CN107069647A - 应用于直流电路控制保护系统的智能直流控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种应用于直流电路控制保护系统的智能直流控制器，该智能直流控制器包括CPU、电压采集模块及电流采集模块，CPU分别与电压采集模块和电流采集模块电性连接，并可以设定电流保护参数。CPU对电压采集模块和电流采集模块中的电压、电流进行实时采集，并与所设定保护参数进行比较，当所述CPU从采集到的信息判断线路异常时，所述智能直流控制器通过控制所述CPU发出报警指示和脱扣指令使线路断开。所述智能直流控制器还与一分流器或霍尔传感器连接，所述CPU通过所述分流器对电路中的电流进行采样，然后通过线性光耦将采样信号送到信号处理电路并传给所述CPU进行计算。采样电路采用线性隔离光耦器件，并设计有抗干扰保护电路，当信号通道受到干扰时，干扰信号不会串绕到内部检测电路中，以保护内部电路系统正常可靠的工作。
Description
技术领域
本发明涉及低压电器设备技术领域，具体涉及一种应用于直流电路控制保护系统的智能直流控制器。
背景技术
低压电气配电系统一般会出现过载、短路、接地等故障，这些故障对于线路和电源设备会造成极大的危害。目前作为配电保护用的低压电气设备都已实现智能型保护，其主要原理就是通过检测电气线路的电信号经过控制模块判别线路中是否有故障产生，若存在故障则发出指令使断路器动作，从而实现其对配电系统的保护，其中核心部件就是控制器。断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器。低压断路器是低压配电系统起通断控制及保护作用的重要电器，低压断路器是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压的电器。直流控制器是配套断路器应用于直流电路控制保护系统。
直流控制器由于是直流电路，传统的互感器不适用于直流电网中。传统的互感器一般应用于交流电网中，传统的互感器线性规律比较差，需要内部软件来补偿，在程序编写上比较麻烦。根据交变的电流产生交变的磁场，交变的磁场又产生交变的电流的原理工作。而直流电网不同于交流电网，所以传统互感器不适用于直流电网中。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种高电气隔离特性、抗静电、耐高压、精度高的应用于直流电路控制保护系统的智能直流控制器。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：应用于直流电路控制保护系统的智能直流控制器，所述智能直流控制器包括CPU、电压采集模块及电流采集模块，所述CPU分别与所述电压采集模块和所述电流采集模块电性连接，所述CPU对电压采集模块和电流采集模块中的电压、电流进行实时采集，当所述CPU从采集到的信息判断线路异常时，所述智能直流控制器通过控制所述CPU发出报警指示和脱扣指令使线路断开。
优选地，所述智能直流控制器还与一分流器或霍尔传感器电性连接，所述CPU通过所述分流器对电路中的电流进行采样，然后通过线性光耦将采样信号送到信号处理电路并传给所述CPU进行计算。
优选地，所述智能直流控制器还与一线束连接，所述智能直流控制器通过线束直接与电网连接进而对电路中的电压进行采样，然后通过线性光耦将采样信号送到信号处理电路并传给所述CPU进行计算。
优选地，所述电流采集模块包括电流采集电路，所述电流采集电路包括电流采样电路包括正极输入端input1、负极输入端input2、正极输出端VI+、负极输出端VI-、线性光耦U1、压敏电阻VAR1、双向二极管D1、电感R1、电感R3、电阻R2、电阻R4、电容C1、电容C2，正极输入端input1与压敏电阻VAR1第一端、双向二极管D1第一端、电感R1第一端电连接，电感R1第二端与电阻R2第一端电连接，电阻R2第二端与电阻R4第一端、电容C1第一端、线性光耦U1的2脚电连接，负极输入端input2与压敏电阻VAR1第二端、双向二极管D1第二端、电感R3第一端电连接，电感R3第二端、电阻R4第二端、电容C1第二端以及线性光耦U1的3脚、4脚都接地，线性光耦U1的1脚与电源VDD2电连接，线性光耦U1的8脚与电源VDD1、电容C2第一端电连接，电容C2第二端、线性光耦U1的5脚都接地，线性光耦U1的7脚与正极输出端VI+电连接，线性光耦U1的6脚与负极输出端VI-电连接。
优选地，所述电压采集模块包括电压采集电路，所述电压采样电路包括正极输入端UIN1、负极输入端UIN2、正极输出端UO+、负极输出端UO-、线性光耦U1、双向二极管D2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C3，正极输入端UIN1与电阻R5第一端电连接，电阻R5的第二端与电阻R2的第一端、双向二极管D2的第一端、电容C1的第一端、线性光耦的2脚电连接，负极输入端UIN2与电阻R6第二端电连接，电阻R6的第二端与电阻R7的第二端、双向二极管D2的第二端、电容C3的第二端电连接，电容C3第二端以及线性光耦U1的3脚、4脚都接地，线性光耦U1的1脚与电源VDD2电连接，线性光耦U1的8脚与电源VDD1、电容C2第一端电连接，电容C2第二端、线性光耦U1的5脚都接地，线性光耦U1的7脚与正极输出端VI+电连接，线性光耦U1的6脚与负极输出端VI-电连接。
优选地，所述智能直流控制器与一断路器电性连接，所述智能直流控制器的输入端与电网的输出端相连接，所述断路器的输入端与电网的输出端相连接。
本发明技术方案的优点主要体现在：该直流电路控制保护系统对于内部检测电路起到一个保护作用；采样电路采用线性隔离光耦器件，并设计有防干扰保护元件，当外部电路受到电击或静电干扰或当信号通道受到干扰时，干扰信号不会串绕到内部检测电路中，保护内部电路系统。线性光耦本身存在一个对电信号的隔离，具有隔离干扰信号的作用，精度比传统的交流要高，且现有的线性规律比较好，比较平滑。
附图说明
图1是本发明智能直流控制器的结构示意图；
图2是本发明智能直流控制器、电流采集模块和电压采集模块的结构示意图；
图3是本发明智能直流控制器的电流采样电路；
图4是本发明智能直流控制器的电压采样电路；
图5是本发明智能直流控制器的Modbus的通讯原理图；
图6是本发明智能直流控制器的CAN通讯原理图；
图7是本发明智能直流控制器的电源电路图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
如图1和如图2所示，应用于直流电路控制保护系统的智能直流控制器，所述智能直流控制器1包括CPU 2、电压采集模块3及电流采集模块4。所述CPU2分别与所述电压采集模块3和所述电流采集模块4电性连接，并可以设定电流保护参数。所述CPU 2对电压采集模块和电流采集模块中的电压、电流进行实时采集，并与所设定保护参数进行比较，当所述CPU 2从采集到的信息判断线路异常时，所述智能直流控制器1通过控制所述CPU 2发出报警指示和脱扣指令使线路断开。
具体地，所述CPU 2实时采集线路电压和电流信号对线路进行检查，当发现线路异常，所述智能直流控制器1会进入保护程序，并做出报警指示或发脱扣指令（分闸信号），使所述直流断路器分闸，断开电路以保护用电设备。所述智能直流控制器还与一分流器5或霍尔传感器电性连接，所述CPU1通过所述分流器5对电路中的电流进行采样，然后通过线性光耦将采样信号送到信号处理电路并传给所述CPU进行计算。
所述主控单元还与一分流器5或霍尔传感器电性连接，所述分流器5为阻性很小的电阻，当大电流时产生小电压信号，即分流器是一个能够通过极大电流的电阻，其直流电阻是严格调好串接在直流电路里，直流电流流过分流器，分流器两端产生毫伏级直流电压信号，采样电路对该电压信号进行采集，经CPU计算得到电路中电流值大小。采样电路采用线性隔离光耦器件，并设计有防干扰保护元件，当外部电路受到电击或静电干扰或当信号通道受到干扰时，干扰信号不会串绕到内部检测电路中，以保护内部电路系统正常可靠的工作。该线性光耦对于内部检测电路起到一个保护作用，线性光耦本身存在一个对电信号的隔离，且可抗静电或耐高压，精度比传统的交流要高，现有的线性规律比较好，比较平滑。
所述电流采集模块4包括电流采集电路。如图3所示为智能直流控制器电流采样电路，电流采样电路包括正极输入端input1、负极输入端input2、正极输出端VI+、负极输出端VI-、线性光耦U1、压敏电阻VAR1、双向二极管D1、电感R1、电感R3、电阻R2、电阻R4、电容C1、电容C2，正极输入端input1与压敏电阻VAR1第一端、双向二极管D1第一端、电感R1第一端电连接，电感R1第二端与电阻R2第一端电连接，电阻R2第二端与电阻R4第一端、电容C1第一端、线性光耦U1的2脚电连接，负极输入端input2与压敏电阻VAR1第二端、双向二极管D1第二端、电感R3第一端电连接，电感R3第二端、电阻R4第二端、电容C1第二端以及线性光耦U1的3脚、4脚都接地，线性光耦U1的1脚与电源VDD2电连接，线性光耦U1的8脚与电源VDD1、电容C2第一端电连接，电容C2第二端、线性光耦U1的5脚都接地，线性光耦U1的7脚与正极输出端VI+电连接，线性光耦U1的6脚与负极输出端VI-电连接。其中，VAR1为压敏电阻，D1为瞬态抑制二极管，R1、R3为电感，R2、R4为分压电阻，U1为线性光耦，VDD1和VDD2为U1的工作电源。分流器两端出来的电压信号通过Input1和Input2进入电流采样回路，然后经R2、R4电阻分压后，将R4电阻分压得到的小电压信号，送到线性光耦U1中，经U1隔离后，将相同比例的小电压信号送到信号处理电路中，然后CPU对信号处理电路中的模拟信号进行AD转换，计算得出线路中的真实电流值，判断电路是否正常，做出相应指示。
所述智能直流控制器1还与一线束连接，所述智能直流控制器1通过线束直接与电网连接进而对电路中的电压进行采样，然后通过线性光耦将采样信号送到信号处理电路并传给所述CPU进行计算。所述线性光耦用于将输入信号和输出信号进行隔离，所述线性光耦本身存在一个对电信号的隔离。
所述电压采集模块3包括电压采集电路，如图4所示为电压采样电路，所述电压采样电路包括正极输入端UIN1、负极输入端UIN2、正极输出端UO+、负极输出端UO-、线性光耦U1、双向二极管D2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C3，正极输入端UIN1与电阻R5第一端电连接，电阻R5的第二端与电阻R2的第一端、双向二极管D2的第一端、电容C1的第一端、线性光耦的2脚电连接，负极输入端UIN2与电阻R6第二端电连接，电阻R6的第二端与电阻R7的第二端、双向二极管D2的第二端、电容C3的第二端电连接，电容C3第二端以及线性光耦U1的3脚、4脚都接地，线性光耦U1的1脚与电源VDD2电连接，线性光耦U1的8脚与电源VDD1、电容C2第一端电连接，电容C2第二端、线性光耦U1的5脚都接地，线性光耦U1的7脚与正极输出端VI+电连接，线性光耦U1的6脚与负极输出端VI-电连接。其中，D2为瞬态抑制二极管，将受保护的线路中的电压直接通过导线引到控制器上相应端子（UIN+和UIN-），通过采样电路中的R5、R6、R7分压电阻，将R7电阻上的小电压信号通过隔离线性光耦送到信号处理电路，然后CPU对信号处理电路中的模拟信号进行AD转换，计算得出线路中的真实电压值，判断电路是否正常，做出相应指示。
将受保护的线路中的电压直接通过导线引到控制器上相应端子UIN+和UIN—，通过采样电路中的R1、R2、R3分压电阻，将小电压信号通过隔离线性光耦送到信号处理电路，然后经所述CPU计算做出判断。所述智能直流控制器与一断路器6电性连接，所述智能直流控制器的输入端与电网的输出端相连接，所述断路器的输入端与电网的输出端相连接。
图5、图6为控制器的通讯原理图，具体地，图5为Modbus的通讯原理图，图6为CAN通讯原理图，操作人员可以通过通讯将控制器工作运行状态的所有数据进行读取，操作人员无需到现场就可以了解线路及控制器的运行状态。当操作人员读取数据时，CPU接受到指令，然后将需要读取的数据发送到通讯芯片，经通讯芯片转换后发送到操作人员。通讯芯片可以将控制器内部电路与外部通讯线路进行隔离，保证外部干扰不会对内部线路造成破坏。
芯片在该电路中起判断作用，假设正常工作时，芯片检测到的是1.5V小电压，当电源电路发生短路这时电流比较大，芯片检测到的不是1.5V小电压可能是3V电压，控制器进入保护程序做出脱扣指令，磁通弹出去闸刀分开，保护了用电设备，芯片发出脱扣指令，脱扣通过磁通使断路器分闸，分闸后，断路器断开。
图7是智能直流控制器电源电路图，外部交流经整流桥DB1后变成脉冲直流，再经电源芯片U1和电感L1，得到想要的电压信号，该电源电路可接交流电源，也可接直流电源，并可为内部电路提供大功率电源，保证电路的正常工作。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.应用于直流电路控制保护系统的智能直流控制器，其特征在于：所述智能直流控制器（1）包括CPU（2）、电压采集模块（3）及电流采集模块（4），所述CPU（2）分别与所述电压采集模块（3）和所述电流采集模块（4）电性连接，所述CPU（2）对电压采集模块（3）和电流采集模块（4）中的电压、电流进行实时采集，当所述CPU（2）从采集到的信息判断线路异常时，所述智能直流控制器（1）通过控制所述CPU（2）发出报警指示和脱扣指令使线路断开。
2.根据权利要求1所述的应用于直流电路控制保护系统的智能直流控制器，其特征在于：所述智能直流控制器（1）还与一分流器（5）或霍尔传感器连接，所述CPU（2）通过所述分流器（5）对电路中的电流进行采样，然后通过线性光耦将采样信号送到信号处理电路并传给所述CPU（2）进行计算。
3.根据权利要求1所述的应用于直流电路控制保护系统的智能直流控制器，其特征在于：所述智能直流控制器（1）还与一线束连接，所述智能直流控制器（1）通过线束直接与电网连接进而对电路中的电压进行采样，然后通过线性光耦将采样信号送到信号处理电路并传给所述CPU（2）进行计算。
4.根据权利要求1所述的应用于直流电路控制保护系统的智能直流控制器，其特征在于：所述电流采集模块包括电流采集电路，所述电流采集电路包括电流采样电路包括正极输入端input1、负极输入端input2、正极输出端VI+、负极输出端VI-、线性光耦U1、压敏电阻VAR1、双向二极管D1、电感R1、电感R3、电阻R2、电阻R4、电容C1、电容C2，正极输入端input1与压敏电阻VAR1第一端、双向二极管D1第一端、电感R1第一端电连接，电感R1第二端与电阻R2第一端电连接，电阻R2第二端与电阻R4第一端、电容C1第一端、线性光耦U1的2脚电连接，负极输入端input2与压敏电阻VAR1第二端、双向二极管D1第二端、电感R3第一端电连接，电感R3第二端、电阻R4第二端、电容C1第二端以及线性光耦U1的3脚、4脚都接地，线性光耦U1的1脚与电源VDD2电连接，线性光耦U1的8脚与电源VDD1、电容C2第一端电连接，电容C2第二端、线性光耦U1的5脚都接地，线性光耦U1的7脚与正极输出端VI+电连接，线性光耦U1的6脚与负极输出端VI-电连接。
5.根据权利要求1所述的应用于直流电路控制保护系统的智能直流控制器，其特征在于：所述电压采集模块包括电压采集电路，所述电压采样电路包括正极输入端UIN1、负极输入端UIN2、正极输出端UO+、负极输出端UO-、线性光耦U1、双向二极管D2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C3，正极输入端UIN1与电阻R5第一端电连接，电阻R5的第二端与电阻R2的第一端、双向二极管D2的第一端、电容C1的第一端、线性光耦的2脚电连接，负极输入端UIN2与电阻R6第二端电连接，电阻R6的第二端与电阻R7的第二端、双向二极管D2的第二端、电容C3的第二端电连接，电容C3第二端以及线性光耦U1的3脚、4脚都接地，线性光耦U1的1脚与电源VDD2电连接，线性光耦U1的8脚与电源VDD1、电容C2第一端电连接，电容C2第二端、线性光耦U1的5脚都接地，线性光耦U1的7脚与正极输出端VI+电连接，线性光耦U1的6脚与负极输出端VI-电连接。
6.根据权利要求1所述的应用于直流电路控制保护系统的智能直流控制器，其特征在于：所述智能直流控制器（1）与一断路器（6）电性连接，所述智能直流控制器的输入端与电网的输出端相连接，所述断路器的输入端与电网的输出端相连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170818 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |