永磁断路器的控制器、系统及方法与流程

本发明涉及断路器控制技术领域，尤其是涉及一种永磁断路器的控制器、系统及方法。

背景技术：

断路器是一种能够断开和闭合正常和异常回路的电流开关器件，可用来接通和分断负载电路，断路器已经成为配电网中不可缺少且非常重要的保护电器。

目前，传统的断路器主要分为永磁式断路器和弹簧式断路器，弹簧式断路器包括弹簧操动机构，是由复杂的传动机构组成的机械系统，需要较多的机械零件，这不仅成本高，而且可靠性不足。相比于弹簧式断路器，永磁式断路器包含有永磁机构，具有故障率低，分合闸速度快、机械零部件少等优势，因而在电力系统中得到了广泛应用。

但是，传统的永磁式断路器功能单一，只能进行分合闸操作。随着科学技术的发展，对永磁断路器的控制提出了更加复杂的控制要求，然而目前尚没有一种可靠的控制器来对其进行有效的控制，因此，需要开发一种永磁断路器的控制器以适应智能化的发展趋势。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种永磁断路器的控制器、系统及方法，能够用于断路器控制领域，实现对永磁断路器的有效控制，以适应智能化的发展趋势。

第一方面，本发明实施例提供了一种永磁断路器的控制器，所述控制器包括：电源模块、执行模块、控制模块和通信模块；其中，

所述电源模块、所述执行模块和所述通信模块均与所述控制模块相连接，所述电源模块与所述执行模块相连接；

所述电源模块用于给所述执行模块和所述控制模块提供工作电源；

所述执行模块包括储能电容模块和分合闸输出模块，所述储能电容模块与所述分合闸输出模块相连接，所述分合闸输出模块用于控制永磁断路器的机构线圈，所述储能电容模块与所述控制模块相连接；

所述控制模块为具有编程功能的微处理器，用于进行数据采集和处理；

所述通信模块用于提供所述控制模块和上位机之间交互信息和命令的通信传输通道。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，该控制器还包括无源分合闸模块，所述无源分合闸模块包括无源分合闸节点，用于接收外部的无源分合闸信号，执行无源分合闸操作。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述电源模块包括主电源模块和备用电池，所述主电源模块和所述备用电池之间设置有ats转换开关，所述ats转换开关用于在所述主电源模块和所述备用电池之间进行自动切换，所述主电源模块为接入市电并将市电转换成直流电输出的开关电源，所述备用电池为蓄电池组。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该控制器还包括电池容量监测模块，所述电池容量监测模块分别与所述备用电池和所述控制模块相连接，所述电池容量监测模块用于实时监测所述备用电池的剩余电量值，并将所述剩余电量值传输至控制模块。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，该控制器还包括发电机，所述发电机用于当所述电源模块异常时提供电力支持。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，该控制器还包括电流互感器和/或电压互感器，所述电流互感器和/或电压互感器设置在各条通电线路上，通过线路与控制模块相连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，该控制器还包括位置传感器，所述位置传感器与所述控制模块相连接，用于监测永磁断路器的分合闸状态感应信号，并将分合闸状态感应信号传输至所述控制模块。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，该控制器还包括电容容量监测模块，所述电容容量监测模块分别与所述储能电容模块和所述控制模块相连接，所述电容容量监测模块用于监测所述储能电容模块的容量并将监测信号传输至控制模块。

第二方面，本发明实施例还提供一种永磁断路器的控制系统，包括：上位机、永磁断路器和第一方面及其可能的实施方式中任一项所述的控制器，所述上位机与所述控制器通讯连接，所述永磁断路器与所述控制器电连接。

第三方面，本发明实施例还提供一种永磁断路器的控制方法，包括以下步骤：

接通市电，电源模块为储能电容模块进行充电储能；

控制模块接收上位机的分合闸指令；

控制模块根据所述分合闸指令控制所述储能电容模块通过分合闸输出模块输出分合闸电流至永磁断路器的机构线圈，以使所述永磁断路器执行分合闸操作。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例提供了一种永磁断路器的控制器、系统及方法，其中，本发明实施例提供的永磁断路器的控制器，包括：电源模块、执行模块、控制模块和通信模块；电源模块、执行模块和通信模块均与控制模块相连接，电源模块与执行模块相连接；电源模块用于给执行模块和控制模块提供工作电源；执行模块包括储能电容模块和分合闸输出模块，储能电容模块与分合闸输出模块相连接，分合闸输出模块用于控制永磁断路器的机构线圈，储能电容模块与控制模块相连接；控制模块为具有编程功能的微处理器，用于进行数据采集和处理；通信模块用于提供控制模块和上位机之间交互信息和命令的通信传输通道。因此，本发明实施例提供的技术方案，用于断路器控制领域，实现对永磁断路器的有效控制，以适应智能化的发展趋势。通过电源模块对执行模块的储能电容模块进行储能，控制模块控制储能电容模块通过分合闸输出模块释放分合闸电流至永磁断路器的永磁机构的机构线圈，实现对永磁断路器的有效控制，同时，控制模块能够与上位机进行数据和信号传输通讯，以适应智能化的发展趋势。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的永磁断路器的控制器的结构示意图；

图2为图1中的电源模块的示意图；

图3为本发明实施例二提供的永磁断路器的控制器的结构示意图；

图4为本发明实施例二中提供的永磁断路器的控制器的外观示意图；

图5为本发明实施例三提供的永磁断路器的控制系统的示意图；

图6为本发明实施例四提供的永磁断路器的控制方法的流程图。

图标：10-控制模块；11-通信模块；12-执行模块；121-储能电容模块；122-分合闸输出模块；13-电源模块；131-主电源模块；132-备用电池；133-ats转换开关；14-发电机；15-位置传感器；16-状态指示灯；17-无源分合闸模块；2-壳体；21-安装孔；22-接口；400-永磁断路器；500-上位机；600-控制器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，传统的断路器主要分为永磁式断路器和弹簧式断路器，弹簧式断路器包括弹簧操动机构，是由复杂的传动机构组成的机械系统，需要较多的机械零件，这不仅成本高，而且可靠性不足。相比于弹簧式断路器，永磁式断路器包含有永磁机构，具有故障率低，分合闸速度快、机械零部件少等优势，因而在电力系统中得到了广泛应用。但是，传统的永磁式断路器功能单一，只能进行分合闸操作。随着科学技术的发展，对永磁断路器的控制提出了更加复杂的控制要求，然而目前尚没有一种可靠的控制器来对其进行有效的控制，基于此，本发明实施例提供的一种永磁断路器的控制器、系统及方法，能够用于断路器控制领域，实现对永磁断路器的有效控制，以适应智能化的发展趋势。

实施例一：

本发明实施例提供了一种永磁断路器的控制器，可应用于永磁断路器控制领域。如图1所示，该控制器包括：控制模块10、通信模块11、执行模块12和电源模块13。

其中，通信模块11、执行模块12和电源模块13分别与控制模块10相连接，执行模块12与电源模块13相连接。

电源模块13用于给执行模块12和控制模块10提供工作电源。

执行模块12包括储能电容模块121和分合闸输出模块122，储能电容模块121与分合闸输出模块122相连接，分合闸输出模块122用于控制永磁断路器的机构线圈，储能电容模块121与控制模块10相连接。

控制模块10为具有编程功能的微处理器，用于进行数据采集和处理；控制模块10包括逻辑判断单元，用于对采集信号进行逻辑判断，控制模块10与执行模块12的控制端和通信模块11的信号端电连接。

通信模块11用于提供控制模块10和上位机之间交互信息和命令的通信传输通道。

具体的，控制模块10包括微控制器，微控制器采用stm32f407单片机。控制模块10作为控制单元，能够对永磁断路器进行监测和控制，具有运算速度块，快速进行数据处理、逻辑判断、接收和发送信号。

通信模块11用于与外部(例如上位机)进行信号和数据通讯，接收和发送数据和信号指令。进一步的是，通信模块11包括无线通信模块和有线通信模块，有线通信模块可以是can总线接口、rs232串口或者rs485串口，无线通信模块可以是gprs网络模块、短信模块、zigbee网络模块、cdma网络模块、gsm网络模块、wifi模块或者蓝牙模块，优选的是，通信模块11为gprs网络模块。

执行模块12作为执行机构，执行模块12包括储能电容模块121和分合闸输出模块122，具体的，储能电容模块121包括多个分合闸储能电容器，储能电容模块121用于接收控制模块10的控制信号，通过分合闸输出模块122输出分合闸电流至永磁断路器的机构线圈，以使永磁断路器执行分合闸操作，进一步的，储能电容模块121接收到控制模块10的分合闸指令，输出分合闸电流至分合闸输出模块122，分合闸输出模块122控制永磁断路器的机构线圈进行合分闸操作。

本发明实施例提供了一种永磁断路器的控制器、系统及方法，其中，本发明实施例提供的永磁断路器的控制器，包括：电源模块、执行模块、控制模块和通信模块；电源模块、执行模块和通信模块均与控制模块相连接，电源模块与执行模块相连接；电源模块用于给执行模块和控制模块提供工作电源；执行模块包括储能电容模块和分合闸输出模块，储能电容模块与分合闸输出模块相连接，分合闸输出模块用于控制永磁断路器的机构线圈，储能电容模块与控制模块相连接；控制模块为具有编程功能的微处理器，用于进行数据采集和处理；通信模块用于提供控制模块和上位机之间交互信息和命令的通信传输通道。因此，本发明实施例提供的技术方案，用于断路器控制领域，实现对永磁断路器的有效控制，以适应智能化的发展趋势。通过电源模块对执行模块的储能电容模块进行储能，控制模块控制储能电容模块通过分合闸输出模块释放分合闸电流至永磁断路器的永磁机构的机构线圈，实现对永磁断路器的有效控制，同时，控制模块能够与上位机进行数据和信号传输通讯，以适应智能化的发展趋势。

进一步的是，为了提高供电的可靠性，如图2所示，电源模块13包括主电源模块131和备用电池132，主电源模块131与备用电池132之间设置有ats转换开关133，ats是自动转换开关(automatictransferswitch)的缩写，ats转换开关133用于在主电源模块131和备用电池132之间进行切换。

ats转换开关133用于在主电源模块131和备用电池132之间进行自动切换，本发明实施例中的ats转换开关133选用具有手动互锁切换和自动互锁切换功能的双电源自动切换开关，实现电气互锁和机械互锁功能，以保证供电的连续性。具体的，ats转换开关133包括两个交流接触器、一个机械互锁机构以及过流保护电路，优选的，本发明实施例中双电源自动切换开关包括两个同型号的tj40系列的交流接触器、以及一个机械联锁mi3，用以实现对主电源模块131和备用电池132的手动互锁切换和自动互锁切换。同时，由于该双电源自动切换开关中还包括过流保护电路，过流保护电路能够提供短路保护和过流保护，具体的，过流保护电路中包括串联连接的双向晶闸管和熔断丝，双向晶闸管与交流接触器的主触头并联连接。

主电源模块131为接入市电并将市电转换成直流电输出的开关电源，具体的，主电源模块131采用的是输入为220v交流、输出为24v直流的开关电源。

备用电池132为蓄电池组。具体的，蓄电池组由两节12v或者四节6v的蓄电池串联组成。其中，蓄电池组中的蓄电池可以是铅酸蓄电池、锂蓄电池或者镍铁蓄电池的任意一种，优选的是，蓄电池组蓄电池组中的蓄电池为锂蓄电池，可反复多次充电，绿色无污染，节能环保。

本发明实施例中的电源模块采用主电源模块和备用电池的双电源供电模式，当主电源模块异常情况下，例如失电，ats转换开关133切换到备用电池进行供电，从而实现持续供电，提高了可靠性，增强了控制器的适用性。

优选的是，该控制器还包括电池容量监测模块(未示于图中)，电池容量监测模块分别与备用电池132和控制模块10相连接，电池容量监测模块用于实时监测所述备用电池的剩余电量值，并将所述剩余电量值传输至控制模块。

为了进一步保证控制器的供电安全，该控制器还包括发电机14。发电机14分别与执行模块12和控制模块10相连接。发电机14和电源模块13之间设置有电源切换开关(未示于图中)，电源切换开关用于紧急状态下，当电源模块13异常时，例如蓄电池组电量低导致的驱动电流不足时，切换到发电机14对控制器(例如主要对执行模块12和控制模块10)提供电力支持，以维持连续供电。

进一步的是，发电机14可以是柴油发电机，也可以是手摇发电机，优选的是，发电机14为手摇发电机，手摇发电机包括永磁发电机和高频整流稳压电路，永磁发电机通过高频整流稳压电路为储能电容模块充电。

进一步的是，手动发电机还包括手摇机构和变速传动机构，手摇机构通过变速传动机构与永磁发电机转子相接。

为了实现对储能电容模块的监控，防止电容器过充导致电容器寿命缩短，优选的是，控制器还包括电容容量监测模块(未示于图中)，电容容量监测模块分别与储能电容模块121和控制模块10相连接，电容容量监测模块用于监测储能电容模块121的容量并将监测信号传输至控制模块10。具体的，电容容量监测模块包括电压测量单元，用于测量电容器两端电压值，并将测得的电压值传输至控制模块10，控制模块10根据测得的电压值与预设的阈值进行比较，有效的防止电容过充，损坏电容器。

实施例二：

本发明实施例提供了一种断路器的控制器，如图3所示，该控制器包括：控制模块10、通信模块11、执行模块12和电源模块13。

其中，通信模块11、执行模块12和电源模块13分别与控制模块10相连接，执行模块12与电源模块13相连接。

电源模块13用于给执行模块12和控制模块10提供工作电源。

执行模块12包括储能电容模块121和分合闸输出模块122，储能电容模块121与分合闸输出模块122相连接，分合闸输出模块122用于控制永磁断路器的机构线圈，储能电容模块121与控制模块10相连接。

控制模块10为具有编程功能的微处理器，用于进行数据采集和处理；控制模块10包括逻辑判断单元，用于对采集信号进行逻辑判断，控制模块10与执行模块12的控制端和通信模块11的信号端电连接。

通信模块11用于提供控制模块10和上位机之间交互信息和命令的通信传输通道。

进一步的是，该控制器还包括位置传感器15，位置传感器15通过线路与控制模块10相连接，用于监测永磁断路器的分合闸状态感应信号，并将分合闸状态感应信号传输至控制模块10。

优选的是，该控制器还包括无源分合闸模块17，无源分合闸模块17与控制模块10相连接，无源分合闸模块17包括无源分合闸节点，用于接收外部的无源分合闸信号，执行无源分合闸操作，具体的，外部开关可以并联连接到无源分合闸节点上，进行无源分合闸操作，提高了控制器的控制能力，扩大其应用范围。需要说明的是，无源分合闸节点不能引入任何有源信号，以免损坏控制器。

为了获取通电线路的电流和/或电压信息，该控制器还包括电流互感器和/或电压互感器(未示于图中)，所述电流互感器和/或电压互感器设置在各条通电线路上，通过线路与控制模块10相连接。

需要说明的是，该控制器还可以包括报警器和人机交互界面(未示于图中)，所述报警器和所述人机交互界面分别与控制模块10相连接，所述报警器用于故障或者供电异常进行报警，提醒相关工作人员进行注意，具体的，报警器采用声光报警器，引人瞩目；人机交互界面包括多种功能按键，例如合闸按键、分闸按键等。具体的，人机交互界面选用lcd(liquidcrystaldisplay)液晶显示屏，具有分辨率高、使用寿命长、能源消耗低、成本低等优点，人机交互界面一方面用于直观的显示信号和参数信息，另一方面用于对设备进行调试、检修。还可以进行功能操作。此外，该控制器还包括温度采集模块(具体为温度传感器)和光电耦合模块(光电耦合器，用于实现电气隔离)，温度采集模块通过光电耦合模块与控制模块10相连接。该控制器还集成有防跳和闭锁回路。

如图4所示，该控制器还包括壳体2，壳体2上设置有安装孔21和接口22，通过安装孔21可以方便的对控制器进行拆卸和组装，以实现对内部电路板的检修、维护以及方便的进行元器件更换等，通过在壳体2上设置多种接口22，可以实现与外部设备(例如断路器、上位机等)的连接。

壳体2用于保护内部的元器件(控制模块10、通信模块11、执行模块12等)和外围电路组成的电路板不受损坏，可以防止灰尘、空气中的水汽等杂质影响内部各电路的性能，避免外界杂质损坏电路板，从而延长电路板的使用寿命。优选的是，壳体2为绝缘外壳，壳体2接地。具体的，壳体2包括铝合金外壳以及以喷涂的方式涂覆在铝合金外壳上的绝缘漆。

进一步的是，壳体2上设置有状态指示灯16，状态指示灯16与控制模块10相连接。状态指示灯16用于指示永磁断路器的工作状态(正常或者故障)，具体的，状态指示灯16采用led指示灯。

实施例三：

如图5所示，本发明实施例还提供一种永磁断路器的控制系统，该控制系统包括永磁断路器400、上位机500以及实施例一或者实施例二中所述的控制器600，上位机500与控制器600通讯连接。永磁断路器400与控制器600电连接。

具体的，上位机500与控制器600通过通信模块通讯连接，永磁断路器400的机构线圈通过线路与控制器600的执行模块相连接。

本发明实施例提供的永磁断路器的控制系统，与上述实施例提供的永磁断路器的控制器具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

实施例四：

如图6所示，本发明实施例还提供了一种永磁断路器的控制方法，包括以下步骤：

s101：接通市电，电源模块为储能电容模块进行充电储能。

s102：控制模块接收上位机的分合闸指令。

s103：控制模块根据分合闸指令控制储能电容模块通过分合闸输出模块输出分合闸电流至永磁断路器的机构线圈，以使永磁断路器执行分合闸操作。

进一步的是，该方法还可以包括以下步骤：

控制模块在第一预设时间内接收位置传感器传输永磁断路器的分合闸状态感应信号。

若接收到位置传感器发送的分合闸状态感应信号，则发送分合闸完成信号至上位机。

若未接收到，则通过报警器发出报警信息，由工作人员进行检修。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。