專利名稱：一種低壓塑殼智能斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于低電壓智能控制的開關(guān)裝置，尤其是具有數(shù)字保護(hù)、自動控制、遠(yuǎn)方通訊和分相切斷故障電流功能的低壓開關(guān)設(shè)備，屬于低壓電氣設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前我們國家提出了發(fā)展智能化電網(wǎng)的概念，其中也包括低壓配電電網(wǎng)的智能化，而低壓電網(wǎng)的智能化最重要部分是低壓斷路器的智能化。智能化低壓斷路器必須同時具有全面保護(hù)、自動控制、遠(yuǎn)方通訊和分相切斷故障電流的功能。目前，我國正朝著這一方向前進(jìn)，各大專業(yè)低壓電器廠家和科研院所做了許多的創(chuàng)新工作，如正泰的NM7系列電器、 上電科的MB60系列電器等產(chǎn)品，所有這些產(chǎn)品都還屬于低壓智能化斷路器的初級階段，僅具有一般的保護(hù)功能和可靠的通訊功能。且這些斷路器都還停留在機(jī)械的操作方式上，還使用基于電磁原理的各類脫扣器。因此從使用、控制、保護(hù)功能上看，這些產(chǎn)品都未能取得實質(zhì)的突破和創(chuàng)新，還不具有真正意義上的智能化，此類斷路器還不能稱之為智能化斷路
ο另外，當(dāng)前市面上使用的低壓智能或非智能塑殼斷路器還普遍存在以下幾個方面的不足。1、現(xiàn)有斷路器不具有智能化的四大基本要素，既全面可靠的信息感知能力；高速強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力；高效靈敏的操作執(zhí)行能力；可靠穩(wěn)定的遠(yuǎn)方通訊能力。2、現(xiàn)有斷路器的各種保護(hù)功能靠相應(yīng)的電磁脫扣器完成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，可靠性差。3、操作方式為機(jī)械方式，沒有考慮脫扣器與高效熄弧的整合處理，沒有考慮各式脫扣器的數(shù)字化控制，沒有考慮脫扣器與操作機(jī)構(gòu)的一體化。4、現(xiàn)有斷路器雖實現(xiàn)了部分保護(hù)定值的自由設(shè)置，以及保護(hù)投退的自由設(shè)定，但只能就地通過機(jī)械的方式設(shè)置完成。5、異?；蚬收咸l時，不能及時發(fā)出聲、光、文字等報警信息。6、不能自我整斷和在線監(jiān)測狀況是否良好。7、控制方式為就地，絕大多數(shù)斷路器只能現(xiàn)場手動控制分合斷路器，不具有遠(yuǎn)方或者遙控功能，僅有少數(shù)斷路器有通訊功能，能實現(xiàn)遠(yuǎn)方分、合斷路器，但相互交流的信息極為有限。8、跳間速度固定，不可以根據(jù)故障電流大小自由設(shè)定跳閘速度。9、所有斷路器為多極聯(lián)動操作機(jī)構(gòu)，不具有選相和定相分、合閘操作功能。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的是提供一種低壓塑殼智能斷路器，即為實現(xiàn)數(shù)字保護(hù)、自動控制和通訊功能的全面智能化提供一種可實際應(yīng)用的載體，且體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用與安裝都很方便。[0014]技術(shù)方案是包括有塑料制作的開關(guān)座和開關(guān)蓋，開關(guān)座有四條縱向通槽和一條貫通縱向通槽的橫向槽，每條縱向通槽的上、下端分別有進(jìn)線接線端、出線接線端，其中作為A、B、C相通道的三條縱向通槽內(nèi)依次安裝有真空電磁開關(guān)、電流互感器、儲能電容，作為 N相通道的縱向通槽內(nèi)依次安裝有真空電磁開關(guān)、儲能電容，橫向槽內(nèi)安裝有零序互感器; 開關(guān)座中部上方用螺絲固定有控制電路板，控制電路板上部設(shè)置有電源模塊、充電模塊、初線線圈直接與主電源連接的定相電壓互感器和三個初級線圈分別與A、B、C相真空電磁開關(guān)負(fù)荷側(cè)電源線相連的選相用電壓互感器，控制電路板中部裝有MCUl主處理和MCU2輔助處理器，控制電路板下部裝有兩個通訊插座，控制電路板兩側(cè)邊上設(shè)置有四個電信號連接口和第一通訊連接插座，控制電路板還設(shè)置有試驗繼電器和溫度傳感器。顯示電路板位于控制電路板中部上方且嵌固在開關(guān)蓋內(nèi)，顯示電路板左邊為顯示屏，右邊設(shè)置有紅、綠指示燈、分、合間操作按鈕、人機(jī)對話用按鍵矩陣、返回按鍵、復(fù)歸按鍵，顯示電路板下方有與控制電路板連通用的第二通訊連接插座。開關(guān)蓋位于顯示電路板正上方且用螺絲緊固在開關(guān)座上，開關(guān)蓋表面下部設(shè)有走線用的凹槽，凹槽中間設(shè)有兩個通訊插口。所述的真空電磁開關(guān)結(jié)構(gòu)如下線圈架上繞制有線圈，線圈架內(nèi)套裝有真空瓷管， 真空瓷管內(nèi)腔里固裝有軟磁純鐵制作的鐵芯，鐵芯中心孔內(nèi)套有銅制的軸桿，軸桿左端固裝有I號永磁鐵和左動觸頭，軸桿右端固裝有II號永磁鐵和右動觸頭，I號永磁鐵的磁極為軸向SN分布，II號永磁鐵的磁極則相反，為軸向NS分布；左、右端蓋通過釬焊焊接在瓷管左、右端，在左右靜觸頭和左、右端蓋之間分別焊接有隔離用左、右波紋管，在左、右端蓋中心螺孔內(nèi)分別旋裝有斷路器專用液壓緩沖器，位于真空瓷管上方的線圈架兩端分別裝有霍爾傳感器，左動觸頭經(jīng)軟線連接左端蓋，左端蓋外端上有進(jìn)線接線端，右靜觸頭經(jīng)軟線連通右端蓋。真空電磁開關(guān)是本發(fā)明的執(zhí)行部件，其基本結(jié)構(gòu)和動作原理在201020173157. 1 號實用新型專利中已詳細(xì)介紹。本發(fā)明對該專利提出的“真空電磁驅(qū)動開關(guān)”作出了下列改進(jìn)增加了左、右端蓋的軸向高度；左、右靜觸頭分別經(jīng)波紋管固定在左、右端蓋內(nèi)端面上，在左、右端蓋中心螺孔內(nèi)旋裝有斷路器專用液壓緩沖器(德國compact公司出品，型號為WSK-M0.5)。為什么要作出上述改進(jìn)呢？因為隨著真空電磁開關(guān)功率和體積的增大，要求動觸頭的運動速度和觸頭間的壓力也相應(yīng)加大，從而使得II號永磁鐵、右端觸頭、軸桿、 左端動觸頭、I號永磁鐵等部件的運動速度增加，慣性增大，同時伴隨著I、II號永磁鐵體積和截面的增大而磁力也相應(yīng)增大。在分、合閘操作時，致使I、II號永磁鐵與鐵芯的碰撞嚴(yán)重，并且高性能永磁鐵機(jī)械強(qiáng)度較差，性脆易碎，另外對電磁開關(guān)左、右端蓋也造成很大的沖擊，因此在電磁開關(guān)的兩端采用進(jìn)口專用斷路器液壓緩沖器進(jìn)行緩沖，將分、合閘操作時的劇烈沖擊緩沖掉，使軸向的機(jī)械動能轉(zhuǎn)化成液體的壓縮能釋放，從而避免永磁鐵與鐵芯的直接碰撞，提高電磁開關(guān)的使用壽命和可靠性，以及改善其震動和噪音水平。又由于電磁開關(guān)內(nèi)部是真空的，并且液壓緩沖器不可能和端蓋一起焊接，因此在端蓋和靜觸頭之間設(shè)計了一隔離和連接用波紋管，波紋管可以與靜觸頭、端蓋一起焊接成型，液壓緩沖器可在后期旋裝到端蓋中心螺孔內(nèi)。其次是電磁開關(guān)的兩端端蓋的改進(jìn)，為了能裝配上液壓緩沖器，端蓋的軸向高度增加了一些。左端蓋在軸向高度增加的情況下，在緩沖孔的上方軸向增加一固定板，也就是斷路器的進(jìn)線連接端，固定板中間設(shè)有螺絲口，用于固定電源導(dǎo)線，固定板對角線上設(shè)有兩個螺絲口，用于將電磁開關(guān)固定到塑殼底座上。左端蓋固定板上方開有一個螺絲口，用于引接電源線。右端蓋在軸向增加高度內(nèi)，緩沖孔的正上方設(shè)有兩個螺絲口，用于引出電源線，緩沖孔的正下方設(shè)有一平臺，平臺左右兩邊垂直于液壓緩沖器的中間位置設(shè)有兩個螺絲口(圖中未畫出)，用于將電磁開關(guān)固定到塑殼斷路器底座上。再有就是將傳感器殼套與線圈架進(jìn)行了組合，合并到了一起便于傳感器的安裝和定位。本實用新型各部件的連線方法與現(xiàn)有的智能化控制電路基本相同，請參看附圖5， 此處不再贅述。本實用新型的控制電路以主、輔兩個數(shù)字處理器MCU1、MCU2為核心。主處理器 MCUl負(fù)責(zé)保護(hù)、控制；輔助處理器MCU2負(fù)責(zé)操作、顯示、通訊。主處理器MCUl其內(nèi)部配有程序、通訊、AD轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲器單元，外部配有電容器充電單元，4組由電壓驅(qū)動、IGBT功率管、儲能電容、電磁開關(guān)組成的驅(qū)動單元，電流信號采集單元，電壓信號采集單元，零序電流采集單元，以及一個模塊電源單元。保護(hù)及控制等電路由電源模塊提供5V、15V電源；電容器充電單元經(jīng)限流電阻和IGBT向4個儲能電容器充電，充電過程受MCUl處理器和IGBT功率管控制，同時充電單元又將充電電壓反饋給MCUl 處理器；4組電壓驅(qū)動單元受MCUl控制，MCUl控制電壓驅(qū)動的波形寬窄度，以此來實現(xiàn)對斷路器驅(qū)動速度的控制。用電壓驅(qū)動的功率來啟動IGBT功率管，使斷路器按要求的極性、速度和相序啟動電磁開關(guān)，驅(qū)動電磁開關(guān)內(nèi)部動觸頭動作，實現(xiàn)斷路器的分、合閘操作。直接輸入MCUl的信號部分包括三相電流互感器、三相電壓互感器、零序互感器、 溫度傳感器、充電模塊反饋電壓、主電源側(cè)定相電壓互感器等信號。電流互感器用來采集主電路中的電流數(shù)據(jù)，供MCUl計算處理，為實現(xiàn)三級電流保護(hù)提供依據(jù)，電壓互感器用來采集主電路中的電壓數(shù)據(jù)，供MCUl計算處理，為實現(xiàn)二段電壓保護(hù)提供依據(jù)，同時也作為判別斷路器分合閘的判據(jù)之一，零序電流互感器用來采集電路中的漏電電流參數(shù)，供MCUl計算處理，為實現(xiàn)一段漏電保護(hù)提供依據(jù)。溫度傳感器用來采集斷路器內(nèi)部空間的溫度參數(shù)， 供MCUl計算處理，作為斷路器的后備保護(hù)和故障報警信號的依據(jù)，充電模塊反饋電壓用來采集儲能電容器的電壓參數(shù)，供CMUl計算處理，為實現(xiàn)斷路器的變速分、合閘操作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，再結(jié)合故障電流的大小，最終確定斷路器的驅(qū)動波形和速度。定相電壓互感器用來采集電源側(cè)主電路中的電壓、相位、相序等參數(shù)，為實現(xiàn)斷路器的可控相位角度的定相合閘操作提供依據(jù)。所有信號輸入MCUl前都必須經(jīng)過整形和濾波，便于處理器采集和使用。 MCUl先將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，接著根據(jù)預(yù)定程序要求計算，并將計算的結(jié)果存入存儲器中，然后按照程序預(yù)定的邏輯關(guān)系把存儲值與整定值比較，如果滿足邏輯關(guān)系設(shè)置的各項條件，處理器則輸出一個電平信號，此信號經(jīng)過功率放大，用以驅(qū)動電磁開關(guān)跳閘。如果不能滿足邏輯關(guān)系設(shè)置的各項條件，則處理器的工作程序會返回到采集輸入信號狀態(tài)， 重新計算下一時間段采集的數(shù)據(jù)，然后再作邏輯分析判斷，如此周而復(fù)始，從不間斷。輔助處理器MCU2負(fù)責(zé)操作、顯示以及通訊，其內(nèi)部配有程序、通訊、AD轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲器單元，外部配有CAN總線單元，顯示及操作單元，控制及指示單元，霍爾位置傳感器采集單元。8個位于電磁開關(guān)觸頭位置上方的霍爾傳感器，輸出8路霍爾信號，經(jīng)整形和濾波后，輸入MCU2內(nèi)設(shè)AD轉(zhuǎn)換單元，接著根據(jù)預(yù)定程序要求計算，并將計算的結(jié)果存入存儲器中，與標(biāo)準(zhǔn)值比較，以判定斷路器內(nèi)電磁開關(guān)觸頭的實際位置和分合閘速度，為實現(xiàn)斷路器可靠的狀態(tài)指示提供機(jī)械式判據(jù)，同時在線監(jiān)測斷路器觸頭的分、合閘速度。CAN總線單元用來與外面建立可靠的總線通訊聯(lián)系。顯示及操作單元，用來進(jìn)行人機(jī)對話，查看各種故障信息以及修改各種參數(shù)?？刂萍爸甘締卧F(xiàn)場用來執(zhí)行斷路器的分、合閘操作，指示斷路器的分、合間狀態(tài)。智能斷路器所有的故障信息、異常情況、保護(hù)定值和投退控制文字等，都能夠就地或者遠(yuǎn)方查看、處理和確認(rèn)，就地通過人機(jī)對話單元的顯示界面和操作配合，可以很方便地查詢到所有故障信息、異常情況、保護(hù)定值和投退控制文字等信息，并修改和確認(rèn)這些信息。在異地通過CAN總線建立通訊聯(lián)絡(luò)，使用有人機(jī)交互界面的中間控制裝置和PC機(jī)自由設(shè)置各種參數(shù)，以及查詢斷路器發(fā)出的文字報警信息。為了保障智能斷路器漏電保護(hù)的高安全性和可靠性，專門設(shè)置了漏電保護(hù)自動檢驗電路，以及斷路器分、合間驅(qū)動回路檢測電路，由MCUl控制定期試驗、檢測整套電路，包括啟動電路、傳感器、MCUl處理器、放大驅(qū)動電路、IGBT功率管、電磁開關(guān)線圈等部分。輸出電路包括充電模塊控制電路，受MCUl處理器控制，在處理器發(fā)出指令信號控制充電模塊中的IGBT功率管的分?jǐn)?，使電容器與充電電源隔離或連通，控制電容器的充電或停止充電。電磁開關(guān)驅(qū)動電路，由MCUl提供驅(qū)動信號，啟動4路電壓驅(qū)動器，再驅(qū)動由 IGBT功率管器件組成的直流換向電路和功率放大電路，并最終驅(qū)動4個電磁開關(guān)內(nèi)部的觸頭運動，實現(xiàn)斷路器的分、合閘操作，驅(qū)動能源由儲能電容器提供。指示燈驅(qū)動電路由MCUl 向MCU2提供分、合閘電壓確定信號和位置記憶信號，MCU2再結(jié)合零爾傳感器的位置信號， 判定斷路器的分、合間狀態(tài)，驅(qū)動LED紅、綠指示燈來顯示斷路器的合、分間狀態(tài)。斷路器跳閘或發(fā)生故障時，驅(qū)動紅、綠指示燈不停地閃亮，表示斷路器有故障或跳間情況，提示用戶 “斷路器及電路有故障或異常情況需要處理”，就地通過在人機(jī)對話界面上可以查看故障內(nèi)容、性質(zhì)、時間等信息，查看后按下復(fù)歸按鈕將會復(fù)歸信號，指示燈停止閃亮。遠(yuǎn)方同樣可以查看故障內(nèi)容、性質(zhì)、時間等信息，通過執(zhí)行復(fù)歸圖標(biāo)操作來復(fù)歸信號。通訊驅(qū)動電路由 MCU2驅(qū)動CAN總線控制器與上級控制器或PC機(jī)進(jìn)行雙向通訊聯(lián)系，以達(dá)到遠(yuǎn)方監(jiān)控、控制的目的。智能斷路器的控制、保護(hù)、通訊等程序，固化在MCUl和MCU2的處理器芯片中，以便于完成各項控制、保護(hù)、通訊功能，全面實現(xiàn)塑殼斷路器的數(shù)字化、智能化。本實用新型具有優(yōu)點如下1、斷路器全面滿足智能化的四大基本要素，既全面可靠的信息感知平臺；高速強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理平臺；高效可靠的操作執(zhí)行平臺；迅速穩(wěn)定的異地通訊平臺。2、斷路器全面實現(xiàn)數(shù)字化保護(hù)和控制功能，保護(hù)功能強(qiáng)大完備，設(shè)有包括電流三段、電壓兩段、零序一段、段相等保護(hù)，還可以設(shè)置高可靠性的多條件復(fù)合保護(hù)，所有保護(hù)的啟動和動作時間均可自由設(shè)置，所有保護(hù)的投入或退出均可自由設(shè)置。3、斷路器操作電子化，操作簡單效率高，分、合閘速度可以任意調(diào)節(jié)，并可以根據(jù)實時故障電流的大小自由設(shè)定跳閘速度。4、斷路器基于優(yōu)異的單相真空電磁開關(guān)平臺，很容易實現(xiàn)了單相獨立設(shè)計和單相操作功能。5、斷路器以定相的操作方式實現(xiàn)合閘操作，以分相的方式實現(xiàn)分閘操作，實現(xiàn)斷路器最佳的綜合操作效果。6、斷路器操作方便、簡單、可靠，狀態(tài)識別清晰明了，具有就地和遠(yuǎn)方操作功能。7、斷路器全部滿足微機(jī)保護(hù)的選擇性、快速性、靈敏性、可靠性要求。[0034]8、斷路器具有遙控、遙調(diào)、遙信、遙測功能。9、斷路器具有自我診斷功能，能定時檢測控制、驅(qū)動、電源、通訊等電路是否良好。10、斷路器具有實時的通訊功能和定期自動檢測漏電保護(hù)功能。11、斷路器具有遠(yuǎn)方在線查看報警信息的功能，修改保護(hù)定值的功能，以及設(shè)定保護(hù)投退的功能。12、斷路器全面實現(xiàn)無接點設(shè)計，優(yōu)化整體綜合性能。13、真空電磁開關(guān)實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化設(shè)計?？傊碌乃軞ぶ悄軘嗦菲魇钦嬲龑崿F(xiàn)了數(shù)字化保護(hù)、自動化控制和通訊功能的全智能化開關(guān)電器。

圖1是低壓塑殼智能斷路器三維外觀圖圖2是低壓塑殼智能斷路器三維結(jié)構(gòu)分解示意圖圖3是真空電磁開關(guān)三維截面圖圖4是真空電磁開關(guān)三維結(jié)構(gòu)分解示意圖。圖5是塑殼智能斷路器智能化控制電路框圖。圖6是充電模塊電路圖。圖7是漏電保護(hù)自動檢驗電路圖。
具體實施方式
如圖1-5所示，本發(fā)明包括塑料制作的開關(guān)座1和開關(guān)蓋20，開關(guān)座1有四條縱向通槽和一條貫通縱向通槽的橫向槽，每條縱向通槽的上、下端分別有進(jìn)線接線端7、出線接線端8，其中作為A、B、C相通道的三條縱向通槽內(nèi)依次安裝有真空電磁開關(guān)3、電流互感器 4、儲能電容5，作為N相通道的縱向通槽內(nèi)依次安裝有真空電磁開關(guān)3、儲能電容5，橫向槽內(nèi)安裝有零序互感器6 ；開關(guān)座1中部上方用螺絲固定有控制電路板2，控制電路板2上部設(shè)置有電源模塊10，充電模塊11、初級線圈直接與主電源相連的定相電壓互感器12和三個初級線圈分別與A、B、C相真空電磁開關(guān)3負(fù)荷側(cè)電源線相連的選相用電壓互感器13，控制電路板2中部裝有MCUl主處理器14和MCU2輔助處理器15，控制電路板2下部裝有兩個通訊插座16，控制電路板2兩側(cè)邊上設(shè)置有四個電信號連接口 17和第一通訊連接插座18， 控制電路板2還設(shè)置有試驗繼電器和溫度傳感器；顯示電路板19位于控制電路板2中部上方且嵌固在開關(guān)蓋20內(nèi)，顯示電路板19左邊為顯示屏21，右邊設(shè)置有紅、綠指示燈22、23， 分、合間操作按鈕24，人機(jī)對話用按鍵矩陣25，返回按鍵沈、復(fù)歸按鍵27，顯示電路板19下方有與控制電路板2連通用的第二通訊連接插座觀；開關(guān)蓋20位于顯示電路板正上方且用螺絲緊固在開關(guān)座1上，開關(guān)蓋20表面下部有走線用的凹槽9，凹槽9中間設(shè)有兩個通訊插口 16。所述的真空電磁開關(guān)3結(jié)構(gòu)如下線圈架31上繞制有線圈32，線圈架31內(nèi)套裝有真空瓷管33，真空瓷管33內(nèi)腔里固裝有軟磁純鐵制作的鐵芯35，鐵芯35中心孔內(nèi)套有銅制的軸桿34，軸桿34左端固裝有I號永磁鐵36和左動觸頭37，軸桿34右端固裝有II號永磁鐵38和右動觸頭39，I號永磁鐵36的磁極為軸向SN分布，II號永磁鐵38的磁極則相反，為軸向NS分布；左、右端蓋40、41通過釬焊焊接在瓷管33左、右兩端上，在左、右靜觸頭42、43和左、右端蓋40、41之間分別焊接有隔離用左、右波紋管48、44，在左、右端蓋40、 41中心螺孔內(nèi)分別旋裝有斷路器專用液壓緩沖器30、45，位于真空瓷管33上方的線圈架31 兩端分別裝有霍爾傳感器46、47，左動觸頭37經(jīng)軟線連接左端蓋40，左端蓋40往左延伸為進(jìn)線接線端7，右靜觸頭經(jīng)軟線連接右端蓋41 ；真空瓷管33內(nèi)始終保持真空環(huán)境。 本實施例的工作流程如下 當(dāng)智能斷路器安裝到位，并確認(rèn)斷路器在斷開位置后，可以給斷路器充電。首先電源模塊啟動，為各部分電路提供電源，MCUl和MCU2得電啟動并自檢，綠燈閃亮紅燈滅，此時斷路器不能實現(xiàn)分、合閘操作，然后檢查各個硬件電路，MCUl檢查充電模塊是否正常，充電電壓是否正常，檢查合閘電路是否正常，檢查定相電壓互感器否正常，以及相位、電壓等參數(shù)信息。當(dāng)MCUl處理器完成各項檢測時則確認(rèn)正常。與之同時，MCU2得電自檢，檢測人機(jī)對話系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等功能是否正常，正常后參考MCUl的自檢結(jié)果，點亮綠燈、 熄滅紅燈，斷路器處于待用狀態(tài)，可以隨時執(zhí)行合閘送電操作。如果檢測不正常，則綠燈繼續(xù)閃亮，斷路器不能實現(xiàn)合閘操作。就地操作合閘按鈕，或從遠(yuǎn)方控制器中發(fā)生指令執(zhí)行合閘操作，MCU2處理器接到合閘指令后，立即向MCUl處理器發(fā)出合閘信號，啟動4組電壓驅(qū)動器，再驅(qū)動4只IGBT功率管，按合閘的極性要求，以適合的合閘速度將4只分立電磁開關(guān)同時合上，實現(xiàn)斷路器的合閘操作。新安裝斷路器的第一次合閘因無法確定電源的相位和相序，因此斷路器合閘方式為4極同期合閘操作。斷路器合上后，熄滅綠燈紅燈閃亮，MCUl主處理器執(zhí)行一系列的任務(wù)檢測三相電流互感器信號，啟動保護(hù)程序；檢測三相電壓互感器信號，檢測主電路的相序A、B、C、D、N及相位，綜合定相互感器提供的信號，判定定相互感器在整個相序中的相序， MCUl主處理器記錄該相序，作為下次進(jìn)行定相合間操作的依據(jù)；檢測漏電保護(hù)電路及跳閘回路是否正常；同時MCU2檢測霍爾傳感器信號，綜合電壓互感器信號，確認(rèn)斷路器的4極已同時合上；檢測斷路器合間速度符合要求，檢測4極合間的一致性正常；所有這些檢測完成后，確認(rèn)斷路器狀態(tài)良好，紅燈停止閃亮，進(jìn)入正常運行狀態(tài)。當(dāng)負(fù)荷側(cè)電路中出現(xiàn)短路故障時，電流急劇增加，達(dá)到正常電流值的數(shù)倍甚至更大，MCUl處理器將非正常的電流參數(shù)與整定值比較，確認(rèn)大出整定值多少，并結(jié)合儲能電容的電壓，綜合確定電磁開關(guān)的分間速度，再根據(jù)MCUl處理器檢測到的相序、相位，就近選擇各相跳間順序，快速輸出跳間波形、極性以及各相跳間順序，從而啟動相應(yīng)的電壓驅(qū)動器， 驅(qū)動IGBT功率管，實現(xiàn)塑殼智能斷路器的分相、高速跳閘操作，保護(hù)斷路器以高速、高效、 安全的方式斷開故障電流，確保主電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行。跳閘后紅燈滅綠燈閃亮，并發(fā)出相應(yīng)文字報警信息，提醒用戶處理并確認(rèn)故障信號，故障信號不影響斷路器本身的正常運行，僅啟提示作用。正常情況下執(zhí)行分閘操作時，斷路器根據(jù)電源的相序及相位角，就近選擇跳閘順序，以適當(dāng)?shù)姆謹(jǐn)嗨俣?，分相跳開各極真空電磁開關(guān)，其中N極最后斷開。分閘后紅燈滅綠燈亮。不管斷路器本身在合上還是斷開位置，都可以就地或者遠(yuǎn)方查看斷路器的報警信息， 并確認(rèn)。當(dāng)再次合上斷路器時，MCUl主處理器將以記錄的A、B、C、N相序，再結(jié)合定相互感器提供的相位，以固定的相序和適當(dāng)?shù)乃俣?，分相合上各極真空電磁開關(guān)，其中N級最先合上。合閘后紅燈亮綠燈滅。至此斷路器步入正常的使用當(dāng)中。如果電源側(cè)斷電，斷路器則重新檢測電源的相序，并自動記錄。在本實施例中，充電模塊11的結(jié)構(gòu)如圖6所示，整流橋D的輸入端接220V交流主電源，整流橋D正輸出端與IGBT功率管Q6的漏極相連，Q6的源極與限流電阻R4首端相連， Q6的柵極與電壓驅(qū)動器IC相連，IC輸出端連接MCUl主處理器14 ；二級管Z3、Z4、Z5、Z6分別與四個儲能電容Ca、Cb、C。、Cn串聯(lián)后再并聯(lián)到限流電阻R4尾端和整流橋D負(fù)輸出端上， 分壓電阻&、I 6、R7串聯(lián)后同樣并聯(lián)到電阻R4尾端和整流橋輸出端上，穩(wěn)壓二級管Z7與分壓電阻R7并聯(lián)，向MCUl輸出取樣電壓。當(dāng)主電源帶電時，MCUl主處理器啟動電壓驅(qū)動器IC，電壓驅(qū)動器IC驅(qū)動IGBT功率管％導(dǎo)通，電源經(jīng)限流電阻R4向儲能電容器組充電，充電時間比較短，一般不超過2秒， 當(dāng)儲能電容器充滿后，充電結(jié)束備用。其電壓參數(shù)通過取樣電路反饋給MCUl處理器，取樣電路電壓為3V，最高不超過5V，作為確定分合閘速度的依據(jù)之一，Z3、Z4、Z5、Z6為單相導(dǎo)通二級管，防止斷路器分、合閘時各電容器相互干擾，斷路器分、合閘時IGBT功率管％斷開。如圖7所示，本實施例在控制電路板2上設(shè)置有A相漏電保護(hù)自動檢驗電路，即 MCUl主處理器的一組輸出腳連接試驗繼電器J，J經(jīng)電阻R1連接在到220V電源上，零序互感器TO輸出端連接到低功耗運放集成塊IC5上，IC5輸出端連接MCUl主處理器，MCUl的另三組輸出腳分別連接電壓驅(qū)動集成塊IC1、IC2、IC3，IC3兩個輸出腳分別連接IGBT功率管 Q1^Q2柵極，IC2兩個輸出腳分別連接IGBT功率管仏、仏柵極，ICl輸出腳連接IGBT功率管 Q5柵極；儲能電容Ca正極與IGBT功率管A、Q3漏極以二級管相連，電感線圈L的一端連接A源極、A漏極，J另一端連接A源極、A漏極，電阻&的一端與Q2、Q4源極、A漏極相連，電阻&另一端與電阻R3、穩(wěn)壓二極管&負(fù)極相連，電阻R3的另一端與A源極、&正極、 電容Ca負(fù)極相連，4負(fù)極連接光電耦合器IC4輸入端，IC4輸出端連接MCUl主處理器。其它B、C、N相的漏電保護(hù)自動檢驗電路與A相一樣。產(chǎn)品可由廠家或用戶自行設(shè)定多長時間自動檢測漏電保護(hù)一次。當(dāng)斷路器在合閘位置，并且主電路中有電壓且又到檢驗時間時，MCUl發(fā)出一個脈沖檢驗信號使試驗繼電器 J常開接點閉合，經(jīng)電阻R1使220V交流電源接通，隨后又快速打開，人為地制造一個短時間漏電電流，零序互感器TO檢驗到漏電信號，傳送給低功耗運放集成塊IC5，信號經(jīng)放大整理后輸入給MCUl進(jìn)行處理、計算，然后與設(shè)定定值比較，大于設(shè)定值后，發(fā)出檢驗分間驅(qū)動電路的指令，MCUl啟動電壓驅(qū)動集成塊IC1-IC3，斷開IGBT管Q1W^Q5，閉合IGBT功率管Q3、 Q2,使儲能電容Ca的電源從正極開始，經(jīng)過IGBT管Q3、電感線圈L、IGBT管Q2、電壓形成電阻I 2、R3流回到電容Ca負(fù)極，在電阻R3上產(chǎn)生一個3V左右的電壓，此電壓經(jīng)IC4隔離輸入給MCU1，與標(biāo)準(zhǔn)值比較后，最終判斷漏電保護(hù)回路是否良好，不正常時發(fā)出燈光和文字報警信號。同樣也可以通過閉合Q” Q4,斷開Q3、Q2> Q5檢測合閘回路是否正常，檢驗過程中嚴(yán)格控制電路的檢測波形，確保試驗電壓低于5V，并選擇合適的電阻，以阻礙大電流通過，使試驗電路的信號功率只為正常操作的0. 5%，確保試驗中不驅(qū)動電磁開關(guān)動作。為穩(wěn)壓二極管，用來保護(hù)采樣電壓的數(shù)值在一定的數(shù)值范圍內(nèi)。
10
權(quán)利要求1.一種低壓塑殼智能斷路器，其特征是包括塑料制作的開關(guān)座(1)和開關(guān)蓋(20)，開關(guān)座(1)有四條縱向通槽和一條貫通縱向通槽的橫向槽，每條縱向通槽的上、下端分別有進(jìn)線接線端(7)、出線接線端(8)，其中作為A、B、C相通道的三條縱向通槽內(nèi)依次安裝有真空電磁開關(guān)(3)、電流互感器0)、儲能電容(5)，作為N相通道的縱向通槽內(nèi)依次安裝有真空電磁開關(guān)(3)、儲能電容(5)，橫向槽內(nèi)安裝有零序互感器(6)；開關(guān)座(1)中部上方用螺絲固定有控制電路板O)，控制電路板( 上部設(shè)置有電源模塊(10)、充電模塊(11)、初級線圈直接與主電源連接的定相電壓互感器(12)和三個初級線圈分別與A、B、C相真空電磁開關(guān)⑶負(fù)荷側(cè)電源線相連的選相用電壓互感器(13)，控制電路板(2)中部裝有MCUl主處理器(14)和MCU2輔助處理器(15)，控制電路板(2)下部裝有兩個通訊插座(16)，控制電路板( 兩側(cè)邊上設(shè)置有四個電信號連接口(17)和第一通訊連接插座(18)，控制電路板 (2)還設(shè)置有試驗繼電器和溫度傳感器；顯示電路板(19)位于控制電路板( 中部上方且嵌固在開關(guān)蓋00)內(nèi)，顯示電路板(19)左邊為顯示屏(21)，右邊設(shè)置有紅、綠指示燈02、 23)、分、合閘操作按鈕(M)、人機(jī)對話用按鈕矩陣(25)、返回按鍵( )、復(fù)歸按鍵(27)，顯示電路板(19)下方有與控制電路板( 連通用的第二通訊連接插座08)；開關(guān)蓋OO)位于顯示電路板(19)正上方且用螺絲緊固在開關(guān)座(1)上，開關(guān)蓋OO)表面下部設(shè)有走線用的凹槽(9)，凹槽(9)中間設(shè)有兩個通訊插口 09)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓塑殼智能斷路器，其特征是所述的真空電磁開關(guān)(3)結(jié)構(gòu)如下線圈架(31)上繞制有線圈(32)，線圈架(31)內(nèi)套裝有真空瓷管(33)，真空瓷管 (33)內(nèi)腔里固裝有軟磁純鐵制作的鐵芯(35)，鐵芯(35)中心孔內(nèi)套有銅制的軸桿(34)， 軸桿(34)左端固裝有I號永磁鐵(36)和左動觸頭(37)，軸桿(34)右端固裝有II號永磁鐵(38)和左動觸頭(39)，I號永磁鐵(36)的磁極為軸向SN分布，II號永磁鐵(38)的磁極則相反，為軸向NS分布；左、右端蓋(40、41)通過釬焊焊接在瓷管(3 左、右兩端上，在左、右靜觸頭02、43、)和左、右端蓋(40、41)之間分別焊接有隔離用左、右波紋管(48、44)， 在左、右端蓋G0、41)中心螺孔內(nèi)分別旋裝有斷路器專用液壓緩沖器(30、45)，位于真空瓷管(3 上方的線圈架(31)兩端分別裝有霍爾傳感器06、47)，左動觸頭(37)經(jīng)軟線連接左端蓋(40)，左端蓋00)往左延伸為進(jìn)線接線端(7)，右靜觸頭03)經(jīng)軟線連接右端蓋 01)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓塑殼智能斷路器，其特征是充電模塊(11)的結(jié)構(gòu)如下 整流橋D的輸入端連接220V交流電源，整流橋D正輸出端與IGBT功率管％漏極相連，Q6 源極與限流電阻R4首端相連，Q6柵極與電壓驅(qū)動器IC輸出端相連，IC輸出端連接MCUl主處理器(14) ；二極管Z3、Z4、Z5、&分別與四個儲能電容Ca、Cb、Ce、Cn串聯(lián)后再并聯(lián)到限流電阻R4尾端和整流橋D負(fù)輸出端上，分壓電阻&、R6> R7串聯(lián)后同樣并聯(lián)到電阻R4尾端和整流橋D輸出端上，穩(wěn)壓二級管Z7與分壓電阻R7并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓塑殼智能斷路器，其特征是控制電路板( 上設(shè)置有漏電保護(hù)自動檢驗電路，即MCUl主處理器的一組輸出腳連接試驗繼電器J，J經(jīng)電阻R1連接到 220V電源上，零序互感器TO輸出端連接到低功耗運放集成塊IC5上，IC5輸出端連接MCUl 主處理器，MCUl的另三組輸出腳分別連接電壓驅(qū)動集成塊ICp IC2, IC3, IC3兩個輸出腳分別連接IGBT功率管Q1A2柵極，IC2兩個輸出腳分別連接IGBT功率管Q3A4柵極，ICl輸出腳連接IGBT功率管A柵極；儲能電容Ca正級與IGBT功率管Q1. Q3漏極及二級管Zl負(fù)極相連，電感線圈L的一端連接A源極、A漏極，L4另一端連接A源極、Q4漏極，電阻&的一端與％、仏源極、Q5漏極相連，電阻R2另一端與電阻&、穩(wěn)壓二極管&負(fù)極相連，電阻&另一端與A源極、Z2正極、電容Ca負(fù)極相連，Z2負(fù)極連接光電耦合器IC4輸入端，IC4輸出端連接MCUl主處理器。
專利摘要一種低壓塑殼智能斷路器，包括開關(guān)座和開關(guān)蓋，開關(guān)座有四條縱向通槽和一條貫通縱向通槽的橫向通槽，其中三條縱向通道內(nèi)依次安裝有真空電磁開關(guān)、電流互感器、儲能電容，另一條縱向通道內(nèi)依次安裝有真空電磁開關(guān)、儲能電容，橫向槽內(nèi)安裝有零序互感器；開關(guān)座中部上方固定有控制電路板，其上設(shè)置有電源模塊、充電模塊、定相電壓互感器及三個選相用電壓互感器、兩個主、輔處理器，顯示電路板位于控制電路板中部上方且嵌固在開關(guān)蓋內(nèi)，其上有顯示屏、紅、綠指示燈及分、合閘操作按鈕等。本實用新型體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，使用與安裝都很方便，能真正實現(xiàn)數(shù)字保護(hù)、自動控制和通訊功能的全面智能化。
文檔編號H01H83/00GK202210499SQ201120356419
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者胡俊兵 申請人:胡俊兵