CN103579994A - 具有过/欠压保护和自动复位功能的控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计一块新的印刷电路板以及一个全新的流程。该流程和PCBA作为低压终端配电附件的一部分，使得该附件在三相/两相电路中，具有过/欠压保护（过压+欠压）和自动复位功能。根据最新的设计标准，它将和每一个住户进线端MCB相连接。该附件主要包括机械部件、电磁部件、电线、连接器、触发器、指示器和印刷电路板。当输入电压超过或低于设定的额定电压，系统将会检测到它并且驱动电磁部件带动机械部件跳闸，同时断开MCB。然后，它提供了对瞬态变化和异常电压的保护，该电压会对敏感部件造成损害。在自动模式下，当输入电压恢复到正常电压，系统将会检测到它并且驱动机械部件和MCB合闸。之后电气设备可接入主回路，并在正常电压下使用。

Description

具有过/欠压保护和自动复位功能的控制装置和方法

技术领域

本发明涉及一种实现过/欠压保护和自动复位功能的控制装置和方法，更具体地说，涉及一种通过PCBA（Printed Circuit Board assembly，装配印刷电路板）设计和控制逻辑来实现具有过/欠压保护和自动复位功能的控制装置和方法。

背景技术

目前市场上还没有将过/欠压保护和自动复位功能集成一体的设备，而且。一组可实现过压/欠压保护和远程复位功能的产品厚度最小可达到72mm。

目前现有技术的情况如下：

1.市场上有的产品只具有单一的过压/欠压保护，但无自动复位功能。

2.有的产品只具有单一的远程复位机构，但不具有智能化，需要手动操作控制，无自动操作。

3.目前，市场上现有的产品功能单一，与本发明采用的技术不同。

4.市场上具有远程控制功能的产品＋具有欠压/过压功能的产品＋MCB（Miniature Circuit Breaker，小型断路器）的组合具有高分断能力，但不能自动复位操作。

5.一组可实现过压/欠压保护和远程复位功能的产品厚度最小可达到72mm。

发明内容

本发明的另外方面和优点部分将在后面的描述中阐述，还有部分可从描述中明显地看出，或者可以在本发明的实践中得到。

1.本发明具有欠压和过压保护＋自动复位的功能。

2.一组可实现过压/欠压保护和远程复位功能的产品厚度最小可达到72mm，但本发明的厚度最小只有36mm，可以节省小尺寸家用面板的空间。

3.与具有欠压过压远程控制复位功能的产品相比，本发明可以节省50％的成本。

4.通过低价格的MCU（Micro Controller Unit，微控制单元）实现了复杂逻辑的控制功能。比如，通过对电机的精确控制以及传感器来实现自动复位的功能。

5.通过低价格的位置传感器以及MCU的控制实现了对自动复位功能实现过程中重要机构部件位置的精确控制。

本发明提供一种具有过/欠压保护和自动复位功能的控制装置的控制方法，包括步骤：a)检测来自用户主电路的进线端的电压；b)判断所述电压是否正常；c)当所述电压故障时，判断是否执行小型断路器MCB的分闸动作；d)如果需要执行分闸动作，则通过所述控制装置的机械机构触发所述MCB分闸，并设置第一计数器，用于对MCB的分闸动作的次数进行计数；e)如果不需要执行分闸动作，则返回步骤a)；f)当所述电压正常时，检测是否需要执行自动复位功能；g)如果需要执行自动复位功能，则判断是否执行MCB的合闸动作；h)当判断不执行MCB的合闸动作时，执行报警；i)当判断执行MCB的合闸动作时，驱动所述控制装置的电机以第一方向旋转以带动所述控制装置的驱动齿轮来推动MCB手柄合闸，并设置第二计数器，用于对MCB的合闸动作的次数进行计数；j)在推动MCB手柄合闸之后，驱动所述控制装置的电机以第二方向旋转以带动所述驱动齿轮回到初始位置，并设置第三计数器用于对带动所述驱动齿轮回到初始位置的动作的次数进行计数；和k)停止运行电机，并返回步骤a)。

本发明还提供一种具有过/欠压保护和自动复位功能的控制装置，包括：电源电路，用于为所述控制装置提供电源；信号监测和处理电路，用于检测与所述控制装置连接的用户主电路的电压，并根据所述电压和来自位置传感器电路的机械状态信号输出跳闸信号、第一或第二驱动信号或报警信号；跳闸电路，用于根据来自信号监测和处理电路的跳闸信号，驱动机械机构来触发MCB分闸；电机控制电路，用于根据来自信号监测和处理电路的第一驱动信号，以第一方向旋转电机来带动驱动齿轮推动MCB的手柄合闸，或根据来自信号监测和处理电路的第二驱动信号，以第二方向旋转电机来带动所述驱动齿轮回到初始位置；位置传感器电路，用于检测复位手柄的位置、所述驱动齿轮的位置以及控制装置的工作模式，并生成和输出机械状态信号给所述信号监测和处理电路；和报警电路，用于根据来自信号监测和处理电路的报警信号，发出报警。

附图说明

通过结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，本发明的上述和其他目的、特性和优点将会变得更加清楚，其中相同的标号指定相同结构的单元，并且在其中：

图1是根据本发明实施例的具有过/欠压保护与自动复位功能的控制装置的电路设计结构框图。

图2A示出了图1所示控制装置的详细电路图；图2B示出了图1所示控制装置与图2A各个部分的关系。

图3是图1所示的位置传感器电路的示意图。图3(a)是前视图；图3(b)是后视图。

图4A和图4B是根据本发明实施例的具有过/欠压保护与自动复位功能的控制装置的工作流程图。

图5示出了根据本发明的控制装置的安装示意图。

具体实施方式

下面将参照示出本发明实施例的附图充分描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件或部分在不背离本发明教学的前提下可以称为第二元件、组件或部分。

这里使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，而并不意图限制本发明。这里使用的单数形式“一”、“一个”和“那（这个）”也意图包含复数形式，除非上下文中明确地指出不包含。应当理解，术语“包括”当用在本说明书中时指示所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。

除非另有定义，这里使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

这里参照支持根据本发明实施例的方法、和装置（系统）的方框图和流程图描述本发明示例性实施例。应当理解，流程图和/或方框图的每个方框以及流程图和/或方框图的方框组合可以通过计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建实现流程图和/或方框图方框中指定功能/动作的手段。

这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读存储器中，可以引导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式运行，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括实现流程图和/或方框图方框中指定功能/动作的指令手段的制造物品。

计算机程序指令还可以加载到计算机或其他可编程数据处理装置上，导致在计算机或其他可编程装置上执行一系列操作步骤来产生计算机实现的处理，使得计算机或其他可编程装置上执行的指令提供实现流程图和/或方框图方框中指定功能/动作的步骤。每个方框可以表示代码模块、片断或部分，其包括一个或多个用来实现指定逻辑功能的可执行指令。

本发明设计一块新的印刷电路板以及一个全新的流程。该流程和PCBA作为低压终端配电附件的一部分，使得该附件在三相/两相电路中，具有过/欠压保护（过压+欠压）和自动复位功能。根据最新的设计标准，它将和每一个住户进线端MCB相连接。该附件主要包括机械部件、电磁部件、电线、连接器、触发器、指示器和印刷电路板。当输入电压超过或低于设定的额定电压，系统将会检测到它并且驱动电磁部件带动机械部件跳闸，同时断开MCB。然后，它提供了对瞬态变化和异常电压的保护，该电压会对敏感部件造成损害。在自动模式下，当输入电压恢复到正常电压，系统将会检测到它并且驱动机械部件和MCB合闸。之后电气设备可接入主回路，并在正常电压下使用。

根据本发明的具有过欠压保护和自动复位功能的控制装置的技术需求范围如下表1所示：

表1

根据本发明的装置具有3种功能模式：

(1)手动模式

在手动模式下，当线路出现问题，若有必要的话，顾客能够手动地进行合闸/分闸动作来排除故障。同时，根据本发明的方法进行欠压和过压保护，即自动进行分闸动作。

(2)自动模式

在自动模式下，当输入电压恢复到正常，系统将会通过算法检测到它。同时，通过电机驱动合闸机械机构动作。在这种模式下，合闸机构不可以被锁住，并且根据本发明的算法和流程图自动进行分闸/合闸动作。

(3)锁止模式

在自锁止模式下，它将实现MCU和自动复位机构的双重锁定。在锁止模式下，MCB的手柄被卡在分闸位置，以防止对MCB进行合闸。

1.为了节约成本，本发明选择了性能较差的8位MCU。因此，需要设计合适的算法来检测电压和设计合适的时间计算方法来满足EN50550标准。

2.在8位MCU的限制下，将设计合适的控制逻辑来实现过/欠压保护、自动复位和自锁功能的集成。

3.在狭小的产品空间中(产品厚度为36mm)，需要更有效和更精确的机械结构设计、精确的位置检测和控制。这些设计理念将由电子设计中诸多元器件、电磁铁以及好的控制逻辑来实现。

4.在自动复位过程中，如何精确监测重要机械运动部件的位置。比如，手柄、驱动齿轮(例如，带凸块的半月形齿轮)等。

选择合适的机械架构和设计微控制器的电子原理图来实现整体的功能。特别地，通过复杂的逻辑控制实现了自动复位与过/欠压保护。

根据本发明的具有过/欠压保护与自动复位功能的控制装置与用户主电路的MCB连接，以在用户主电路过/欠压时分断MCB（使MCB脱扣）来保护用户的主电路；并且在主电路正常工作状态下使MCB的手柄合闸以接通用户的主电路。

图1是根据本发明实施例的具有过/欠压保护与自动复位功能的控制装置的电路设计结构框图。

如图1所示，根据本发明的控制装置包括：电源电路101、信号监测和处理电路102、跳闸电路103、电机控制电路104、位置传感器电路105以及报警电路106。上述电路可以形成在两块可靠连接的电子线路板上。可替换地，根据实际设计需求，上述电路也可以形成在一块或多个电子线路板上。

电源电路101为控制装置和电机提供了电源。同时，电源电路需要能够承受一定时间的电机堵转电流，以便在根据本发明的控制装置控制MCB合闸不成功或者控制带凸块的半月形齿轮回到初始位置不成功时，不会导致整个控制装置损坏。控制装置通过信号监测和处理电路102对与控制装置连接的用户主电路的电压进行监控，并且当出现过压/欠压的情况时，通过跳闸电路103触发电磁继电器来驱动机械机构，然后，MCB分断，去除了用户主电路的异常电压的危险并且保护了电气设备。如果系统在自动模式，根据本发明的控制装置还可以通过电机控制电路104驱动合闸机构动作，以便在用户主电路电压正常的情况下触发MCB手柄合闸以恢复用户主电路的正常工作。在整个分闸/合闸过程中，图1所示的位置传感器电路105实时监测机械机构的状态，即MCB的分闸位置、复位手柄的合闸位置以及控制装置所处的模式状态，并将机械状态信号发送给信号监测和处理电路102。而报警电路106根据来自信号监测和处理电路102的报警信号，通过颜色的变化为客户提供不同的报警信息。

图1所示的电源电路图101、信号监测和处理电路102、跳闸电路103、电机控制电路104、位置传感器电路105、和报警电路106可以采用现有能够实现上述功能的电路，也可以利用将来设计的能够实现上述功能的电路。

图2A示出了图1所示控制装置的详细电路图。图2B示出了图1所示控制装置与图2A各个部分的关系。

如图2A所示，电源201和调制器2011构成图1的电源电路101。MCU202构成图1的信号监测和处理电路102。跳闸电路203构成图1的跳闸电路103。DC电机204构成图1的电机控制电路104。传感器205构成图1的位置传感器电路105。报警LED 206构成图1的报警电路106。图2还示出了齿轮传动系统207和机械机构208。齿轮传动系统207包括传动齿轮、驱动齿轮和复位手柄。下面将参考图1和图2详细描述控制装置的功能。

电源201将来自上游的市电交流电转换成直流电，并根据需要对该直流电进行降压，例如，生成12VD直流电。调制器2011对来自电源的电压进一步进行降压，以生成例如3.3V的电压。然而，本领域技术人员应该理解，根据实际需要可以生成其他大小的电压。此外，电源201还对来自用户主电路的电压进行降压变换以输出到MCU 202。MCU 202根据来自用户主电路的电压以及传感器205的机械状态信号执行逻辑控制以实现如下的自动复位与过/欠压保护。在图2所示的电源201和MCU 202之间，还可以包括采样电路，用于采样主电路的电压以输出电压采样给MCU 202。该采样电路可以作为信号监测和处理电路102的一部分。

1.实现欠压和过压保护

根据本发明的控制装置通过信号监测和处理电路102采集入户的第一台断路器前端的电压信号。信号监测和处理电路102中的中央处理器MCU 202判断电压信号是否符合分闸（脱扣）标准以驱动机械机构动作。当主电路中的电压低于160V的时候(正常电压220V)，或者主电路中的电压高于280V的时候(正常电压220V)，信号监测和处理电路102中的中央处理器MCU 202会对所采集的电压信号做判断，如果欠压或者过压信号持续时间超过τms（其中，τ为正整数，τ为软件设定延迟时间(具体延迟时间依据EN50550的要求（见下表2）、采集信号的电压等级、以及脱扣机构的实际动作时间进行设置)），那么MCU 202将跳闸信号发给跳闸电路203，跳闸电路203使得包含在跳闸电路203中的电磁继电器执行吸合动作，该动作会触发机械机构208中的脱扣机构，而脱扣机构通过脱扣机构上的金属针触发与控制装置配合的微型断路器MCB，最终使得该控制装置所保护的主电路断开，实现欠压或者过压保护功能。

表2断开时间和非触发时间的极限值

2.实现自动复位功能

当用户主电路由于发生了欠压或者过压现象而被根据本发明的控制装置切断之后，信号监测和处理电路10224小时实时采集主电路的电压信号。当其发现主电路电压恢复到正常水平(160V---280V)，那么信号监测和处理电路102中的中央处理器MCU 202迅速作出判断，当现实的逻辑符合重合闸标准(1.主回路中曾经发生过过压或者欠压并且本方面的控制装置成功使得主回路断开；2.主回路电压恢复到正常水平160V--280V；3.断路器手柄处于“分闸”状态)的时候，中央处理器202发出重合闸信号给电机控制电路204，电机推动齿轮传动系统207，动力通过齿轮传动系统207中的传动齿轮和驱动齿轮（例如，带凸块的半月形齿轮）被输送到利用本发明的控制装置的断路器的手柄上，使之实现合闸。最后断路器接通主回路。

在上述过压和欠压保护以及自动复位过程中，传感器电路205检测机械机构208中的机械状态和齿轮传动机构207中的驱动齿轮运动状态，以判断MCB及其手柄的分闸和合闸位置。此外，传感器电路205还检测控制装置的模式状态。MCU 202根据传感器电路205的机械状态和模式状态控制跳闸电路203以及电机204操作，并在操作故障时输出报警信号来控制报警电路206报警。

本领域技术人员应该理解，虽然上文中以及下文的说明都以具体的电压范围限定了正常电压和异常电压的范围，但根据实际需要，可以对此电压范围进行适当调整，其都属于本发明所保护的范围内。

图3是图1所示的位置传感器电路的示意图。位置传感器电路105包括4个传感器。通过这4个位置传感器，可以判断MCB的合闸/分闸状态以及MCB手柄的位置。图3(a)是前视图；图3(b)是后视图。

如图3所示，第一传感器，即传感器1，是检测带凸块的半月形齿轮初始化位置的传感器。当带凸块的半月形齿轮处于初始化位置时，触发第一传感器并输出第一机械状态信号。当半月形齿轮回到初始位置时，为下一次自动复位动作做好准备。第二传感器，即传感器2，用于检测复位手柄中的“合闸”位置，当复位手柄处于“合闸”位置时，触发第二传感器并输出第二机械状态信号。第三传感器，即传感器3，用于检测MCB的分闸位置，也即脱扣位置。当MCB处于脱扣位置时，触发第三传感器并输出第三机械状态信号。第四传感器，即传感器4，用于检测根据本发明的装置是处于自动模式、手动模式、还是锁止模式。第四传感器可以采用拨码开关或者位移传感器。当采用拨码开关时，根据本发明的控制装置处于自动模式位置时，第四传感器第一位置触发，此时可以实现自动复位功能。当根据本发明的控制装置处于锁止模式位置时，传感器第二位置触发。第四传感器也可以使用位移传感器，位移传感器只有两个位置，即触发和不触发。例如，可以设置当位移传感器被触发的时候为手动模式和锁止模式，如果是锁止模式，则需要机械锁定，将手柄卡住。当根据本发明的控制装置处于自动模式位置时，第四传感器输出第四机械状态信号。

图4A和图4B是根据本发明实施例的具有过/欠压保护与自动复位功能的控制装置的工作流程图。

图4中的1号传感器至4号传感器分别对应于图3中的传感器1至传感器4。

下面将结合图1-4详细描述根据本发明实施例的控制装置的工作流程。

图4A主要示出了过/欠压保护过程的流程图。

在步骤401，信号监测和处理电路检测进线端电压U。

在步骤402，MCU判断电压U正常与否，即，电压U是否在电压区间（160V，280V）。当电压在该电压区间时，说明主电路电压正常，则执行步骤409。如果电压在该电压区间之外，则说明主电路电压不正常，即电压过压或欠压，此时执行步骤403。

在步骤403，MCU进行分闸动作判断。当满足如下条件时，MCU发出跳闸信号：1）发生故障电压，即过压/欠压；2）故障电压持续时间超过τms（τ的取值可以根据不同的需求调试确定）；3）传感器3没有被触发；如图3所示，传感器3被触发则说明MCB处于分闸位置，此时不需要对MCB再次进行分闸。中央处理器脱扣计数器用于对脱扣动作执行计数，以便当MCU多次发出跳闸信号，而机械机构208由于故障等原因未能执行脱扣动作时发出报警。

当满足上述条件时，执行步骤404。在步骤404，MCU将跳闸信号发送到跳闸电路203使得跳闸电路203中的电磁继电器吸合，以进一步触动机械脱扣机构208对MCB分断。如果上述条件有一项不满足，则返回到步骤401。重新检测进线端电压。

在步骤405，MCU将中央处理器脱扣计数器+1，以对脱扣动作进行计数。

在步骤406，MCU判断传感器3是否被触发，也即感测MCB是否处于分闸位置。当传感器3被触发时，执行步骤407。

在步骤407，MCU对脱扣计数器清零，同时对欠过压触发计数器置1，以便为在下一个故障阶段再次对脱扣动作执行计数以及为MCU再次判断是否执行自复位操作作准备。当传感器3未被触发时，执行步骤408。

在步骤408，MCU判断脱扣计数器是否≤N。N为大于等于3的自然数。当脱扣计数器≤N时，返回步骤403，再次判断是否需要执行脱扣动作。如果执行了多次脱扣，即脱扣计数器>N时，前进到图4B的C，执行步骤426。

在步骤426，根据来自MCU的报警信号，报警电路106进行报警，例如LED报警灯常亮。

当步骤402判断电压正常时，进行到步骤409。在步骤409，MCU判断选择传感器4是否处于自动位置，根据本发明的控制装置是否在自动模式下。如果没有处于自动位置，则不执行控制装置的自动复位功能，返回到步骤401。如果处于自动位置，则执行步骤410。

在步骤410，MCU判断传感器2是否被触发。当传感器2被触发，也即复位手柄处于合闸位置时，返回步骤401。否则，执行步骤428。

在步骤428，MCU判断欠过压触发计数器是否被置1，如果没有置1说明主回路中电压正常且没有发生过欠过压保护脱扣无需自复位，返回步骤401。如果欠过压触发计数器置1，说明主回路断开的原因是由于发生过欠过压保护，后续执行步骤411可以进一步进行合闸动作判断，以执行自复位操作。

图4B主要示出了自动复位过程的流程图。

在步骤411，MCU进行合闸动作判断。当满足如下条件时，MCU发出电机驱动信号以推动MCB合闸：1）脱扣计数器≤N；2）传感器3(MCB分闸位置)被触发；3)电机正向堵转计数器≤M，M为大于等于3的自然数。根据实际需求，M与N可以取相同的值，也可以取不同的值。如图3所示，电机正向堵转计数器用于计数电机正向堵转的次数，当电机正向堵转超过一定次数时，说明电机推动MCB合闸动作不成功。

如果上述条件有一项不满足，则执行步骤426。在步骤426，通过报警电路106进行报警，例如LED报警灯常亮。

在步骤412，以第一方向旋转电机（第一方向可以是顺时针方向），即，MCU202发出第一驱动信号来控制电机204以第一方向旋转，以带动齿轮传动系统207中的带凸块的半月形齿轮推动复位手柄合闸。

在步骤413，MCU判断传感器2是否被触发，即感测MCB是否合闸成功。如果传感器2被触发，则执行步骤414。如果传感器2未被触发，则执行步骤420。

在步骤420，当电机堵转超过ms（秒）时（其中，m为小于等于15的正整数），控制电机停转，并启动第一计时器以对电机停转时间进行计时。接着，执行步骤421，电机正向堵转计数器+1。并且在步骤422，当电机停转ns（秒），即第一计时器等于ns（其中，n为大于等于3的正整数）时，判断是否继续旋转电机以推动手柄合闸：当电机正向堵转计数器≤M时，返回步骤412。如果电机正向堵转计数器>M，则执行步骤426。在步骤426，通过报警电路106进行报警，例如LED报警灯常亮。如果电机正向堵转计数器≤M，则在步骤412再次推动MCB手柄合闸。

在步骤414，MCU将电机正向堵转计数器清零，以便为在下一个自动复位阶段再次对合闸动作执行计数作准备。

在步骤415，MCU控制电机停转ns。

在步骤416，MCU202发出第二驱动信号来控制电机204以第二方向旋转（第二方向可以是逆时针方向），以带动齿轮传动系统207中的带凸块的半月形齿轮回到初始位置。为下一次自动复位操作做好准备，也即准备好重新进行合闸。此处，带凸块的半月形齿轮起到了单向阀的作用，只能推动复位手柄以第一方向旋转来合闸。

在步骤417，通过判断传感器1是否被触发，判断半月形齿轮是否回到初始位置。如果传感器1被触发，则执行步骤418。如果传感器1未被触发，则执行步骤423。

在步骤423，当电机堵转超过ms时，控制电机停转，并启动第二计时器以对电机停转时间进行计时。接着，执行步骤424，电机反向堵转计数器+1，电机反向堵转计数器用于对带动带凸块的半月形齿轮回到初始位置的次数进行计数。并且在步骤425，当第二计时器等于ns时，判断是否继续旋转电机以带动半月形齿轮回到初始位置：当电机反向堵转计数器≤M时，返回步骤416。如果上述条件不符合，则执行步骤426。在步骤426，通过报警电路106进行报警，例如LED报警灯常亮。如果电机反向堵转计数器≤M，则在步骤416再次带动齿轮回到初始位置。

在步骤418，MCU控制电机204停止运行。接着执行步骤419。

在步骤419，MCU将电机反向堵转计数器清零，以便为在下一个自动复位阶段再次对带动半月形齿轮回到初始位置的动作执行计数作准备。

之后，在步骤427，欠过压触发计数器也进行清零操作，以便为在下一个自动复位阶段再次判断是否需要执行自复位操作做准备，然后接图4A的B，返回到步骤401。

应当注意，在图2-图4的实现中，方框中标出的功能可能不按图中标出的顺序发生。例如，根据所涉及的功能，连续示出的两个方框可能实际上基本上并发地执行，或者方框有时可能以相反的顺序执行。其都在本发明的范围内。

图5示出了根据本发明的控制装置的安装示意图。

本发明的控制装置将作为MCB的一个附件，如图5所示，根据本发明的控制装置501可以被安装在MCB 502的左侧。本领域技术人员应该理解，图5仅仅是示意性的，其仅示意性地示出了2极接线示意图。类似地，还可以进行4极及其以上的接线。在安装过程中，它需要在手动模式，在所有的机械装置安装完毕后才能上电。否则，它将产生自动复位信号，手柄可能会伤害人。但本领域技术人员应该理解，图5的安装图仅仅是示意性的，可以根据实际设计来安装根据本发明的控制装置。

本发明能够1)满足新业务的需要；2)获得好的利润。

上面是对本发明的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本发明的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本发明的新颖教学和优点的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本发明范围内。应当理解，上面是对本发明的说明，而不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本发明由权利要求书及其等效物限定。

Claims (30)

1.一种具有过/欠压保护和自动复位功能的控制装置的控制方法，包括步骤：

a)检测来自用户主电路的进线端的电压；

b)判断所述电压是否正常；

c)当所述电压故障时，判断是否执行小型断路器MCB的分闸动作；

d)如果需要执行分闸动作，则通过所述控制装置的机械机构触发所述MCB分闸，并设置第一计数器，用于对MCB的分闸动作的次数进行计数；

e)如果不需要执行分闸动作，则返回步骤a)；

f)当所述电压正常时，检测是否需要执行自动复位功能；

g)如果需要执行自动复位功能，则判断是否执行MCB的合闸动作；

h)当判断不执行MCB的合闸动作时，执行报警；

i)当判断执行MCB的合闸动作时，驱动所述控制装置的电机以第一方向旋转以带动所述控制装置的驱动齿轮来推动MCB手柄合闸，并设置第二计数器，用于对MCB的合闸动作的次数进行计数；

j)在推动MCB手柄合闸之后，驱动所述控制装置的电机以第二方向旋转以带动所述驱动齿轮回到初始位置，并设置第三计数器用于对带动所述驱动齿轮回到初始位置的动作的次数进行计数；和

k)停止运行电机，并返回步骤a)。

2.如权利要求1所述的控制方法，其中，所述步骤c)进一步包括：当满足如下条件，执行分闸动作：

1)所述电压故障；2)所述故障电压持续时间超过τms；3)MCB未处于分闸位置，其中，所述τ为正整数。

3.如权利要求2所述的控制方法，其中，所述步骤d)进一步包括：

d1)在触发所述MCB分闸之后，第一计数器加1，并检测MCB是否处于分闸位置；

d2)如果MCB处于分闸位置，则第一计数器清零，将用于对当前的故障电压引发的分闸动作进行记录的第四计数器置1，并返回步骤a)；

d3)如果MCB未处于分闸位置，则判断第一计数器是否小于等于N，N为正整数；

d4)如果第一计数器大于N，则执行报警；以及

d5)如果第一计数器小于等于N，则返回步骤c)。

4.如权利要求3所述的控制方法，其中，所述步骤f)进一步包括：

f1)当所述电压正常时，检测所述控制装置是否处于自动模式；

f2)如果所述控制装置未处于自动模式，则返回步骤a)；

f3)如果所述控制装置处于自动模式，则检测所述控制装置中的复位手柄是否处于合闸位置；

f4)如果复位手柄处于合闸位置，则返回步骤a)；

f5)如果复位手柄未处于合闸位置，则检测第四计数器是否设置为1；

f6)如果第四计数器未置1，则返回步骤a)；

f7)如果第四计数器置1，则执行自动复位功能。

5.如权利要求4所述的控制方法，其中，所述步骤g)进一步包括：当满足如下条件，执行MCB的合闸动作：

1)第一计数器小于等于N；2)MCB处于分闸位置；3)第二计数器小于等于M，M为正整数。

6.如权利要求5所述的控制方法，其中，在步骤i)和j)之间进一步包括检测步骤i)中推动MCB手柄合闸是否成功的步骤1)：

11)检测复位手柄是否处于合闸位置；

12)如果复位手柄处于合闸位置，则第二计数器清零并停转电机n秒，接着执行步骤k)，其中，n为大于等于3的正整数；

13)如果复位手柄未处于合闸位置，则如果电机堵转超过m秒时，停转电机，启动第一计时器对电机停转时间进行计时，并且第二计数器+1，并在第一计时器等于n秒时，判断第二计数器是否小于等于M，如果第二计数器小于等于M，则返回步骤i)，其中m小于等于15；

14)如果第二计数器大于M，则执行报警。

7.如权利要求6所述的控制方法，其中，在步骤j)和k)之间进一步包括检测步骤j)中带动所述驱动齿轮回到初始位置是否成功的步骤m)：

m1)检测所述驱动齿轮是否处于初始位置；

m2)如果所述驱动齿轮处于初始位置，则第三计数器清零，接着执行步骤k)；

m3)如果所述驱动齿轮未处于初始位置，则如果电机堵转超过m秒时，停转电机，启动第二计时器对电机停转时间进行计时，并且第三计数器+1，并在第二计时器等于n秒时，判断第三计数器是否小于等于M，如果第三计数器小于等于M，则返回步骤j)；

m4)如果第三计数器大于M，则执行报警。

8.如权利要求2-7中任何一项所述的控制方法，其中，所述τ为预设延迟时间，所述N等于3，所述M等于3。

9.如权利要求8所述的控制方法，其中，所述步骤b)进一步包括：当所述电压小于280V且大于160V时，判断所述电压正常；当所述电压大于280V或者小于160V时，判断所述电压故障。

10.如权利要求9所述的控制方法，其中，所述第一方向为顺时针方向，所述第二方向为逆时针方向。

11.如权利要求10所述的控制方法，其中，所述报警步骤包括：常亮发光二极管报警灯。

12.如权利要求11所述的控制方法，其中，所述驱动齿轮为带凸块的半月形齿轮。

13.一种具有过/欠压保护和自动复位功能的控制装置，包括：

电源电路，用于为所述控制装置提供电源；

信号监测和处理电路，用于检测与所述控制装置连接的用户主电路的电压，并根据所述电压和来自位置传感器电路的机械状态信号输出跳闸信号、第一或第二驱动信号或报警信号；

跳闸电路，用于根据来自信号监测和处理电路的跳闸信号，驱动机械机构来触发MCB分闸；

电机控制电路，用于根据来自信号监测和处理电路的第一驱动信号，以第一方向旋转电机来带动驱动齿轮推动MCB的手柄合闸，或根据来自信号监测和处理电路的第二驱动信号，以第二方向旋转电机来带动所述驱动齿轮回到初始位置；

位置传感器电路，用于检测复位手柄的位置、所述驱动齿轮的位置以及控制装置的工作模式，并生成和输出机械状态信号给所述信号监测和处理电路；和

报警电路，用于根据来自信号监测和处理电路的报警信号，发出报警。

14.如权利要求13所述的控制装置，其中，所述信号监测和处理电路进一步包括：微控制单元MCU，用于当所述电压故障时，判断是否执行分闸动作，并设置用于对分闸动作的次数进行计数的第一计数器；以及当所述电压正常时，判断是否执行合闸动作，并设置用于对合闸动作的次数的进行计数第二计数器。

15.如权利要求14所述的控制装置，其中，所述位置传感器电路进一步包括：

第一传感器，用于检测所述驱动齿轮的位置，当所述驱动齿轮在初始位置时，发出第一机械状态信号；

第二传感器，用于检测复位手柄的合闸位置，当复位手柄为合闸位置时，发出第二机械状态信号；

第三传感器，用于检测MCB的分闸位置，当MCB处于分闸位置时，发出第三机械状态信号；以及

第四传感器，用于检测所述控制装置是否处于自动模式，当所述控制装置处于自动模式时，发出第四机械状态信号。

16.如权利要求15所述的控制装置，其中，当满足如下条件时，MCU输出跳闸信号：1)所述电压故障；2)所述故障电压持续时间超过τms；3)未接收到来自第三传感器的第三机械状态信号，其中，所述τ为正整数。

17.如权利要求16所述的控制装置，其中，当满足所述分闸条件时，所述MCU输出出跳闸信号给所述跳闸电路。

18.如权利要求17所述的控制装置，其中，所述控制装置进一步包括机械机构和齿轮传动系统；

所述跳闸电路进一步包括电磁继电器，用于当跳闸电路接收到来自MCU的跳闸信号时，电磁继电器执行吸合动作以驱动所述机械机构来触发MCB分闸；以及

所述齿轮传动系统进一步包括传动齿轮、驱动齿轮和复位手柄，用于当电机控制电路接收到来自MCU的第一驱动信号时，带动所述传动齿轮和驱动齿轮来推动复位手柄合闸；和当电机控制电路接收到来自MCU的第二驱动信号时，带动驱动齿轮回到初始位置。

19.如权利要求18所述的控制装置，其中，所述MCU根据来自第三传感器的信号判断MCB分闸是否成功；

其中，当未接收到第三机械状态信号时，所述MCU根据第一计数器判断如果触发MCB分闸的次数小于等于N时，则MCU再次判断是否符合分闸条件，N为正整数；如果触发MCB分闸的次数大于N，则MCU输出报警信号以控制所述报警电路发出报警；

当接收到第三机械状态信号时，所述MCU对第一计数器清零，并将用于对当前的故障电压引发的分闸动作进行记录的第四计数器置1。

20.如权利要求19所述的控制装置，其中，当接收到来自第四传感器的第四机械状态信号、未接收到第二机械状态信号且第四计数器置1时，所述MCU判断是否符合合闸条件。

21.如权利要求20所述的控制装置，其中，当满足如下条件时，所述MCU输出第一驱动信号：1)第一计数器小于等于N；2)接收到来自第三传感器的第三机械状态信号；3)第二计数器小于等于M，M为正整数。

22.如权利要求21所述的控制装置，其中，当满足所述合闸条件时，所述MCU将第一驱动信号输出到所述电机控制电路，所述电机控制电路驱动电机以第一方向旋转来带动齿轮推动MCB的手柄合闸；并在MCB的手柄合闸成功之后，停止电机n秒，接着将第二驱动信号输出到所述电机控制电路，所述电机控制电路驱动电机以第二方向旋转来带动所述驱动齿轮回到初始位置，其中n为大于等于3的正整数；

当不满足所述合闸条件时，所述MCU输出报警信号以控制所述报警电路发出报警。

23.如权利要求22所述的控制装置，其中，所述MCU根据来自第二传感器的信号判断MCB的手柄合闸是否成功；

其中，当接收到来自第二传感器的第二机械状态信号时，MCU对第二计数器清零，并输出第二驱动信号；

当未接收到第二机械状态信号时，MCU根据第二计数器判断如果推动MCB的手柄合闸的次数大于M，则输出报警信号以控制所述报警电路发出报警；且如果第二计数器小于等于M，则在停止电机n秒之后MCU再次输出第一驱动信号。

24.如权利要求23所述的控制装置，其中，所述MCU根据来自第一传感器的信号判断所述驱动齿轮是否回到初始位置，并设置对带动所述驱动齿轮回到初始位置的动作的次数进行计数的第三计数器；

其中，当未接收到第一机械状态信号时，根据第三计数器判断如果第三计时器大于M，则输出报警信号以控制所述报警电路发出报警；且如果第三计数器小于等于M，则MCU在停止电机n秒之后再次输出第二驱动信号；

当接收到第一机械状态信号时，对第三计数器清零并将第四计数器置0。

25.如权利要求24所述的控制装置，其中，所述电源电路进一步包括调制器，用于对提供给MCU和位置传感器电路的电压执行降压。

26.如权利要求25所述的控制装置，其中，当所述电压小于280V且大于160V时，所述MCU判断所述电压正常；当所述电压大于280V或者小于160V时，所述MCU判断所述电压故障。

27.如权利要求26所述的控制装置，其中，所述τ为预定延迟时间，所述N等于3，所述M等于3。

28.如权利要求27所述的控制装置，其中，所述第一方向为顺时针方向，所述第二方向为逆时针方向。

29.如权利要求28所述的控制装置，其中，所述报警电路通过常亮发光二极管报警灯来发出报警。

30.如权利要求29所述的控制装置，其中，所述驱动齿轮为带凸块的半月形齿轮。

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