CN106846637A - 电能表系统 - Google Patents

Abstract

本公开的各种实施例提供了一种电能表系统，包括：电能表；具有内部触头的断路器，所述断路器经由主线路与所述电能表耦合；经由控制线路与所述电能表耦合的中央控制单元，其中所述控制线路被配置为向所述中央控制单元提供控制信号以及功率；以及与所述内部触头耦合并由所述中央控制单元控制的执行机构，以引起所述内部触头的接通或断开。

Description

电能表系统

技术领域

本公开的各种实施例总体上涉及电能表系统。

背景技术

目前，具有预付费功能的电能表连同外置于该电能表的断路器(MCB)和执行机构能够共同实现断路器的自动的接通与断开操作，以相应地恢复或终止对下级用电设备的供电。

然而，大多数控制断路器接通与断开的执行机构是基于微型电机和较为复杂的传动结构，诸如齿轮组，这使得这类执行机构执行一次内部触头的状态切换，即在接通与断开之间的切换时所需的时间较长，例如，往往需要2-3秒，而且由于由此可能引发的内部触头在断开过程中的燃烧弧时间过长，容易导致内部触头的烧蚀严重，甚至带来电极堵转的可能性。此外，基于微型电机和较为复杂的传动结构的执行机构往往需要3个位移传感器与其配合使用，并且需要通过判断断路器手柄和脱扣件的位置，以及断路器输出端的电压输出状态才能综合判断该断路器的状态，这使得该解决方案较为复杂且可靠性较低。

此外，由于微型电机执行动作的时间较长，并且电机的功耗较大，包括自身的待机功耗也较大，因此用于控制这类微型电机动作的控制元件，例如控制电路装置往往需要消耗较高的功率，这更使得从不经过用户电能表的控制回路获取用于控制的电能变得困难。

因此，期望实现一种电能表与外置断路器配合工作的电能表系统，其能够基于从电能表输出的控制信号来实现对断路器的远程自动接通与断开操作，同时，还能够确保对断路器控制的可靠性及低功耗。

发明内容

为了解决上述问题，本公开的实施例提供了一种电能表系统，其通过改进的执行机构的结构并连同对其进行控制的中央控制单元来共同实现自动且可靠的断路器控制，同时，还能够实现所述断路器控制的低功耗。

本公开的各种实施例提供了一种电能表系统，包括：电能表；具有内部触头的断路器(MCB)，所述断路器经由主线路与所述电能表耦合；经由控制线路与所述电能表耦合的中央控制单元，其中所述控制线路被配置为向所述中央控制单元提供控制信号以及功率；以及与所述内部触头耦合并由所述中央控制单元控制的执行机构，以引起所述内部触头的接通或断开。

根据本公开的实施例，所述电能表系统还包括：用户状态单元，用于通过互联网接收指示所述用户端的付费信息，并向所述电能表发送所述付费信息。

根据本公开的实施例，其中所述用户状态单元被配置为云服务器。

根据本公开的实施例，其中所述中央控制单元被配置为：基于从所述电能表接收到的所述控制信号，向所述执行机构发送使所述内部触头接通或断开的第一指令；以及向所述电能表传递指示所述内部触头处于接通或断开的状态信息。

根据本公开的实施例，其中所述执行机构被配置为：基于接收到的所述第一指令，来引起所述内部触头的接通或断开。

根据本公开的实施例，其中所述执行机构被配置为电磁线圈。

根据本公开的实施例，其中所述中央控制单元包括：储能电路装置，被配置为存储使得所述执行机构能够执行至少一次所述状态切换所需的电能。

根据本公开的实施例，其中所述执行机构包括位置传感器，其用于将感测到的所述内部触头的接通或断开的状态信息发送到所述中央控制单元。

根据本公开的实施例，其中所述位置传感器被配置为霍尔元件。

根据本公开的实施例，所述电能表系统含有一个位置传感器。

根据本公开的实施例，其中所述位置传感器被配置为：通过感测耦合在所述执行机构与所述内部触头之间的传动件与竖直方向的夹角来确定所述内部触头的接通或断开，其中所述传动件可转动，并且其中所述传动件的转动角度与所述内部触头的转动角度相等。

附图说明

图1示出了根据本公开实施例的电能表系统的框图。

图2a和图2b分别示出了根据本公开实施例的执行机构在不同状态下的视图。

图3a和图3b分别示出了根据本公开实施例的内部触头在不同状态下的视图。

图4示出了根据本公开实施例的储能电路装置的示例性电路图。

具体实施方式

下面将参考附图中示出的若干示例实施例来描述本公开的原理。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，但应当理解，描述这些实施例仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本公开，而并非以任何方式限制本公开的范围。

图1示出了根据本公开实施例的电能表系统的框图，包括：电能表1；具有内部触头5的断路器(MCB)2，所述断路器2经由主线路与所述电能表耦合，所述主线路包括火线P和中性线N；经由控制线路与所述电能表1耦合的中央控制单元3，其中所述控制线路被配置为向所述中央控制单元3提供控制信号以及功率，例如，通过电力线通信技术实现；以及与所述内部触头5耦合并由所述中央控制单元3控制的执行机构4，以引起所述内部触头5的接通或断开。

根据本公开的实施例，所述电能表系统还包括：用户状态单元6，用于通过互联网接收指示所述用户端的付费信息，并向所述电能表发送所述付费信息。其中所述付费信息可以指示该用户是否已在例如该用户的预付费账户中预付了电费，当用户欠费时，该断路器能够自动断开以切断对下级电路的供电，当用户进行充值操作后，断路器能够自动接通以恢复对下级电路的供电。

优选地，所述用户状态单元6可以被配置为云服务器。

根据本公开的实施例，其中所述中央控制单元3被配置为：基于从所述电能表1接收到的所述控制信号，向所述执行机构4发送使所述内部触头5接通或断开的第一指令；以及向所述电能表1传递指示所述内部触头5处于接通或断开的状态信息。

根据本公开的实施例，其中所述执行机构4被配置为：基于接收到的使所述内部触头接通或断开的指令的所述第一指令，来引起所述内部触头5的接通或断开。

根据本公开的实施例，其中所述执行机构4被配置为电磁线圈(Bobbin)。与通常使用的基于电机的执行机构相比，本公开的这种基于电磁线圈的执行机构具有更小的体积，从而在整体上节省了空间。除此之外，这种基于电磁线圈的执行机构还具有更快的执行速度，根据本公开的一个具体实施例，所述电磁线圈的动作时间为150ms，即在接通状态与断开状态之间的执行一次状态切换时间，而传统的基于电机的执行机构的动作时间往往长达2-3秒，这使得可能带来过长的燃烧弧时间，从而可能导致断路器中的内部触头的严重烧蚀。

图2a和图2b分别示出了根据本公开实施例的被配置为电磁线圈的执行机构在不同状态下的视图。如图2a和图2b所示，所述电磁线圈4经由传动件9以及连杆10与面向其的内部触头5刚性连接，其具体结构将在下面的图3a和图3b中详细示出，因此可以实现对所述该内部触头5的快速开合。图2a示出了所述传动件9以及连杆10在与其刚性耦合的内部触头5处于接通情况下的状态或定向，图2b示出了所述传动件9以及连杆10在与其刚性耦合的内部触头5处于断开情况下的状态或定向。

图3a和图3b分别示出了根据本公开实施例的内部触头5在不同状态下的视图。如图3a和图3b所示，所述内部触头经由图2a和图2b中的传动件9以及连杆10与面向其的电磁线圈4刚性耦合。图3a示出了所述内部触头5处于接通情况下的定向，且图3b示出了所述内部触头5处于断开情况下的定向。

现结合图2a、图2b、图3a与图3b可以看出，与传统的基于电机的执行机构相比，由于基于电磁线圈的执行机构4直接作用于内部触头5，且电磁线圈4与内部触头5的配合使得它们在所谓的“双稳态”的工作方式下操作，因此可以大幅提高所述断路器的接通与断开的可靠性。在“双稳态”工作方式下，执行机构例如电磁线圈为了完成一次状态切换仅需动作一次，且在内部触头5的接通或断开的状态下，由于通过传动件9以及连杆10与执行机构4的刚性耦合，使得内部触头5均处于稳定状态。

根据本公开的实施例，其中所述中央控制单元3包括：储能电路装置7，被配置为存储使得所述执行机构能够执行至少一次所述状态切换所需的电能。

现参考图4，图4示出了根据本公开实施例的储能电路装置的示例性电路图。如图4的示例所示，该储能电路装置主要包括：稳压装置、整流电路、滤波电路、以及充电电容组。如图1所示，稳压装置被配置为瞬变电压抑制二极管即TVS管，用于在经受高能量冲击时，吸收大的电流以将其两端的电压钳位在一个预定的电压值，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击。整流电路在本示例中被配置为桥式整流电路，以将输入的正弦波交流电变换为单相的脉动直流电，以用于随后的滤波电路。滤波电路在本示例中被配置为由两个电容器和布置在它们之间的一个电感器构成的π形电路，以将脉动直流电变换为最终的直流电，并向随后的充电电容组充电。充电电容组用于存储电荷，通过适当的设计(具体设计未示出)该充电电容组即使在控制线路突然断开的情况下仍能够确保执行机构执行至少一次状态切换。举例来说，在与该中央控制单元配合工作的电磁线圈的动作时间为150ms的情况下，该充电电容组稳定释放电荷的时间能够至少能够持续150ms，以使得执行机构执行至少一次状态切换。需要指出，本公开并不旨在限定稳压装置、整流电路、滤波电路等电路元件的类型，任何能够实现上述功能的电子器件均落入本公开的范围。

现再次参考图1，根据本公开的实施例，其中所述执行机构4包括位置传感器8，其用于将感测到的所述内部触头5的接通或断开的状态信息发送到所述中央控制单元3。

根据本公开的实施例，其中所述位置传感器8被配置为霍尔元件(Hall)。

根据本公开的实施例，其中所述位置传感器被配置为：通过感测耦合在所述执行机构4与所述内部触头5之间的传动件9与竖直方向的夹角来确定所述内部触头的接通或断开，其中所述传动件可转动，并且其中所述传动件的转动角度与所述内部触头的转动角度相等。

根据本公开的一个具体实施例，所述霍尔元件被安装在可旋转一定角度的传动件9上，由于电磁线圈经由传动件9和连杆10与内部触头5刚性连接，因此只需要判断霍尔元件所在的传动件9的旋转角度即可判断出所述内部触头的接通与断开，即所述断路器的接通与断开。因此，优选地，所述电能表系统可以仅含有一个位置传感器。

综上所述，本公开的各种实施例提供了一种电能表系统，其能够基于从电能表输出的控制信号来实现对断路器的远程自动接通与断开操作，同时，还能够确保对断路器控制的可靠性及低功耗。

以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等效替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电能表系统，其特征在于，包括：

电能表(1)；

断路器(2)，具有内部触头(5)，所述断路器经由主线路与所述电能表耦合；

中央控制单元(3)，经由控制线路与所述电能表(1)耦合，其中所述控制线路被配置为向所述中央控制单元(3)提供控制信号以及功率；以及

执行机构(4)，与所述内部触头(5)耦合，并由所述中央控制单元(3)控制，以引起所述内部触头(5)的接通或断开。

2.根据权利要求1所述的电能表系统，其特征在于，还包括：

用户状态单元(6)，用于通过互联网接收指示所述用户端的付费信息，并向所述电能表(1)发送所述付费信息。

3.根据权利要求2所述的电能表系统，其特征在于，所述用户状态单元(6)被配置为云服务器。

4.根据权利要求1所述的电能表系统，其特征在于，所述中央控制单元(3)被配置为：

基于从所述电能表(1)接收到的所述控制信号，向所述执行机构(4)发送使所述内部触头接通或断开的第一指令；以及

向所述电能表(1)传递指示所述内部触头(5)处于接通或断开的状态信息。

5.根据权利要求1所述的电能表系统，其特征在于，所述执行机构(4)被配置为：

基于接收到的所述第一指令，来引起所述内部触头(5)的接通或断开。

6.根据权利要求4所述的电能表系统，其特征在于，所述执行机构(4)被配置为电磁线圈。

7.根据权利要求6所述的电能表系统，其特征在于，所述中央控制单元(3)包括：

储能电路装置(7)，被配置为存储使得所述执行机构(4)能够执行至少一次所述状态切换所需的电能。

8.根据权利要求1所述的电能表系统，其特征在于，所述执行机构(4)包括位置传感器(8)，其用于将感测到的所述内部触头(5)的接通或断开的状态信息发送到所述中央控制单元(3)。

9.根据权利要求8所述的电能表系统，其特征在于，所述位置传感器(8)被配置为霍尔元件。

10.根据权利要求8所述的电能表系统，其特征在于，含有一个位置传感器(8)。

11.根据权利要求8所述的电能表系统，其特征在于，所述位置传感器(8)被配置为：

通过感测耦合在所述执行机构(4)与所述内部触头(5)之间的传动件(9)与竖直方向的夹角来确定所述内部触头(5)的接通或断开，

其中所述传动件(9)可转动，并且其中所述传动件(9)的转动角度与所述内部触头(5)的转动角度相等。