彈簧。因此，在理論上說，單穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)存在著退磁的危險。由于分閘彈簧可以提供分閘位置時的保持力，在單穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)的設(shè)計中，在分閘位置可以不需要永磁保持，這就成為永磁機構(gòu)真正意義上的單穩(wěn)態(tài)。當(dāng)處于分閘位置時，在操作線圈中通以與分閘操作時相反方向的電流。 (a)合閘狀態(tài) (b)分閘過程 (c)分閘狀態(tài) (d)合閘狀態(tài)圖 22 單穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)操作過程原理圖當(dāng)永磁機構(gòu)處于合閘位置時如圖 22 中(a)所示，線圈中無電流通過，由于永久磁鐵的作用，動鐵心保持在上端。雙穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)無論是在合閘還是在分閘過程中，線圈電流產(chǎn)生的外磁場在永磁體上總是與永磁體自身的磁場方向相同，因此雙穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)磁系統(tǒng)在工作中無去磁效應(yīng)，永磁體沒有退磁的危險。合閘過程和分閘過程正好相反：在合閘線圈中通電，線圈電流在上部間隙中產(chǎn)生反磁場，動鐵心上受到的總吸力減小，當(dāng)吸力小于動鐵心的機械負荷時動鐵心向下運動，最后到達合閘位置，動鐵心重新被永磁體吸合。這一過程一直持續(xù)到動鐵心上端與靜鐵心的上磁極接觸，直到完成分閘動作為止。靜鐵心下磁極對動鐵心的吸力減小，上磁極對動鐵心的吸力增大。分閘線圈中的電流所產(chǎn)生的磁場使動鐵心所受的吸力減小，當(dāng)此電流增大到一定值時，動鐵心所受的吸力之和小于動鐵心上的機械負載（如作用在動鐵心上的觸頭壓力，其方向與永磁體的吸力相反） ，這時動鐵心就將向上運動。當(dāng)雙穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)處于合閘位置時，永磁體產(chǎn)生的磁力線的分布如圖中合閘狀態(tài)圖中 I 所示。 分閘狀態(tài) 合閘過程 合閘狀態(tài) 分閘過程圖 21 雙穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)操作過程原理圖1永磁體磁場 2動鐵心 3分閘線圈 5永磁體 6合閘線圈 7下磁極 8上磁極 9驅(qū)動桿I永磁體磁場 II合閘勵磁磁場 III分閘勵磁磁場所以動鐵心實際上只存在兩種平衡狀態(tài)，即分閘狀態(tài)和合閘狀態(tài)。第三種平衡狀態(tài)是對于上下結(jié)構(gòu)對稱的機構(gòu)，動鐵心位于機構(gòu)的中部，永磁體通過上部和下部空氣隙的磁阻完全相等，動鐵心上下受到的吸力完全相等，動鐵心處于平衡狀態(tài)。永磁體的磁通絕大部分通過上部磁路，將動鐵心牢固地吸在靜鐵心的上磁極 8 上。見圖中左下方的合閘狀態(tài)圖。雙穩(wěn)態(tài)永磁操動機構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)如圖 21 所示：動鐵心理論上有三個平衡狀態(tài)（即穩(wěn)態(tài)）：一是動鐵心位于機構(gòu)的最上方，與上磁極接觸，見圖中左上的分閘狀態(tài)圖。 雙穩(wěn)態(tài)永磁操動機構(gòu)雙穩(wěn)態(tài)永磁操動機構(gòu)，它的特點為：采用永久磁鐵使真空斷路器分別保持在分閘和合閘極限位置上，使用激磁線圈將機構(gòu)的鐵心從分閘位置推動到合閘位置，同樣使用激磁線圈將機構(gòu)的鐵心從合閘位置推動到分閘位置。所謂雙穩(wěn)態(tài)是指動鐵心在行程終止的兩個位置，不需要除永磁體以外的任何外界能量或鎖扣即可保持，而單穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)中永久磁鐵只用于保持合閘位置，分閘過程中利用彈簧的儲能。由于工作原理的改變，整個機構(gòu)的零部件總數(shù)大幅減少，使機構(gòu)的整體可靠性得到大幅提高。2 永磁操動機構(gòu)的原理與分類永磁操動機構(gòu)是將電磁機構(gòu)和永久磁鐵特殊地結(jié)合在一起，利用永久磁鐵產(chǎn)生的磁力將真空斷路器保持在分/合閘位置。并進行相關(guān)的試驗準(zhǔn)備，驗證了控制系統(tǒng)的可靠性。第四章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計，控制系統(tǒng)軟件部分將程序分成主程序模塊、CPLD 編解碼模塊、狀態(tài)處理模塊和通信模塊，并對每一模塊完成的功能和程序流程進行了合理的設(shè)計。第二章永磁操動機構(gòu)的原理與分類，詳細介紹了雙穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)的工作原理，分析了雙穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性，比較了單雙穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)的優(yōu)缺點，并簡要闡述了控制系統(tǒng)的設(shè)計原則與總體設(shè)計思想。本文在原有永磁操動機構(gòu)的基礎(chǔ)上研究配永磁機構(gòu)的真空斷路器的智能控制技術(shù)。期望通過把永磁機構(gòu)技術(shù)原理與控制技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)對真空斷路器的智能控制，為深入研究斷路器控制的前沿課題—同步操作技術(shù)做準(zhǔn)備。這一領(lǐng)域的理論還遠未成熟，因此有必要結(jié)合永磁機構(gòu)智能控制技術(shù)的研究，深入分析其電磁機理和控制理論，并在理論與實驗研究想結(jié)合的基礎(chǔ)上為這一領(lǐng)域形成較完善的理論奠定基礎(chǔ)，并為下一步實現(xiàn)同步操作、抑制合閘過電壓和提高斷路器的開斷能力奠定基礎(chǔ)。目前智能斷路器實現(xiàn)的主要功能為：圍繞斷路器外圍的有關(guān)保護、控制、測量、開關(guān)量監(jiān)測、通信等功能，實現(xiàn)智能控制裝置根據(jù)電網(wǎng)或控制室的信息判斷決定是否動作和動作的時刻，使電力設(shè)備對自身和系統(tǒng)的沖擊達到最小。我國稀土資源蘊藏豐富，同時稀土永磁材料特性水平達到世界的先進水平，熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性得到改善，價格也正逐步降低，電力電子器件的進一步發(fā)展，永磁機構(gòu)必將獲得越來越廣泛的應(yīng)用。較高電壓等級 的產(chǎn)品正處于研究和設(shè)計中。并成功地解決了真空斷路器的環(huán)境耐受問題。國內(nèi)很快開發(fā)出了具有自主版權(quán)的VSm 型永磁機構(gòu)真空斷路器。由于永磁操動技術(shù)的顯著特點，以及在國外已經(jīng)形成的開發(fā)熱點，國內(nèi)一些斷路器生產(chǎn)廠家和科研院所也把目光投向永磁機構(gòu)的研制上。D EIB 路器用的非對稱磁力操動機構(gòu)，以及 ABB 公司又開發(fā)出的基于永磁機構(gòu)的同步中壓斷路器。繼 ABB 公司之后，國外其他一些開關(guān)制造企業(yè)也紛紛向市場推出了類似的產(chǎn)品。該產(chǎn)品為系列化產(chǎn)品，保持力的范圍為1000N～10000N。VM1 型配永磁機構(gòu)的真空斷路器其機械壽命達到 10 萬次，我國研制生產(chǎn)的 VSm型配永磁機構(gòu)的真空斷路器機械壽命為 6 萬次，其永磁機構(gòu)的機械壽命為 10 用傳統(tǒng)的操動機構(gòu)很難達到這一指標(biāo)。ABB 公司的 VM1 所配的永磁機構(gòu)是一種雙穩(wěn)態(tài)雙線圈結(jié)構(gòu)。Bourne 公司進一步改進了結(jié)構(gòu)。1992 年前后永磁操動技術(shù)開始在英國工業(yè)應(yīng)用。歐洲以英國及德國為代表。由于運動部件少和中間傳動部件少，使其具有更好的可控性，為斷路器實現(xiàn)智能控制打下基礎(chǔ)。⑶永磁操動機構(gòu)輸出特性和真空斷路器的開關(guān)機械負載特性吻合，從而能夠達到良好的速度特性。同時由于它沒有容易出現(xiàn)機械故障的鎖扣裝置，所以其機械可靠性非常高，發(fā)生機械故障的概率幾乎為零。永磁操動機構(gòu)和液壓式、電磁式、彈簧式等傳統(tǒng)的斷路器相比具有以下優(yōu)點：⑴永磁操動機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，運動部件只有一個動鐵心，零部件也很少。利用電子技術(shù)、電力電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)完善控制單元，使得斷路器的控制不僅實現(xiàn)簡單的合閘與分閘功能，還具備了電網(wǎng)的檢測、保護、控制和通訊等功能。在中壓斷路器領(lǐng)域，國外永磁操動機構(gòu)技術(shù)的研究開始于八十年代末。該機構(gòu)的輸力特性可以設(shè)計到很接近真空斷路器的負載特性，因此可以直接和滅弧室相連，使零部件減到最少，較彈簧機構(gòu)減少了 80%以上，提高了產(chǎn)品的機構(gòu)剛性，有助于減少觸頭彈跳、提高剛分速度。 永磁操動機構(gòu)的發(fā)展及其優(yōu)勢永磁操動機構(gòu)是近年來發(fā)展起來的一種新型操動機構(gòu)，它將電磁機構(gòu)和永久磁鐵特殊地結(jié)合在一起，利用永久磁鐵產(chǎn)生的磁力將真空斷路器保持在分/合閘位置，而無需任何傳統(tǒng)的機械脫扣和鎖扣裝置，主要用于中壓真空斷路器。而且真空斷路器所要求的平均合閘速度并不太大，因為合閘速度太高容易引起觸頭合閘彈跳。真空斷路器的反力特性與少油斷路器和 SF6斷路器有很大差異。為了滿足電力系統(tǒng)對高可靠性供電的要求，在致力提高傳統(tǒng)操動機構(gòu)性能、質(zhì)量和可靠性的同時，有必要突破傳統(tǒng)意義上的機構(gòu)動作原理，研制和發(fā)展新的斷路器操動機構(gòu)，并進一步發(fā)展實現(xiàn)斷路器的智能化控制。因此，與其配合的操動機構(gòu)的機械壽命及可靠性就成了較為突出的問題。因此真空斷路器對其操動機構(gòu)有著很高的要求，主要包括：⑴操作的可靠性。作為中壓斷路器的主流產(chǎn)品，真空斷路器相較其他斷路器例如空氣斷路器、油斷路器和和 SF6 斷路器的動作特性有很大差異。因此一般用于對分合閘速度要求較低的10KV 等級及分合閘速度要求不太高的 35KV 等級的真空斷路器中。電磁操動機構(gòu)在真空斷路器發(fā)展的初期得到了廣泛的應(yīng)用，這是由于電磁操動機構(gòu)較好的迎合了真空滅弧室的要求：一是行程短（812mm） ，二是合閘位置需要很大的保持力（20224000N/相） 。這種操動機構(gòu)工作特性受外界影響的因素較少，維修的要點也容易明確，在中壓斷路器中已經(jīng)普遍采用。它將電動機的機械功在短時間內(nèi)儲存于合閘彈簧中，然后將合閘彈簧能量釋放進行合閘。目前用于中壓斷路器的操動機構(gòu)主要有彈簧式和電磁式兩種。五十年代壓縮空氣斷路器在電壓等級和開斷容量方面居領(lǐng)先地位，到了六十年代少油斷路器有了很大發(fā)展，采用了較為成熟的液壓技術(shù)。少油斷路器采用變壓器油作為滅弧介質(zhì)，10KV 級的行程為 150mm 左右，由于開端時油會被碳化，且燃弧時間稍長、動靜觸頭燒損嚴(yán)重，所以不能頻繁開端，而且需要經(jīng)常檢修；SF6 斷路器采用具有特殊滅弧性能的 SF6 氣體作為滅弧介質(zhì)，加上滅弧方式的獨特設(shè)計，具有電壽命長、開斷性能好的優(yōu)點；真空斷路器是利用真空作為滅弧介質(zhì)和絕緣保護的一種斷路器，絕緣強度高，滅弧性能強，10KV 的開距可控制在 10mm 左右，消耗功率小，開斷可靠性高。 中壓斷路器的現(xiàn)狀斷路器屬于保護類電器，歸根結(jié)底是體現(xiàn)在觸頭的分合動作上，而分合動作又是通過操動機構(gòu)來實現(xiàn)的，因此操動機構(gòu)的工作性能和質(zhì)量的好壞直接影響斷路器的工作性能和可靠性。配永磁操動機構(gòu)的真空斷路器具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、操作可靠、免維護、使用壽命長等顯著優(yōu)點，展現(xiàn)了很好的應(yīng)用前景。永磁操動機構(gòu)二次控制回路采用電子控制模塊，動作迅速并可實現(xiàn)精確的時間控制，輸入輸出用光電隔離，功耗低，極大提高了斷路器的可靠性。它利用永久磁鐵產(chǎn)生的磁力將真空斷路器保持在分/合閘位置，而無需任何傳統(tǒng)的機械脫扣 /鎖扣裝置。為進一步提高斷路器的可靠性，滿足當(dāng)今社會對高質(zhì)量、高可靠性產(chǎn)品的需求，有必要突破傳統(tǒng)意義上的機構(gòu)動作原理，研制新型斷路器操動機構(gòu)。本文主要討論研究帶永磁機構(gòu)真空斷路器的可靠性控制。而現(xiàn)在主要是永磁操動機構(gòu)（PMA） ，由于它顯著的優(yōu)點，永磁機構(gòu)受到人們的廣泛關(guān)注，它有較少零部件、高可靠性、免維修和更可控的電參數(shù)的優(yōu)勢。在 635KV 的中壓配電系統(tǒng)中，真空斷路器因其高可靠性、免維護和安全性等特點，多年來在中壓開關(guān)領(lǐng)域得到了極其廣泛的應(yīng)用。通常，電壓配電系統(tǒng)主要有四類斷路器，空氣斷路器、油斷斷路器、SF6 斷路器和真空斷路器。code and decode。permanent magic actuator。通過實驗本文研制的智能控制器可以實現(xiàn)手動控制、PC 機遠程控制等功能，并總結(jié)了在研究和實現(xiàn)控制裝置可靠性過程中得到的一些設(shè)計經(jīng)驗和設(shè)計方法，并對研制的控制軟硬件存在的不足進行了分析，本文設(shè)計對真空斷路器控制具有一定的實用價值。硬件部分主要有電源模塊、手動控制單元、通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、分合閘線圈驅(qū)動模塊等五個單元模塊。最后，文章根據(jù)永磁操動機構(gòu)的工作特點與系統(tǒng)性能要求，綜合硬件與軟件兩個方面，進行了控制系統(tǒng)抗干擾的改進工作，尋求更加穩(wěn)定、可靠的軟硬件實現(xiàn)技術(shù)。首先，分析了真空斷路器對操動機構(gòu)的要求，從永磁操動機構(gòu)的特性出發(fā)，討論了典型的永磁操動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理，為實現(xiàn)控制奠定了理論基礎(chǔ)。它的出現(xiàn)為提高斷路器的可靠性，進而實現(xiàn)操作控制提供了條件。摘 要真空斷路器是電力系統(tǒng)中壓開關(guān)領(lǐng)域的主流產(chǎn)品，其操動機構(gòu)的可靠性已經(jīng)引起人們的高度重視。永磁操動機構(gòu)因體積小、零部件少、結(jié)構(gòu)簡單，使操動機構(gòu)發(fā)生故障的概率大大降低。本文著重研究了真空斷路器的可靠性控制。其次，在分析理論的基礎(chǔ)上，提出了真空斷路器硬件控制系統(tǒng)的設(shè)計，并詳細介紹了利用 EPM7064 的編解碼措施來提高永磁操動機構(gòu)分合閘操作的可靠性。本文從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩個方面對永磁操動機構(gòu)整個控制系統(tǒng)進行了介紹。軟件部分則將程序分成主模塊、 CPLD 編解碼模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和通信模塊四個模塊進行模塊化的程序設(shè)計。關(guān)鍵詞：斷路器；永磁操動機構(gòu)；分合閘控制；編解碼；可靠性AbstractAs a popular ponent of middlevoltagecircuitbreakers, the reliability of its actuator is very important. As a new kind of actuator of circuit breaker, permanent magic actuator (PMA)