CN101183623B - 断路器的脱扣控制装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种断路器的脱扣控制装置及其方法，当流向负载的电流中检测到过载电流时，在切断供向负载的电源之前，计算过载电流所产生的热量，并传递给电源断开时通过电池电源工作的热量管理部中，对热量相关数据进行储存管理，而当断路器的电源再次接通后，如发生连续的过载电流，利用热量管理部所储存的热量值和经过时间对当前线路中残留的残留热量进行分析，以重新决定断路器的脱扣延时时间，从而可提高残留热量的计算以及脱扣延时时间的计算精度。

Description

断路器的脱扣控制装置及其方法

技术领域

本发明涉及断路器的脱扣控制装置，尤其是通过在电源断开时也运行的热量管理部对热量相关数据进行管理，当发生过载电流时利用储存在热量管理部的热量值和经过时间对当前线路的残留热量进行分析，从而决定断路器脱扣延时时间的断路器的脱扣控制装置及其方法。

背景技术

图1为现有技术中的断路器脱扣控制装置的电路图。

脱扣控制装置10由断路开关11、电流传感器12、开关部13、二极管D1、充电电路部14、电压跟随电路部15以及微处理器16构成。

上述断路开关11设置在外部电源通向负载的线路上，通过脱扣线圈17断开向负载提供的电源。

电流传感器12设置在上述断路开关11和负载之间的线路，用于检测提供给负载的电流。上述电流传感器12除了检测负载的电流，还从线路取得断路器的动作电源并提供。

开关部13由晶体管Q1构成，当通过电流传感器12检测的电流为过载电流时，接受来自微处理器16的控制信号，在脱扣延时时间内接通并使电源端(VCC)的电流经过电阻。

二极管D1用于防止在上述晶体管Q1接通的瞬间，电流流向反方向。

充电电路部14由电容C1构成，其由流过晶体管Q1的电流通路的电源电流进行充电，当上述断路开关11被断开时，即通过晶体管的电源电压被断开时，将充电的电压通过第一电阻R1向接地电压放电。

电压跟随电路部15当断开的断路开关11重新接通时，将残留在充电电路部14的电容C1中的电压提供给微处理器16。

微处理器16，当通过电流传感器12所检测的电流为过载电流时，控制开关部13在预设的脱扣延时时间内向充电电路部14充电电源电压，而当经过预设的脱扣延时时间后，控制脱扣线圈17使断路开关11断开，并经过一定时间重新接通电源时，计算残留在充电电路部14的残留电压，并根据上述残留电压推算线路上的残留热量。

在具有上述构成的现有脱扣控制方法中，首先，当通过电流传感器12检测的电流为过载电流时，微处理器16控制开关部13使其接通。这样电源端(VCC)的电流通过开关部13流向充电电路部14的电容C1，上述电容C1根据由第一电阻R1所确定的时间常数开始充电。

然后，当经过了预设的脱扣延时时间时，微处理器16控制脱扣线圈17切断断路开关11。

上述断路开关11被断开时，电源电压(VCC)不再对充电电路部14的电容C1进行充电，而已充电的电压通过第一电阻R1开始慢慢放电。

另外，断路器的微处理器16利用通过电流传感器12取得的电源进行驱动，流向负载的电流为过载电流或处于漏电状态时，微处理器16通过脱扣线圈17自动断开断路开关11，因不能接收动作电源而停止驱动。

然后，用户进行操作接通断路开关11，从而使动作电源重新流向断路器时，上述微处理器16通过电流传感器12检测负载是否流过过载电流。如又检测到过载电流，微处理器16通过电压跟随电路部15读取残留在电容C1中的电压。

微处理器16通过上述读出的值，计算断路开关11断开(Open)后所经过的时间。然后根据上述计算的经过时间并根据预先储存的数据表而计算残留电压，根据上述计算的残留电压对当前设备以及线路上所残留的热量进行判断。

这种现有技术需要通过计算电容中储存的电压的放电曲线斜率而算出当前残留电压和经过时间以及残留热量，因此很难精确算出残留热量，而且需要使用昂贵的精密元件，因而成本较高。

另外，在电源断开的状态下，充电电路部的电容要维持近30分钟，故需要使用具有很大容量的电容器以及电阻值的大型元件，导致了制造成本的上升。

另外，降低电流而使充电电流进行放电时，还另需要追加别的元件，电路变得复杂，故在硬件及软件两方面出现控制较难的问题。

发明内容

本发明旨在解决上述现有技术中的问题，本发明目的在于提供一种断路器的脱扣控制装置及其方法，通过在电源断开时也运行的热量管理部对热量相关数据进行管理，当发生过载电流时，利用储存在热量管理部的热量值和经过时间对当前线路的残留热量进行分析并决定断路器脱扣延时时间，根据当前负载系统中残留的热量状态迅速控制断路开关，从而可减少因连续过载电流导致的线路冲击和负载损伤。

为了达到上述目的，本发明之脱扣控制装置，其特征在于，包括：断路开关，其设置在外部电源流向负载的电流通路上，并通过脱扣线圈对提供给负载的电源进行切断；电流传感器，其设置在上述断路开关的后端并对流向负载的电流进行检测；热量管理部，对来自外部的热量值与热量值传递时刻进行匹配并储存，当电源被断开时通过电池电源来保持储存的数据，并根据外部的请求将包括所储存的热量值和热量值所传递时刻以及当前时刻的热量相关数据进行传递；微处理器，当流过上述电流传感器的电流为过载电流时，对在预设的脱扣延时时间内因过载电流而产生的负载系统的热量进行计算，并将计算出的热量值传递给热量管理部，同时控制脱扣线圈切断提供给负载的电源，而当重新接通电源后，如再次检测到过载电流，通过储存在热量管理部的热量相关数据计算残留热量并根据计算出的残留热量而决定脱扣延时时间。

上述断路器优选为空气断路器(Air Circuit Breaker)。

另外，本发明特征在于，上述热量管理部包括：存储器，对来自上述微处理器的热量值和热量值所传递时刻进行储存；以及时间控制部，检查来自上述微处理器的热量值和热量值所传递时刻并储存到存储器，同时如遇到微处理器的热量相关数据请求时，核对并传送存储器所储存的热量值、热量值所传递时刻以及当前时刻。

另外，本发明特征在于，上述热量值所传递时刻约相同于微处理器的动作电源被去除的时刻，当前时刻约相同于过载电流第二次被检测的时刻。

另外，本发明特征在于，当计算出的热量值为设定值以上时，上述微处理器控制脱扣线圈切断提供给负载的电源。

为了达到上述目的，本发明之脱扣控制方法，其特征在于，包括如下步骤：当微处理器通过电流传感器所检测的电流为过载电流时，对在预设的脱扣延时时间内因过载电流产生的负载系统的热量进行计算的步骤；对上述计算的热量值储存到热量管理部进行控制，如计算出的热量值为设定值以上时，控制脱扣线圈切断供向负载的电源的步骤；上述电源被断开后，热量管理部通过电池电源保持所储存的热量值和热量值所传递时刻等信息的步骤；当上述断开的电源重新接通后，如再次检测到过载电流，微处理器从热量管理部接收热量相关数据并计算负载系统的残留热量的步骤；以及根据上述计算出的残留热量来决定预设脱扣延时时间的步骤。

本发明特征在于，当切断上述电源时，提供给微处理器的电源也被切断。

本发明特征在于，上述微处理器通过计算热量值储存到热量管理部后所经过时间而获得残留热量，或者计算热量值储存到热量管理部后所经过时间后，通过预先储存的参考表检索上述热量值和经过时间所对应的值，从而得出残留热量。

附图说明

图1为现有技术中的断路器的脱扣控制装置的电路图；

图2为本发明之实施例中的断路器的脱扣控制装置的框图；

图3a以及图3b为本发明之实施例中的断路器的脱扣控制过程流程示意图。

具体实施方式

以下，参照图2至图3b对本发明之断路器的脱扣控制装置及其方法的理想实施例进行详细说明。

图2为本发明之实施例中的断路器的脱扣控制装置的框图，断路器100由脱扣控制装置构成，其包括断路开关110、电流传感器130、热量管理部150、微处理器170以及脱扣线圈190。

断路开关110设在外部电源和负载之间的线路上，通过脱扣线圈190对提供给负载的电源进行切断。

电流传感器130设置在上述断路开关110和负载之间的线路，用于检测提供给负载的电流。上述电流传感器130除了检测负载的电流，还从线路取得断路器的动作电源并提供。

热量管理部150对来自微处理器170热量值与热量值所传递时刻进行匹配并储存，当电源被断开时，通过电池160所提供的电源来对储存的数据进行维持，并根据微处理器170的请求，将包括所储存的热量值和热量值所传递时刻以及当前时刻在内的热量相关数据传递给微处理器170。上述热量管理部150可使用通常的RTC(Real TimeCounter：实时计数器)元件。

上述热量管理部150由存储器155和时间控制部151构成，存储器155用于对来自微处理器170的热量值和热量值所传递时刻进行储存，而时间控制部151检查来自上述微处理器170的热量值和热量值所传递时刻并储存到存储器155，如遇到微处理器170的热量相关数据的请求时，核对并传送存储器155所储存的热量值、热量值所传递时刻以及当前时刻。

上述时间控制部151通过规定的晶体振荡器所产生的时钟信号计算并取得时间。

当通过上述电流传感器130检测的电流为过载电流时，微处理器170对在预设的脱扣延时时间内过载电流引起的负载系统热量进行累积计算，并将计算的热量值传递给热量管理部150，当计算出的热量值为设定值以上时，控制脱扣线圈190切断提供给负载的电源。上述微处理器170通过电流传感器130接收动作电源，如断路开关110分闸而切断电源时，则无法通过电流传感器130接收动作电源，因此无法工作。

其次，当通过电流传感器130再次提供外部电源时，微处理器170通过电流传感器130检测电流，如再次检测到过载电流，就通过储存在热量管理部150中的热量相关数据计算负载系统的残留热量，并根据计算出的残留热量来重新确定预先设定的脱扣延时时间。

上述步骤中，微处理器170检测热量值的经过时间而计算残留热量，残留热量越多脱扣延时时间设定得越短。上述残留热量多意味着之前因过载电流等原因导致负载系统尚处于过热状态，因此与平常(残留热量为零)时的脱扣延时时间相比，更早控制脱扣线圈190切断断路开关110从而保护负载系统。

上述热量管理部150根据微处理器170的请求传递热量相关数据，上述热量相关数据包括热量值和热量值所传递时刻以及当前时刻。

上述微处理器170向热量管理部150传递热量值的时刻大致等于微处理器170的动作电源被解除的时刻，热量管理部150向微处理器170传递的当前时刻大致等于过载电流第二次被检测的时刻。

另外，上述微处理器170只在计算出的脱扣延时时间内的负载系统的热量值为设定值以上时，控制脱扣线圈190切断断路开关110。当然，计算出的脱扣延时时间内的负载系统的热量值为设定值以下时，不切断断路开关110。

另外，在上述实施例中，为了便于说明，设定为，微处理器170在流入过载电流时计算热量值并储存在热量管理部150，但优选为，即使通过上述电流传感器130所检测的电流未超过设定的过载电流值，也周期性地对热量值进行计算并将热量值储存到热量管理部150。这是因为，如设定额定电流的110％以上为过载电流时，额定电流附近的90％至1 09％的范围也导致负载或线路的劣化，故有必要定期进行储存。

本发明之脱扣控制装置100可适用于通过电流传感器130或内设在电流传感器中的电感器接收动作电源的断路器上，尤其适用于空气断路器(Air Circuit Breaker)。

下面，参照图3a以及图3b的流程图对具有上述构成的脱扣控制装置的整个运行过程进行说明。

首先，断路器100从电流传感器130接收动作电源而进行驱动。其中，电流传感器130可使用变流器(Current Transformer)或洛高夫斯基(Rogowski)以及分流器(Shunt)等传感器中的任意一种。

其次，断路器100的微处理器170检测通过电流传感器130流向负载的电流，并对检测的电流是否为过载电流进行判断(S1)。

如上述检测的电流为过载电流时，微处理器170对在预先设定的脱扣延时时间内由过载电流引起的线路和负载系统中的热量进行累积计算(S2)。上述热量Q使用在脱扣延时时间内电流I的持续时间T(秒)，通过公式Q＝I²×T计算而获得。

其次，当经过了脱扣延时时间后，微处理器170将计算出的热量值传递给热量管理部150，同时对计算出的热量值是否超过预先设定的基准值进行判断(S3)。

当经过脱扣延时时间而热量值超过基准值时，微处理器170控制脱扣线圈190切断断路开关110，从而切断提供给负载的电源(S4)。上述断路开关110被断开，微处理器170就无法通过电流传感器130接收动作电源，故处于不动作的状态。

另外，热量管理部150的时间控制部151接收来自微处理器170的热量值，并检测热量值所传递时刻，并将热量值和热量值所传递时刻储存到存储器155(S5)。

然后，随着上述断路开关110被断开，动作电源被切断，热量管理部150接收来自辅助电源即电池160的电源，以此来维持储存在存储器155中的热量值和热量值所传递时刻等信息(S6)。上述热量管理部150在平时接收通过电流传感器130提供的电源而动作，而当电源被断开时，自动由电池160的电源向热量管理部150进行供电。

其次，当用户重新接通断路开关110时，断路器的微处理器170从电流传感器130接收动作电源而进行动作。当然，热量管理部150也自动从电流传感器130接收动作电源而动作。

然后，断路器的微处理器170再次对通过电流传感器130流向负载的电流进行检测，并对所检测的电流是否为过载电流进行判断(S7)。

当上述检测的电流为过载电流时，微处理器170请求热量管理部150传递所储存的热量相关数据(S8)。

这样，热量管理部150的时间控制部151核对存储器155所储存的热量值和热量所传递时刻以及当前时刻并传递给微处理器170(S9)。

然后，微处理器170从热量管理部150接收包括热量值和热量值所传递时刻以及当前时刻的热量相关数据并计算线路和负载系统的残留热量(S10)。上述残留热量通过热量值所传递时刻以及当前时刻计算热量值的储存经过时而获得。

当然，也可以是，微处理器170计算热量值储存到热量管理部150后的经过时间后，通过预先储存的参考表(Reference table)检索上述热量值和经过时间所对应的值，从而获得残留热量。

通过上述方法，微处理器170获得残留热量，残留热量越多，脱扣延时时间就设定得越短。这是因为，过载电流等原因导致线路和负载系统尚处于过热状态，因此与平常(残留热量为零)相比，将脱扣延时时间设定得更短，即更早控制脱扣线圈190切断断路开关110，从而避免负载系统劣化或破损。

然后，微处理器170根据上述所计算的残留热量决定所设定的脱扣延时时间(S11)。

另外，微处理器170对上述决定的脱扣延时时间内的线路和负载系统中由过载电流所产生的热量进行计算(S12)。

接着，当经过了脱扣延时时间，微处理器170将计算出的热量值传递给热量管理部150，同时对计算出的热量值是否超过预先设定的基准值进行判断(S13)。

如经过了脱扣延时时间且热量值超过基准值时，微处理器170控制脱扣线圈190切断断路开关110，从而切断提供给负载的电源(S14)。

另外，热量管理部150的时间控制部151从微处理器170接收热量值，并检测热量值所传递时刻，将热量值和热量值所传递时刻储存在存储器155中。

随后，当上述断路开关110断开而使动作电源被断开时，热量管理部150将电池160作为电源，从而维持存储器155所储存的热量值和热量值所传递时刻等信息(S15)。

当被断开的电源重新提供并再次检测到过载电流时，微处理器170接收来自热量管理部150的热量相关数据，计算负载系统的残留热量，并根据计算出的残留热量决定预设的脱扣延时时间，以此反复进行上述步骤(S7～S15)。

如上所述，本发明之脱扣控制方法使用RTC(实时计数器)元件等热量管理部150，对过载电流时的线路和负载的热量和经过时间数据进行模拟，可精确测定残留热量，可尽量降低使用现有模拟元件时所发生的误差，且其电路简单，可精确可靠地对应过载电流的故障。

以上，通过理想实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员可在不超出本发明技术范围内，对本发明进行各种变更以及变形。本发明的技术范围不应限定于上述实施例。

Claims (10)

1.一种断路器的脱扣控制装置，其包括：

断路开关，其设置在外部电源与负载的电流通路上，并通过脱扣线圈对提供给负载的电源进行切断；

电流传感器，其设置在上述断路开关的后端，对流向负载的电流进行检测；

热量管理部，对来自外部的热量值与热量值所传递时刻进行匹配并储存，当电源被断开时通过电池电源来保持储存的数据，并根据外部的请求将热量相关数据进行传递，该热量相关数据包括所储存的热量值和热量值所传递时刻以及当前时刻；

微处理器，当流过上述电流传感器的电流为过载电流时，对在预设的脱扣延时时间内过载电流所产生的负载系统的热量进行计算，并将计算出的热量值传递给热量管理部，同时控制脱扣线圈切断提供给负载的电源，而当重新接通电源后，如再次检测到过载电流，则通过储存在热量管理部的热量相关数据计算残留热量并根据计算出的残留热量而决定脱扣延时时间。

2.如权利要求1所述断路器的脱扣控制装置，其特征在于，上述断路器为空气断路器。

3.如权利要求1所述断路器的脱扣控制装置，其特征在于，上述热量管理部包括：

存储器，对来自上述微处理器的热量值和热量值所传递时刻进行储存；

时间控制部，检查来自上述微处理器的热量值和热量值所传递时刻并储存到存储器，当遇到微处理器的热量相关数据请求时，核对并传送存储器所储存的热量值、热量值所传递时刻以及当前时刻。

4.如权利要求1至3任一项所述断路器的脱扣控制装置，其特征在于，上述热量值所传递时刻大致相等于微处理器的动作电源被去除的时刻，而当前时刻大致相等于过载电流第二次被检测的时刻。

5.如权利要求1至3任一项所述断路器的脱扣控制装置，其特征在于，上述微处理器通过测定热量值所经过时间来计算残留热量。

6.如权利要求1至3任一项所述断路器的脱扣控制装置，其特征在于，当计算出的热量值为设定值以上时，上述微处理器控制脱扣线圈切断提供给负载的电源。

7.一种断路器的脱扣控制方法，其包括如下步骤：

当微处理器通过电流传感器所检测的电流为过载电流时，对在预设的脱扣延时时间内因过载电流产生的负载系统的热量进行计算的步骤；

对上述计算的热量值储存到热量管理部进行控制，如计算出的热量值为设定值以上时，控制脱扣线圈切断供向负载的电源的步骤；

上述电源被断开后，热量管理部通过电池电源保持所储存的关于热量值和热量值所传递时刻的信息的步骤；

当上述断开的电源重新接通后，如再次检测到过载电流，微处理器从热量管理部接收热量相关数据并计算负载系统的残留热量的步骤，该热量相关数据包括所储存的热量值和热量值所传递时刻以及当前时刻；

根据上述计算出的残留热量来重新决定预先设定的脱扣延时时间的步骤。

8.如权利要求7所述断路器的脱扣控制方法，其特征在于，当切断上述电源时，提供给微处理器的电源也被切断。

9.如权利要求7和8任一项所述断路器的脱扣控制方法，其特征在于，上述微处理器通过计算热量值被储存到热量管理部后所经过时间而获得残留热量。

10.如权利要求7和8任一项所述断路器的脱扣控制方法，其特征在于，上述微处理器对热量值被储存到热量管理部后所经过时间进行计算后，通过预先储存的参考表检索上述热量值和经过时间所对应的值，从而得出残留热量。

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