摘要 針對各種礦用永磁機構真空斷路器的控制需求，實現了基于CPLD的新型智能礦用真空永磁控制器。采用全電子電路無觸點軟件一體化設計，電源采用寬范圍輸入、恒壓恒流輸出的開關電源設計，電壓和電流連續可調，具有較高的可靠性；用三極管和IGBT組成的電子開關通斷來控制合／分閘的能量，使輸出能量可控、可調，保證了礦井的安全和斷路器可靠工作。
關鍵詞 智能控制；電子驅動；斷路器；開關電源

永磁控制器是永磁真空斷路器的關鍵設備之一，其性能優劣對斷路器的性能影響較大。隨著工業發展對用電安全要求的不斷提高，永磁真空斷路器的可靠性越來越得到重視，因此安全可靠的控制器具有很大的發展空間。永磁控制器的主要目的是為永磁真空斷路器提供可靠的動作，并有較強的抗干擾能力。在傳統操動機構中，電氣控制與驅動部分采用繼電器式的控制方式，其控制線路簡單，但控制單元體積較大，零部件壽命較短，維護工作量大。隨著電子技術的進步，電力電子器件性能和參數的提高，可用電子元器件代替機電式繼電器和有觸點的輔助開關等部件實現對斷路器的控制與驅動。在永磁操動機構中，由于其結構特點，用電子式控制方式比傳統的控制方式更加可靠。設計采用CPLD控制指令的輸出來實現合／分閘操作、合／分互鎖功能，欠壓保護、過壓保護、延時保護等功能，提高控制系統的智能化，避免了操作的誤動作，提高了永磁斷路器的可靠性，從而保證了礦井下的用電安全。

1 永磁控制器的原理
永磁操動機構是近年發展起來的一種新型操動機構。這種機構將電磁鐵與永久磁鐵有機地結合在一起，利用永久磁鐵產生的磁力將真空斷路器保持在合閘位置或分閘位置，而無需任何傳統的機械脫扣、鎖扣裝置。該機構體積較小、零部件少、結構簡單，使斷路器動作可靠性大大提高。目前，在結構上有雙線圈式、單線圈式和分磁路式3種形式，前兩種形式稱為雙穩態永磁機構。
設計的永磁機構采用雙線圈結構，永磁控制器主要是根據合閘和分閘所要求的不同電磁力而設計。設計采用自適應的放電方式和原始時間相結合，在用CPLD控制電容給線圈的放電時間。輸出驅動采用三極管和IGBT組成的無觸點電路完成。并且有獨立的放電電路，在斷電后迅速釋放電容上的能量。

2 永磁控制器的設計
整個永磁控制系統主要由5部分組成：電源部分、時鐘產生模塊、識別判斷處理控制部分、輸入隔離模塊和輸出驅動模塊。整個系統的框圖如圖1所示。

輸入信號隔離包括合／分指令輸入、斷路器狀態位輸入、欠壓保護輸入和斷電信號輸入等信號調理隔離處理電路。CPLD芯片主要完成信號的判斷比較、判斷和輸出時間控制等功能；信號輸出驅動模塊主要是合／分閘指令的輸出和信號隔離處理驅動；時鐘產生模塊產生數據處理時鐘，使得系統能夠精確地控制能量的輸出，保證永磁機構工作的可靠性；電源主要是用來給系統供電和電容充電。
2．1 電源模塊設計
電源是整個控制系統的心臟，電源的可靠性和抗干擾能力決定了整個系統的可靠性，所以設計采用寬范圍輸入的開關電源設計，增加了系統的可靠性和安全性。開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制(PWM)控制IC和MOSFET構成。由于礦用斷路器合／分閘操作采用儲能電容給永磁機構的線圈供電，所以本系統所采用的是空載時恒壓和帶載時恒流的電源設計方案，實現了過充保護防止過充損壞元件，提高了系統的可靠性。電壓和電流連續可調滿足不同的上電時間要求。開關電源的模塊如圖2所示。