CN103545794B - 控制与保护开关电器的保护模块 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种控制与保护开关电器的保护模块，包括控制电源处理单元、辅助电源处理单元、电源转换单元、信号处理控制单元、脱扣电磁铁驱动单元、控制电磁铁驱动单元和人机交互装置。控制电源处理单元和辅助电源处理单元从高电压电源接收电源信号，处理后为其他部件供电。信号处理控制单元从电流互感器接收互感信号，向脱扣电磁铁驱动单元和控制电磁铁驱动单元输出第一控制信号和第二控制信号，从操作机构和电磁铁接收第一反馈信号和第二反馈信号。脱扣电磁铁驱动单元向脱扣电磁铁输出第一操作信号，脱扣电磁铁向操作机构输出机械信号。控制电磁铁驱动单元向控制电磁铁输出第二操作信号。人机交互装置与信号处理控制单元进行信号交互。

Description

控制与保护开关电器的保护模块

技术领域

本发明涉及低压电器领域，更具体地说，涉及一种用于控制与保护开关电器的保护模块。

背景技术

控制与保护开关电器是一种除手动控制外还能够自动控制、带或不带就地人力操作装置的开关电器，能够接通、承载和分断正常条件下包括规定的运行过载条件下的电流，且能够接通、在规定时间内承载并分断规定的非正常条件下的电流，如短路电流，即控制与保护开关电器集断路器、接触器、热继电器功能于一体。

控制与保护开关电器往往由一保护模块/电路及与该保护模块/电路相连的电器装置组成，包括诸如罩壳、触头灭弧系统、操作机构、控制电磁铁、脱扣电磁铁、电流互感器、电子组件板等。

目前，施耐德Tesys U控制与保护开关电器具有多功能型、高级型及基本型三种系列，其中仅多功能型的保护模块具有控制电源回路和辅助电源回路，且必须同时对控制电源与辅助电源同时接线才能实现一些附加功能，例如通信功能等；而高级型及基本型的保护模块仅具有控制电源回路。这种仅具有控制电源回路的不足之处在于，当控制与保护开关电器接入频繁起动的负载的情况下，控制电源的频繁通断电造成保护模块内部各电路单元的频繁通断电，这种频繁通断电情况会对电路单元特别是其中的芯片、场效应管、电容等元器件造成很大的电流冲击损伤，影响元器件寿命，从而降低控制与保护开关电器使用寿命。

此外，国内部分控制与保护开关电器的保护模块采用控制电源和辅助电源独立设计结构，即控制电源和辅助电源分别有各自的一对接线端口，在辅助电源处于正常工作电压下，用户可以通过外连接一个控制按钮，通过操控控制按钮来控制电源电压的状态，实现对控制电磁铁的控制。该设计的不足之处是用户实际使用中必须对控制电源和辅助电源分别同时接线，才能实现开关的正常工作，一定程度上增加了用户使用的繁琐程度及布线的工作量。

发明内容

本发明旨在提出一种新型的用于控制与保护开关电器的保护模块。

根据本发明的一实施例，提出一种控制与保护开关电器的保护模块，包括控制电源处理单元、辅助电源处理单元、电源转换单元、信号处理控制单元、脱扣电磁铁驱动单元、控制电磁铁驱动单元和人机交互装置。

控制电源处理单元从高电压电源接收高压电源信号，并输出经处理的电源信号，控制电源处理单元使用经处理的电源信号对控制电磁铁驱动单元供电。辅助电源处理单元从高电压电源接收高压电源信号，并输出经处理的电源信号。电源转换单元连接到控制电源处理单元和辅助电源处理单元，电源转换单元对控制电源处理单元和辅助电源处理单元输出的经处理的电源信号进行转换并使用转换后的电源信号对信号处理控制单元和脱扣电磁铁驱动单元供电。信号处理控制单元从电流互感器接收互感信号，信号处理控制单元向脱扣电磁铁驱动单元输出第一控制信号，向控制电磁铁驱动单元输出第二控制信号，信号处理控制单元还从操作机构接收第一反馈信号，从电磁铁接收第二反馈信号。脱扣电磁铁驱动单元向脱扣电磁铁输出第一操作信号，脱扣电磁铁向操作机构输出机械信号。控制电磁铁驱动单元向控制电磁铁输出第二操作信号。人机交互装置与信号处理控制单元进行信号交互。

在一个实施例中，控制电源处理单元通过第一端接部件连接到高电压电源并从高电压电源接收电源信号。辅助电源处理单元通过第二端接部件连接到高电压电源并从高电压电源接收电源信号。第一端接部件和第二端接部件的接线方式为：第一端接部件连接到控制触点，该控制触点控制高电压电源的输出到第一端接部件的高电压电源的输出状态，而第二端接部件直接连接到高电压电源。或者，第一端接部件连接到控制触点，该控制触点控制高电压电源的输出到第一端接部件的高电压电源的输出状态，而第二端接部件闲置。

在一个实施例中，信号处理控制单元通过第三端接部件从电流互感器接收互感信号。第三端接部件与电流互感器互相插接。

在一个实施例中，脱扣电磁铁位于保护模块内部。

在一个实施例中，操作机构向信号处理控制单元输出的第一反馈信号是机械信号，控制电磁铁向信号处理控制单元输出的第二反馈信号是机械信号。

在一个实施例中，控制电磁铁驱动单元通过第四端接部件向控制电磁铁输出第二操作信号。

在一个实施例中，调节信号处理控制单元的电路参数以改变保护模块的主回路额定电流等级。

本发明的控制与保护开关电器的保护模块对外接线方式灵活、可靠性高、互换性好，在控制与保护开关电器中使用具有安全、可靠、灵活的特点。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1揭示了根据本发明的一实施例的控制与保护开关电器的保护模块的结构图。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种控制与保护开关电器的保护模块：这种保护模块不必对控制电源及辅助电源分别接线，能够仅对控制电源接线而实现开关的正常工作及所有功能，降低了用户使用的繁琐程度及布线的工作量。

为了达到上述目的，本发明的设计方案是：控制与保护开关电器由保护模块及与该保护模块连接的底座组成，底座包括罩壳、基座、操作机构、控制电磁铁、电流互感器，基座设置有可分离的动、静触头和流经主回路电流的电流导体，保护模块由以下部件组成：电子组件板，包括控制电源处理单元、辅助电源处理单元、电源转换单元、信号处理控制单元、控制电磁铁驱动单元、脱扣电磁铁驱动单元、脱扣电磁铁和人机交互装置。其中控制电源处理单元为控制电磁铁驱动单元供电，并通过电源转换单元为信号处理控制单元、脱扣电磁铁驱动单元供电，其对应的对外接线端子为A1A2，辅助电源处理单元仅通过电源转换单元为信号处理控制单元、脱扣电磁铁驱动单元供电，其对应的对外接线端子为A3A4。

这样，保护模块能够提供两种对外接线选择方式：

1）A1A2端子外接入一控制触点，例如在A1A2端子外连接一个控制按钮，通过操控控制按钮来控制电源电压的状态；A3A4端子直接接入高电压电源；

2）A1A2端子外接入一控制触点，例如在A1A2端子外连接一个控制按钮，通过操控控制按钮来控制电源电压的状态；A3A4端子闲置。

方式1）适用于控制与保护开关电器接入频繁起动的负载的情况。方式2）可节省一组布线，方便用户使用，特别适用于控制与保护开关电器接入不频繁起动的负载的情况。脱扣电磁铁响应所述信号处理控制单元发出的信号，并通过机械致动机构致动底座中的操作机构，使动、静触头分离。保护模块能够检测控制电磁铁及操作机构的机械反馈信号，并进行相应的控制操作。保护模块以可互换的模块化插拔形式与底座连接。

图1揭示了根据本发明的一实施例的控制与保护开关电器的保护模块的结构图。如图1所示，该控制与保护开关电器的保护模块100包括：控制电源处理单元112、辅助电源处理单元113、电源转换单元114、信号处理控制单元111、脱扣电磁铁驱动单元116、控制电磁铁驱动单元115和人机交互装置118。

控制电源处理单元112从高电压电源110接收高压电源信号，并输出经处理的电源信号，控制电源处理单元112使用经处理的电源信号对控制电磁铁驱动单元115供电。在图1所示的实施例中，控制电源处理单元112通过第一端接部件107连接到高电压电源110并从高电压电源接收电源信号。辅助电源处理单元113从高电压电源110接收高压电源信号，并输出经处理的电源信号。在图1所示的实施例中，辅助电源处理单元113通过第二端接部件108连接到高电压电源110并从高电压电源接收电源信号。在一个实施例中，第一端接部件107和第二端接部件108的接线方式被配置为如下两种方式的其中之一：1）第一端接部件107连接到控制触点，该控制触点控制高电压电源110的输出到第一端接部件107的高电压电源的输出状态，而第二端接部件108直接连接到高电压电源110。2）第一端接部件107连接到控制触点，该控制触点控制高电压电源110的输出到第一端接部件107的高电压电源的输出状态，而第二端接部件108闲置。

电源转换单元114连接到控制电源处理单元112和辅助电源处理单元113。电源转换单元114对控制电源处理单元112和辅助电源处理单元113输出的经处理的电源信号进行转换并使用转换后的电源信号对信号处理控制单元111和脱扣电磁铁驱动单元116供电。

信号处理控制单元111从电流互感器102接收互感信号。在图1所示的实施例中，信号处理控制单元111通过第三端接部件105从电流互感器102接收互感信号。第三端接部件105与电流互感器102互相插接。信号处理控制单元111向脱扣电磁铁驱动单元116输出第一控制信号611，向控制电磁铁驱动单元115输出第二控制信号511。信号处理控制单元111还从操作机构103接收第一反馈信号311，从电磁铁104接收第二反馈信号411。在图1所示的实施例中，操作机构103向信号处理控制单元111输出的第一反馈信号和控制电磁铁104向信号处理控制单元111输出的第二反馈信号都是机械信号。在一个实施例中，通过调节信号处理控制单元111的电路参数可以改变保护模块100的主回路额定电流等级。

脱扣电磁铁驱动单元116从信号处理控制单元111接收第一控制信号611并向脱扣电磁铁117输出第一操作信号167，脱扣电磁铁117向操作机构103输出机械信号173。在一个实施例中，脱扣电磁铁117位于保护模块100内部。

控制电磁铁驱动单元115信号处理控制单元111接收第二控制信号511并向控制电磁铁104输出第二操作信号164。在一个实施例中，控制电磁铁驱动单元115通过第四端接部件106向控制电磁铁104输出第二操作信号164。

人机交互装置18与信号处理控制单元11进行信号交互。

图1所示的控制与保护开关电器的保护模块的工作原理如下：

高电压电源110通过第一端接部件107，图中也标示为A1A2向控制电源处理单元112输出高压电源信号，高电压电源110还通过第二端接部件108，图中也标示为A3A4向辅助电源处理单元113输出高压电源信号。控制电源处理单元112向控制电磁铁驱动单元115输出经处理的电源信号，并通过电源转换单元114向信号处理控制单元111、脱扣电磁铁驱动单元116输出经转换后的电源信号。辅助电源处理单元113通过电源转换单元114向信号处理控制单元111、脱扣电磁铁驱动单元116输出经处理的电源信号。信号处理控制单元111通过第三端接部件105与电流互感器102相连，接收来自电流互感器102的信号125。信号处理控制单元111向脱扣电磁铁驱动单元116输出第一控制信号611。脱扣电磁铁驱动单元116向脱扣电磁铁117输出第一操作信号167，此处第一操作信号167是电源信号。脱扣电磁铁117向操作机构103输出机械信号173。脱扣电磁铁117最好是位于保护模块100的内部，从根本上杜绝了保护模块100与脱扣电磁铁117连接不可靠的情况。操作机构103的状态通过机械形式以第一反馈信号311（机械信号）的方式反馈给信号处理控制单元111。信号处理控制单元111向控制电磁铁驱动单元115输出第二控制信号511。控制电磁铁驱动单元115通过第四端接部件106向控制电磁铁104输出第二操作信号164，此处第二操作信号164是电源信号。控制电磁铁104的状态通过机械形式以第二反馈信号411（机械信号）的方式反馈给信号处理控制单元111。信号处理控制单元111与人机交互装置118进行信号交互，比如相互输出信号811。

控制与保护开关电器在正常工作情况下，上述A1A2、A3A4两组端接部件有以下2种接线方式组合：

1）第一端接部件107，即A1A2端子外接入一控制触点，例如在A1A2端子外连接一个控制按钮，通过操控控制按钮来控制高电压电源输入保护模块的状态；第二端接部件108，即A3A4端子直接接入高电压电源。

2）第一端接部件107，即A1A2端子外接入一控制触点，例如在A1A2端子外连接一个控制按钮，通过操控控制按钮来控制高电压电源输入保护模块的状态；第二端接部件108，即A3A4端子闲置。

方式2）可节省一组布线，方便用户使用，特别适用于控制与保护开关电器接入不频繁起动的负载的情况；此外，这种接线方式下，可以实现接线方式1）的所有功能，克服了现有产品不接辅助电源部分功能无法实现的缺陷。

信号处理控制单元111接收来自电流互感器102的信号125，并对上述信号进行处理，根据不同信号向脱扣电磁铁驱动单元116、控制电磁铁驱动单元115、人机交互装置118输出相应的控制信号。当信号处理控制单元111判断上述信号125为正常数值时，其向脱扣电磁铁驱动单元116及控制电磁铁驱动单元115输出维持正常工作状态的控制信号，并向人机交互装置118输出相关的信息。当信号处理控制单元111判断上述信号125为各种异常数值时，即认为控制与保护开关电器所处一次回路发生故障（例如过载、过流、断相、短路故障等），其以瞬时或延时方式向脱扣电磁铁驱动单元116、控制电磁铁驱动单元115输出相应的故障信号，使脱扣电磁铁117脱扣带动操作机构103动作、控制电磁铁104断开，从而分断一次回路，保护接入的负载，并向人机交互装置118输出相关的信息。

信号处理控制单元111能够接收来自操作机构103及控制电磁铁104的机械形式的第一反馈信号311和第二反馈信号411，判断当前手柄及主回路的状态，实现各种控制、保护及附加功能。信号处理控制单元111还能够接收来自人机交互装置118的信号，并发出相应的信号或进行内部设置。

此外，上述保护模块100通过改变其中信号处理单元111的内部电路参数即可适应控制与保护开关电器的主回路额定电流等级，通过第三端接部件105与电流互感器102接插，实现保护模块以可互换的模块化插拔形式与底座连接。

本发明的控制与保护开关电器的保护模块对外接线方式灵活、可靠性高、互换性好，在控制与保护开关电器中使用具有安全、可靠、灵活的特点。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (7)

1.一种控制与保护开关电器的保护模块，其特征在于，包括：

控制电源处理单元，从高电压电源接收高压电源信号，并输出经处理的电源信号，控制电源处理单元使用经处理的电源信号对控制电磁铁驱动单元供电；

辅助电源处理单元，从高电压电源接收高压电源信号，并输出经处理的电源信号；

电源转换单元，连接到控制电源处理单元和辅助电源处理单元，电源转换单元对控制电源处理单元和辅助电源处理单元输出的经处理的电源信号进行转换并使用转换后的电源信号对信号处理控制单元和脱扣电磁铁驱动单元供电；

信号处理控制单元，从电流互感器接收互感信号，信号处理控制单元向脱扣电磁铁驱动单元输出第一控制信号，向控制电磁铁驱动单元输出第二控制信号，信号处理控制单元还从操作机构接收第一反馈信号，从电磁铁接收第二反馈信号；

脱扣电磁铁驱动单元，向脱扣电磁铁输出第一操作信号，脱扣电磁铁向操作机构输出机械信号；

控制电磁铁驱动单元，向控制电磁铁输出第二操作信号；

人机交互装置，与信号处理控制单元进行信号交互；

其中控制电源处理单元通过第一端接部件连接到高电压电源并从高电压电源接收电源信号，辅助电源处理单元通过第二端接部件连接到高电压电源并从高电压电源接收电源信号；

所述第一端接部件和第二端接部件的接线方式为：第一端接部件连接到控制触点，该控制触点控制高电压电源的输出到第一端接部件的高电压电源的输出状态，而第二端接部件闲置。

2.如权利要求1所述的控制与保护开关电器的保护模块，其特征在于，

信号处理控制单元通过第三端接部件从电流互感器接收互感信号。

3.如权利要求2所述的控制与保护开关电器的保护模块，其特征在于，第三端接部件与电流互感器互相插接。

4.如权利要求1所述的控制与保护开关电器的保护模块，其特征在于，脱扣电磁铁位于所述保护模块内部。

5.如权利要求1所述的控制与保护开关电器的保护模块，其特征在于，

操作机构向信号处理控制单元输出的第一反馈信号是机械信号；

控制电磁铁向信号处理控制单元输出的第二反馈信号是机械信号。

6.如权利要求1所述的控制与保护开关电器的保护模块，其特征在于，

所述控制电磁铁驱动单元通过第四端接部件向控制电磁铁输出第二操作信号。

7.如权利要求1所述的控制与保护开关电器的保护模块，其特征在于，调节信号处理控制单元的电路参数以改变保护模块的主回路额定电流等级。