CN104158292A - 可远程通讯的欠压脱扣器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可远程通讯的欠压脱扣器。滤波电路的电源输入端与电网相连，滤波电路的输出端与全桥整流器的输入端相连；全桥整流器输出端分别与电磁铁的一段端、电源电路的输入端及采样电路的输入端相连，全桥整流器输出端为参考地；电源电路的输出一端与单片机电路相连，电源电路的另一输出端与驱动电路；采样电路的输出端与单片机电路相连；单片机电路的输出端与驱动电路相连；驱动电路与电磁铁的线圈绕组相连。单片机电路与FSK电路相连，单片机电路与UART电路相连。本发明电路简单且可长通电、可在现有欠压瞬时脱扣与欠压延时脱扣的基础上，通过FSK或UART形式，实现远程通讯，为架构智能电网提供基础。

Description

可远程通讯的欠压脱扣器

技术领域

本发明涉及低压电器脱扣器领域，尤其涉及可远程通讯的欠压脱扣器。

背景技术

欠压脱扣器是断路器，尤其是框架式断路器的重要元件之一。欠电压脱扣器是在它的端电压降至某一规定范围时，使断路器有延时或无延时断开的一种脱扣器，当电源电压下降，甚至缓慢下降到额定工作电压的70％至35％范围内，欠电压脱扣器应运作，欠电压脱扣器在电源电压等于脱扣器额定工作电压的35％时，欠电压脱扣器应能防止断路器闭全，脱扣器线圈失电，线圈内活动衔铁有复位弹簧顶出—脱扣；电源电压等于或大于85％欠电压脱扣器的额定工作电压时，在热态条件下，应能保证断路器可靠闭合，脱扣器线圈得电，线圈内活动衔铁有线圈电磁力克服弹簧力吸入并保持一定力矩—吸合。欠压脱扣的本质，是防止断路器下级电器设备工作在欠压状态下电流过大后，电器设备自身发热加重的有效措施。

分励脱扣器是一种远距离操纵分闸的附件。当电源电压等于额定控制电源电压的70％-110％之间的任一电压时，能可靠分断断路器。分励脱扣器是短时工作制，线圈通电时间一般不能超过1S，否则线会被烧毁。

现有电磁型欠压脱扣器或分励脱扣器，均不具备远传通讯功能。一是电磁型欠压脱扣器与分励脱扣器不能合二为一，二是动作参数出厂时一旦设定不再行改变，三是无通讯功能的脱扣器，在构建智能电网时，带来了瓶颈。

发明内容

针对现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种可远程通讯的欠压脱扣器，在几乎不增加成本的前提下，通过采用高速廉价单片机实现FSK、RS485、RS232、TCP/IP中的一种或多种远传通讯，既可以实现远程操作或本地操作选择，又可以设定为欠压脱扣或分励脱扣。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：可远程通讯的欠压脱扣器，包括滤波电路、全桥整流电路、采样电路、单片机电路、移频键控(FSK Frequency-shift keying)电路、通用异步收发传输器(UART)电路、驱动电路、单线圈电磁型电磁铁和电源电路，所述的滤波电路的电源输入端与电网相连，所述的滤波电路的输出端与全桥整流器的输入端相连；所述的全桥整流器输出端分别与单线圈电磁型电磁铁的一端、电源电路的输入端及采样电路的输入端相连，所述的全桥整流器输出端为参考地；所述的电源电路的输出一端与单片机电路相连，所述的电源电路的另一输出端与驱动电路相连接；所述的采样电路的输出端与单片机电路相连；所述的单片机电路的输出端与驱动电路相连；所述的驱动电路与电磁铁的线圈绕组相连；所述的单片机电路的一端与移频键控电路输出端相连，所述的单片机电路的另一端与移频键控电路输入端相连；所述的单片机电路与通用异步收发传输器电路相连。

所述的移频键控电路的耦合端分别与电网电压的L、N相连，所述的移频键控电路的信号端与单片机电路相连，其中移频键控电路的信号输出端与单片机相连且定义为OUT，移频键控电路的信号输入端与单片机相连且定义为IN。

所述的通用异步收发传输器电路包括单片机电路转换为RS485、RS232、TCP/IP电路形式。

可远程通讯的欠压脱扣器设有本地操作模式和远程控制模式的选择端、欠压脱扣和分励脱扣的选择端。

所述的单片机电路包括各种单片机或系统级芯片(SOC)及周边辅助电路。

所述的单片机电路的BCD拨码开关表示的延时时间不为零，且当SA信号小于电网额定电压的50％后开始延时，使驱动电路断开工作绕组直到延时时间结束。

所述的移频键控电路包括用于输出耦合的放大驱动电路、带通滤波电路，用于输入耦合的带通滤波电路、放大整形电路和耦合变压器、降压电容器及限幅二极管。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

1、结合普通廉价分立元件搭建的FSK电路，采用廉价高速型单片机(如STM8S系列单片机)，实现FSK的调制与解调工作。从而能在不增设另外线路的前提下，收发数公里的远程控制信号。

2、单片机电路备有标准RXD、TXD信号接口，可通过UART电路扩展为RS485、RS232、TCP/IP等电路一种形式或组合形式，实现符合这些协议的远程通讯。

3、在远程通讯的命令下，可改变自身功能，既可以是欠压脱扣器，又可以是分励脱扣器。且可接收来自远程控制的动作参数。

4、可远程通讯的欠压脱扣器可长时间通电，杜绝现有分励脱扣器短时制工作的本质缺陷。

5、可远程通讯的欠压脱扣器，为构建以网络为构架的智能电网提供了便利。

6、可远程通讯的欠压脱扣器与不可通讯的欠压脱扣器相比，几乎不增加硬件成本；

综上所述，本发明可远程通讯的欠压脱扣器，电路简单、能实现欠压瞬时脱扣与欠压延时脱扣、分励脱扣、可适合多种通讯形式的远程通讯，并且电路结构清晰。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明可远程通讯的欠压脱扣器实施例1的电路原理图。

图2是本发明可远程通讯的欠压脱扣器实施例1中的单片机电路的原理图。

图3是本发明可远程通讯的欠压脱扣器实施例1中的FSK电路原理图。

图中：1、滤波电路 2、电源电路 3、移频键控电路 4、通用异步收发传输器电路 5、单片机电路 6、驱动电路 7、电磁铁。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细的解释。

如图1所示，可远程通讯的欠压脱扣器，包括滤波电路1、全桥整流电路B1、由电阻器R1与电阻器R2串联而成的采样电路、为抑制高频干扰电容器C0并联于R2两端、单片机电路5、移频键控电路3、通用异步收发传输器电路4、驱动电路6、单线圈电磁型电磁铁7和电源电路2，所述的滤波电路1的电源输入端与电网相连，所述的滤波电路1的输出端与全桥整流器的输入端相连；所述的全桥整流器输出端分别与单线圈电磁型电磁铁7的一端、电源电路2的输入端及采样电路的输入端相连，所述的全桥整流器输出端为参考地；所述的电源电路2的输出一端与单片机电路5相连，所述的电源电路2的另一输出端与驱动电路6相连接；所述的采样电路的输出端与单片机电路5相连；所述的单片机电路5的输出端与驱动电路6相连；所述的驱动电路6与电磁铁7的线圈绕组相连；所述的单片机电路5的一端与移频键控电路3输出端相连，所述的单片机电路5的另一端与移频键控电路3输入端相连；所述的单片机电路5与通用异步收发传输器电路4相连。

所述的移频键控电路3的耦合端分别与电网电压的L、N相连，所述的移频键控电路3的信号端与单片机电路5相连，其中移频键控电路3的信号输出端与单片机相连且定义为OUT，移频键控电路3的信号输入端与单片机相连且定义为IN。FSK电路所用的工作电压，来自于电源电路2。

所述的通用异步收发传输器电路4包括单片机电路5转换为RS485、RS232、TCP/IP电路形式。

所述的单片机电路5内嵌控制程序，控制程序根据远程协议控制命令，如为欠压脱扣器工作方式，则根据电网电压高低，控制驱动电路6，进而控制脱扣电磁铁7，实现欠压脱扣器的规定动作。如为分励脱扣器工作方式，则进行分励动作，使断路器跳闸。

结合普通廉价分立元件搭建的FSK电路，采用廉价高速型单片机，实现FSK的调制与解调工作。从而能在不增设另外线路的前提下，收发数公里的远程控制信号。且能在电网电压过零点时候进行FSK信号的发送与接收。

单片机电路5备有标准RXD、TXD信号接口，可通过UART电路扩展为RS485、RS232、TCP/IP等电路一种形式或组合形式，实现符合这些协议的远程通讯。

单片机电路5可对FSK通讯与RS485、RS232、TCP/IP通讯等进行转发。

可远程通讯的欠压脱扣器在远程通讯的命令下，可改变自身功能，既可以是欠压脱扣器，又可以是分励脱扣器。且可接收来自远程控制的动作参数。

无论是单线圈、双线圈电磁型欠压脱扣器，或是永磁型欠压脱扣器，及分励脱扣器均可以由本可远程通讯的欠压脱扣器替代。

可远程通讯的欠压脱扣器设有本地操作模式和远程控制模式的选择端、欠压脱扣和分励脱扣的选择端。这些端口可组合使用。

可远程通讯的欠压脱扣器可长时间通电，杜绝现有分励脱扣器短时制工作的本质缺陷。

在选定为欠压脱扣模式时，当SA信号大于电网额定电压的80％，单片机电路5发出控制信号，驱动电路6使得电磁铁7线圈绕组全电压得电，电磁铁7之脱扣衔铁被完全吸合。随后转换为对工作绕组进行斩波式控制，使得工作绕组既保持应用的吸合力，又防止工作绕组线圈发热。当SA信号低于电网额定电压的50％时，单片机判断拨码设定(或远传的命令与参数)状态，发出瞬时脱扣或延时脱扣命令，驱动电路6断开电磁铁7工作绕组电压，工作绕组失电，电磁铁7之活动衔铁由内部复位弹簧力作用弹出，顶开断路器锁扣机构，实现断路器脱扣分闸。

在选定为分励脱扣模式时，当SA信号在70％～110％之间的任一电压时，可靠分断断路器。

所述的单片机电路5包括各种单片机或系统级芯片(SOC)及周边辅助电路。用于选择操作方式的选着端，当为高电平时为本地操作，为低电平时为远传操作，或逻辑电平相反设定。

用于选择工作方式的选着端，当为高电平时执行欠压脱扣操作，为低电平时执行分励操作，或逻辑电平相反设定。

BCD拨码开关：在需要延时脱扣的场合，设置不同的拨码开关组合，所述的单片机电路5读取此信号后，确定延时脱扣的延时时间；

所述的单片机电路5的BCD拨码开关表示的延时时间不为零，且当SA信号小于电网额定电压的50％后开始延时，使驱动电路6断开工作绕组直到延时时间结束。

所述的移频键控电路3包括用于输出耦合的放大驱动电路6、带通滤波电路1，用于输入耦合的带通滤波电路1、放大整形电路和耦合变压器、降压电容器及限幅二极管。

如图2所示，U1为高速单片机，如廉价型STM8S系列单片机。

PB0连接SA，采样电网电压信号的高低；

PB1连接PB0且定义为SZ，单片机采用边沿触发中断方式，检测电网电压的过零时刻点，为FSK提供时间过零点发送或接收基准；

PB2定义为IN，单片机采用中断捕获方式接收来自FSK电路的脉冲，通过程序解码出相应的数据/命令；

PB3定义为OUT信号，单片机将需要发送的数据，通过内部程序进行调制编码“0”或“1”序列串，发送给FSK电路；

PB4、PB5分别为TXD、RXD端，与可扩展的UART电路相连接，实现双向通讯；

PC0定义为P1，给驱动电路6发出控制信号；

PC1定义为ST，当ST为高电平时为本地操作，ST为低电平时为远传操作，或逻辑电平相反设定。

PC2定义为Q/F，当Q/F为高电平时执行欠压脱扣操作，Q/F为低电平时执行分励操作，或逻辑电平相反设定。

PA0～PA7连接8位BCD码开关，当选定为本地操作——欠压脱扣时，8位BCD码开关不同组合状态，分别表示8种不同延时值；当选定为远程操作——欠压脱扣时，8位BCD码开关不同组合状态，分别表示8种不同的通讯方式。如过零点收发的FSK通讯方式，9位485方式等。

如图3所示，单片机电路5默认在FSK的接收状态，来自电网L—N之间的高频FSK信号经低频电容器C1降压，在变压器T1的初级N1产生感应电势，次级N2耦合，二极管D2限幅后，传送给带通滤波器2。通滤波器2为一L、C并联式谐振带通滤波器或L、C串联谐振带通滤波器，仅能通过FSK中心(频率)带宽的信号，此信号经放大整形电路调理后，送入单片机。

单片机调制后发出的FSK方波信号经放大驱动电路6放大，由带通滤波器1变换为近似正弦波信号，经变压器T1的N2耦合到N1，N1与降压电容器C1、电网电压L、N构成回路，FSK信号耦合到电网。

Claims (7)

1.可远程通讯的欠压脱扣器，其特征在于：包括滤波电路、全桥整流电路、采样电路、单片机电路、移频键控电路、通用异步收发传输器电路、驱动电路、单线圈电磁型电磁铁和电源电路，所述的滤波电路的电源输入端与电网相连，所述的滤波电路的输出端与全桥整流器的输入端相连；所述的全桥整流器输出端分别与单线圈电磁型电磁铁的一端、电源电路的输入端及采样电路的输入端相连，所述的全桥整流器输出端为参考地；所述的电源电路的输出一端与单片机电路相连，所述的电源电路的另一输出端与驱动电路相连接；所述的采样电路的输出端与单片机电路相连；所述的单片机电路的输出端与驱动电路相连；所述的驱动电路与电磁铁的线圈绕组相连；所述的单片机电路的一端与移频键控电路输出端相连，所述的单片机电路的另一端与移频键控电路输入端相连；所述的单片机电路与通用异步收发传输器电路相连。

2.根据权利要求1所述的可远程通讯的欠压脱扣器，其特征在于所述的移频键控电路的耦合端分别与电网电压的L、N相连，所述的移频键控电路的信号端与单片机电路相连，其中移频键控电路的信号输出端与单片机相连且定义为OUT，移频键控电路的信号输入端与单片机相连且定义为IN。

3.根据权利要求1所述的可远程通讯的欠压脱扣器，其特征在于所述的通用异步收发传输器电路包括单片机电路转换为RS485、RS232、TCP/IP电路形式。

4.根据权利要求1所述的可远程通讯的欠压脱扣器，其特征在于可远程通讯的欠压脱扣器设有本地操作模式和远程控制模式的选择端、欠压脱扣和分励脱扣的选择端。

5.根据权利要求1所述的可远程通讯的欠压脱扣器，其特征在于所述的单片机电路包括各种单片机或系统级芯片及周边辅助电路。

6.根据权利要求1所述的可远程通讯的欠压脱扣器，其特征在于所述的单片机电路的BCD拨码开关表示的延时时间不为零，且当SA信号小于电网额定电压的50％后开始延时，使驱动电路断开工作绕组直到延时时间结束。

7.根据权利要求1所述的可远程通讯的欠压脱扣器，其特征在于所述的移频键控电路包括用于输出耦合的放大驱动电路、带通滤波电路，用于输入耦合的带通滤波电路、放大整形电路和耦合变压器、降压电容器及限幅二极管。