具有互校驗功能的低壓智能型斷路器的控制器的製作方法

2023-10-08 16:32:44

專利名稱：具有互校驗功能的低壓智能型斷路器的控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種低壓智能型斷路器的控制器，特別是具有互校驗功能的 低壓智能型斷路器的控制器。
技術背景常規的低壓智能型斷路器，如專利申請號為"02138329.4"名稱為"智 能監測斷路器"的專利申請，在供配電系統中彼此是孤立的，上下級節點之 間沒有建立相互監督的機制。在其中某個節點出現失準的情況下，常規的低 壓智能型斷路器由於缺乏互檢功能而無法報警，最終使該支路的過電流保護 長期處於不正常狀態。雖然另有專利申請提出了帶有通信接口，可與計算機 聯網的智能型斷路器，如專利申請號為"200610025257.8"名稱為"斷路器 控制器"的專利申請，但需要額外建立通信線路或網絡，增加使用成本。 發明內容本發明的目的是要提供一種具有互校驗功能的低壓智能型斷路器的控 制器，對電力線路實施可設定的長延時過電流保護、短延時過電流保護和瞬 時過電流保護，在不需要建立計算機聯網監控的供配電系統中，實現上下級 節點之間的相互監督，確保過電流保護體系的可靠運行。本發明提供一種具有互校驗功能的低壓智能型斷路器的控制器，包括 三相電流信號採集電路將電網三相電流信號進行處理後輸入系統數據綜合 處理電路；電網電壓頻率檢測電路將電網電壓信號進行處理後輸入系統數據 綜合處理電路；電力線載波數據通信電路將系統數據綜合處理電路輸入的數 字信號調製成載頻模擬信號在電網上發布，將電網上輸入的載頻模擬信號解 調出數位訊號輸入系統數據綜合處理電路；系統數據綜合處理電路處理數據 後控制斷路器的脫扣、連接和顯示報警。三相電流信號採集電路由電流互感器、濾波器、電壓跟隨器、阻容耦合
器、程控儀表放大器、A/D轉換器、時鐘信號發生器和第一三態同相鎖存器、 第二三態同相鎖存器組成，電流互感器與三相電網耦合後與濾波器連接，濾 波器與電壓跟隨器連接，電壓跟隨器與阻容耦合器連接，阻容耦合器與程控 儀表放大器連接，程控儀表放大器與第一三態同相鎖存器和A/D轉換器連 接，A/D轉換器與第二三態同相鎖存器和時鐘信號發生器連接，第一三態同 相鎖存器、第二三態同相鎖存器、A/D轉換器與系統數據綜合處理電路連接。電網電壓頻率檢測電路由電壓互感器、濾波電路、調製及整形電路組成。 電壓互感器與濾波電路連接，濾波電路與調製及整形電路連接，調製及整形 電路與系統數據綜合處理電路連接。電力線載波數據通信電路由電力線載波通信調製/解調器、載波功率放大 電路、發送通道LC帶通濾波電路、載波耦合電路、載波接收電路、陶瓷濾 波器接口電路、第一時鐘電路和第二時鐘電路組成。載波耦合電路與電網、 載波接收電路、發送通道LC帶通濾波電路連接，發送通道LC帶通濾波電 路與載波功率放大電路連接，電力線載波通信調製/解調器與載波功率放大電 路、載波接收電路、陶瓷濾波器接口電路、第一時鐘電路、第二時鐘電路和 系統數據綜合處理電路連接。系統數據綜合處理電路由主微處理電路、從微處理電路、電磁脫扣控制 電路和鍵盤顯示專用電路組成，主微處理電路與三相電流信號採集電路、電 網電壓頻率檢測電路、從微處理電路、電磁脫扣控制電路連接，從微處理電 路與電力線載波數據通信電路和鍵盤顯示專用電路連接。主微處理電路由主微處理器、或非門集成電路、第三時鐘電路、第三三 態同相鎖存器和復位電路組成，主微處理器與三相電流信號採集電路、電網 電壓頻率檢測電路、或非門集成電路、第三時鐘電路、復位電路、第三三態 同相鎖存器、電磁脫扣控制電路和從微處理電路連接，或非門集成電路與第 三三態同相鎖存器連接，第三三態同相鎖存器與從微處理電路和鍵盤顯示專 用電路連接。
鍵盤顯示專用電路由第四三態同相鎖存器、可編程鍵盤顯示通用接口、三八解碼器、三片同相驅動器、六位八段LED顯示器、按鍵組成，第四三 態同相鎖存器與主微處理電路、從微處理電路、可編程鍵盤顯示通用接口連 接，可編程鍵盤顯示通用接口與電力線載波數據通信電路、主微處理電路、 從微處理電路、三片同相驅動器、三八解碼器、按鍵連接，六位八段LED顯 示器與三片同相驅動器、三八解碼器、按鍵連接。本發明中主微處理電路實時接收三相電流採樣數據，進行計算和比較， 以事先設置的過電流保護的動作值為標準選擇瞬時動作、短延時動作、長延 時動作和不動作。動作時，通過電磁脫扣控制電路啟動跳閘線圈。主微處理 電路還要將計算分析後的三相電流值傳遞給從微處理電路用於顯示。從微處 理電路接收鍵盤輸入的長延時過電流保護、短延時過電流保護和瞬時過電流 保護的動作電流設定值和延時時間設定值，並且以串行方式傳遞給主微處理 電路。在電力線載波數據通信電路支持下，智能斷路器的控制器彼此間可在 電力線上互相傳遞數據，無需通過額外的通信電纜建立計算機聯網監控的供 配電系統，實現上下級節點之間的相互監督，確保過電流保護體系的可靠運 行。圖面說明圖l為本發明的結構框圖。圖2為本發明的一實施例的三相電流信號採集電路的電原理圖。 圖3為本發明的一實施例的電網電壓頻率檢測電路的電原理圖。 圖4為本發明的一實施例的電力線載波數據通信電路的電原理圖。 圖5為本發明的一實施例的系統數據綜合處理電路的電原理圖。
具體實施方式
下面是結合附圖和實施例進一步說明的技術方案。參見

圖1。本發明包括三相電流信號採集電路、電網電壓頻率檢測電路、電力線載波數據通信電路和系統數據綜合處理電路，三相電流信號採集電路
把電網三相電流信號進行濾波、放大處理後，三相電流信號同時被採樣保持, 逐相進行模數轉換，轉換後的數據輸入系統數據綜合處理電路，三相電流信 號的放大倍數由系統數據綜合處理電路以編程方式控制，便於選擇合適的量 程。電網電壓頻率檢測電路首先將電網電壓信號進行低通濾波，然後把基波 信號轉換成方波信號，方波信號由系統數據綜合處理電路檢測寬度，以此判 斷電網電壓頻率並確定採樣頻率。電力線載波數據通信電路有發送和接收兩 種工作方式，在發送狀態時，將系統數據綜合處理電路輸入的數位訊號調製
成載頻模擬信號在電網上發布；在接收狀態時，把電網上傳來的載頻模擬信 號解調出數位訊號傳遞給系統數據綜合處理電路。在電力線載波數據通信電 路支持下，智能斷路器的控制器彼此間可在電網上相互傳遞數據，無需額外 的通信電纜線。系統數據綜合處理電路由主微處理電路、從微處理電路、電 磁脫扣控制電路和鍵盤顯示電路組成，主微處理電路實時接收三相電流採樣 數據，進行計算和比較，以事先設置的過電流保護的動作值為標準選擇瞬時 動作、短延時動作、長延時動作和不動作。動作時，通過電磁脫扣控制電路 啟動跳閘線圈。主微處理電路還要將計算分析後的三相電流值傳遞給從微處 理電路用於顯示。從微處理電路處理鍵盤和LED顯示數據，顯示主微處理 電路傳來的數據。從微處理電路接收鍵盤輸入的長延時過電流保護、短延時 過電流保護和瞬時過電流保護的動作電流設定值和延時時間設定值，並且以 串行方式傳遞給主微處理電路；從微處理電路控制電力線載波數據通信電 路，將約定採樣時刻的數據彼此溝通，計算所管轄的電網分支線路電流之和， 與同一時刻流過本斷路器的電流值相比較，如符合基爾霍夫電流定律則說明 本斷路器及所屬分支線路上斷路器的控制器採樣正確、工作可靠，反之則說 明其中至少有一個斷路器的控制器失準、工作不可靠，由從微處理電路控制 顯示報警，提醒及時校準或更換。
參見圖2。本電路由電流互感器、濾波器、電壓跟隨器、阻容耦合器、 程控儀表放大器、A/D轉換器、時鐘信號發生器和第一三態同相鎖存器、第 二三態同相鎖存器組成，電流互感器TA採用三相星形結線方式，A相電流 信號首先經過由電阻R201、 R202、電容C201組成的濾波器進行濾波，再 經過集成運算放大器IC201A構成的電壓跟隨器調節輸入輸出阻抗，濾波器 輸出至集成運算放大器IC201A的3腳，集成運算放大器IC201A的8、 4腳 分別接直流電源+12V、 -12V,集成運算放大器IC201A的1、 2腳與由電容 C202、電阻R203組成的阻容耦合器連接，再送到程控儀表放大器中的晶片 IC203的8腳，以選擇合適的量程。晶片IC203的1、 2腳分別與第一三態 同相鎖存器中的晶片IC209的Q0、Q1埠連接，本實施例中的IC209、IC210 採用74LS373晶片，晶片IC203的11、 12腳、電阻R204的一端和A/D轉 換器中的晶片IC208的埠 CH1A連接,在本實施例中IC208採用MAX125 晶片。晶片IC203的3腳與電容C203的一端、直流電源+12V連接，晶片 IC203的13腳與電容C204的一端和直流電源-12V連接，晶片IC203的7、 4、 14腳、電容C203、 C204的另一端、電阻R204的另一端接地。B相電流 信號先經由電阻R205、 R206和電容C205組成的濾波器進行濾波，再經集 成運算放大器IC201B構成的電壓跟隨器調節輸入輸出阻抗，濾波器輸出至 集成運算放大器IC201B的5腳，集成運算放大器IC201B的6、 7腳與由電 容C206、電阻R207組成的阻容耦合器連接，再送到程控儀表放大器中的芯 片IC204的8腳，以選擇合適的量程。晶片IC204的1、 2腳分別與第一三 態同相鎖存器中的晶片IC209的Q2、 Q3埠連接，晶片IC204的11、 12腳、 電阻R208的一端和A/D轉換器中的晶片IC208的埠 CH2A連接，其餘的 電容C207、 C208、電阻R208、直流電源+12V、 -12V和晶片IC204連接關 系同A相。C相電流信號首先經過由電阻R209、 R210和電容C209組成的 濾波器進行濾波，其次經過集成運算放大器IC202A構成的電壓跟隨器調節 輸入輸出阻抗，再經過電容C210和電阻R211組成的阻容耦合器，送到程控 儀表放大器中的晶片IC205以選擇合適的量程。最後送到A/D轉換器中的芯 片IC208的埠 CH3A，艮卩IC205的11、 12腳、電阻R212的一端與A/D
轉換器中的晶片IC208的CH3A埠連接，晶片IC205的1、 2腳分別與第 一三態同相鎖存器中的晶片IC209的Q4、 Q5埠連接，其餘的電容C211、 C212、電阻R212、直流電源+12V、 -12V和晶片IC205連接關係同A相。 本實施例中的集成運算放大器IC201、IC202採用TL082晶片，IC203、IC204、 IC205採用PGA203晶片。時鐘信號發生器由晶振CT201、電阻R213、R214、 電容C213、 C214、 C215、六反相器晶片IC206和雙D鎖存器晶片IC207 組成，本實施例中IC206採用74LS04晶片，IC207採用74LS74晶片。晶振 CT201的一端與電容C213的一端連接，晶振CT201的另一端、電阻R214 的一端與晶片IC206B的4腳、晶片IC207的1腳連接，電阻R214的另一 端與電容C214的一端、晶片IC206B的3腳連接，電阻R213的一端與電容 C214的另一端、晶片IC206A的2腳連接，電容C213的另一端、電阻R213 的另一端、晶片IC206A的1腳與電容C215的一端連接，電容C215的另一 端、晶片IC206A的7腳接地，晶片IC206A的14腳接直流電源+5V，晶片 IC207的3、 4腳接直流電源+5V，晶片IC207的2、 6腳連接，晶片IC207 的5腳與晶片IC206C的5腳連接，晶片IC206C的6腳與晶片IC208的CLK 埠連接。第一三態同相鎖存器中的晶片IC209的G埠與第一三態同相 鎖存器中的晶片IC211A的1腳連接，在本實施例中IC211採用74LS02芯 片，晶片IC211A的7、 14腳分別接地和直流電源+5V。晶片IC211A的2 腳與主微處理器引線MP2.1連接，晶片IC211A的3腳與主微處理器引線 MP3.6連接，晶片IC209的GND、麗埠接地，晶片IC209的VCC埠 接直流電源+5V，晶片IC209的D0-D5埠與主微處理器的引線 MP0.0-MP0.7中的MP0.0-MP0.5連接。晶片IC208的二個AGND、 DGND 埠接地，晶片IC208的DVDD埠接直流電源+5V,晶片IC208的REFIN、 REFOUT埠分別與電容C216、 C217的一端連接，電容C216、 C217的另 一端接地。晶片IC208的—CONVSf、INT埠分別與主微處理器的引線MP1.1 和MP1.0連接，晶片IC208的巧、WS、 S5埠分別與主微處理器的引線
MP2.2、MP3.6和MP3.7連接，晶片IC208的D8-D13埠分別與晶片IC210 的D0-D5埠連接，晶片IC208的DO/AO、 D1/A1、 D2/A2、 D3/A3、 D4-D7 埠與主微處理器的引線MP0.0-MP0.7連接，第二三態同相鎖存器中的芯 片IC210的G埠與晶片IC211B的4腳連接，晶片IC211B的5、 6腳分別 與主微處理器的引線MP3.7、 MP2.2連接。晶片IC210的Q0-Q5埠與主微 處理器的引線MP0.0-MP0.7中的MP0.0-MP0.5連接。程控儀表放大器中的 晶片IC203、IC204、IC205的增益倍數由第一三態同相鎖存器中的晶片IC209 的輸出值設定，來自主微處理器的引線MP2.1、 MP3.6和MP0.0-MP0.7中 的MP0.0-MP0.5控制晶片IC209的輸出值，其中引線MP2.1、 MP3.6通過 晶片IC211A或非門控制晶片IC209的工作時序。A/D轉換器中的晶片IC208 同時對三相電流信號進行採樣保持，然後逐一進行模數轉換。晶片IC208的 工作模式由來自主微處理器的引線MP2.2、 MP3.6以及MP0.0-MP0.7共同 設定。晶片IC208輸出的14位數字量在來自主微處理器的引線MPl.O、 MP1.1、MP2.0、MP2,2、MP3.7的控制下，其低8位部分經引線MP0.0-MP0.7 送到主微處理器，其高6位部分先由晶片IC210接收，然後經引線 MP0.0-MP0.7送到主微處理器。晶片IC210的工作時序，由引線]\ 2.2和 MP3.7通過晶片IC211B或非門來控制。IC208所需的時鐘信號由時鐘信號 發生器從外部輸入。
參見圖3。本電路由電壓互感器、濾波電路、調製及整形電路組成。電 網電壓經電壓互感器TV變換到二次側得到電壓信號，經過濾波電路得到基 波電壓信號，然後由調製及整形電路將正弦波信號變換成方波信號，方波信 號由引線MP3.3接到主微處理器由其接收，方波信號的頻率反映了電網電壓 的頻率。濾波電路由電阻R301-R303、電容C301、 C302組成，電壓互感器 TV的二次側一端與電阻R301的一端、電容C301的一端連接，電阻R301 的另一端與電阻R302的一端、電容C302的一端連接，電阻R302的另一端、 電阻R303的一端與調製及整形電路連接，電壓互感器TV 二次側的另一端、
電容C301、 C302、電阻R303的另一端接地。調製及整形電路由比較器芯 片IC301、反相器晶片IC206D、IC206E組成，本實施例的IC301採用LM339 晶片。晶片IC301的6、 7腳分別與電阻R302的另一端、R303的一端連接, 晶片IC301的3、 12腳分別與直流電源+5V、地連接，晶片IC301的1腳與 晶片IC206D的9腳連接，晶片IC206D的8腳與晶片IC206E的11腳連接， 晶片IC206E的10腳與主微處理電路的引線MP3.3連接。
參見圖4。本電路由電力線載波通信調製/解調器、載波功率放大電路、 發送通道LC帶通濾波電路、載波耦合電路、載波接收電路、陶瓷濾波器接 口電路、第一時鐘電路和第二時鐘電路組成。載波耦合電路由耦合線圈T401 和濾波電容C415組成，耦合線圈T401 —個埠連接電網，另一埠並行連 接發送通道LC帶通濾波器和載波接收電路，作為向電網發送載波調製信號 和從電網接收載波調製信號的共同通道。載波接收電路由雙向二極體D407、 反向並聯二極體D405、 D406、電阻R405、電感L401和電容C413、 C414 組成，雙向二極體D407—端與耦合線圈T401另一埠的一端、電阻R405 的一端和發送通道LC帶通濾波器連接，電阻R405的另一端與電容C414 的一端、電感L401的一端、二極體D405陽極、二極體D406陰極、電容 C413的一端連接，雙向二極體D407另一端、耦合線圈T401另一埠的另 一端、電容C414的另一端、電感L401的另一端、二極體D405陰極、二極 管D406陽極接地，電容C413另一端與電力線載波通信調製/解調器連接。 載波接收電路包括限幅保護單元和諧振單元，限幅保護單元由雙向二極體 D407、反向並聯二極體D405和D406以及電阻R405組成，雙向二極體D407 抑制瞬變電壓，反向並聯二極體D405和D406將接收信號的電位鉗制在 士0.7V上，電阻R405在接收強發射信號時吸收衰減。諧振單元由電感L401 和電容C414並聯諧振迴路組成，諧振中心頻率為120KHZ,完成對輸入載 波信號的帶通濾波。需接收的載波信號通過濾波電容C415和耦合線圈T401 耦合到載波接收電路，經過限幅保護和諧振單元選中120KHZ的載頻信號，
然後經過濾波電容C413送入電力線載波通信調製/解調器中的晶片IC401的 模擬信號輸入埠 SIGin，信號被解調後由晶片IC401傳遞給從微處理電路， 本實施例的IC401採用PL2102晶片。晶片IC401的RST、 WDI、SCL、SDA、 R/T、 SYNC埠分別與引線SRST、 SP1.2、 SP1.6、 SP1Z7、 SP1.5和SINTO 連接並引入從微處理電路，從微處理電路對晶片IC401進行設置，並控制其 接收和發送數據。載波功率放大電路由三極體Q401-Q404、電阻R401、 R402、 電容C401、 C402、穩壓管D403、 D404、 二極體D401、 D402組成，二極體 D401陰極、三極體Q401發射極、三極體Q403集電極、穩壓管D403陰極與 直流電源+18V連接，二極體D401陽極、二極體D402陰極、三極體Q403、 Q402發射極與發送通道LC帶通濾波器連接，二極體D402陽極接地，三極 管Q404集電極、三極體Q402發射極與穩壓管D404陽極連接，三極體Q401、 Q402集電極、三極體Q403、 Q404基極連接，穩壓管D403陽極、三極體Q401 基極與電阻R401的一端連接，電阻R401的另一端與電容C401的一端連接， 穩壓管D404陰極、三極體Q402基極與電阻R402的一端連接，電阻R402 的另一端與電容C402的一端連接，電容C401、 C402的另一端與晶片IC401 的PSKO埠連接。由三極體Q401-Q404以及電阻R401、 R402、電容C401、 C402、穩壓管D403、 D404組成推挽電路，將晶片IC401產生的載波調製信 號迸行功率放大，電路中的二極體D401、 D402起限幅作用。發送通道LC 帶通濾波電路由電感L402、電容C403組成，電容C403的一端與載波耦合 電路、載波接收電路連接，電容C403的另一端與電感L402的一端連接，電 感L402的另一端與載波功率放大電路連接。功率放大後的載波調製信號經 過發送通道LC帶通濾波電路進行整形濾波，再通過耦合線圈T401耦合到 電網上。陶瓷濾波器接口電路由陶瓷濾波器BF401、電容C404、電阻R406 組成，陶瓷濾波器BF401的第一端與電容C404的一端、直流電源+5V、電 阻R406的一端、晶片IC401的AVDD埠連接，電容C404的另一端接地， 電阻R406的另一端與陶瓷濾波器BF401的第二端、晶片IC401的FLTi端
口連接，陶瓷濾波器BF401的第三端與晶片IC401的FLTo埠連接。第一 時鐘電路由晶振CT401、電容C410、 C411組成，晶振CT401的一端與電 容C410的一端、晶片IC401的XTli埠連接，晶振CT401的另一端與電 容C411的一端、晶片IC401的XTlo埠和引線SXT連接，引線SXT接 從微處理電路，電容C410、C411的另一端接地。第二時鐘電路由晶振CT402、 電容C405、 C406組成，晶振CT402的一端與電容C405的一端、晶片IC401 的XT2i埠連接，晶振CT402的另一端與電容C406的一端、晶片IC401 的XT2o埠連接，電容C405、 C406的另一端接地。電力線載波通信調製/ 解調器由晶片IC401、電阻R403、 R404、電容C407、 C408、 C409、 C412 組成，電容C409的一端與晶片IC401的AGND埠連接，電容C407、 C408 的一端與直流電源+5V、晶片IC401的DVDD埠連接，電阻R403、 R404、 電容C412的一端與晶片IC401的CMP埠連接，電阻R403的另一端與直 流電源+18V連接，電容C407、 C408、 C409、 C412、電阻R404的另一端接 地。晶片IC401的直流供電電源分別經過由電容C407、 C408、 C409、電阻 R403、 R404和電容C412構成的濾波環節。參見圖5。本電路由主微處理電路、從微處理電路、電磁脫扣控制電路 和鍵盤顯示專用電路組成，其中主微處理電路由主微處理器(簡稱主 MCU)IC501晶片、或非門集成電路、第三時鐘電路、第三三態同相鎖存器 和復位電路組成。從微處理電路由從微處理器(簡稱從MCU)IC503晶片構 成，本實施例中IC501、 IC503均採用P89C669FA晶片，第三三態同相鎖存 器IC502採用74LS373晶片。鍵盤顯示專用電路由可編程鍵盤顯示通用接口 IC505、三八解碼器IC506、第四三態同相鎖存器IC504、三片同相驅動器 IC507-509、六位八段LED顯示器IC510-IC515和十六個按鍵K0-K15組成， 本實施例中IC505採用Intel公司的8279晶片，IC506採用74LS138晶片， IC504採用74LS373晶片，IC507- IC509採用7407晶片，IC510- IC515採 用LTS547GF晶片。從三相電流信號採集電路的引線MP0.0-MP0.7引入的 第一三態同相鎖存器晶片IC209的D0-D5埠、第二三態同相鎖存器晶片
IC210的Q0-Q5埠分別與晶片IC501的P0.0-P0.5和晶片IC502的D0-D5 埠連接，A/D轉換器晶片IC208的D0/A0、 D1/A1、 D2/A2、 D3/A3、 D4-D7 埠分別經過MP0.0-MP0.7引線與晶片IC501的P0.0-P0.7埠和晶片 IC502的D0-D7埠連接。三相電流信號採集電路的引線MP3.6、 MP2.0、 MP2.1、MP2,2、MP3.7、MP1.0、MP1.1分別與晶片IC501的P3.6、P2.0-P2.2、 P3.7、 Pl.O、 Pl.l埠連接，電網電壓頻率檢測電路的引線MP3.3與晶片 IC501的？3.3埠連接。晶片IC501的VCC、 iX埠接直流電源+5V,芯 片IC501的P3.6、 P2.3分別與晶片IC211C的8、 9腳連接，晶片IC211C的 10腳與晶片IC502的G埠連接，晶片IC501的P1.3、 P3.0、 P3.1埠與 晶片IC503的P1.3、 P3.1、 P3.0埠連接。第三時鐘電路由晶振CT501、電 容C501、 C502組成，晶振CT501的兩端分別與晶片IC501的XTAL1埠 和電容C501的一端、晶片IC501的XTAL2埠和電容C502的一端連接， 電容C501、 C502的另一端接地。復位電路由按鍵K、電阻R502、電容C503 組成，按鍵K、電阻R502、電容C503的一端與晶片IC501的RST埠連 接，按鍵K、電容C503的另一端接直流電源+5V，電阻R502的另一端和芯 片IC501的Vss埠接地。電磁脫扣控制電路由同相驅動器IC508C晶片、 光電耦合器IC516晶片、二極體D501、三極體Q501和電阻R501組成，本 實施例中IC516採用4N25晶片，晶片IC508C的5腳與晶片IC501的P1.6 埠連接，晶片IC508C的6腳與晶片IC516的2腳連接，晶片IC516的1 腳與電阻R501的一端連接，電阻R501的另一端與直流電源+5V連接，芯 片IC516的4腳與三極體Q501基極連接，晶片IC516的5腳與二極體D501 陽極、三極體Q501集電極、電磁脫扣器線圈J的一端連接，二極體D501陰 極、電磁脫扣器線圈J的另一端與直流電源+24V連接，三極體Q501發射極 接地。晶片IC502的VCC埠與直流電源+5V連接，晶片IC502的GND 埠接地，晶片IC502的麗埠與晶片IC503的P2.0埠連接，晶片IC502 的Q0-Q7埠分別與晶片IC503的P0.0-P0.7、晶片IC504的D0-D7、晶片 IC505的D0-D7埠連接。晶片IC503的XTAL1和Vss埠接地，晶片IC503
的XTAL2、 P1.2、 P1.6、 Pl，7、 P1.5、 P3.2埠分別與電力線載波數據通信 電路的引線SXT、 SP1.2、 SP1.6、 SP1.7、 SP1.5、 ^S^連接，晶片IC503 的RST埠與晶片IC505的RESET埠和電力線載波數據通信電路的引線 SRST連接，晶片IC206F的13腳與晶片IC505的IRQ埠連接，晶片IC503 的P3.7、 P3.6、 P2.1埠分別與晶片IC505的SS、 W5、巧埠連接，芯 片IC503的P3.3埠與晶片IC206F的12腳連接，晶片IC503的ALE埠 與晶片IC504的G埠 、晶片IC505的CLK埠連接，晶片IC503的Vcc、 ra埠接直流電源+5V。晶片IC504的Q0埠與晶片IC505的AO埠連 接，晶片IC504的Vcc、GND埠分別與直流電源+5V和地連接。晶片IC505 的OUTA3、 OUTA2、 OUTAl、 OUTA0、 OUTB3、 OUTB2、 OUTBl、 OUTB0 埠分別與晶片IC507A的1腳、IC507B的3腳、IC507C的5腳、IC507D 的9腳、IC507E的11腳、IC507F的13腳、IC508A的1腳、IC508B的3 腳連接，晶片IC507A、IC508A的14腳接直流電源+5V，晶片IC507A、IC508A 的7腳接地，晶片IC505的SL2、 SL1、 SLO埠分別與晶片IC506的C、 B、 A埠連接，晶片IC505的RL7埠與按鍵K7、 K8的一端連接，IC505 的RL6埠與按鍵K6、 K9的一端連接，IC505的RL5埠與按鍵K5、 K10的一端連接，IC505的RL4埠與按鍵K4、 Kll的一端連接，IC505 的RL3埠與按鍵K3、 K12的一端連接，IC505的RL2埠與按鍵K2、 K13的一端連接，IC505的RL1埠與按鍵Kl、 K14的一端連接，IC505 的RL0埠與按鍵K0、 K15的一端連接。晶片IC506的Vcc、 Gl埠與 直流電源+5V連接，晶片IC506的eiS、 ^5、 GND埠接地，晶片IC506 的Y5埠與按鍵K0-K7的另一端、晶片IC509A的1腳連接，晶片的Y4 埠與按鍵K8-K15的另一端、晶片IC509B的3腳連接，片IC506的Y3-Y0 的埠分別與IC509C的5腳、IC509D的9腳、IC509E的11腳、IC509F 的13腳連接。IC507的2腳與電阻R510的一端、晶片IC510-IC515的5腳 連接，晶片IC507的4腳與電阻R509的一端、晶片IC510-IC515的10腳連 接，IC507的6腳與電阻R508的一端、晶片IC510-IC515的9腳連接，芯
片IC507的8腳與電阻R507的一端、晶片IC510-IC515的1腳連接，晶片 IC507的10腳與電阻R506的一端、晶片IC510-IC515的2腳連接，晶片IC507 的12腳與電阻R505的一端、晶片IC510-IC515的4腳連接，晶片IC508 的2腳與電阻R504的一端、晶片IC510-IC515的6腳連接，晶片IC508的 4腳與電阻R503的一端、晶片IC510-IC515的7腳連接，電阻R503-R510 的另一端接直流電源+5V。晶片IC510-IC515的3和8腳分別與晶片IC509 的2、 4、 6、 8、 10、 12腳連接，晶片IC509的14、 7腳分別接直流電源+5V 和接地。系統數據綜合處理電路中主MCU和從MCU分工協作，主MCU的第 三時鐘電路由晶振CT501、電容C501、 502構成，從MCU的時鐘電路通過 引線SXT從晶片IC401的第二時鐘電路引入。主MCU的復位電路由電阻 R502、電容C503和按鍵K構成，採用自動復位和按鍵復位方式。從MCU 和晶片IC505的復位端由晶片IC401的引線SRST進行復位控制。主MCU 的作用是(1)通過引線MP3,3獲得電網電壓頻率信號，據此決定採樣頻率。 (2)在引線MP1.0、 MPl.l、 MP2.0、 MP2.1、 MP2.2、 MP3.6、 MP3.7控制下， 通過引線MP0.0-MP0.7對三相電流信號採樣過程進行控制，並且從三相電 流信號採集電路獲得三相採樣數據。(3)對三相電流信號採樣數據進行分析計 算，以事先設置的過電流保護動作電流值為標準，選擇瞬時動作、短延時動 作、長延時動作和不動作。當過電流保護啟動、動作時限到達時，通過P1.6 埠發出控制信號使斷路器的電磁脫扣器線圈動作。(4)將每次採樣得到的三 相電流信號數據在P1.3、P2.3、P3.6埠的配合下存入晶片IC502 。晶片IC502 讀入數據的時序，由主MCU的P3.6、 ？2.3埠通過晶片《:211<:或非門控 制。從MCU的作用是(l)以RST、 P1.2、 P1.5、 P1.6、 P1.7、 P3.2、 XTAL2 埠與電力線載波通信電路連接，通過fc串行接口傳輸數據，使用電力線 載波數據通信電路，與其它智能斷路器控制器的從MCU傳遞數據。根據基 爾霍夫電流定律，通過分支線路電流值之和與本線路電流值相比較，判斷本 斷路器的控制器和所屬分支線路上斷路器的控制器工作的準確性。在同一時
刻，如果各分支線路電流的匯總結果與本線路電流值相比出現嚴重偏差，則 說明本級與下級斷路器的控制器至少有一個失準，由本級斷路器的控制器顯示報警信息。(2)使用ALE、 P2.1、 P3.3、 P3.6、 P3.7埠作為控制信號，在 三態同相鎖存器IC504的配合下，通過P0.0-P0.7埠與鍵盤顯示專用晶片 IC505傳遞按鍵值、LED顯示數據和報警信號。晶片IC505通過反相器 IC206F向晶片IC503發出中斷請求信號。(3)在P2.0埠的控制下，通過 P0.0-P0.7埠從晶片IC505讀取主MCU發來的三相電流信號採集數據。(4) 從MCU接收鍵盤輸入的長延時過電流保護、短延時過電流保護和瞬時過電 流保護的動作電流設定值和動作時限設定值，將其通過P1.3、 P3.0、 P3.1端 口傳遞到主MCU。電磁脫扣控制電路工作過程是，主MCU的P1.6埠輸出低電平信號， 通過晶片IC508C使光電耦合器IC516接通，進而使三極體Q501導通，控 制電磁脫扣器線圈J得電動作。當主1^<:11的？1.6埠輸出高電平時，電磁 脫扣器線圈J失電。鍵盤顯示專用電路中，晶片IC503的ALE埠輸出脈衝信號作為晶片 IC504的數據鎖存控制信號，同時也作為晶片IC505的片外時鐘信號。晶片 IC505和晶片IC503連接的埠有D0-D7八位數據總線、讀信號線SS、寫 信號線W5、片選信號線巧、中斷請求輸出信號線IRQ、復位信號線RESET, 晶片IC505的數據類型選型輸入線AO由晶片IC503經過IC504的鎖存作用 來控制，在這些埠的協調下，晶片IC503與可編程鍵盤顯示通用接口 IC505 之間傳遞命令、數據和狀態信息。晶片IC505的掃描輸出線SL2-SL0經過芯 片IC506的解碼輸出直接掃描鍵盤，由晶片IC509驅動後用來掃描LED顯 示器。晶片IC505的OUTB3-OUTB0、OUTA3-OUTA0經過晶片IC507、IC508 的驅動作用，作為LED顯示器段選碼輸出線。晶片IC505的RL0-RL7埠 作為鍵盤迴復輸入線，接收由掃描輸出線經鍵盤的閉合或斷開而傳來的信 號。同相驅動器IC507和IC508的輸出級經負載電阻R503-R510外接直流 電源。
權利要求
1、一種具有互校驗功能的低壓智能型斷路器的控制器，其特徵在於包括三相電流信號採集電路將電網三相電流信號進行處理後輸入系統數據綜合處理電路；電網電壓頻率檢測電路將電網電壓信號進行處理後輸入系統數據綜合處理電路；電力線載波數據通信電路將系統數據綜合處理電路輸入的數位訊號調製成載頻模擬信號在電網上發布，將電網上輸入的載頻模擬信號解調出數位訊號輸入系統數據綜合處理電路；系統數據綜合處理電路處理數據後控制斷路器的脫扣、連接和顯示報警。
2、 根據權利要求1所述的具有互校驗功能的低壓智能型斷路器的控制器， 其特徵在於三相電流信號採集電路由電流互感器、濾波器、電壓跟隨器、阻 容耦合器、程控儀表放大器、A/D轉換器、時鐘信號發生器和第一三態同相 鎖存器、第二三態同相鎖存器組成，電流互感器與三相電網耦合後與濾波器 連接，濾波器與電壓跟隨器連接，電壓跟隨器與阻容耦合器連接，阻容耦合 器與程控儀表放大器連接，程控儀表放大器與第一三態同相鎖存器和A/D轉 換器連接，A/D轉換器與第二三態同相鎖存器和時鐘信號發生器連接，第一 三態同相鎖存器、第二三態同相鎖存器、A/D轉換器與系統數據綜合處理電 路連接。
3、 根據權利要求1所述的具有互校驗功能的低壓智能型斷路器的控制器， 其特徵在於電網電壓頻率檢測電路由電壓互感器、濾波電路、調製及整形電 路組成。電壓互感器與濾波電路連接，濾波電路與調製及整形電路連接，調 制及整形電路與系統數據綜合處理電路連接。
4、 根據權利要求1所述的具有互校驗功能的低壓智能型斷路器的控制器， 其特徵在於電力線載波數據通信電路由電力線載波通信調製/解調器、載波功 率放大電路、發送通道LC帶通濾波電路、載波耦合電路、載波接收電路、 陶瓷濾波器接口電路、第一時鐘電路和第二時鐘電路組成。載波耦合電路與 電網、載波接收電路、發送通道LC帶通濾波電路連接，發送通道LC帶通濾波電路與載波功率放大電路連接，電力線載波通信調製/解調器與載波功率放 大電路、載波接收電路、陶瓷濾波器接口電路、第一時鐘電路、第二時鐘電 路和系統數據綜合處理電路連接。
5、 根據權利要求1所述的具有互校驗功能的低壓智能型斷路器的控制器， 其特徵在於系統數據綜合處理電路由主微處理電路、從微處理電路、電磁脫 扣控制電路和鍵盤顯示專用電路組成，主微處理電路與三相電流信號採集電 路、電網電壓頻率檢測電路、從微處理電路、電磁脫扣控制電路連接，從微 處理電路與電力線載波數據通信電路和鍵盤顯示專用電路連接。
6、 根據權利要求5所述的具有互校驗功能的低壓智能型斷路器的控制器， 其特徵在於主微處理電路由主微處理器、或非門集成電路、第三時鐘電路、 第三三態同相鎖存器和復位電路組成，主微處理器與三相電流信號採集電路、 電網電壓頻率檢測電路、或非門集成電路、第三時鐘電路、復位電路、第三 三態同相鎖存器、電磁脫扣控制電路和從微處理電路連接，或非門集成電路 與第三三態同相鎖存器連接，第三三態同相鎖存器與從微處理電路和鍵盤顯 示專用電路連接。
7、 根據權利要求5所述的具有互校驗功能的低壓智能型斷路器的控制器， 其特徵在於鍵盤顯示專用電路由第四三態同相鎖存器、可編程鍵盤顯示通用 接口、三八解碼器、三片同相驅動器、六位八段LED顯示器、按鍵組成，第 四三態同相鎖存器與主微處理電路、從微處理電路、可編程鍵盤顯示通用接 口連接，可編程鍵盤顯示通用接口與電力線載波數據通信電路、主微處理電 路、從微處理電路、三片同相驅動器、三八解碼器、按鍵連接，六位八段LED 顯示器與三片同相驅動器、三八解碼器、按鍵連接。
全文摘要
一種具有互校驗功能的低壓智能型斷路器的控制器，包括三相電流信號採集電路將電網三相電流信號進行處理後輸入系統數據綜合處理電路；電網電壓頻率檢測電路將電網電壓信號進行處理後輸入系統數據綜合處理電路；電力線載波數據通信電路將系統數據綜合處理電路輸入的數位訊號調製成載頻模擬信號在電網上發布，將電網上輸入的載頻模擬信號解調出數位訊號輸入系統數據綜合處理電路；系統數據綜合處理電路處理數據後控制斷路器的脫扣、連接和顯示報警。優點對電力線路實施可設定的長延時過電流保護、短延時過電流保護和瞬時過電流保護，在不需要建立計算機聯網監控的供配電系統中，實現上下級節點之間的相互監督，確保過電流保護體系的可靠運行。
文檔編號H02J13/00GK101162851SQ20071013378
公開日2008年4月16日 申請日期2007年9月30日 優先權日2007年9月30日
發明者李智超, 野 羅 申請人:常熟理工學院