CN103795028B

CN103795028B - 交流智能配电控制模块

Info

Publication number: CN103795028B
Application number: CN201410019038.3A
Authority: CN
Inventors: 王文兵; 韩永; 彭松柏; 王燕玲
Original assignee: HEFEI TONGZHI ELECTRICAL CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HEFEI TONGZHI ELECTRICAL CONTROL TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2034-01-15
Also published as: CN103795028A

Abstract

本发明涉及机电控制技术领域，特别涉及一种交流智能配电控制模块，包括断路器、设置在断路器与电源侧或负载侧之间的信号采集单元，所述的信号采集单元采集交流电源的电压、电流信息并输出至电能计量单元，电能计量单元进行预处理后输出电压、电流、频率、相序信息至微处理器中，微处理器对各信息进行处理并输出控制信号至驱动控制芯片，驱动控制芯片控制执行单元中电机的正反转实现断路器的接通和关断。本发明具有适用范围广，保护灵活，状态信息齐全，可靠性高，可扩展性高等诸多优点。

Description

交流智能配电控制模块

技术领域

本发明涉及机电控制技术领域，特别涉及一种交流智能配电控制模块。

背景技术

交流配电控制系统主要用于低压电气系统的保护、配电控制以及状态检测。其应用现代计算机、信息处理以及通信等技术，对配电网和负载的运行进行监视、管理和控制，用于实现电网配电自动化，其主要功能包括电气通断控制、数据采集和监控、配电网故障识别与保护等。

现有技术中，交流配电控制模块多采用交流接触器、热继电器、断路器、过欠压保护模块、相序保护模块等实现通电控制和故障识别与保护。如中国专利《三相智能型交流配电箱》（公开日期：2010年09月01日）公开了如下方案：包括直流稳压模块、整定模块、短路/过载检测模块、漏电检测模块、过/欠压检测模块等等，对于这种电路而言，采用的产品功能相对单一，需要多种产品组合来实现，整体电路复杂、成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交流智能配电控制模块，集多种功能为一体，功能齐全且成本低。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种交流智能配电控制模块，包括断路器、设置在断路器与电源侧或负载侧之间的信号采集单元，所述的信号采集单元采集交流电源的电压、电流信息并输出至电能计量单元，电能计量单元进行预处理后输出电压、电流、频率、相序信息至微处理器中，微处理器对各信息进行处理并输出控制信号至驱动控制芯片，驱动控制芯片控制执行单元中电机的正反转实现断路器的接通和关断。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：1、适用范围广，单相、三相交流电气回路配电控制均适用；2、保护灵活，具有过压、欠压、缺相、错相、短路保护；3、状态信息齐全，能够采集电压、电流、频率、有功功率、无功功率信息；4、可靠性高，保护电路元器件少，没有复杂的元器件；5、可扩展性高，设置通讯接口芯片即可完成与上位机进行数据交换，可实现远程监控、控制。

附图说明

图1是本发明实施例一的立体结构示意图；

图2是图1的另一个视角立体结构示意图

图3是本发明实施例二的立体结构示意图；

图4是图3的另一个视角立体结构示意图；

图5是本发明实施例一的信号采集单元与电能计量单元详细电路图；

图6是本发明实施例二的信号采集单元与电能计量单元详细电路图；

图7是本发明原理框图；

图8是本发明执行单元原理框图；

图9是第一电路板电路示意图；

图10是第二电路板电路示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图10，对本发明做进一步详细叙述。

参阅图1、图7，一种交流智能配电控制模块，包括断路器10、设置在断路器10与电源侧或负载侧之间的信号采集单元210，所述的信号采集单元210采集交流电源的电压、电流信息并输出至电能计量单元220，电能计量单元220进行预处理后输出电压、电流、频率、相序信息至微处理器310中，微处理器310对各信息进行处理并输出控制信号至驱动控制芯片320，驱动控制芯片320控制执行单元40中电机41的正反转实现断路器10的接通和关断。这里使用电能计量单元220将信号采集单元210采集的信号进行初步处理，将电压、电流信息转换成微处理器310处理所需的信息。微处理器310对信息的处理不同于电能计量单元220，对于过压、欠压、缺相、错相、短路等判断都是在微处理器310中完成的。这里采用集成化设计，将各种功能集成为一体，避免了现有技术中电路复杂、功能单一的问题。

参阅图1至图4，作为本发明的优选方案，还包括底座50，所述的断路器10通过螺丝固定在底座50上，断路器10的操作手柄11位于断路器20远离底座50的一侧；执行单元40还包括传动机构42、执行机构43，电机41的正反转通过传动机构42、执行机构43转化成拨动操作手柄11接通/关断的驱动力，电机41和传动机构42封装在电机壳体44中，电机壳体44通过螺丝固定在底座50上，电机壳体44、断路器10呈左右相邻布置，这里说的左右是指本装置正常使用状态时两者的方位关系，由于断路器10的操作手柄11接通或者关断是铅垂方向上下拨动的，电机壳体44布置在断路器10的左侧或右侧，便于驱动操作手柄11。所述的底座50上还设置有输入端子51、输出端子52，输入、输出端子51、52分别位于断路器10的上方、下方；底座50的空腔中和/或断路器10的壳体中设置有电路板用于布置各电路单元，该布置方式紧凑。

更为优选地，将所述的信号采集单元210设置在断路器10与输出端子51间，整个装置更为安全。如果电路板的集成度太高，其加工工艺复杂，因此，这里设置有两个电路板，信号采集单元210、电能计量单元220布置在第一电路板20上，第一电路板20设置在底座50的空腔中，微处理器310、驱动控制芯片320布置在第二电路板30上，第二电路板30设置在断路器10的壳体中。

下面以以单相交流电源和三相交流电源为例，提供两种具体的实施方式：

实施例一，所述的交流电源为单相，输入端子51有两个，如图1、图2所示，分别为L、N，输出端子52有两个，分别为L’、N’，所述的信号采集单元210包括电压信号检测电路211、电流信号检测电路212、信号滤波电路213，所述的电能计量单元220为ADE7953芯片，ADE7953芯片的CS、MISO/SDA/Tx、MOSI/SCL/Rx、SCLK引脚与微处理器310相连；电压信号检测电路211包括电流互感器T1，电流互感器T1的输入端分别与L’、N’相连，电流互感器T1的两个输出端经过电阻、电容滤波后分别与ADE7953芯片的VP、VN引脚相连；电流信号检测电路212包括电流互感器T2、T3，电流互感器T2监测火线上的电流并经过电阻、电容滤波后与ADE7953芯片的IAP、IAN引脚相连，电流互感器T3监测零线上的电流并经过电阻、电容滤波后与ADE7953芯片的IBP、IBN引脚相连，详细的电路图参见图5。

实施例二，所述的交流电源为三相，输入端子51有四个，如图3、图4所示，分别为A、B、C、N，输出端子52有四个，分别为A’、B’、C’、N’，所述的信号采集单元210包括电压信号检测电路211、电流信号检测电路212、信号滤波电路213，所述的电能计量单元220为ADE78XX芯片，ADE78XX芯片表示ADE78系列的芯片，它包括ADE7878芯片、ADE7880芯片等，其中ADE7880芯片不计算总无功功率和总无功电能，要根据实际需要来选择适合的芯片。ADE78XX芯片的SS/HSA、MISO/HSD、MOSI/SDA、SCLK/SCL引脚与微处理器310相连，这里的SS上面有一横杠；电压信号检测电路211包括电流互感器T4、T5、T6，电流互感器T4的输入端分别与A’、N’相连，电流互感器T4的两个输出端经过电阻、电容滤波后分别与ADE78XX芯片的VAP、VN引脚相连；电流互感器T5的输入端分别与B’、N’相连，电流互感器T5的两个输出端经过电阻、电容滤波后分别与ADE78XX芯片的VBP、VN引脚相连；电流互感器T6的输入端分别与C’、N’相连，电流互感器T6的两个输出端经过电阻、电容滤波后分别与ADE78XX芯片的VCP、VN引脚相连；电流信号检测电路212包括电流互感器T7、T8、T9，电流互感器T7监测A相线路上的电流并经过电阻、电容滤波后与ADE78XX芯片的IAP、IAN引脚相连；电流互感器T8监测B相线路上的电流并经过电阻、电容滤波后与ADE78XX芯片的IBP、IBN引脚相连；电流互感器T9监测C相线路上的电流并经过电阻、电容滤波后与ADE78XX芯片的ICP、ICN引脚相连，详细电路如图6所示。

实施例一、二的不同之处在于信号采集单元210、电能计量单元220，从外形上看，可通过接线端子的多少来进行判定，其从根本原理上来说是相同的，根据实际使用需求而定。

参阅图8、图10，更进一步地，所述的驱动控制芯片320的IN1、IN2引脚接收微处理器310输出的控制信号，并通过out1、out2引脚输出驱动信号至电机41，所述的执行单元40还包括位置反馈电路401，位置反馈电路401输出执行机构43的位置信息至微处理器310。这里设置位置反馈电路401是为了监测执行机构43是否运动到位，断路器10的操作手柄11在关断/接通时分别位于两个固定的位置处，如果执行机构43带动操作手柄11运行到中间位置处卡住并不再运动了，位置反馈电路401则反馈一个信号给微处理器310，微处理器310作出相应的处理动作。位置反馈电路401可以是一个电位器，执行机构43转动时，带动电位器上的电刷沿电阻体移动，在输出端即可获得一个与位移量呈一定关系的电阻值。

参阅图10，更进一步地，还包括布置在第二电路板30上的通讯接口芯片330，通讯接口芯片330与所述的微处理器310进行通讯，微处理器310从电能计量单元220接收到的信息、断路器10的状态信息均通过通讯接口芯片330对外输出，通信接口芯片330接收上位机的指令并通过微处理器310、驱动控制芯片320直接控制电机41的正反转。设置通讯接口芯片330后，本装置更智能，可以进行远程监控、远程控制。

更进一步地，所述的第二电路板30上还设置有供电单元340，所述的供电单元340包括电压转换电路341、二极管D1、电容C1，二极管D1的正极作为供电单元340的输入端连接DC24V控制电源，驱动控制芯片320的电源引脚直接与二极管D1的负极相连，电压转换电路341将控制电源转换成合适的电压为电能计量单元220、微处理器310、通信接口芯片330供电。这里之所以使用DC24V控制电源，是因为驱动控制芯片320所用的电源电压就是DC24V，当然，也可以采用DC220V，然后通过电压转换电路341转换成电能计量单元220、微处理器310、驱动控制芯片320、通信接口芯片330所用的电压。

作为本发明的优选方案，为了便于第一、二电路板20、30以及电机壳体44之间的配合，所述的电机壳体44上开设有通孔布置第一插接口45，第一插接口45与第一电路板20上设置的第一插接头21构成插接式配合，如图8、图9所示；所述的第一电路板20上还设置有第二插接口22，第二插接口22与第二电路板30上设置的第二插接头31构成插接式配合，第二电路板30上还设置有第三插接口32用于连接外接电源以及与上位机通讯，断路器10壳体上开设有通孔布置所述的第三插接口32，如图9、图10所示。这里需要注意的是，在图8、图9中，电机41以及位置反馈电路401只有五根导线，这里将其没根导线对应两个插孔，在使用过程中某个插接头损坏后依然能够继续使用，提高其可靠性。第三插接口32在图10中仅起示意作用，实际的规格根据需要选择。

Claims

1.一种交流智能配电控制模块，其特征在于：包括断路器(10)、设置在断路器(10)与电源侧或负载侧之间的信号采集单元(210)，所述的信号采集单元(210)采集交流电源的电压、电流信息并输出至电能计量单元(220)，电能计量单元(220)进行预处理后输出电压、电流、频率、相序信息至微处理器(310)中，微处理器(310)对各信息进行处理并输出控制信号至驱动控制芯片(320)，驱动控制芯片(320)控制执行单元(40)中电机(41)的正反转实现断路器(10)的接通和关断；

还包括底座(50)，所述的断路器(10)通过螺丝固定在底座(50)上，断路器(10)的操作手柄(11)位于断路器(10)远离底座(50)的一侧；执行单元(40)还包括传动机构(42)、执行机构(43)，电机(41)的正反转通过传动机构(42)、执行机构(43)转化成拨动操作手柄(11)接通/关断的驱动力，电机(41)和传动机构(42)封装在电机壳体(44)中，电机壳体(44)通过螺丝固定在底座(50)上，断路器(10)、电机壳体(44)呈左右相邻布置；所述的底座(50)上还设置有输入端子(51)、输出端子(52)，输入、输出端子(51、52)分别位于断路器(10)的上方、下方；底座(50)的空腔中和/或断路器(10)的壳体中设置有电路板用于布置各电路单元。

2.如权利要求1所述的交流智能配电控制模块，其特征在于：所述的信号采集单元(210)设置在断路器(10)与输出端子(51)间，信号采集单元(210)、电能计量单元(220)布置在第一电路板(20)上，第一电路板(20)设置在底座(50)的空腔中，微处理器(310)、驱动控制芯片(320)布置在第二电路板(30)上，第二电路板(30)设置在断路器(10)的壳体中。

3.如权利要求2所述的交流智能配电控制模块，其特征在于：所述的交流电源为单相，输入端子(51)有两个，分别为L、N，输出端子(52)有两个，分别为L’、N’，所述的信号采集单元(210)包括电压信号检测电路(211)、电流信号检测电路(212)、信号滤波电路(213)，所述的电能计量单元(220)为ADE7953芯片，ADE7953芯片的CS、MISO/SDA/Tx、MOSI/SCL/Rx、SCLK引脚与微处理器(310)相连；

电压信号检测电路(211)包括电流互感器T1，电流互感器T1的输入端分别与L’、N’相连，电流互感器T1的两个输出端经过电阻、电容滤波后分别与ADE7953芯片的VP、VN引脚相连；

电流信号检测电路(212)包括电流互感器T2、T3，电流互感器T2监测火线上的电流并经过电阻、电容滤波后与ADE7953芯片的IAP、IAN引脚相连，电流互感器T3监测零线上的电流并经过电阻、电容滤波后与ADE7953芯片的IBP、IBN引脚相连。

4.如权利要求2所述的交流智能配电控制模块，其特征在于：所述的交流电源为三相，输入端子(51)有四个，分别为A、B、C、N，输出端子(52)有四个，分别为A’、B’、C’、N’，所述的信号采集单元(210)包括电压信号检测电路(211)、电流信号检测电路(212)、信号滤波电路(213)，所述的电能计量单元(220)为ADE78XX芯片，ADE78XX芯片的SS/HSA、MISO/HSD、MOSI/SDA、SCLK/SCL引脚与微处理器(310)相连；

电压信号检测电路(211)包括电流互感器T4、T5、T6，电流互感器T4的输入端分别与A’、N’相连，电流互感器T4的两个输出端经过电阻、电容滤波后分别与ADE78XX芯片的VAP、VN引脚相连；电流互感器T5的输入端分别与B’、N’相连，电流互感器T5的两个输出端经过电阻、电容滤波后分别与ADE78XX芯片的VBP、VN引脚相连；电流互感器T6的输入端分别与C’、N’相连，电流互感器T6的两个输出端经过电阻、电容滤波后分别与ADE78XX芯片的VCP、VN引脚相连；

电流信号检测电路(212)包括电流互感器T7、T8、T9，电流互感器T7监测A相线路上的电流并经过电阻、电容滤波后与ADE78XX芯片的IAP、IAN引脚相连；电流互感器T8监测B相线路上的电流并经过电阻、电容滤波后与ADE78XX芯片的IBP、IBN引脚相连；电流互感器T9监测C相线路上的电流并经过电阻、电容滤波后与ADE78XX芯片的ICP、ICN引脚相连。

5.如权利要求3或4所述的交流智能配电控制模块，其特征在于：所述的驱动控制芯片(320)的IN1、IN2引脚接收微处理器(310)输出的控制信号，并通过out1、out2引脚输出驱动信号至电机(41)，所述的执行单元(40)还包括位置反馈电路(401)，位置反馈电路(401)输出执行机构(43)的位置信息至微处理器(310)。

6.如权利要求5所述的交流智能配电控制模块，其特征在于：还包括布置在第二电路板(30)上的通讯接口芯片(330)，通讯接口芯片(330)与所述的微处理器(310)进行通讯，微处理器(310)从电能计量单元(220)接收到的信息、断路器(10)的状态信息均通过通讯接口芯片(330)对外输出，通信接口芯片(330)接收上位机的指令并通过微处理器(310)、驱动控制芯片(320)直接控制电机(41)的正反转。

7.如权利要求6所述的交流智能配电控制模块，其特征在于：所述的第二电路板(30)上还设置有供电单元(340)，所述的供电单元(340)包括电压转换电路(341)、二极管D1、电容C1，二极管D1的正极作为供电单元(340)的输入端连接DC24V控制电源，驱动控制芯片(320)的电源引脚直接与二极管D1的负极相连，电压转换电路(341)将控制电源转换成合适的电压为电能计量单元(220)、微处理器(310)、通信接口芯片(330)供电。

8.如权利要求7所述的交流智能配电控制模块，其特征在于：所述的电机壳体(44)上开设有通孔布置第一插接口(45)，第一插接口(45)与第一电路板(20)上设置的第一插接头(21)构成插接式配合；所述的第一电路板(20)上还设置有第二插接口(22)，第二插接口(22)与第二电路板(30)上设置的第二插接头(31)构成插接式配合，第二电路板(30)上还设置有第三插接口(32)用于连接外接电源以及与上位机通讯，断路器(10)壳体上开设有通孔布置所述的第三插接口(32)。