智能限載萬能式斷路器的製造方法

2023-04-28 06:31:16 5

智能限載萬能式斷路器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種智能限載萬能式斷路器，包括電流互感器、整流濾波電路、降壓電路、單片機、單埠脫扣模塊、數位訊號式電流檢測電路、電壓檢測電路、剩餘電流檢測電路、信號預處理器、A∕D轉換器，還設有模擬信號式電流檢測電路。與現有技術相比，本發明具有如下顯著效果：（1）本發明由於增設了模擬信號式電流檢測電路來實現短路故障快速保護方案，模擬電路響應時間極短，其上電時間為5微秒；（2）電源供電部分採用框架斷路器自身電流供電的方式，提高電路在運行中的安全可靠性，尤其重要的是大大降低了採用高壓供電時來自低壓電網的各種強幹擾；（3）本發明採用四埠脫扣模塊，可大大提高其抗幹擾能力。
【專利說明】智能限載萬能式斷路器

【技術領域】
[0001]本發明涉及斷路器【技術領域】，特別涉及一種智能限載萬能式斷路器。

【背景技術】
[0002]現有的斷路器由電流互感器、整流濾波電路、降壓電路、單片機、單埠脫扣模塊、數位訊號式電流檢測電路、電壓檢測電路、剩餘電流檢測電路、信號預處理器、八丨0轉換器組成。工作時，穿過相線的電流互感器繞組輸出感應電流，經整流濾波電路整流濾波和降壓電路降壓後輸入單片機，數位訊號式電流檢測電路、電壓檢測電路、剩餘電流檢測電路的信號分別輸入信號預處理器和經過八/ 0轉換器轉換後也輸入單片機，經單片機運算、比較處理後，若感應電流大於設定值，單片機就會輸出一電信號至單埠脫扣模塊進行脫扣動作。
[0003]但上述斷路器存在以下缺陷:
①不能滿足要求快速的上電動作時間，針對單片機電路在上電時為確保上電復位結束後工作條件還未完全建立而使晶片無法正常運行的問題，需設置一定的延時時間(例如:公司的單片機的上電復位延時定時器有72毫秒的延時時間)；另外為配置晶片各埠的功能及狀態還需在單片機投入運行後有一段初始化的時間；帶石英晶體穩頻的單片機也需要求有1024個振蕩波形的穩定時間等等；這樣對於框架斷路器在某些故障情況下(例如:在存在短路故障情況下上電)要求快速(切.1秒)脫扣跳閘反應就比較困難。
[0004]②採用交流電源供電時會受到來自電源電網的各種強幹擾。
[0005]③脫扣模塊的動作一般只採用由一個埠控制的方案，這種電路易受到幹擾。


【發明內容】

[0006]本發明的目的在於提供一種智能限載萬能式斷路器，它能滿足要求快速的上電動作時間，採用低壓電路元件大大降低了來自交流電源電網的各種強幹擾，並大大提高抗幹擾性。
[0007]本發明所提出的技術解決方案是這樣的:
一種智能限載萬能式斷路器，包括鐵芯電流互感器、整流濾波電路、降壓電路、單片機、單埠脫扣模塊、數位訊號式電流檢測電路、電壓檢測電路、剩餘電流檢測電路、信號預處理器、八/0轉換器、輸入鍵盤、液晶顯示器，穿過相線的鐵芯電流互感器副邊繞組輸出的感應電流信號經過整流濾波電路整流濾波和降壓電路降壓後輸至單片機的第一輸入端，數位訊號式電流檢測電路、電壓檢測電路、剩餘電流檢測電路輸出的信號分別輸至信號預處理器的輸入端，經過信號預處理器預處理和八/0轉換器轉換後輸至單片機的第二輸入端，單片機經運算、比較處理後將動作信號經第五輸出端輸出至單埠脫扣模塊第一輸入端，輸入鍵盤與單片機的第三輸入端連接，單片機的數據通過第六輸出端輸出至液晶顯示屏顯示，還設有模擬信號式電流檢測電路，模擬信號式電流檢測電路與數位訊號式電流檢測電路採用統一信號源，該信號源為空芯電流互感器提供，單片機的第七輸出端與模擬信號式電流檢測電路的輸入端相連，模擬信號式電流檢測電路的輸出端與單埠脫扣模塊第二輸入端相連；所述整流濾波電路和降壓電路之間設有低功耗斬波電路，所述低功耗斬波電路由第一精密電位器、第二精密電位器、低功耗電壓檢測模塊、108場效應管組成；還設有四埠脫扣模塊，所述四埠脫扣模塊設置有四個輸入埠分別與單片機的第一出端、第二出端、第三出端、第四出端)相連接，第一輸入埠和第四輸入埠並聯，第二輸入埠和第三輸入埠並聯，第一、四輸入埠與第二、三輸入埠之間設有四埠脫扣模塊脫扣線圈；模擬信號式電流檢測電路由信號調理單元、信號比較與識別單元、觸發與脫扣控制單元組成，所述空芯電流互感器副邊繞組輸出的信號輸入信號調理單元，信號調理單元的輸出端和信號比較與識別單元的輸入端連接，信號比較與識別單元的輸出端和觸發與脫扣控制單元的輸入端連接，所述觸發與脫扣控制單元的輸出端和單埠脫扣模塊第二輸入端連接，所述單片機和觸發與脫扣控制單元的輸入端連接。
[0008]與現有技術相比，本發明具有如下顯著效果:
(1)本發明由於增設了模擬信號式電流檢測電路來實現短路故障快速保護方案，模擬電路響應時間極短，為微秒數量級，其上電時間為5微秒，即在上電5微秒後就可使電路投入正常運行，這就大大加快了短路故障保護的響應速度。
[0009]( 2 )電源供電部分採用框架斷路器自身電流供電的方式，即負載電流通過互感器實現低壓供電的原理可極大地簡化電路結構，提高電路在運行中的安全可靠性；尤其重要的是大大降低了採用高壓供電時來自低壓電網的各種強幹擾。
[0010]( 3)本發明採用四埠脫扣模塊，可大大提高其抗幹擾能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發明一種智能限載萬能式斷路器的電原理框圖；
圖2是圖1中所示的第一電流檢測電路的內部電原理框圖；
圖3是圖1中所示的低功耗斬波電路的內部電原理框圖；
圖4是圖1中所示的第二脫扣模塊的內部電原理框圖。
[0012]附圖標記:1、模擬信號式電流檢測電路；2、數位訊號式電流檢測電路；3、電壓檢測電路；4、剩餘電流檢測電路；5、信號與處理器；6、八/0轉換器；7、單片機；8、輸入鍵盤；9、液晶顯示器；10、單埠脫扣模塊；11、四埠脫扣模塊；12、降壓電路；13、低功耗斬波電路；14、整流濾波電路；15、鐵芯電流互感器；16、空芯電流互感器；1-1、信號調理單元；1-2、信號比較與識別單元；1-3、觸發與脫扣控制單元；13-1、第一精密電位器；13-2、第二精密電位器；13-3、低功耗電壓檢測單元；13-4、103場效應管；101、第一輸出端；102、第二輸出端；103、第三輸出端；104、第四輸出端；105、第五輸出端；106、第六輸出端；107、第七輸出端；201、第一輸入端；202、第二輸入端；203、第三輸入端；101、單埠脫扣模塊脫扣線圈；%2、四埠脫扣模塊脫扣線圈。

【具體實施方式】
[0013]通過下面實施例對本發明智能限載萬能式斷路器作進一步詳細闡述。
[0014]參見圖1?4所示，一種智能限載萬能式斷路器，包括鐵芯電流互感器15、整流濾波電路14、降壓電路12、單片機7、單埠脫扣模塊10、數位訊號式電流檢測電路2、電壓檢測電路3、剩餘電流檢測電路4、信號預處理器5、八/0轉換器6、輸入鍵盤8、液晶顯示器9，穿過相線的鐵芯電流互感器15副邊繞組輸出的感應電流信號經過整流濾波電路14整流濾波和降壓電路12降壓後輸至單片機7的第一輸入端201，數位訊號式電流檢測電路2、電壓檢測電路3、剩餘電流檢測電路4輸出的信號分別輸至信號預處理器5的輸入端，經過信號預處理器5預處理和八/0轉換器6轉換後輸至單片機7的第二輸入端202，單片機7經運算、比較處理後將動作信號經第五輸出端105輸出至單埠脫扣模塊10第一輸入端，輸入鍵盤8與單片機7的第三輸入端203連接，單片機7的數據通過第六輸出端106輸出至液晶顯示屏9顯示，還設有模擬信號式電流檢測電路1，模擬信號式電流檢測電路1與數位訊號式電流檢測電路2採用統一信號源，該信號源為空芯電流互感器16提供，單片機7的第七輸出端107與模擬信號式電流檢測電路1的輸入端相連，模擬信號式電流檢測電路1的輸出端與單埠脫扣模塊10第二輸入端相連。當出現短路時，模擬信號式電流檢測電路會輸出信號使單埠脫扣模塊脫扣線圈101動作，實現5微秒即可響應斷電。
[0015]進一步作為優選的實施方式，所述整流濾波電路14和降壓電路12之間設有低功耗斬波電路13，所述低功耗斬波電路13由第一精密電位器13-1、第二精密電位器13-2、低功耗電壓檢測模塊13-3、103場效應管13-4組成。將三個三相電流供電用的鐵芯電流互感器輸出端經橋堆整流輸出端的正負極通過兩個串聯二極體並經電容濾波後輸出+24伏電源電壓。為避免相電流過大(例如:負載側短路)時輸出過高的電壓，採用橋堆輸出端的全波整流電壓信號去調製並聯接在整流輸出正負極的103場效應管。其工作原理如下:
當相電流還較小橋堆輸出電壓也還較低時作為「電壓監視器」的低功耗電壓檢測單元11X7050^-1的70機輸出為零，故皿)3場效應管是處在關閉狀態，當相電流增加使得其VIII輸入端的電壓達到5伏時，!11705(^-1的輸出開路，加在103場效應管的柵極就變為一個全波整流信號，但此時顯3場效應管並非變成全導通的狀態，而是處於一種被其柵極輸入的一個全波整流信號所調製。因為103場效應管的導通電壓為3.3伏左右。導通之初，103場效應管被調製的深度還比較淺；若相電流繼續增加，108場效應管被調製的深度就越深。
[0016]由於103場效應管是並接在整流輸出正負極兩端，這樣一種電路就可以起到抑制橋堆電壓的隨著相電流的增加而過渡攀升。
[0017]11X7050^-1的輸出埠為一個「漏極開路」的108場效應管。當VIII輸入電壓小於5伏時，該輸出103場效應管是處在「導通態」；當VIII輸入電壓大於5伏時，該輸出103場效應管就變成「開斷態」。
[0018]所述第一精密電位器13-1、第二精密電位器13-2用於調節整流濾波電路14電壓的基準值。
[0019]進一步作為優選的實施方式，智能限載萬能式斷路器還設有四埠脫扣模塊11，所述四埠脫扣模塊11設置有四個輸入埠分別與單片機7的第一出端101、第二出端102、第三出端103、第四出端104相連接，第一輸入埠和第四輸入埠並聯，第二輸入埠和第三輸入埠並聯，第一、四輸入埠與第二、三輸入埠之間設有四埠脫扣模塊脫扣線圈102。四埠脫扣模塊脫扣線圈102兩端不論極性如何(即:「左負右正」或「左正右負」)，只要通以24伏就能動作。四埠脫扣模塊11的四個輸入埠若:第一、四輸入埠為0及第二、三輸入埠為1或第一、四輸入埠為1及第二、三輸入埠為0均能令四埠脫扣模塊脫扣線圈102動作；四個埠的其它狀態均不能令四埠脫扣模塊脫扣線圈動作；一個短暫的幹擾脈衝更不能令其動作。
[0020]進一步作為優選的實施方式，模擬信號式電流檢測電路1由信號調理單元1-1、信號比較與識別單元1-2、觸發與脫扣控制單元1-3組成，所述空芯電流互感器16副邊繞組輸出的信號輸入信號調理單元1-1，信號調理單元1-1的輸出端和信號比較與識別單元1-2的輸入端連接，信號比較與識別單元1-2的輸出端和觸發與脫扣控制單元1-3的輸入端連接，所述觸發與脫扣控制單元1-3的輸出端和單埠脫扣模塊10第二輸入端連接，所述單片機7和觸發與脫扣控制單元1-3的輸入端連接。
[0021]所述模擬信號式電流檢測電路1結構簡單，由以下五部分組成:
①信號檢測，由空芯電流互感器16的副邊提供電流檢測信號；
②信號調理單元1-1，由運算放大器構成的加法電路構成三相電流信號的緩衝、比例放大，與組合併輸出供後級電路進行識別與比較的具有合適電平的信號；
③信號比較與識別單元1-2，由具有一定「閾值」的比較器用於識別輸入信號是否達到「短路故障電流」的電平。若高於此值，則輸出高電平並通過恆流電路對電容器充電；由於在正常情況，比較器的輸出始終處在零電平狀態，一般不易受到幹擾，即便有個別幹擾，因為上有恆流電路的限制，下有比較器輸出端零電平的鉗位作用及後端的積分電容的存在也可以被大大抑制而不至於進入到後級觸發電路的輸入端。
[0022]④觸發與脫扣控制單元1-3，前級比較器的輸出信號幅值需達到1/2電源電壓(2.5伏)的電平才能被識別並使觸發器翻轉。由於採用了成熟的555晶片使電路的穩定性得到保證。
[0023]⑤脫扣線圈驅動，採用場效應管驅動有利於保證脫扣動作功能的一致性(如採用電晶體則可能受到自身電流放大倍數及溫度變化的影響而不太可靠；如採用可控矽則易受到幹擾
[0024]如上電後工作正常，則主機控制器根據需要可通過二極體將觸發器的輸入端鉗位在低電平，即可屏蔽該模塊的功能。當主機控制器失效時，該模擬電路將自動恢復「短路保護」的功能。
【權利要求】
1.一種智能限載萬能式斷路器，包括鐵芯電流互感器(15)、整流濾波電路(14)、降壓電路(12)、單片機(7)、單埠脫扣模塊(10)、數位訊號式電流檢測電路(2)、電壓檢測電路(3)、剩餘電流檢測電路(4)、信號預處理器(5)、A/D轉換器(6)、輸入鍵盤(8)、液晶顯示器(9)，穿過相線的鐵芯電流互感器(15)副邊繞組輸出的感應電流信號經過整流濾波電路(14)整流濾波和降壓電路(12)降壓後輸至單片機(7)的第一輸入端(201)，數位訊號式電流檢測電路(2)、電壓檢測電路(3)、剩餘電流檢測電路(4)輸出的信號分別輸至信號預處理器(5)的輸入端，經過信號預處理器(5)預處理和A/D轉換器(6)轉換後輸至單片機(7)的第二輸入端(202)，單片機(7)經運算、比較處理後將動作信號經第五輸出端(105)輸出至單埠脫扣模塊(10)第一輸入端，輸入鍵盤(8)與單片機(7)的第三輸入端(203)連接，單片機(7)的數據通過第六輸出端(106)輸出至液晶顯示屏(9)顯示，其特徵在於:還設有模擬信號式電流檢測電路(1)，模擬信號式電流檢測電路(1)與數位訊號式電流檢測電路(2)採用統一信號源，該信號源為空芯電流互感器(16)提供，單片機(7)的第七輸出端(107)與模擬信號式電流檢測電路(1)的輸入端相連，模擬信號式電流檢測電路(1)的輸出端與單埠脫扣模塊(10)第二輸入端相連。
2.根據權利要求1所述的智能限載萬能式斷路器，其特徵在於:所述整流濾波電路(14)和降壓電路(12)之間設有低功耗斬波電路(13)，所述低功耗斬波電路(13)由第一精密電位器(13-1)、第二精密電位器(13-2)、低功耗電壓檢測模塊(13-3)、MOS場效應管(13-4)組成。
3.根據權利要求1所述的智能限載萬能式斷路器，其特徵在於:還設有四埠脫扣模塊(11)，所述四埠脫扣模塊(11)設置有四個輸入埠分別與單片機(7)的第一出端(101)、第二出端(102)、第三出端(103)、第四出端(104)相連接，第一輸入埠和第四輸入埠並聯，第二輸入埠和第三輸入埠並聯，第一、四輸入埠與第二、三輸入埠之間設有四埠脫扣模塊脫扣線圈(TQ2 )。
4.根據權利要求1所述的智能限載萬能式斷路器，其特徵在於:模擬信號式電流檢測電路(1)由信號調理單元(1-1)、信號比較與識別單元(1-2)、觸發與脫扣控制單元(1-3)組成，所述空芯電流互感器(16)副邊繞組輸出的信號輸入信號調理單元(1-1)，信號調理單元(1-1)的輸出端和信號比較與識別單元(1-2)的輸入端連接，信號比較與識別單元(1-2)的輸出端和觸發與脫扣控制單元(1-3)的輸入端連接，所述觸發與脫扣控制單元(1-3)的輸出端和單埠脫扣模塊(10)第二輸入端連接，所述單片機(7)和觸發與脫扣控制單元(1-3)的輸入端連接。
【文檔編號】H02H3/08GK104410037SQ201410765477
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月15日 優先權日:2014年12月15日
【發明者】王蘭軍, 冼興泉 申請人:廣東佛電電器有限公司