微型斷路器的製造方法
2023-06-08 23:07:06
專利名稱:微型斷路器的製造方法
【專利摘要】提供了一種微型斷路器，其包括：第一模塊，被配置為測量線路的電流和/或電壓並發送測量結果信號，並根據控制信號使得所述線路斷開；第二模塊，被配置為根據所述測量結果信號滿足預定條件發送所述控制信號；以及接口，其與所述第一模塊和所述第二模塊分別形成可插拔的連接，並被配置為在所述第一模塊與所述第二模塊之間傳送所述測量結果信號和所述控制信號。通過將微型斷路器的強電部分電路和弱電部分電路分開設計為單獨的模塊，兩者之間使用可插拔的接口進行連接，從而實現模塊化的設計，有利於獨立生產、分別裝配、擴展應用。
【專利說明】微型斷路器
【技術領域】
[0001]本公開的實施方式涉及一種微型斷路器，更具體地，涉及一種模塊化的智能微型斷路器。
【背景技術】
[0002]微型斷路器(MCB)廣泛使用在低壓配電裝置中，被用於在發生漏電流、短路、過電壓、欠電壓等故障情況時切斷線路，從而保護用戶或者用電設備。目前使用的智能微型斷路器都至少具備兩個方面的功能:第一，測量用電線路的電壓和/或電流信號，用於監測並在判斷線路出現故障時發出控制信號，使得斷路器的動作機構動作，將故障線路切斷，從而保護用戶或者用電設備的安全。第二，所測量的電壓和/或電流信號以及斷路器的狀態等信息，均能夠進行通信以用於遠程監控。但是，目前使用的微型斷路器均是一體化設計的，即用於測量電壓和/或電流信號的互感器、用於對測量信號進行處理和通信的晶片、用於傳送控制信號的路徑、以及用於切斷用電線路的電磁鐵、傳動機構等等都設置在同一個殼體內，使得用於測量和動作執行的強電部分電路(例如，對於家用線路，電壓水平為220V，對於工業線路，電壓水平為380V)，和用於信息處理和通信的弱電部分電路(例如，一般來說在5V以下)之間採用一體化的固定連接。這樣的設計帶來的問題在於，由於強電部分電路和弱電部分電路處於同一個封閉殼體中，弱電部分電路容易受到幹擾，影響其穩定性。並且，當微型斷路器中有一個部分出現故障，則必須更換整個裝置。
實用新型內容
[0003]有鑑於此，本公開實施方式的目的之一在於提供一種模塊化的智能微型斷路器，其將強電部分電路和弱電部分電路分開設計為單獨的模塊，兩者之間使用可插拔的接口進行連接，從而實現模塊化的設計，有利於獨立生產、分別裝配、以及標準化通信接口的使用有利於擴展應用。
[0004]根據本公開的第一方面，提供了一種微型斷路器，其特徵在於包括:第一模塊，被配置為測量線路的電流和/或電壓並發送測量結果信號，並根據控制信號使得所述線路斷開；第二模塊，被配置為根據所述測量結果信號滿足預定條件發送所述控制信號；以及接口，其與所述第一模塊和所述第二模塊分別形成可插拔的連接，並被配置為在所述第一模塊與所述第二模塊之間傳送所述測量結果信號和所述控制信號。
[0005]根據本公開的第一方面的一個實施例，其特徵在於所述接口包括:第一連接路徑，被配置為使得所述測量結果信號能夠被所述第二模塊接收；以及第二連接路徑，被配置為使得所述控制信號能夠被所述第一模塊接收，其中所述第一連接路徑與所述第二連接路徑相互獨立。
[0006]根據本公開的第一方面的一個實施例，其特徵在於所述第一模塊包括測量單元，被配置為測量所述線路的電流和/或電壓；執行單元，被配置為根據所述控制信號使得所述線路斷開；以及電源單元，被配置為從所述線路獲取功率以用於為所述微型斷路器供電。
[0007]根據本公開的第一方面的一個實施例，其特徵在於所述第二模塊包括:控制單元，被配置為根據所述測量結果信號滿足所述預定條件發送所述控制信號；和/或通信單元，被配置為根據不同的通信協議對所述測量結果信號和/或所述控制信號進行轉換，以通過外部通信接口與外部進行通信。
[0008]根據本公開的第一方面的一個實施例，其特徵在於所述測量單元包括電流採樣器件和/或電壓採樣器件。
[0009]根據本公開的第一方面的一個實施例，其特徵在於所述電流採樣器件為一相或多相零序電流互感器。
[0010]根據本公開的第一方面的一個實施例，其特徵在於所述電壓採樣器件為一相或多相電壓互感器。
[0011]根據本公開的第一方面的一個實施例，其特徵在於所述執行單元包括:電磁線圈或繼電器，被配置為根據所述控制信號發送觸發信號。
[0012]根據本公開的第一方面的一個實施例，其特徵在於還包括:動作機構，被配置為根據所述觸發信號使得所述線路斷開。
[0013]根據本公開的第一方面的一個實施例，其特徵在於所述電源單元包括濾波器和/或開關電源。
[0014]根據本公開的第一方面的一個實施例，其特徵在於所述第二模塊還包括:A/D轉換單元，被配置為將所述測量結果信號轉換為數位訊號；和/或報警單元，被配置為根據所述控制信號發出報警信號。
【附圖說明】
[0015]現將僅通過示例的方式，參考所附附圖對本公開的實施例進行描述，其中:
[0016]圖1A示例性地圖示了根據本公開實施例的微型斷路器的分解立體圖；
[0017]圖1B示例性地圖示了根據本公開實施例的微型斷路器的立體圖；
[0018]圖2示例性地圖示了根據本公開實施例的微型斷路器的模塊圖；
[0019]圖3示例性地示出了根據本公開的一個實施例操作為三相漏電保護裝置的微型斷路器；
[0020]圖4示例性地示出了如圖3所示根據本公開的一個實施例的微型斷路器的接口 ；
[0021]圖5示例性地示出了根據本公開的另一個實施例操作為電源過壓欠壓保護裝置的微型斷路器；以及
[0022]圖6示例性地示出了如圖5所示根據本公開的另一個實施例的微型斷路器的接
□ O
【具體實施方式】
[0023]現將結合附圖對本公開的實施例進行具體的描述。應當注意的是，附圖中對相似的部件或者功能組件可能使用同樣的數字標示。所附附圖僅僅旨在說明本公開的實施例。本領域的技術人員可以在不偏離本公開精神和保護範圍的基礎上從下述描述得到可替換技術方案。
[0024]圖1A示例性地圖示了根據本公開實施例的微型斷路器的分解立體圖，其中示出了第二模塊20從微型斷路器I中分離的視圖。微型斷路器I包括第一模塊10和第二模塊20，其中，第二模塊20沿著圖中虛線所示通過可插拔的接口 30與第一模塊10進行連接。圖中所示的第一模塊10的外形為U型槽為優選示例，本領域技術人員可以根據情況將第一模塊10和第二模塊20的外形設計為適合兩者相互插拔進行連接的其他形狀。接口 30在圖1A中示出為兩部分引腳，分別用於功率傳輸和信號傳輸。可替換地，本領域技術人員可以根據情況將這兩部分引腳設計為以相同的外形連續排列。第二模塊20還包括外部通信接口50，其使得該微型斷路器I能夠將相關監測和狀態信息向上位機報告，例如用於遠程監控。圖1A中還進一步示出了第一模塊10包括的動作機構122-1和122-2，兩者分別根據控制信號Tl將供電線路中的火線和零線斷開。
[0025]圖1B示例性地圖示了根據本公開實施例的微型斷路器的立體圖。如圖所示，第一模塊10和第二模塊20通過可插拔的接口 30相互連接之後，外部通信接口 50暴露在外，用於與上位機，例如遠程監控設備進行通信，向遠程監控設備報告相關監測和狀態信息。
[0026]圖2示例性地圖示了根據本公開實施例的微型斷路器的模塊圖。如圖所示，模塊化的智能微型斷路器I包括:第一模塊10、第二模塊20、和接口 30。所述第一模塊10包括測量電源11，所述測量單元11被配置為用於測量線路的電流和/或電壓，並且向第二模塊20發送電流和/或電壓的測量結果信號。微型斷路器I還包括執行單元12，所述執行單元12接收來自第二模塊的控制信號Tl，並根據該控制信號Tl使得所述線路斷開。具體地，執行單元12包括繼電器121或者電磁線圈123。微型斷路器I還包括與執行單元12相配合的動作機構122。電磁線圈123或繼電器121根據該控制信號Tl向動作機構122發送觸發信號，動作機構122，例如為圖1A和IB所示的動作機構122-1和122-2，使得所述線路斷開。通常，來自第二模塊20的控制信號Tl的電壓水平較低，例如為5V以下，例如3.3V等，而執行單元12要斷開的線路的電壓水平較高，例如為220V或者110V，因此需要由繼電器121接收控制信號Tl，並驅動動作機構122來斷開電壓水平較高的用電線路。第一模塊10還包括電源單元13，其從用電線路上獲取功率，為微型斷路器I的操作提供供電。
[0027]第二模塊20包括A/D轉換單元23、控制單元21、通信單元22、和報警單元24。所述A/D轉換單元23被配置用於將來自測量單元11的模擬信號轉換為數位訊號，以用於控制單元21進行處理。所述控制單元21被配置為針對經過轉換之後的數字測量結果信號進行判斷，以確定其是否滿足預定條件，如果一旦滿足預定條件，則向所述第一模塊10發送所述控制信號Tl。所述預定條件，例如可以是電壓或電流的測量結果超出預定閾值，或者電壓或電流的測量結果超出預定閾值一段延時時間，該預定閾值和/或該延時時間也可以進行調整或設定。所述控制單元21可以是單片機或者數字處理DSP晶片等微機控制單元。通信單元22被配置用於將控制單元21發出的控制信號Tl以及其他控制單元21所接收的信號進行不同的通信協議之間的轉換，以適於通過外部通信接口在例如乙太網、CAN總線、RS-484等工業通信網絡中使用這些信號，目的例如在於與上位機進行通信，實現例如遠程監控等功能。可選擇地，第二模塊20還可以包括報警單元24，所述報警單元24被配置為當控制單元21發出控制信號Tl時也發出報警信號，例如以燈閃爍示意或者發出蜂鳴音提示用戶等。
[0028]接口 30與所述第一模塊10和所述第二模塊20分別形成可插拔的連接，並被配置為在第一模塊10與第二模塊20之間傳送所述測量結果信號和所述控制信號Tl。進一步地，接口 30包括用於功率傳輸和信號傳輸的引腳，如圖1A所示。更具體地，接口 30所包括的用於信號傳輸的引腳，又包括兩條物理上相互獨立的路徑，即第一連接路徑31和第二連接路徑32，也稱為第一線路31和第二線路32。所述第一連接路徑31被配置為向第二模塊20發送電壓和/或電流的測量結果信號；第二連接路徑32被配置為向第一模塊10發送所述控制信號Tl。具體地，例如，第一連接路徑31可以被實現為工業領域中常用的CAN總線，或者MODBUS總線。在目前通常使用的一體化微型斷路器中，CAN總線或者MODBUS總線中也設置有適於傳送控制信號的引腳或者線路，理論上也可以接收控制信號進而實現將線路斷開的功能，但是，實際應用中，CAN總線或者MODBUS總線中所傳送的控制信號(例如為3.3V電壓)，時常受到來自高電壓信號(例如220V電壓)的幹擾，出現微型斷路器誤動作的故障。通過將用於傳送測量結果信號的第一連接路徑31和用於傳送控制信號Tl的第二連接路徑32分立設置，提高了微型斷路器I的抗幹擾性，使其更加穩定可靠。
[0029]通過本公開的微型斷路器，使得微型斷路器的強電部分和弱電部分得以分開。第一模塊10為強電模塊，適於測量例如電壓為220V或者I1V的用電線路的電壓和/或電流，並在線路出現異常情況，例如發生漏電或者電壓過高或者過低時動作，根據來自第二模塊20的控制信號將線路斷開。而第二模塊20為弱電模塊，適於對電壓和/或電流的測量信號進行處理和判斷，在滿足預定條件時向第一模塊10發送控制信號從而使得第一模塊10將線路斷開，從而實現包括用戶和用電線路的功能。
[0030]圖3示例性地示出了根據本公開的一個實施例操作為三相漏電保護裝置的微型斷路器。在這個實施例中，微型斷路器被用於三相漏電保護裝置。如圖所示，L1、L2、L3為三相用電線路，N為零線，也稱為中性線，為本領域常見的三相四線制配置。當然，微型斷路器也可以用於本領域其他常用的配置，例如單相，即一條火線和一條零線。微型斷路器的第一模塊10接入三相用電線路，通過測量單元11從三相用電線路採集電流信號。在這個實施例中，測量單元11為零序電流互感器，其作用為檢測三相用電線路中是否出現漏電流。具體地，當三相用電線路發生例如絕緣破損的情況時，線路中出現漏電流，會對用戶的人身安全造成威脅，需要微型斷路器及時將線路斷開，以保障用戶的人身安全。當三相用電線路出現漏電流時，零序互感器中會流過零序電流，即測量單元11通過接口 30的第一連接路徑31向第二模塊20發出SI和S2信號，該SI和S2信號在該具體實施例中為漏電流信號。該漏電流信號SI和S2指示三相用電線路中發生漏電流故障。第二模塊20的A/D轉換單元23和控制單元21分別對所檢測到的漏電流信號進行轉換和處理，當滿足預定條件時，第二模塊20發出控制信號Tl，其通過接口 30的第一連接路徑31向第一模塊10發送。所述預定條件例如可以為當漏電流信號S1、S2超過預定閾值，或超過預定閾值一段預定時間等。第一模塊10在接收到控制信號Tl時，由電磁線圈123向動作機構122發出動作指令，動作機構122將三相用電線路斷開，從而保護用戶的人身安全。其中微型斷路器工作所需要的電源由第一模塊10的電源單元13提供，具體地，電源單元13可以包括濾波器或者開關功率器件等，以便為微型斷路器特別是第二模塊20的工作提供穩定清潔的供電，有利於提高微型斷路器的抗幹擾性能。
[0031]圖4示例性地示出了如圖3所示根據本公開的一個實施例的微型斷路器的接口。其中示意性地示出了接口 30中所包括的主要信號路徑以及信號的方向。如圖所示，控制信號Tl從第二模塊20向第一模塊10發送，漏電流信號S1、S2從第一模塊10向第二模塊20發送，用於生成控制信號Tl的依據。而電源信號Vcc和接地信號GND則是由第一模塊10的電源模塊13提供，Vcc例如為5V或3.3V，取決於第二模塊20的電壓需求。
[0032]圖5示例性地示出了根據本公開的另一個實施例操作為電源過壓欠壓保護裝置的微型斷路器。在這個實施例中，微型斷路器被用於電源過壓和欠壓的保護裝置。通常的用電器的供電電源都要求具有一定的電壓，如果電源電壓過高或過低，都會為用電器帶來損害。在這個實施例中，微型斷路器被配置用於針對電源電壓過高(稱為過壓)或電壓過低(稱為欠壓)為用電器提供保護。
[0033]如圖5所示，第二模塊20的控制單元21根據由第一模塊10的電源單元13提供的電源Vcc和接地GND，Vcc可以為5V或3.3V，取決於控制單元21的要求。第一模塊10的測量單元11可以例如為電壓採樣電路，或者為一相或者多相電壓互感器，其測量線路的電壓信號，圖中示出所測量的電壓信號為三相電壓測量結果信號LV1、LV2、LV3，該三相電壓測量結果信號LV1、LV2、LV3通過接口 30向第二模塊20發送，並通過第二模塊20的A/D轉換單元23進行數模轉換，以進一步用於控制單元21的處理和判斷。A/D轉換單元23和控制單元21可以利用集成的數字處理晶片DSP實現，可替換地，也可以使用單獨的模塊化單元來實現。控制單元21根據三相電壓測量結果信號LV1、LV2、LV3是否滿足預定條件來發送控制信號Tl和T2，該預定條件例如可以根據三相電壓測量結果信號LV1、LV2、LV3超過預定閾值，或者超過預定閾值一段預定時間來確定。當預定條件滿足時，控制單元21向第一模塊10的執行單元12發送控制信號T1、T2。在該實施例中，執行單元12包括繼電器121，例如為磁保持繼電器，這樣，控制信號Τ1、Τ2可以為觸髮式信號。繼電器121根據所接收的控制信號Τ1、Τ2向動作機構122(圖5中未示出)發出觸發信號使其動作從而將線路斷開。
[0034]另外，第二模塊20還包括通信單元22，其與控制單元21耦合併且將所述三相電壓測量結果信號LV1、LV2、LV3，所述控制信號T1、T2等根據需要在不同的通信協議之間轉換，以用於通過外部通信接口 50(圖5中未示出)與上位機通信以實現例如遠程監控等功能。
[0035]同時，第二模塊20還包括報警單元24，其用於指示微型斷路器的工作狀態。作為示例，當繼電器121老化或工作條件劣化而出現例如融焊等故障導致繼電器121無法正常動作，報警單元24可以通過警報燈或者蜂鳴音的形式發出指示，通知用戶對故障進行處理。由於本公開的微型斷路器採用了模塊化設計，因此在例如繼電器121出現故障時，可以只更換第一模塊10，而不需更換整個微型斷路器。
[0036]圖6示例性地示出了如圖5所示根據本公開的另一個實施例的微型斷路器的接口。其中示意性地示出了接口 30中所包括的主要信號路徑以及信號的方向。如圖所示，控制信號Τ1、Τ2從第二模塊20向第一模塊10發送，來自A、B、C三相的電壓測量結果信號LVl (A)、LV2(B)、LV3(C)從第一模塊10向第二模塊20發送，用於生成控制信號T1、T2的依據。而電源信號Vcc和接地信號GND則是由第一模塊10的電源模塊13提供，Vcc例如為5V或3.3V，取決於第二模塊20的電壓需求。
[0037]另外，例如圖4和圖6中所示本公開實施例的微型斷路器的接口 30，僅示例性的示出了不同的實施例中的主要信號路徑，或稱為接口所定義的引腳。在實際應用中，由於本公開實施例的微型斷路器可以同時提供漏電流保護裝置的功能，以及電源過壓和欠壓保護裝置的功能。在這種情況下，接口 30應當包括針對電流測量結果和電壓測量結果的信號路徑或稱為引腳。本領域技術人員根據本公開的教導可以根據具體情況做出適當的修改。
[0038]通過本公開實施例的模塊化智能微型斷路器，實現了強電電路和弱電電路的分開設計，便於分別設計開發，避免重複設計。可插拔的接口設計便於實現多種通信接口的模塊化配置。由於強弱電路分開設計，尤其是在接口中提供了專用的控制信號路徑，使得弱電電路的抗幹擾能力得到增強，提高了微型斷路器的可靠性。通過定義的標準總線來連接弱電模塊和強電模塊，便於今後實現硬體的現場升級，以及整個產品的升級，不同系列的產品可以互換強電模塊和弱電模塊，最大程度低降低生產成本。模塊化、可插拔的設計方便了微型斷路器的生產和維修。
[0039]通過以上描述和相關附圖中所給出的教導，這裡所給出的本公開的許多修改形式和其它實施方式將被本公開相關領域的技術人員所意識到。因此，所要理解的是，本公開的實施方式並不局限於所公開的【具體實施方式】，並且修改形式和其它實施方式意在包括在本公開的範圍之內。此外，雖然以上描述和相關附圖在部件和/或功能的某些示例組合形式的背景下對示例實施方式進行了描述，但是應當意識到的是，可以由備選實施方式提供部件和/或功能的不同組合形式而並不背離本公開的範圍。就這點而言，例如，與以上明確描述的有所不同的部件和/或功能的其它組合形式也被預期處於本公開的範圍之內。雖然這裡採用了具體術語，但是它們僅以一般且描述性的含義所使用而並非意在進行限制。
【權利要求】
1.一種微型斷路器(I)，其特徵在於: 第一模塊(10)，被配置為測量線路的電流和/或電壓並發送測量結果信號，並根據控制信號(Tl)使得所述線路斷開； 第二模塊(20)，被配置為根據所述測量結果信號滿足預定條件發送所述控制信號(Tl);以及 接口(30)，其與所述第一模塊(10)和所述第二模塊(20)分別形成可插拔的連接，並被配置為在所述第一模塊與所述第二模塊之間傳送所述測量結果信號和所述控制信號(Tl)。2.根據權利要求1所述的微型斷路器，其特徵在於所述接口(30)包括: 第一連接路徑(31)，被配置為使得所述測量結果信號能夠被所述第二模塊(20)接收；以及 第二連接路徑(32)，被配置為使得所述控制信號(Tl)能夠被所述第一模塊(10)接收， 其中所述第一連接路徑(31)與所述第二連接路徑(32)相互獨立。3.根據權利要求1或2所述的微型斷路器，其特徵在於所述第一模塊(10)包括: 測量單元(11)，被配置為測量所述線路的電流和/或電壓； 執行單元(12)，被配置為根據所述控制信號(Tl)使得所述線路斷開；以及 電源單元(13)，被配置為從所述線路獲取功率以用於為所述微型斷路器(I)供電。4.根據權利要求1或2所述的微型斷路器，其特徵在於所述第二模塊(20)包括: 控制單元(21)，被配置為根據所述測量結果信號滿足所述預定條件發送所述控制信號(Tl);和/或 通信單元(22)，被配置為根據不同的通信協議對所述測量結果信號和/或所述控制信號(Tl)進行轉換，以通過外部通信接口 50與外部進行通信。5.根據權利要求3所述的微型斷路器，其特徵在於所述測量單元(11)包括電流採樣器件和/或電壓採樣器件。6.根據權利要求5所述的微型斷路器，其特徵在於所述電流採樣器件為一相或多相零序電流互感器。7.根據權利要求5所述的微型斷路器，其特徵在於所述電壓採樣器件為一相或多相電壓互感器。8.根據權利要求3所述的微型斷路器，其特徵在於所述執行單元(12)包括:電磁線圈(123)或繼電器(121)，被配置為根據所述控制信號(Tl)發送觸發信號。9.根據權利要求8所述的微型斷路器，其特徵在於還包括:動作機構(122)，被配置為根據所述觸發信號使得所述線路斷開。10.根據權利要求3所述的微型斷路器，其特徵在於所述電源單元(13)包括濾波器和/或開關電源。11.根據權利要求4所述的微型斷路器，其特徵在於所述第二模塊(20)還包括: A/D轉換單元(23)，被配置為將所述測量結果信號轉換為數位訊號；和/或 報警單元(24)，被配置為根據所述控制信號(Tl)發出報警信號。
【文檔編號】H02H3-04GK204290259SQ201420713713
【發明者】杜振明, 李禕博 [申請人]施耐德電氣工業公司