CN106409607A - 继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块，属于低压断路器控制的技术领域。智能控制模块包括：主回路、微处理器、继电器切换开关驱动电路、合闸电容电压检测电路、分闸电容电压检测电路，通过一个功率开关及其驱动电路控制合分闸，减少了控制电路的元器件数目，使电路结构简洁化，有利于永磁断路器小型化的发展，进而降低了永磁断路器的整体体积且提高了断路器的可控性。

Description

继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块

技术领域

本发明公开了继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块，属于低压断路器控制的技术领域。

背景技术

断路器作为电力系统中重要的开关电器设备，在供配电系统中主要起着接通和分断正常线路以及快速切断故障线路的作用，永磁断路器具有的结构简单、分合闸速度快、免维护、可靠性高和易操控等优点，在电力系统自动化中得到了广泛的应用，其操控性能的好坏直接关系到智能电网的安全、稳定与可靠运行。作为永磁断路器重要组成部分的智能控制模块部分，其工作性能的好坏直接影响到永磁断路器的整体可靠性。常规的永磁断路器的智能控制模块部分控制断路器分合闸是利用两套功率开关和驱动电路，导致控制电路元器件多、电路结构复杂，以及整体的控制模块体积增大、可控性能差，且不利于永磁断路器小型化的发展方向。基于此，提出了一种继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块，利用一套功率开关和驱动电路实现了合分闸控制，解决了现有永磁真空断路器合分闸智能控制模块电路复杂的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块，包括：

包含桥式整流电路、具有两组触头的继电器切换开关、分闸线圈、合闸线圈、功率开关、功率开关驱动电路、合闸电容、分闸电容的主回路，所述桥式整流电路的输入端接交流电源，继电器切换开关第一组触头的公共端、合闸线圈的一端、分闸线圈的一端均与桥式整流电路的正极性输出端连接，继电器切换开关第一组触头的常闭点接合闸电容的正极板，继电器切换开关第一组触头的常开点接分闸电容的正极板，合闸电容的负极板和分闸电容的负极板均与桥式整流电路的负极性输出端连接，合闸线圈的另一端接继电器切换开关第二组触头的常闭点，分闸线圈的另一端接继电器切换开关第二组触头的常开点，继电器切换开关第二组触头的公共端接功率开关的电流流入端，功率开关的电流流出端接桥式整流电路的负极性输出端，功率开关驱动电路根据微处理器I/O端口输出的合分闸指令向功率开关的控制端输出控制信号，

合闸电容电压检测电路，其输入端与合闸电容的两极板连接，输出合闸电容电压检测值至微处理器I/O端口，

分闸电容电压检测电路，其输入端与分闸电容的两极板连接，输出分闸电容电压检测值至微处理器I/O端口，

继电器切换开关驱动电路，根据微处理器输出的切换指令控制继电器线圈得电或失电，及，

微处理器，根据其I/O端口接收的合闸电容电压检测值以及分闸电容电压检测值生成合分闸指令及切换指令。

作为继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块的进一步优化方案，功率开关驱动电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第二稳压管、第三二极管、第四稳压管、第一光耦，

第一电阻的一端接桥式整流电路的正极性输出端，第一电阻的另一端与第二稳压管的阴极、第一电容的一极、第二电容的正极板、第三电容的正极板、第一光耦的集电极相连接，第四电容的一极、第二电阻的一端、第六电阻的一端均与功率开关的栅极连接，第六电阻的另一端接第一光耦的发射极，第一光耦的阳极接微处理器的电源，第一光耦的阴极接第五电阻的一端，第五电阻的另一端接微处理器的I/O端口，第四稳压管的阴极接功率开关的漏极，第二稳压管的阳极、第一电容的另一极、第二电容的负极板、第三电容的负极板、第四电容的另一极、第二电阻的另一端、第四稳压管的阳极、功率开关的源极并接后与第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端接桥式整流电路的负极性输出端，功率开关的漏极经依次连接的第三二极管和第三电阻后与继电器切换开关第二组触头的公共端连接，第三二极管的阴极接功率开关的漏极，第三二极管的阳极接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接继电器切换开关第二组触头的公共端。

作为继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块的进一步优化方案，继电器切换开关驱动电路包括：第七二极管、第一三极管、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第七电容、第二光耦，第九电阻的一端接微处理器的电源，第九电阻的另一端接第二光耦的阳极，第二光耦的阴极接微处理器的I/O端口，第二光耦的集电极接第八电阻的一端，第八电阻的另一端与第七电容的一极、第七电阻的一端、第一三极管的基极相连接，第二光耦的发射极、第七电容的另一极、第七电阻的另一端、第一三极管的发射极均接继电器切换开关驱动电路电源的地，第一三极管的集电极与继电器线圈的一端、第七二极管的阳极相连接，第七二极管的阴极连接继电器线圈的另一端后与继电器切换开关驱动电路的电源连接。

作为继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块的进一步优化方案，合闸电容电压检测电路包括：第十电阻、第一传感器、第一信号滤波芯片、第一双向瞬变抑制二极管、第十一电阻、第八电容、第十二电阻、第九电容，第十电阻的一端接合闸电容的正极板，第十电阻的另一端与第一传感器原边线圈的一端连接，第一传感器原边线圈的另一端接合闸电容的负极板，第一传感器副边线圈的一端接第一信号滤波芯片的输入端，第一信号滤波芯片的输出端与第一双向瞬变抑制二极管的一阳极、第十一电阻的一端、第十二电阻的一端、第八电容的一极相连接，第十二电阻的另一端与第九电容的一极并接后作为合闸电容电压检测电路的输出端，第一双向瞬变抑制二极管的另一阳极、第十一电阻的另一端、第八电容的另一极、第九电容的另一极均与第一传感器副边线圈的另一端连接。

作为继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块的进一步优化方案，分闸电容电压检测电路包括：第十三电阻、第二传感器、第二信号滤波芯片、第二双向瞬变抑制二极管、第十四电阻、第十电容、第十五电阻、第十一电容，第十三电阻的一端接分闸电容的正极板，第十三电阻的另一端与第二传感器原边线圈的一端连接，第二传感器原边线圈的另一端接分闸电容的负极板，第二传感器副边线圈的一端接第二信号滤波芯片的输入端，第二信号滤波芯片的输出端与第二双向瞬变抑制二极管的一阳极、第十四电阻的一端、第十五电阻的一端、第十电容的一极相连接，第十五电阻的另一端与第十一电容的一极并接后作为分闸电容电压检测电路的输出端，第二双向瞬变抑制二极管的另一阳极、第十四电阻的另一端、第十电容的另一极、第十一电容的另一极均与第二传感器副边线圈的另一端连接。

再进一步的，继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块中，分闸线圈的两端接有第五二极管，合闸线圈的两端接有第六二极管，第五二极管的阳极与分闸线圈和继电器切换开关第二组触头常开点的连接点相连，第五二极管的阴极与分闸线圈和继电器切换开关第一组触头公共端的连接点相连，第六二极管的阳极与合闸线圈和继电器切换开关第二组触头常闭点的连接点相连，第六二极管的阴极与合闸线圈和继电器切换开关第一组触头公共端的连接点相连。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：利用一套功率开关和驱动电路控制合闸线圈和分闸线圈，减少了控制电路的元器件数目，使电路结构简洁化，有利于永磁断路器小型化的发展，进而降低了永磁断路器的整体体积且提高了断路器的可控性。

实践本发明能够实现的其它优点将在具体实施方式中描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块系统框图。

图2为主回路。

图3为继电器切换开关驱动电路。

图4为合闸电容电压检测电路。

图5为分闸电容电压检测电路。

图中标号说明：L1为合闸线圈，L2为分闸线圈，R1至R15为第一至第十五电阻，C1至C4为第一至第四电容，C5为合闸电容，C6为分闸电容，C7至C11为第七至第十一电容，U1至U2为第一至第二光耦，U3至U4为第一至第二信号滤波芯片，J1为电源接线端子，Q1为功率开关，Q2为第一三极管，D1为桥式整流芯片，D2为第二稳压管，D4为第四稳压管，D3、D5、D6、D7为第三、第五、第六、第七二极管，VD1至VD2为第一至第二双向瞬变抑制二极管，K1为继电器，VT1至VT2为第一至第二传感器模块。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。以下参考附图描述的具体实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其它元件，也可以通过中间元件连接或耦接到其它元件。

继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块系统如图1所示,包括：微处理器、主回路、合闸电容电压检测电路、分闸电容电压检测电路、继电器切换开关驱动电路。主回路由桥式整流电路、具有两组触头的继电器切换开关、合闸线圈、分闸线圈、功率开关、功率开关驱动电路、合闸电容、分闸电容组成，桥式整流电路的输入端接交流电源，桥式整流电路的正极性输出端经继电器切换开关第一组触头连接合闸电容的正极板或分闸电容的正极板，合闸线圈和分闸线圈接在继电器切换开关第一组触头的固定端和继电器切换开关第二组触头的可控端之间，继电器切换开关第二组触头的固定端接功率开关的电流流入端，合闸电容的负极板、分闸电容的负极板、功率开关的电流流出端并接后与桥式整流电路的负极性输出端连接，合闸电容电压检测电路对接在其输入端的合闸电容进行电压检测后输出合闸电容检测值至微处理器，分闸电容电压检测电路对接在其输入端的分闸电容进行电压检测后输出分闸电容电压检测值至微处理器，微处理器根据合闸电容电压检测值和分闸电容电压检测值生成合分闸指令及切换指令，功率开关驱动电路根据微处理器发送的合分闸指令向功率管的控制端输出控制信号，继电器切换开关驱动电路根据微处理器输出的切换指令控制铁心得电或失电进而控制继电器两个闸刀的闭合或断开。

主回路电路如图2所示，功率开关驱动电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第二稳压管D2、第三二极管D3、第四稳压管D4、第一光耦O1、合闸电容C5、分闸电容C6。电源接线端子J1的第一端子L与桥式整流芯片U1的第一端子连接，电源接线端子J1的第二端子N与桥式整流芯片U1的第二端子连接，桥式整流芯片U1的正极性输出端分别与第一电阻R1的一端、第五二极管D5的阴极、第六二极管D6的阴极、分闸线圈L2的一端、合闸线圈L1的一端、继电器切换开关K1第一组触头的B1端（公共端）连接，桥式整流芯片U1的负极性输出端与第四电阻R4的一端连接，第一电阻R1的另一端分别与第二稳压管D2的阴极、第一电容C1的一极、第二电容C2的正极板、第三电容C3的正极板、第一光耦U1的第四脚（集电极）相连接，第一光耦U1的第一脚（阳极）与微处理器电源VCC_5V正端连接，第一光耦U1的第二脚（阴极）与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端与微处理器的DLQ_Control引脚连接以接收合分闸指令，第一光耦U1的第三脚（发射极）与第六电阻R6的一端连接，第六电阻R6的另一端与第四电容C4的一极、第二电阻R2的一端、功率开关管Q1的栅极相连接，第四电阻R4的另一端、第二稳压管D2的阳极、第一电容C1的的另一极、第二电容C2的负极板、第三电容C3的负极板、第四电容C4的另一极、第二电阻R2的另一端、功率开关管Q1的源极、第四稳压管D4的阳极、合闸电容C5的负极板、分闸电容C6的负极板相互连在一起，功率开关管Q1的漏极与第四稳压管D4的阴极、第三二极管D3的阴极连接，第三二极管D3的阳极与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与继电器切换开关K1第二组触头的A1端（公共端）连接，继电器切换开关K1第二组触头的A2端（常开点）与第五二极管D5的阳极、分闸线圈L2的另一端相连接，继电器切换开关K1第二组触头的A3端（常闭点）与第六二极管D6的阳极、合闸线圈L1的另一端相连接，继电器切换开关K1第一组触头的B2端（常开点）与分闸电容C6的正极板连接，继电器切换开关K1第一组触头的B3端（常闭点）与合闸电容C5的正极板连接。当继电器切换开关K1收到切换指令时，闭合B1、B3触头，闭合A1、A3触头，此时，交流电源经桥式整流芯片对合闸电容C5充电，合闸电容电压检测电路实时监测合闸电容的电压量，当合闸信号到来时，微处理器驱动引脚DLQ_Control为低电平信号，第一光耦U1导通，通过第二稳压管D2使功率开关Q1的MOSFET的栅源极电压为12V，驱动MOSFET导通，合闸电容C5通过继电器切换开关的K1实现对合闸线圈L1的放电，从而实现永磁断路器的合闸控制。同理，当继电器切换开关K1收到切换指令时，闭合B1、B2触头，闭合A1、A2触头，此时，交流电源经桥式整流芯片对分闸电容C6充电，分闸电容电压检测电路实时监测合闸电容的电压量，当分闸信号到来时，微处理器驱动引脚DLQ_Control为低电平信号，第一光耦U1导通，通过第二稳压管D2使功率开关Q1的MOSFET的栅源极电压为12V，驱动MOSFET导通，分闸电容C6通过继电器切换开关的K1实现对分闸线圈L2的放电，从而实现永磁断路器的分闸控制。

继电器切换开关驱动电路如图3所示。继电器切换开关驱动电路包括：第七二极管D2、第一三极管Q2、第七电阻R7、第八电阻R8、第七电容C7、第二光耦U2、第九电阻R9。微处理器电源VCC_5V端与第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端与第二光耦U2的第一脚（阳极）连接，第二光耦U2的第二脚（阴极）与微处理器的J_Control引脚连接以接收切换指令，第二光耦U2的第四脚（集电极）与第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端与第七电容C7的一极、第七电阻R7的一端、第一三极管Q2的基极相互连接，第二光耦U2的第三脚（发射极）、第七电容C7的另一极、第七电阻R7的另一端、第一三极管Q2的发射极与电源J5V_GND连接，J5V电源正端、继电器切换开关K1线圈的一端、第七二极管D7的阴极相连接，第七二极管D7的阳极、继电器切换开关K1线圈的另一端、第一三极管Q2的集电极相互连接。当微处理器的引脚J_Control为低电平信号时，第二光耦U2导通，第一三极管Q2导通，继电器切换开关K1线圈得电，从而实现对继电器两常开触头、两常闭触头的快速切换。

合闸电容电压检测电路和分闸电容电压检测电路分别如图4、图5所示。合闸电容电压检测电路包括：第十电阻R10、第一传感器VT1、第一信号处理芯片U3、第一双向瞬变抑制二极管VD1、第十一电阻R11、第八电容C8、第十二电阻R12、第九电容C9。第十电阻R10的一端接合闸电容C5的正极板，第十电阻R10的另一端与第一传感器VT1的第一脚（原边线圈的一端）连接，第一传感器VT1的第二脚（原边线圈的另一端）接合闸电容C5的负极板，第一传感器VT1的第三脚（副边线圈的一端）与第一信号处理芯片U3的第一脚（输入端）连接，第一信号处理芯片U3的第二脚与微处理器的模拟地相连接，第一信号处理芯片U3的第三脚（输出端）与第一双向瞬变抑制二极管VD1的一阳极、第十一电阻R11的一端、第八电容C8的一极、第十二电阻R12的一端相连接，第十二电阻R12的另一端与第九电容C9的一极并接后与微处理器的I/O引脚连接，第一双向瞬变抑制二极管VD1的另一阳极、第十一电阻R11的另一端、第八电容C8的另一极、第九电容C9的另一极与第一传感器VT1的第四脚（副边线圈的另一端）相互连接。

分闸电容电压检测电路包括：第十三电阻R13、第二传感器VT2、第二信号处理芯片U4、第二双向瞬变抑制二极管VD2、第十四电阻R14、第十电容C10、第十五电阻R15、第十一电容C11，电气连接关系与合闸电容电压检测电路一样，这里不再赘述。第一传感器VT1和第二传感器VT2实现对永磁断路器合分闸电容电压的实时检测，通过第一和第二信号处理芯片ACF321825实现对信号的滤波和隔离，从而使微处理器精确的实现对电容电压信号的实时检测。

Claims (6)

1.继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块，其特征在于，包括：

包含桥式整流电路、具有两组触头的继电器切换开关、分闸线圈、合闸线圈、功率开关、功率开关驱动电路、合闸电容、分闸电容的主回路，所述桥式整流电路的输入端接交流电源，继电器切换开关第一组触头的公共端、合闸线圈的一端、分闸线圈的一端均与桥式整流电路的正极性输出端连接，继电器切换开关第一组触头的常闭点接合闸电容的正极板，继电器切换开关第一组触头的常开点接分闸电容的正极板，合闸电容的负极板和分闸电容的负极板均与桥式整流电路的负极性输出端连接，合闸线圈的另一端接继电器切换开关第二组触头的常闭点，分闸线圈的另一端接继电器切换开关第二组触头的常开点，继电器切换开关第二组触头的公共端接功率开关的电流流入端，功率开关的电流流出端接桥式整流电路的负极性输出端，功率开关驱动电路根据微处理器I/O端口输出的合分闸指令向功率开关的控制端输出控制信号，

合闸电容电压检测电路，其输入端与合闸电容的两极板连接，输出合闸电容电压检测值至微处理器I/O端口，

分闸电容电压检测电路，其输入端与分闸电容的两极板连接，输出分闸电容电压检测值至微处理器I/O端口，

继电器切换开关驱动电路，根据微处理器输出的切换指令控制继电器线圈得电或失电，及，

微处理器，根据其I/O端口接收的合闸电容电压检测值以及分闸电容电压检测值生成合分闸指令及切换指令。

2.根据权利要求1所述继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块，其特征在于，所述功率开关驱动电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第二稳压管、第三二极管、第四稳压管、第一光耦，

第一电阻的一端接桥式整流电路的正极性输出端，第一电阻的另一端与第二稳压管的阴极、第一电容的一极、第二电容的正极板、第三电容的正极板、第一光耦的集电极相连接，第四电容的一极、第二电阻的一端、第六电阻的一端均与功率开关的栅极连接，第六电阻的另一端接第一光耦的发射极，第一光耦的阳极接微处理器的电源，第一光耦的阴极接第五电阻的一端，第五电阻的另一端接微处理器的I/O端口，第四稳压管的阴极接功率开关的漏极，第二稳压管的阳极、第一电容的另一极、第二电容的负极板、第三电容的负极板、第四电容的另一极、第二电阻的另一端、第四稳压管的阳极、功率开关的源极并接后与第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端接桥式整流电路的负极性输出端，功率开关的漏极经依次连接的第三二极管和第三电阻后与继电器切换开关第二组触头的公共端连接，第三二极管的阴极接功率开关的漏极，第三二极管的阳极接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接继电器切换开关第二组触头的公共端。

3.根据权利要求1所述继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块，其特征在于，所述继电器切换开关驱动电路包括：第七二极管、第一三极管、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第七电容、第二光耦，第九电阻的一端接微处理器的电源，第九电阻的另一端接第二光耦的阳极，第二光耦的阴极接微处理器的I/O端口，第二光耦的集电极接第八电阻的一端，第八电阻的另一端与第七电容的一极、第七电阻的一端、第一三极管的基极相连接，第二光耦的发射极、第七电容的另一极、第七电阻的另一端、第一三极管的发射极均接继电器切换开关驱动电路电源的地，第一三极管的集电极与继电器线圈的一端、第七二极管的阳极相连接，第七二极管的阴极连接继电器线圈的另一端后与继电器切换开关驱动电路的电源连接。

4.根据权利要求1所述继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块，其特征在于，所述合闸电容电压检测电路包括：第十电阻、第一传感器、第一信号滤波芯片、第一双向瞬变抑制二极管、第十一电阻、第八电容、第十二电阻、第九电容，第十电阻的一端接合闸电容的正极板，第十电阻的另一端与第一传感器原边线圈的一端连接，第一传感器原边线圈的另一端接合闸电容的负极板，第一传感器副边线圈的一端接第一信号滤波芯片的输入端，第一信号滤波芯片的输出端与第一双向瞬变抑制二极管的一阳极、第十一电阻的一端、第十二电阻的一端、第八电容的一极相连接，第十二电阻的另一端与第九电容的一极并接后作为合闸电容电压检测电路的输出端，第一双向瞬变抑制二极管的另一阳极、第十一电阻的另一端、第八电容的另一极、第九电容的另一极均与第一传感器副边线圈的另一端连接。

5.根据权利要求1所述继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块，其特征在于，所述分闸电容电压检测电路包括：第十三电阻、第二传感器、第二信号滤波芯片、第二双向瞬变抑制二极管、第十四电阻、第十电容、第十五电阻、第十一电容，第十三电阻的一端接分闸电容的正极板，第十三电阻的另一端与第二传感器原边线圈的一端连接，第二传感器原边线圈的另一端接分闸电容的负极板，第二传感器副边线圈的一端接第二信号滤波芯片的输入端，第二信号滤波芯片的输出端与第二双向瞬变抑制二极管的一阳极、第十四电阻的一端、第十五电阻的一端、第十电容的一极相连接，第十五电阻的另一端与第十一电容的一极并接后作为分闸电容电压检测电路的输出端，第二双向瞬变抑制二极管的另一阳极、第十四电阻的另一端、第十电容的另一极、第十一电容的另一极均与第二传感器副边线圈的另一端连接。

6.根据权利要求1所述继电器简单快速切换型的永磁断路器分合闸智能控制模块，其特征在于，分闸线圈的两端接有第五二极管，合闸线圈的两端接有第六二极管，第五二极管的阳极与分闸线圈和继电器切换开关第二组触头常开点的连接点相连，第五二极管的阴极与分闸线圈和继电器切换开关第一组触头公共端的连接点相连，第六二极管的阳极与合闸线圈和继电器切换开关第二组触头常闭点的连接点相连，第六二极管的阴极与合闸线圈和继电器切换开关第一组触头公共端的连接点相连。