本發(fā)明涉及一種智能型塑料外殼式斷路器，適用于50~60Hz電網(wǎng)，使線路和電源設(shè)備免受過載、短路和接地等故障的危害，可有效保障低壓配電電網(wǎng)的安全，是一種可靠、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行的智能型斷路器裝置。

背景技術(shù)：

為了適應(yīng)電網(wǎng)容量的不斷增大，低壓配電與控制系統(tǒng)日益復(fù)雜化，對低壓電器產(chǎn)品的性能與結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。要打造智能電網(wǎng)，必定離不開作為電網(wǎng)基礎(chǔ)的低壓配電系統(tǒng)與低壓電器元件的智能化，而其起控制與保護(hù)作用的核心器件是斷路器，因此塑殼斷路器的智能化自然成了低壓電器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢。

雖然國內(nèi)斷路器行業(yè)已經(jīng)歷經(jīng)了幾十年的發(fā)展，其生產(chǎn)、工藝水平較之剛開始已經(jīng)有了翻天覆地的變化，但仍存在功能單一，測量誤差大，保護(hù)特性誤差也較大，用戶又不能調(diào)節(jié)，不能聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)距離控制等問題，且放眼世界，中國廠家的斷路器水平在國際仍處于落后地位，國內(nèi)高端市場長期被國外企業(yè)獨(dú)霸，因此，研發(fā)、生產(chǎn)智能的低壓斷路器勢在必行，以達(dá)到多功能、小型化、高分?jǐn)?、附件模塊化、智能化、可通信、支持現(xiàn)場總線的目的，更有效的保障低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有塑殼斷路器的缺點(diǎn)，研制一種可靠性和安全性高的智能斷路器裝置，滿足采樣、動作時間精度高、故障檢測可靠、脫扣速度快等技術(shù)要求。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種智能型塑料外殼式斷路器：包括控制器模塊、采集模塊、電源模塊、脫扣模塊、控制電路和全橋整流模塊，其技術(shù)方案是：控制器模塊通過控制電路控制采集模塊對電網(wǎng)信號的采樣頻率；控制器模塊根據(jù)采集模塊采集到的電網(wǎng)數(shù)據(jù)輸出邏輯電平信號，控制脫扣模塊動作；

所述的電源模塊包括電壓生成模塊和吸收控制模塊，輸出感應(yīng)電流經(jīng)過全橋整流模塊整流后，其正極輸出端連接電源模塊為控制器模塊和脫扣模塊供電；其中，所述的全橋整流模塊與電壓生成模塊之間連接有用于泄放大電流的吸收控制模塊；所述的控制電路并聯(lián)在吸收控制模塊上，用于控制電壓生成模塊的輸出電壓。

其中，所述的采集模塊用來采集電網(wǎng)信息：全橋整流模塊直接連接電網(wǎng)，采集模塊連接在全橋整流模塊的負(fù)極輸出端，對電網(wǎng)中采集的小信號通過十倍放大通道進(jìn)行放大采樣；大信號直接通過一倍采樣通道進(jìn)行采樣，以提高采樣精度；所述的控制電路連接在全橋整流模塊的正極輸出端，用于控制采集模塊的工作頻率。

其中，所述的電源模塊采用自供電模式：感應(yīng)電流經(jīng)過全橋整流模塊整流后正極輸出端連接電壓生成模塊后輸出供電電壓Vcc為控制器模塊供電；所述的電壓生成模塊與全橋整流模塊之間連接有用于泄放大電流的吸收控制模塊；所述的控制電路并聯(lián)在吸收控制模塊上，用于控制電壓生成模塊的電壓。

其中，所述的控制電路為MOS管的漏極為輸入端，MOS管的柵極連接到控制器模塊上，作為控制端； MOS管的源極連接電阻并聯(lián)在MOS管的柵極上；MOS管并聯(lián)有保護(hù)二極管。

所述的一種智能型塑料外殼式斷路器還包括參數(shù)存儲模塊、通信模塊、參數(shù)設(shè)定模塊，其技術(shù)方案是：參數(shù)存儲模塊連接控制器模塊，用于存儲采集模塊采集的電網(wǎng)數(shù)據(jù)；參數(shù)設(shè)定模塊連接至控制器模塊，用于設(shè)定保護(hù)特性值；通信模塊連接控制器模塊，實(shí)現(xiàn)對斷路器的遙控和采集數(shù)據(jù)的上傳聯(lián)網(wǎng)。

本發(fā)明采用分段采樣技術(shù)可同時精確測量大信號和小信號，小信號通過十倍放大通道進(jìn)行放大采樣，能夠提高其采樣精度；大信號直接通過一倍采樣通道進(jìn)行采樣，保證采樣范圍在額定值以內(nèi)，能夠可靠采樣。電流采樣回路使用全波整流，互感器產(chǎn)生的電流既可以給通信模塊供電，又可以采用平均值計算的方法計算電流的有效值，簡化了電路的同時也簡化了電流算法。供電電源為互感器自生電源，可以隨負(fù)載電流的增大自動開始工作，是一種理想的供電方式。同時，提供了通信接口，支持現(xiàn)場總線，可以實(shí)現(xiàn)各種故障報警、斷路器在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)遙測、遙信和遙控功能，更適合于低壓配、用電網(wǎng)的信息交換，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。

圖2為本發(fā)明中采樣模塊的框圖。

圖3為本發(fā)明中電源模塊的框圖。

圖4為采樣模塊電路示意圖。

圖5為電源模塊電路示意圖。

圖6參數(shù)設(shè)定模塊電路示意圖。

其中，1.采集模塊；2.控制器模塊；3.電源模塊；4.脫扣模塊；5. 參數(shù)存儲模塊；6.通信模塊；7.參數(shù)設(shè)定模塊；8.控制電路；9.全橋整流模塊；10.輔助觸點(diǎn)。

其中，101.十倍放大通道；102.一倍放大通道；301. 電壓生成模塊；302.吸收控制模塊302。

具體實(shí)施方式

如圖1~3所示，一種智能型塑料外殼式斷路器，包括控制器模塊2、采集模塊1、電源模塊3、脫扣模塊4、控制電路8和全橋整流模塊9，其技術(shù)方案是：控制器模塊2通過控制電路8控制采集模塊1對電網(wǎng)信號的采樣頻率；控制器模塊2根據(jù)采集模塊1采集到的電網(wǎng)數(shù)據(jù)輸出邏輯電平信號，控制脫扣模塊4動作；

所述的電源模塊3包括電壓生成模塊301和吸收控制模塊302，輸出感應(yīng)電流經(jīng)過全橋整流模塊9整流后，其正極輸出端連接電源模塊3為控制器模塊2和脫扣模塊4供電；其中，所述的全橋整流模塊9與電壓生成模塊301之間連接有用于泄放大電流的吸收控制模塊302；所述的控制電路8并聯(lián)在吸收控制模塊302上，用于控制電壓生成模塊301的輸出電壓。

其中，所述的控制電路8為MOS管Q2的漏極為輸入端，MOS管Q2的柵極連接到控制器模塊2上，作為控制端，控制電源模塊3中的電容充/放電和采樣模塊1采樣； MOS管Q2的源極連接第六電阻R6并聯(lián)在MOS管Q2的柵極上；MOS管Q2并聯(lián)有保護(hù)二極管D1。

其中，所述的采集模塊1用于采集電網(wǎng)信息：采集模塊1連接在全橋整流模塊9的負(fù)極輸出端，對電網(wǎng)中采集的小信號通過十倍放大通道101進(jìn)行放大采樣；大信號直接通過一倍采樣通道102進(jìn)行采樣，以提高采樣精度；所述的控制電路8連接在全橋整流模塊9的正極輸出端，用于控制采集模塊1的采樣頻率。

其中，所述的電源模塊3中，感應(yīng)電流經(jīng)過全橋整流模塊9整流后正極輸出端連接電壓生成模塊301輸出供電電壓Vcc為控制器模塊2供電；所述的全橋整流模塊9與電壓生成模塊301之間連接有用于泄放大電流的吸收控制模塊302，輸出12v為脫扣裝置4供電。

具體的， 如圖4所示，所述的采集模塊1中包括十倍放大通道101和一倍采樣通道102，其中，電網(wǎng)信號通過全橋整流模塊9后負(fù)極輸出端連接采樣電阻第一電阻R1后接地，同時并聯(lián)由第二電阻R2和第一電容C1組成的R-C濾波電路后通過并聯(lián)關(guān)系的十倍放大通道101和一倍采樣通道102后連接至控制器模塊2。

所述的大信號和小信號是指輸入電壓的幅值大小。

其中，十倍放大通道101由第三電阻R3、第五電阻R5和MCP6004中的一個運(yùn)放組成；一倍采樣通道102由第四電阻R4、第六電阻R6和MCP6004中的另一個運(yùn)放組成；所述的第三電阻R3和第四電阻R4并聯(lián)在第二電阻R2和第一電容C1之間。

所述的MCP6004是常用的四運(yùn)算放大器。

所述的全橋整流模塊9為MB6s。

采樣時，控制電路8中的 MOS 管Q2在控制器裝置2的控制下導(dǎo)通，使2歐的采樣電阻第一電阻R1接在全橋整流模塊9的負(fù)極輸出端。如圖3中，第一電阻R1電阻為采樣電阻，使電流信號轉(zhuǎn)為電壓信號，第二電阻R2和第一電容C1為濾波電路，可以消除采樣信號中的雜波，第四電阻R4、第六電阻R6和MCP6004的一個運(yùn)放，構(gòu)成了一個放大電路，放大倍數(shù)為15K/12K=1.25倍；同理，第三電阻R3、第五電阻R5和MCP6004的一個運(yùn)放，構(gòu)成了放大倍數(shù)為150K/12K=12.5倍的放大電路，由于智能塑殼控制器的采樣范圍比較廣，從0—14倍的額定值，如果只是單純的使用同一個放大倍數(shù)的電路，會使小信號時，電流計算不精確或者大信號時超過的控制器模塊2的采樣量程；而且一倍和十倍放大的電路采用并列的形式，可以有效的防止一級采樣有誤影響二級采樣的情況，控制器模塊2工作起來更穩(wěn)定、更可靠。

具體的，如圖5所示，所述的電源模塊3中的吸收控制模塊302用于吸收高于12v的電壓，并泄放電壓，使電壓控制在12v，為脫扣模塊4供電，其電路是：第一三極管Q1基極連接第五穩(wěn)壓二極管D5的正極；第五穩(wěn)壓二極管D5的負(fù)極連接第七電阻R7；第七電阻R7串聯(lián)第八電阻R8后連接至第一三極管Q1的集電極；第一三級管Q1的發(fā)射極接地；同時第五穩(wěn)壓二極管D5的正極與第一三極管Q1的發(fā)射極并聯(lián)第十一電阻R11；電流互感器從三相供電線路感應(yīng)電流，經(jīng)過全橋整流模塊9整流后連接在第五穩(wěn)壓二極管D5的負(fù)極和第七電阻R7之間；第五穩(wěn)壓二極管D5的擊穿電壓為12 V。

所述的電壓生成模塊301用于生成5v電壓，為控制器模塊2供電，其電路是：電流互感器從三相供電線路感應(yīng)電流，經(jīng)過全橋整流模塊9整流后正極連接第二二極管D2和第四二極管D4，第二二極管D2和第四二極管D4之間設(shè)置有接地的充電電容第三電容C3和第四電容C4；第四二極管D4的負(fù)極連接第三三極管Q3的集電極；第三三極管的基極連接第六穩(wěn)壓二極管D6的負(fù)極后連接第七二極管D7后接地；第三三極管Q3的發(fā)射極輸出5V 的Vcc，為控制器模塊2供電；所述的第三三極管Q3的基極連接第十電阻R10后連接至第三三極管Q3的集電極；第三三極管Q3的發(fā)射極通過第六電容C6與第七電容接地，進(jìn)行濾波；第六穩(wěn)壓二極管D6的擊穿電壓為5V。

吸收控制模塊302使用互感器的自生電源供電，電源只與通過母線電流有關(guān)，當(dāng)三相運(yùn)行電流達(dá)到0.1In 或單相運(yùn)行電流達(dá)到0.2In時，吸收控制模塊302即正常工作；當(dāng)三相運(yùn)行電流過大時，即電源能量過高時，吸收控制模塊302會自動泄放電源能量，保證工作電源的穩(wěn)定性，防止電子器件由于電壓過高導(dǎo)致?lián)p壞?？刂破髂K2輸出PWM波來控制電源模塊3中的開關(guān)管接地，來實(shí)現(xiàn)電路中電壓的穩(wěn)定。

電流互感器分別從被保護(hù)線路感應(yīng)得到交流電流，經(jīng)過全橋整流模塊9后，疊加得到直流輸入電流，給充電電容第三電容C3和第四電容C4充電，使得電容兩端的電壓升高，當(dāng)電壓超過12V時，第五穩(wěn)壓二極管D5和第十一電阻R11構(gòu)成的回路會導(dǎo)通；若電壓繼續(xù)升高，會使第十一電阻R11兩端產(chǎn)生電壓，會使第一三極管Q1導(dǎo)通，從而泄放一部分電流。但是如果持續(xù)大電流，會使電路燒壞，需要軟件調(diào)節(jié)；控制器模塊2的MOS_G端連接MOS管Q2的柵極，輸出PWM控制信號，使MOS管Q2導(dǎo)通，泄露電流；當(dāng)MOS_G信號為低電平時，MOS管Q2截止，輸入電流可以為充電電容第三電容C3和第四電容C4充電，使電壓升高，當(dāng)MOS_G信號為高電平時，MOS管Q2導(dǎo)通，輸入電流全部通過MOS管Q2流向地，第三電容C3和第四電容C4放電，使輸出電壓降低，第三電容C3和第四電容C4周期性的充放電可以實(shí)現(xiàn)電源的輸出。

經(jīng)過PWM調(diào)節(jié)得到的輸出電壓為12V，可以供脫扣裝置4工作，但是控制器模塊2工作電壓為5V，還需要進(jìn)一步的電源轉(zhuǎn)換。+5V的電源由 第十電阻R10、第六穩(wěn)壓二極管D6、第七二極管D7、第三三極管Q3組成的限壓器提供。因?yàn)楫?dāng)?shù)谌龢O管 Q3 集電極電位大于 5.7V 時，第三三極管Q3 的基極電位被限制在 5.7V，在 Vcc 帶負(fù)載的情況下 第三三極管Q3 飽合導(dǎo)通，此時第三三極管 Q3 發(fā)射極電位為 5.7V-0.7V=5V，當(dāng)?shù)谌龢O管 Q3 集電極電位小于 5.7V 時，第三三極管Q3 的集電極電位與發(fā)射極電位相同。

所述的一種智能型塑料外殼式斷路器還包括參數(shù)存儲模塊5、通信模塊6、參數(shù)設(shè)定模塊7，其技術(shù)方案是：參數(shù)設(shè)定模塊7連接至控制器模塊2，用于設(shè)定保護(hù)特性值，并將保護(hù)特性值存儲至參數(shù)存儲模塊5中；通信模塊6連接控制器模塊2，實(shí)現(xiàn)對斷路器的遙控和采集數(shù)據(jù)的上傳聯(lián)網(wǎng)；參數(shù)存儲模塊5連接控制器模塊2，用于存儲/讀取采集模塊采集的電網(wǎng)數(shù)據(jù)以及參數(shù)設(shè)定模塊7輸入的保護(hù)特性值。

所述的參數(shù)設(shè)定模塊7由六個旋鈕編碼開關(guān)來完成，其使用功能分別為：Ir1調(diào)整、t1調(diào)整、Ir2調(diào)整、t2調(diào)整、Ir3調(diào)整、Ip調(diào)整、tp調(diào)整。旋鈕編碼開關(guān)為“8421”BCD編碼，共10個編碼位置。

本裝置可靈活選擇保護(hù)類型，并可對各保護(hù)類型的參數(shù)進(jìn)行靈活修改與設(shè)置?？蓪⒀b置配置為具有過載長延時、短路瞬時的兩段保護(hù)特性的非選擇型斷路器，應(yīng)用與配電線路或系統(tǒng)末端，直接連接用電設(shè)備，在短路或接地故障發(fā)生時，可以盡快甚至瞬間切斷電路；可將裝置配置為具有過載長延時、短路短延時和短路瞬時的三段保護(hù)特性的斷路器，用于樹干式或混合式配電方式的系統(tǒng)保護(hù)中。

在使用本裝置時，首先要先計算被保護(hù)設(shè)施的最大短路電流。在短路保護(hù)中，要注意在負(fù)荷變化后及時調(diào)整保護(hù)的整定值，防止因?yàn)檎ㄖ颠^小而頻繁跳閘，影響供電質(zhì)量。或者整定值過大，使線路和設(shè)備得不到有效保護(hù)；在過載延時保護(hù)中，要充分考慮用電設(shè)備的額定電流，以及允許長時間通過的電流，過載有個熱量積累的過程，保護(hù)動作要有選擇性，對于短時過電流，保護(hù)但不動作，在過載一定時間范圍內(nèi)，保護(hù)動作，切斷電源。

所述的控制裝置2上還可以添加輔助觸點(diǎn)10，增加設(shè)備功能擴(kuò)展。

本裝置還可與一些電氣輔助裝置和保護(hù)附件拼裝在一起，擴(kuò)展使用范圍，比如組成帶剩余電流動作保護(hù)的斷路器、帶分勵脫扣的斷路器、帶欠壓脫扣的斷路器等等。 其中帶剩余電流動作保護(hù)的斷路器最為常見。它可使電子式漏電器體積更小、精度更高，并提高其靈敏度和抗干擾性。

在使用過程中，通過通信模塊6可以支持現(xiàn)場總線，實(shí)現(xiàn)各種故障報警、斷路器在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)遙測、遙信和遙控功能，更適合于低壓配、用電網(wǎng)的信息交換，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。