一种断路器的智能控制系统的制作方法

本发明涉及断路器智能控制技术领域，具体涉及一种断路器的智能控制系统。

背景技术：

随着电力需求的增加，电能质量需求的日益增加。近年来，中国的电力系统和电力设备行业有了很大的发展。随着信息技术的快速发展，开关电器也经历了新一轮的升级。随着国家智能电网建设的发展，智能型万能式断路器将广泛应用于低压供配电系统作为主保护开关。智能断路器是万能式和塑料外壳式两类。智能型万能式断路器适用于交流50hz，额定电压380v(660v)，在配电网200a-6300a额定电流。与传统的电路断路器的断路器相比，具有其自身的优势。多重保护功能、长延时、瞬时、短延时和故障(包括序电流和剩余电流保护)保护、分别、实现过载、短路时间延迟、大短路瞬时动作电流和接地故障保护，保护灵敏度高，易于调整各种参数，容易满足的分布线路保护的要求。此外，它具有分级保护的功能，并有较好的选择性作用的表现。

随着系统电压等级和输转移电容量的提高，输电线路不断增多，每条线路对应设置断路器，如何设计对断路器进行智能控制不影响设备故障线路的断开是本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

随着系统电压等级和输转移电容量的提高，输电线路不断增多，每条线路对应设置断路器，针对如何设计对断路器进行智能控制不影响设备故障线路的断开是本领域亟待解决的问题。本发明提供一种断路器的智能控制系统。

本发明的技术方案是：

本发明技术方案提供一种断路器的智能控制系统，断路器连接在三相系统中，该智能控制系统包括信号采集模块、信号处理模块、控制输出模块；所述的信号采集模块与信号处理模块连接；所述的信号处理模块与控制输出模块连接；

所述的信号采集模块包括电压采集电路和电流采集电路；电压采集电路和电流采集电路通过选相电路连接到信号处理模块；

所述的信号处理模块包括a/d转换器，电压采集电路和电流采集电路通过选相电路连接到a/d转换器；

控制输出模块包括单片机和控制输出电路；所述的a/d转换器与单片机连接，所述的单片机还与控制输出电路连接；所述的控制输出电路还与电流采集电路的输出端连接；所述的控制输出电路连接到断路器用于对断路器进行控制。

优选地，所述的电压采集电路包括压控振荡器，三相系统中设置压控振荡器，每个压控振荡器的输入端连接对应相的相电压，每个压控振荡器的输出端通过降压电阻连接有一个电压比较器，每个电压比较器的输出端通过选相电路连接到a/d转换器；

所述的电流采集电路包括电流传感器，三相系统中每一相串联一个电流传感器，每个电流传感器的信号输出端连接有一个电压比较器，每个电压比较器的输出端通过选相电路连接到a/d转换器。

优选地，该系统还包括电源模块，所述的电源模块包括电源转换模块，所述的电源转换模块的输入端连接到外部的交流电，所述的电源转换模块的输出端输出包括24v电源、vcc-1电源、vcc-2电源。

优选地，所述的控制输出电路包括信号处理控制电路，所述的信号处理控制电路包括地址锁存器、第一与非门和第二与非门；

所述的第一与非门的输入端和第二与非门的输入端均连接到单片机的输出端；第一与非门的输出端和第二与非门的输出端分别连接到a/d转换器；

所述的地址锁存器分别与a/d转换器和单片机连接。

优选地，所述的控制输出电路包括动作控制电路，所述的动作控制电路包括比较器和磁通变换器，三相系统中每一相对应的电流采集电路的输出端连接一个比较器的负输入端，每个比较器的正输入端分别连接到单片机；比较器的输出端均通过脉宽检测电路连接有单稳态触发器，用于控制输出触发信号使所述的单稳态触发器输出一定宽度的脉冲通过驱动电路使磁通变换器打开，将断路器分断。

优选地，所述的驱动电路包括第一三极管和第二三极管；所述的第一三极管的基极连接到单稳态触发器的输出端，第一三极管的集电极连接有第一二极管的阳极，第一二极管的阴极连接有第二二极管的阴极，第二二极管的阳极连接有24v电源；磁通变换器并联在第一二极管的两端；第二三极管的集电极与第一三极管的集电极连接，第二三极管的基极与第一三极管的发射极连接；第一三极管的发射极还通过第一电阻接地，第二三极管的发射极接地。

优选地，控制输出电路还包括显示控制电路，所述的显示控制电路包括键盘与显示器接口芯片、译码器、键盘、第一缓冲器和第二缓冲器；键盘与显示器接口芯片连接；显示器接口芯片通过译码器与第一缓冲器连接；显示器接口芯片与第二缓冲器连接；所述的键盘还与译码器的输出端连接；

单片机通过键盘与显示器接口芯片与连接。

优选地，该系统还包括报警电路，所述的报警电路与单片机连接；

所述的报警电路包括电流报警指示灯和电压报警指示灯，所述的电流报警指示灯和电压报警指示灯分别与单片机连接。

优选地，所述的控制输出电路还包括rs232接口电路，所述的rs232接口电路包括电平转换芯片和驱动器，所述的电平转换芯片和驱动器连接，所述的电平转换芯片与单片机连接。

优选地，该系统还包括上位机，所述的单片机与上位机连接，用于根据断路器的开断传输给上位机记录的要求，与上位机通过操作命令和保护传输参数配置信息。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：根据智能断路器的基本原理，设计智能控制系统，提高智能断路器运行的可靠性，并延长断路器的寿命，这无疑具有较高的经济效益。实际操作经验和设计表明断路器运动特性对其性能有重要的影响，所以断路器的性能可以通过调整断路器运动特性的改变。

(1)对断路器的工作状态自动识别：对断路器工作状态的准确识别是实现智能操作的前提。过电流，过载电流，小容性电流和小电感电流。

(2)自动调整断路器的操作机构：这是控制单元的核心功能。因此必须对控制单元识别中的断路器在确定的运行机制的基础上，相应调整工作状态。

(3)记录并显示断路器的工作状态：由于断路器在大部分运行时间是不动作的。在此期间，不断监测断路器的工作状态，同时，还记录每次关闭断路器的信息。短路也记录短路电流的变化过程，以便于事故分析及断路器维护电力部门，而且通过断路器累计切断电流的大小来表示断路器触头侵蚀情况。

(4)具有通信功能与远程主机：控制系统可以根据主机的断路器的开断传输给pc机记录的要求，与pc机通过操作命令和保护传输参数配置信息。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员而言，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是本发明提供的一种断路器的智能控制系统连接框图。

图2是本发明实施例提供的电压采集电路的连接示意图。

图3为本发明实施例提供的电流采集电路的连接示意图。

图4为本发明实施例提供的动作控制电路连接示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，都应当属于本发明保护的范围。

本领域技术人员知道，断路器的闭和与断开由机构来实现。机构包括传动机构、自由脱扣机构和主轴、脱扣轴等。断路器的传动机构可分为手柄传动、杠杆传动、电磁铁传动、电动机传动和气动或液压传动五类。

蓄能机构：采用弹簧储能，由储能弹簧、凸轮、储能杠杆、扣板和半轴组成。当扣板扣子半轴时，籍电动或手动带动凸轮顺时针方向转动，推动蓄能杠杆上的滚柱，使蓄能杠亦顺时针方向转动，其下端则向左移动，使蓄能弹簧压缩。达到蓄能的目的。

自由脱扣机构是实现传动机构和触头系统之间的联系。自由脱扣机构再扣时，传动机构应带动触头系统一致运动，并使触头闭合。一般，自由脱扣机构分自动再扣和非自动再扣两类。自动再扣的自由脱扣机构是由手柄自身的重量或在复位弹簧作用下再扣。万能式断路器采用的就是这一类的自由脱扣机构。用若干个零件相互扣搭的自由脱扣机构可在受柄的重量下复位。其缺点是没有省力作用，因此闭合操作力较大。为了消除这一缺点，现多采用四连杆变五连杆的自由脱扣机构，当机构闭合后，消除其中一个支点，从而实现自由脱扣。

电动机与手柄操动机构采用直流串激电动机作为动力源，高速电动机经齿轮和行星轮变速后带动主轴上的凸轮转动而工作。当蓄能完成后，微动开关动作，切断电动机的电源，电动机停止。手动蓄能时，蓄能手柄能带动主轴转动，但其他部分不会转动。一般手柄来回7次完成蓄能操作。电动机操动机构自成一套体系，蓄能轴与主轴之间通过凹凸型锲口活动连接，装配和拆卸都很方便。

实施例一

本发明技术方案提供一种断路器的智能控制系统，断路器连接在三相系统中，所述的断路器为智能万能式断路器，该智能控制系统包括信号采集模块、信号处理模块、控制输出模块；所述的信号采集模块与信号处理模块连接；所述的信号处理模块与控制输出模块连接；

所述的信号采集模块包括电压采集电路和电流采集电路；电压采集电路和电流采集电路通过选相电路连接到信号处理模块；

所述的信号处理模块包括a/d转换器，电压采集电路和电流采集电路通过选相电路连接到a/d转换器；

控制输出模块包括单片机和控制输出电路；所述的a/d转换器与单片机连接，所述的单片机还与控制输出电路连接；所述的控制输出电路还与电流采集电路的输出端连接；所述的控制输出电路连接到断路器用于对断路器进行控制。

实施例二

本发明技术方案提供一种断路器的智能控制系统，断路器连接在三相系统中，该智能控制系统包括信号采集模块、信号处理模块、控制输出模块；所述的信号采集模块与信号处理模块连接；所述的信号处理模块与控制输出模块连接；

所述的信号采集模块包括电压采集电路和电流采集电路；电压采集电路和电流采集电路通过选相电路连接到信号处理模块；本实施例中所述的选相电路包括型号为cd4052的差分4通道数字控制模拟开关。

所述的信号处理模块包括a/d转换器，电压采集电路和电流采集电路通过选相电路连接到a/d转换器；本实施例中a/d转换器采用ad0809转换器。

控制输出模块包括单片机和控制输出电路；所述的a/d转换器与单片机连接，所述的单片机还与控制输出电路连接；所述的控制输出电路还与电流采集电路的输出端连接；所述的控制输出电路连接到断路器用于对断路器进行控制。

需要说明的是，本实施例中该系统还包括电源模块，所述的电源模块包括电源转换模块，所述的电源转换模块的输入端连接到外部的交流电，所述的电源转换模块的输出端输出包括24v电源、vcc-1电源、vcc-2电源。

所述的电压采集电路包括压控振荡器101，三相系统中设置压控振荡器101，每个压控振荡器101的输入端连接对应相的相电压，每个压控振荡器101的输出端通过降压电阻连接有一个电压比较器，每个电压比较器的输出端通过选相电路连接到a/d转换器；本实施例中，三相系统中，针对每一相的电压采集电路是相同的，如图2所示，压控振荡器101的输入端连接对应相的相电压，压控振荡器101的输出端通过电阻r5连接到电压比较器u11的正输入端，电压比较器u11的负输入端通过电阻r6接地；电压比较器u11的两个输入端并联连接有二极管d3和二极管d4其中二极管d3和二极管d4方向相反；电压比较器u11的输出端通过选相电路连接到a/d转换器。本实施例中，压控振荡器采用型号为74ls324的调频器。

所述的电流采集电路包括电流传感器u10，三相系统中每一相串联一个电流传感器，每个电流传感器的信号输出端连接有一个电压比较器，每个电压比较器的输出端通过选相电路连接到a/d转换器。本实施例中，三相系统中，针对每一相的电流采集电路是相同的，如图3所示，电流传感器串联在线路中，电流传感器u10的信号输出端通过电阻r2连接到电压比较器u9的负输入端，vcc-2电源通过串联连接的电阻r1和电阻r3接地；电压比较器u9的正输入端连接到电阻r1和电阻r3的连接点处；电流传感器u10的电源端连接到vcc-1电源，电流传感器u10的电源端还通过电容c1接地；电压比较器u9的输出端还通过并联连接的电阻r4和电容c3连接到电压比较器u9的负输入端；电压互感器u9的输出端通过选相电路连接到a/d转换器。本实施例中，电流传感器u10采用型号为acs712的电流传感器。

所述的控制输出电路包括信号处理控制电路，所述的信号处理控制电路包括地址锁存器、第一与非门和第二与非门；

所述的第一与非门的输入端和第二与非门的输入端均连接到单片机的输出端；第一与非门的输出端连接到a/d转换器的输出控制端；第二与非门的输出端连接到a/d转换器的地址锁存端；所述的地址锁存器分别与a/d转换器和单片机连接。本实施例中，单片机采用8051系列单片机。地址锁存器采用型号为74ls373的锁存器。

单片机在上电初期要进行上电初始化，无法实现保护。设计动作控制电路可以快速判断出断路器接通时出现短路的情况，并做出相应的动作进行保护。在单片机运行期间，动作控制电路实现特大短路电流的判断，如果出现特大短路电流，单片机没有来得及反应，则动作控制电路可作出相应的判断和动作，增加了脱扣器的可靠性。动作控制电路采用比较器鉴幅电路来实现，每一相使用两个比较器来完成。电流信号ia、ib、ic的幅值同参考电平vre+和vre-进行比较。所述的动作控制电路包括比较器和磁通变换器，三相系统中每一相对应的电流采集电路的输出端连接一个比较器的负输入端，每个比较器的正输入端分别连接到单片机u1；比较器的输出端均通过脉宽检测电路102连接有单稳态触发器u8，用于控制输出触发信号使所述的单稳态触发器u8输出一定宽度的脉冲通过驱动电路使磁通变换器105打开，将断路器分断。如图4所示，u2-u7均为比较器，比较器采用lm393，其输出是集电极开路的，因此将比较器输出并联起来，通过一个上拉电阻接电源实现线与功能。在正常情况下，单片机没有发出脱扣信号且电流信号的幅值在基准电压范围内，则比较器的并联输出端被上拉电阻拉高，否则只要任一比较器输出为低，则并联输出端被拉低。比较器的并联输出端信号接脉宽检测电路，进行抗干扰处理，如果比较器的并联输出端的低脉冲维持一定的宽度，则单稳态触发器u8被触发，输出一定宽度的脉冲通过驱动电路使磁通变换器打开，从而分断断路器。

采用上述比较器鉴幅电路，在实际系统运行中由于干扰的存在，比较器的输出会出现一些不必要的窄脉冲，如果直接连接单稳态触发器，会产生误动作。为了消除干扰，在比较器的输出端加了脉宽检测电路，脉宽检测电路由一个555器件组成，脉宽检测电路输出端连接由另一个555器件构成的单稳态触发器。

由电路的工作波形可知，由于电容充电需要一定的时间，因此该脉宽检测电路只有在比较器的并联输出端输出低脉冲宽度保持一定的时间才能使单稳态触发器触发。如果比较器的并联输出端输出的脉冲过窄，单稳态触发器不会触发，因此通过该脉宽检测电路可以消除前级比较器出现的干扰问题。所述的驱动电路包括第一三极管q1和第二三极管q2；所述的第一三极管q1的基极连接到单稳态触发器u8的输出端，第一三极管q1的集电极连接有第一二极管d1的阳极，第一二极管d1的阴极连接有第二二极管d2的阴极，第二二极管d2的阳极连接有24v电源；磁通变换器105并联在第一二极管d1的两端；第二三极管q2的集电极与第一三极管q1的集电极连接，第二三极管q2的基极与第一三极管q1的发射极连接；第一三极管q1的发射极还通过电阻r接地，第二三极管q2的发射极接地。

本实施例中，控制输出电路还包括显示控制电路，所述的显示控制电路包括键盘与显示器接口芯片、译码器、键盘、第一缓冲器和第二缓冲器；键盘与显示器接口芯片连接；显示器接口芯片通过译码器与第一缓冲器连接；显示器接口芯片与第二缓冲器连接；所述的键盘还与译码器的输出端连接；单片机通过键盘与显示器接口芯片与连接。需要说明的是，键盘与显示器接口芯片采用型号为intel8279的芯片，它能完成键盘输入和数码显示控制两种接口功能。键盘部分提供一种扫描工作方式，可与64个按键的矩阵能主动对键盘定时扫描，自动去抖动，自动识别按键并给出编码。显示部分能分别对发光二极管、荧光数码管及其他显示器件提供按扫描方式工作的显示接口，最多可支持16位的数码或字符显示；译码器采用74ls138译码器；第一缓冲器和第二缓冲器采用相同型号74ls244的缓冲器。

该系统还包括报警电路，所述的报警电路与单片机连接；所述的报警电路包括电流报警指示灯和电压报警指示灯，所述的电流报警指示灯和电压报警指示灯分别与单片机u1连接。如果测得的各参数超过设定的上、下限值，就要报警，以便工作人员能尽快去检修电路故障。当故障排除后，又消除报警，本实施例中采用发光二极管指示灯接口电路。当某个参数超限时点亮对应的发光二极管，实现报警。因为功率因数一般不会超限及如果电压电流不超限，功率也一般不会超限。

实施例三

本发明技术方案提供一种断路器的智能控制系统，本实施例与实施例二的不同之处：

本实施例中，所述的控制输出电路还包括rs232接口电路，所述的rs232接口电路包括电平转换芯片和驱动器，所述的电平转换芯片和驱动器连接，所述的电平转换芯片与单片机连接。本实施例中，电平转换芯片采用型号为max232的芯片；该系统还包括上位机，所述的单片机与上位机连接，用于根据断路器的开断传输给上位机记录的要求，与上位机通过操作命令和保护传输参数配置信息。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/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，可轻易想到变化或替换，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以所述权利要求的保护范围为准。