可遠程通訊的欠壓脫扣器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了可遠程通訊的欠壓脫扣器。濾波電路的電源輸入端與電網(wǎng)相連，濾波電路的輸出端與全橋整流器的輸入端相連；全橋整流器輸出端分別與電磁鐵的一段端、電源電路的輸入端及采樣電路的輸入端相連，全橋整流器輸出端為參考地；電源電路的輸出一端與單片機電路相連，電源電路的另一輸出端與驅(qū)動電路；采樣電路的輸出端與單片機電路相連；單片機電路的輸出端與驅(qū)動電路相連；驅(qū)動電路與電磁鐵的線圈繞組相連。單片機電路與FSK電路相連，單片機電路與UART電路相連。本發(fā)明電路簡單且可長通電、可在現(xiàn)有欠壓瞬時脫扣與欠壓延時脫扣的基礎(chǔ)上，通過FSK或UART形式，實現(xiàn)遠程通訊，為架構(gòu)智能電網(wǎng)提供基礎(chǔ)。
【專利說明】可遠程通訊的欠壓脫扣器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及低壓電器脫扣器領(lǐng)域，尤其涉及可遠程通訊的欠壓脫扣器。
【背景技術(shù)】
[0002] 欠壓脫扣器是斷路器，尤其是框架式斷路器的重要元件之一。欠電壓脫扣器是在 它的端電壓降至某一規(guī)定范圍時，使斷路器有延時或無延時斷開的一種脫扣器，當(dāng)電源電 壓下降，甚至緩慢下降到額定工作電壓的70%至35%范圍內(nèi)，欠電壓脫扣器應(yīng)運作，欠電 壓脫扣器在電源電壓等于脫扣器額定工作電壓的35 %時，欠電壓脫扣器應(yīng)能防止斷路器閉 全，脫扣器線圈失電，線圈內(nèi)活動銜鐵有復(fù)位彈簧頂出一脫扣；電源電壓等于或大于85% 欠電壓脫扣器的額定工作電壓時，在熱態(tài)條件下，應(yīng)能保證斷路器可靠閉合，脫扣器線圈得 電，線圈內(nèi)活動銜鐵有線圈電磁力克服彈簧力吸入并保持一定力矩一吸合。欠壓脫扣的本 質(zhì)，是防止斷路器下級電器設(shè)備工作在欠壓狀態(tài)下電流過大后，電器設(shè)備自身發(fā)熱加重的 有效措施。
[0003] 分勵脫扣器是一種遠距離操縱分閘的附件。當(dāng)電源電壓等于額定控制電源電壓的 70%-110%之間的任一電壓時，能可靠分斷斷路器。分勵脫扣器是短時工作制，線圈通電時 間一般不能超過1S，否則線會被燒毀。
[0004] 現(xiàn)有電磁型欠壓脫扣器或分勵脫扣器，均不具備遠傳通訊功能。一是電磁型欠壓 脫扣器與分勵脫扣器不能合二為一，二是動作參數(shù)出廠時一旦設(shè)定不再行改變，三是無通 訊功能的脫扣器，在構(gòu)建智能電網(wǎng)時，帶來了瓶頸。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可遠程通訊的欠壓脫 扣器，在幾乎不增加成本的前提下，通過采用高速廉價單片機實現(xiàn)FSK、RS485、RS232、TCP/ IP中的一種或多種遠傳通訊，既可以實現(xiàn)遠程操作或本地操作選擇，又可以設(shè)定為欠壓脫 扣或分勵脫扣。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：可遠程通訊的欠壓脫扣器，包括濾 波電路、全橋整流電路、采樣電路、單片機電路、移頻鍵控（FSK Frequency-shift keying) 電路、通用異步收發(fā)傳輸器（UART)電路、驅(qū)動電路、單線圈電磁型電磁鐵和電源電路，所述 的濾波電路的電源輸入端與電網(wǎng)相連，所述的濾波電路的輸出端與全橋整流器的輸入端相 連；所述的全橋整流器輸出端分別與單線圈電磁型電磁鐵的一端、電源電路的輸入端及采 樣電路的輸入端相連，所述的全橋整流器輸出端為參考地；所述的電源電路的輸出一端與 單片機電路相連，所述的電源電路的另一輸出端與驅(qū)動電路相連接；所述的采樣電路的輸 出端與單片機電路相連；所述的單片機電路的輸出端與驅(qū)動電路相連；所述的驅(qū)動電路與 電磁鐵的線圈繞組相連；所述的單片機電路的一端與移頻鍵控電路輸出端相連，所述的單 片機電路的另一端與移頻鍵控電路輸入端相連；所述的單片機電路與通用異步收發(fā)傳輸器 電路相連。
[0007] 所述的移頻鍵控電路的耦合端分別與電網(wǎng)電壓的L、N相連，所述的移頻鍵控電路 的信號端與單片機電路相連，其中移頻鍵控電路的信號輸出端與單片機相連且定義為0UT， 移頻鍵控電路的信號輸入端與單片機相連且定義為IN。
[0008] 所述的通用異步收發(fā)傳輸器電路包括單片機電路轉(zhuǎn)換為RS485、RS232、TCP/IP電 路形式。
[0009] 可遠程通訊的欠壓脫扣器設(shè)有本地操作模式和遠程控制模式的選擇端、欠壓脫扣 和分勵脫扣的選擇端。
[0010] 所述的單片機電路包括各種單片機或系統(tǒng)級芯片（S0C)及周邊輔助電路。
[0011] 所述的單片機電路的BCD撥碼開關(guān)表示的延時時間不為零，且當(dāng)SA信號小于電網(wǎng) 額定電壓的50%后開始延時，使驅(qū)動電路斷開工作繞組直到延時時間結(jié)束。
[0012] 所述的移頻鍵控電路包括用于輸出耦合的放大驅(qū)動電路、帶通濾波電路，用于輸 入耦合的帶通濾波電路、放大整形電路和耦合變壓器、降壓電容器及限幅二極管。
[0013] 采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0014] 1、結(jié)合普通廉價分立元件搭建的FSK電路，采用廉價高速型單片機（如STM8S系 列單片機），實現(xiàn)FSK的調(diào)制與解調(diào)工作。從而能在不增設(shè)另外線路的前提下，收發(fā)數(shù)公里 的遠程控制信號。
[0015] 2、單片機電路備有標(biāo)準(zhǔn)RXD、TXD信號接口，可通過UART電路擴展為RS485、RS232、 TCP/IP等電路一種形式或組合形式，實現(xiàn)符合這些協(xié)議的遠程通訊。
[0016] 3、在遠程通訊的命令下，可改變自身功能，既可以是欠壓脫扣器，又可以是分勵脫 扣器。且可接收來自遠程控制的動作參數(shù)。
[0017] 4、可遠程通訊的欠壓脫扣器可長時間通電，杜絕現(xiàn)有分勵脫扣器短時制工作的本 質(zhì)缺陷。
[0018] 5、可遠程通訊的欠壓脫扣器，為構(gòu)建以網(wǎng)絡(luò)為構(gòu)架的智能電網(wǎng)提供了便利。
[0019] 6、可遠程通訊的欠壓脫扣器與不可通訊的欠壓脫扣器相比，幾乎不增加硬件成 本；
[0020] 綜上所述，本發(fā)明可遠程通訊的欠壓脫扣器，電路簡單、能實現(xiàn)欠壓瞬時脫扣與欠 壓延時脫扣、分勵脫扣、可適合多種通訊形式的遠程通訊，并且電路結(jié)構(gòu)清晰。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0022] 圖1是本發(fā)明可遠程通訊的欠壓脫扣器實施例1的電路原理圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明可遠程通訊的欠壓脫扣器實施例1中的單片機電路的原理圖。
[0024] 圖3是本發(fā)明可遠程通訊的欠壓脫扣器實施例1中的FSK電路原理圖。
[0025] 圖中：1、濾波電路2、電源電路3、移頻鍵控電路4、通用異步收發(fā)傳輸器電路5、 單片機電路6、驅(qū)動電路7、電磁鐵。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的解釋。
[0027] 如圖1所示，可遠程通訊的欠壓脫扣器，包括濾波電路1、全橋整流電路B1、由電阻 器R1與電阻器R2串聯(lián)而成的采樣電路、為抑制高頻干擾電容器CO并聯(lián)于R2兩端、單片機 電路5、移頻鍵控電路3、通用異步收發(fā)傳輸器電路4、驅(qū)動電路6、單線圈電磁型電磁鐵7和 電源電路2,所述的濾波電路1的電源輸入端與電網(wǎng)相連，所述的濾波電路1的輸出端與全 橋整流器的輸入端相連；所述的全橋整流器輸出端分別與單線圈電磁型電磁鐵7的一端、 電源電路2的輸入端及采樣電路的輸入端相連，所述的全橋整流器輸出端為參考地；所述 的電源電路2的輸出一端與單片機電路5相連，所述的電源電路2的另一輸出端與驅(qū)動電 路6相連接；所述的采樣電路的輸出端與單片機電路5相連；所述的單片機電路5的輸出 端與驅(qū)動電路6相連；所述的驅(qū)動電路6與電磁鐵7的線圈繞組相連；所述的單片機電路5 的一端與移頻鍵控電路3輸出端相連，所述的單片機電路5的另一端與移頻鍵控電路3輸 入端相連；所述的單片機電路5與通用異步收發(fā)傳輸器電路4相連。
[0028] 所述的移頻鍵控電路3的耦合端分別與電網(wǎng)電壓的L、N相連，所述的移頻鍵控電 路3的信號端與單片機電路5相連，其中移頻鍵控電路3的信號輸出端與單片機相連且定 義為0UT，移頻鍵控電路3的信號輸入端與單片機相連且定義為IN。FSK電路所用的工作電 壓，來自于電源電路2。
[0029] 所述的通用異步收發(fā)傳輸器電路4包括單片機電路5轉(zhuǎn)換為RS485、RS232、TCP/ IP電路形式。
[0030] 所述的單片機電路5內(nèi)嵌控制程序，控制程序根據(jù)遠程協(xié)議控制命令，如為欠壓 脫扣器工作方式，則根據(jù)電網(wǎng)電壓高低，控制驅(qū)動電路6,進而控制脫扣電磁鐵7,實現(xiàn)欠壓 脫扣器的規(guī)定動作。如為分勵脫扣器工作方式，則進行分勵動作，使斷路器跳閘。
[0031] 結(jié)合普通廉價分立元件搭建的FSK電路，采用廉價高速型單片機，實現(xiàn)FSK的調(diào)制 與解調(diào)工作。從而能在不增設(shè)另外線路的前提下，收發(fā)數(shù)公里的遠程控制信號。且能在電 網(wǎng)電壓過零點時候進行FSK信號的發(fā)送與接收。
[0032] 單片機電路5備有標(biāo)準(zhǔn)RXD、TXD信號接口，可通過UART電路擴展為RS485、RS232、 TCP/IP等電路一種形式或組合形式，實現(xiàn)符合這些協(xié)議的遠程通訊。
[0033] 單片機電路5可對FSK通訊與RS485、RS232、TCP/IP通訊等進行轉(zhuǎn)發(fā)。
[0034] 可遠程通訊的欠壓脫扣器在遠程通訊的命令下，可改變自身功能，既可以是欠壓 脫扣器，又可以是分勵脫扣器。且可接收來自遠程控制的動作參數(shù)。
[0035] 無論是單線圈、雙線圈電磁型欠壓脫扣器，或是永磁型欠壓脫扣器，及分勵脫扣器 均可以由本可遠程通訊的欠壓脫扣器替代。
[0036] 可遠程通訊的欠壓脫扣器設(shè)有本地操作模式和遠程控制模式的選擇端、欠壓脫扣 和分勵脫扣的選擇端。這些端口可組合使用。
[0037] 可遠程通訊的欠壓脫扣器可長時間通電，杜絕現(xiàn)有分勵脫扣器短時制工作的本質(zhì) 缺陷。
[0038] 在選定為欠壓脫扣模式時，當(dāng)SA信號大于電網(wǎng)額定電壓的80%，單片機電路5發(fā) 出控制信號，驅(qū)動電路6使得電磁鐵7線圈繞組全電壓得電，電磁鐵7之脫扣銜鐵被完全吸 合。隨后轉(zhuǎn)換為對工作繞組進行斬波式控制，使得工作繞組既保持應(yīng)用的吸合力，又防止工 作繞組線圈發(fā)熱。當(dāng)SA信號低于電網(wǎng)額定電壓的50%時，單片機判斷撥碼設(shè)定（或遠傳 的命令與參數(shù)）狀態(tài)，發(fā)出瞬時脫扣或延時脫扣命令，驅(qū)動電路6斷開電磁鐵7工作繞組 電壓，工作繞組失電，電磁鐵7之活動銜鐵由內(nèi)部復(fù)位彈簧力作用彈出，頂開斷路器鎖扣機 構(gòu)，實現(xiàn)斷路器脫扣分閘。
[0039] 在選定為分勵脫扣模式時，當(dāng)SA信號在70 %?110 %之間的任一電壓時，可靠分 斷斷路器。
[0040] 所述的單片機電路5包括各種單片機或系統(tǒng)級芯片（S0C)及周邊輔助電路。用于 選擇操作方式的選著端，當(dāng)為高電平時為本地操作，為低電平時為遠傳操作，或邏輯電平相 反設(shè)定。
[0041] 用于選擇工作方式的選著端，當(dāng)為高電平時執(zhí)行欠壓脫扣操作，為低電平時執(zhí)行 分勵操作，或邏輯電平相反設(shè)定。
[0042] BCD撥碼開關(guān)：在需要延時脫扣的場合，設(shè)置不同的撥碼開關(guān)組合，所述的單片機 電路5讀取此信號后，確定延時脫扣的延時時間；
[0043] 所述的單片機電路5的BCD撥碼開關(guān)表示的延時時間不為零，且當(dāng)SA信號小于電 網(wǎng)額定電壓的50%后開始延時，使驅(qū)動電路6斷開工作繞組直到延時時間結(jié)束。
[0044] 所述的移頻鍵控電路3包括用于輸出耦合的放大驅(qū)動電路6、帶通濾波電路1，用 于輸入耦合的帶通濾波電路1、放大整形電路和耦合變壓器、降壓電容器及限幅二極管。
[0045] 如圖2所示，U1為高速單片機，如廉價型STM8S系列單片機。
[0046] ΡΒ0連接SA，采樣電網(wǎng)電壓信號的高低；
[0047] PB1連接ΡΒ0且定義為SZ，單片機采用邊沿觸發(fā)中斷方式，檢測電網(wǎng)電壓的過零時 刻點，為FSK提供時間過零點發(fā)送或接收基準(zhǔn)；
[0048] PB2定義為IN，單片機采用中斷捕獲方式接收來自FSK電路的脈沖，通過程序解碼 出相應(yīng)的數(shù)據(jù)/命令；
[0049] PB3定義為OUT信號，單片機將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部程序進行調(diào)制編碼"0" 或"1"序列串，發(fā)送給FSK電路；
[0050] PB4、PB5分別為TXD、RXD端，與可擴展的UART電路相連接，實現(xiàn)雙向通訊；
[0051] PC0定義為P1，給驅(qū)動電路6發(fā)出控制信號；
[0052] PC1定義為ST，當(dāng)ST為高電平時為本地操作，ST為低電平時為遠傳操作，或邏輯 電平相反設(shè)定。
[0053] PC2定義為Q/F，當(dāng)Q/F為高電平時執(zhí)行欠壓脫扣操作，Q/F為低電平時執(zhí)行分勵 操作，或邏輯電平相反設(shè)定。
[0054] ΡΑ0?PA7連接8位B⑶碼開關(guān)，當(dāng)選定為本地操作--欠壓脫扣時，8位B⑶碼 開關(guān)不同組合狀態(tài)，分別表示8種不同延時值；當(dāng)選定為遠程操作--欠壓脫扣時，8位BCD 碼開關(guān)不同組合狀態(tài)，分別表示8種不同的通訊方式。如過零點收發(fā)的FSK通訊方式，9位 485方式等。
[0055] 如圖3所示，單片機電路5默認在FSK的接收狀態(tài)，來自電網(wǎng)L一N之間的高頻FSK 信號經(jīng)低頻電容器C1降壓，在變壓器T1的初級N1產(chǎn)生感應(yīng)電勢，次級N2耦合，二極管D2 限幅后，傳送給帶通濾波器2。通濾波器2為一 L、C并聯(lián)式諧振帶通濾波器或L、C串聯(lián)諧 振帶通濾波器，僅能通過FSK中心（頻率）帶寬的信號，此信號經(jīng)放大整形電路調(diào)理后，送 入單片機。
[0056] 單片機調(diào)制后發(fā)出的FSK方波信號經(jīng)放大驅(qū)動電路6放大，由帶通濾波器1變換 為近似正弦波信號，經(jīng)變壓器T1的N2耦合到Nl，N1與降壓電容器C1、電網(wǎng)電壓L、N構(gòu)成 回路，F(xiàn)SK信號耦合到電網(wǎng)。
【權(quán)利要求】
1. 可遠程通訊的欠壓脫扣器，其特征在于：包括濾波電路、全橋整流電路、采樣電路、 單片機電路、移頻鍵控電路、通用異步收發(fā)傳輸器電路、驅(qū)動電路、單線圈電磁型電磁鐵和 電源電路，所述的濾波電路的電源輸入端與電網(wǎng)相連，所述的濾波電路的輸出端與全橋整 流器的輸入端相連；所述的全橋整流器輸出端分別與單線圈電磁型電磁鐵的一端、電源電 路的輸入端及采樣電路的輸入端相連，所述的全橋整流器輸出端為參考地；所述的電源電 路的輸出一端與單片機電路相連，所述的電源電路的另一輸出端與驅(qū)動電路相連接；所述 的采樣電路的輸出端與單片機電路相連；所述的單片機電路的輸出端與驅(qū)動電路相連；所 述的驅(qū)動電路與電磁鐵的線圈繞組相連；所述的單片機電路的一端與移頻鍵控電路輸出端 相連，所述的單片機電路的另一端與移頻鍵控電路輸入端相連；所述的單片機電路與通用 異步收發(fā)傳輸器電路相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可遠程通訊的欠壓脫扣器，其特征在于所述的移頻鍵控電路 的耦合端分別與電網(wǎng)電壓的L、N相連，所述的移頻鍵控電路的信號端與單片機電路相連， 其中移頻鍵控電路的信號輸出端與單片機相連且定義為OUT，移頻鍵控電路的信號輸入端 與單片機相連且定義為IN。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可遠程通訊的欠壓脫扣器，其特征在于所述的通用異步收發(fā) 傳輸器電路包括單片機電路轉(zhuǎn)換為RS485、RS232、TCP/IP電路形式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可遠程通訊的欠壓脫扣器，其特征在于可遠程通訊的欠壓脫 扣器設(shè)有本地操作模式和遠程控制模式的選擇端、欠壓脫扣和分勵脫扣的選擇端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可遠程通訊的欠壓脫扣器，其特征在于所述的單片機電路包 括各種單片機或系統(tǒng)級芯片及周邊輔助電路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可遠程通訊的欠壓脫扣器，其特征在于所述的單片機電路的 BCD撥碼開關(guān)表示的延時時間不為零，且當(dāng)SA信號小于電網(wǎng)額定電壓的50%后開始延時， 使驅(qū)動電路斷開工作繞組直到延時時間結(jié)束。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可遠程通訊的欠壓脫扣器，其特征在于所述的移頻鍵控電路 包括用于輸出耦合的放大驅(qū)動電路、帶通濾波電路，用于輸入耦合的帶通濾波電路、放大整 形電路和耦合變壓器、降壓電容器及限幅二極管。
【文檔編號】H02J13/00GK104158292SQ201410416269
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】吳志祥, 史建平, 彭穎, 許澤剛 申請人:常州工學(xué)院