CN107240532B - 断路器电动操作机构电路 - Google Patents

Abstract

断路器电动操作机构电路，它包括母线电源(1)，母线电源(1)的输出端连接多相整流电路(2)，所述多相整流电路(2)的输出端连接到电源控制电路(3)，电源控制电路(3)的输出端连接电源电路(4)，电源电路(4)的输出端与系统电源(5)连接，系统电源(5)为微控制单元系统(6)提供电源，微控制单元系统(6)与位置检测电路(7)连接，所述位置检测电路(7)与电机(8)连接，电机(8)受电机驱动电路(9)控制，所述微控制单元系统(6)上连接有采样电路(10),所述采样电路(10)接收外部控制信号，所述微控制单元系统(6)上还连接有充放电控制电路(11)，本发明能够降低电动操作机构在无需工作时的功耗，且利用电子储能方式满足电机输出功率增大而不改变断路器体积的目的。

Description

断路器电动操作机构电路

技术领域

本发明属于断路器电路技术领域，具体讲就是涉及一种断路器电动操作机构电路。

背景技术

微型断路器，简称MCB，是电气终端配电装置引中使用最广泛的一种终端保护电器。断路器的电动操作机构是一种是用于远距离自动分闸和合闸断路器的附件。在电动操作机构合闸过程中，其时间较长，负载较重，电动操作机构在转动过程中需要较大功率的电源，待其运动到位，无需工作时功耗仍有消耗；其次，若期间电源跌落断电，可能导致断路器处于合分闸的中间状态，使断路器触头之间电气间距不够或触头超程不够、手柄卡住，无法手动分闸，易造成安全事故，将对断路器及其负载带来危险。目前传统的解决方式是采取机械预储能的方式，但在断路器有限的安装空间范围内，需要增加超级电容，并且随着电机输出功率增大，需要越来越大的体积，难以实现。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有的断路器电动操作机构在无需工作时也有功耗，且机械式体积无法扩大的技术缺陷，提供一种断路器电动操作机构电路，能够降低电动操作机构在无需工作时的功耗，且利用电子储能方式满足电机输出功率增大而不改变断路器体积的目的。

技术方案

为了实现上述技术目的，本发明设计的断路器电动操作机构电路，其特征在于：它包括母线电源，母线电源的输出端连接多相整流电路，所述多相整流电路的输出端连接到电源控制电路，电源控制电路的输出端连接电源电路，电源电路以系统电源形式为微控制单元系统提供电源，微控制单元系统与位置检测电路连接，所述位置检测电路与电机连接，电机受电机驱动电路控制，电机驱动电路连接到微控制单元系统，所述微控制单元系统上连接有采样电路,所述采样电路接收外部控制信号，所述微控制单元系统上还连接有充放电控制电路，所述充放电控制电路连接储能元件为储能元件充放电，所述储能元件为系统电源储能，系统电源为充放电控制电路供电。

进一步，所述多相整流电路为在断路器的火线和零线之间用二极管，限流元件与限压元件串接构成回路，同时在限压元件两端并联负载。

进一步，所述二极管为至少一个二极管的通过串联或并联或串并联方式组成。

进一步，所述二极管为共阴极或共阳极连接。

进一步，所述二极管的输入端连接到火线，输出端连接到限流元件的输入端，限流元件的输出端连接到限压元件的输入端，限压元件的输出端连接到零线。

进一步，所述充放电控制电路包括掉电保护电路，掉电保护电路包括包括充电电路，储能元件和放电控制电路，充电电路输入端与系统电源相连接，充电电路输出端连接至储能元件及放电控制电路的输入端，放电控制电路的输出端连接到电机电源上，储能元件与放电控制电路的输入端连接。

进一步，所述充电电路包含分压元件和限流元件,分压元件和限流元件串联连接。

进一步，所述分压元件为稳压二极管，限流元件为限流电阻。

进一步，所述放电控制电路输入端与放电第一场效应管或放电开关三极管或放电开关绝缘栅门极晶体管的输入极连接，放电第一电阻与放电第一场效应管或放电开关三极管或绝缘栅门极晶体管的输入极及驱动极并联连接,放电第一场效应管或放电开关三极管或绝缘栅门极晶体管的驱动极与放电第二场效应管或放电开关三极管或开关绝缘栅门极晶体管的输出极连接，放电第一场效应管或放电开关三极管或放电开关绝缘栅门极晶体管的输出极与放电二极管及放电控制电路输出端依次连接；

放电信号与放电第二电阻及放电第二场效应管或放电开关三极管或开关绝缘栅门极晶体管的驱动极依次连接，放电第二场效应管或放电开关三极管或开关绝缘栅门极晶体管的输出极与储能元件的一端连接。

进一步，所述电源控制电路包括自关断触发电平生成电路，控制信号转换电路，限压开关电路和开关电源电路，所述自关断触发电平生成电路的输出端与限压开关电路输入端相连接，所述的控制信号转换电路输出端与限压开关电路输入端相连接，所述的限压开关电路输出端与电源电路的输入端相连接。

进一步，所述自关断触发电平生成电路包括自关断第一电阻，自关断第二电阻，自关断电容，自关断稳压二极管或自关断瞬变电压抑制二极管，所述自关断第一电阻，自关断第二电阻和自关断电容依次串联，所述自关断稳压二极管或自关断瞬变电压抑制二极管管接在自关断电容两端与其并联。

进一步，所述限压开关电路包括限压开关第一电阻，限压开关第二电阻，限压开关稳压二极管或限压开关瞬变电压抑制二极管或限压开关压敏电阻，所述的限压开关第一电阻与限压开关第二电阻串联后与限压开关第一场效应管或限压开关三极管或限压开关绝缘栅门极晶体管的驱动极及输入极并联连接，限压开关第二场效应管或限压开关三极管或限压开关绝缘栅门极晶体管与限压开关第一瞬变电压抑制二极管或限压开关稳压二极管或压敏电阻并联后与第一场效应管或三极管或绝缘栅门极晶体管的驱动极连接，所述限压开关稳压二极管与限压开关电解电容串联后与限压开关第一场效应管的输出极串联连接，所述限压开关第二瞬变电压抑制二极管或限压开关稳压二极管或限压开关压敏电阻分别与限压开关第一场效应管的驱动极及输出极并联连接。

进一步，所述的控制信号转换电路(3B)包括信号转换第一电阻，信号转换第二电阻，信号转换第三电阻，信号转换第四电阻，信号转换三极管或场效应管或绝缘栅门极晶体管，所述信号转换第一电阻与信号转换三极管或场效应管或绝缘栅门极晶体管的驱动极相连接，所述的信号转换第二电阻与信号转换三极管或场效应管或绝缘栅门极晶体管的驱动极及输出极并联，所述信号转换第三电阻与信号转换三极管或场效应管或绝缘栅门极晶体管的输入极连接，所述信号转换第四电阻与信号转换三极管或场效应管或绝缘栅门极晶体管的输入极及输出极并联。

有益效果

本发明提供的一种断路器电动操作机构电路，能够降低电动操作机构在无需工作时的功耗，且利用电子储能方式满足电机输出功率增大而不改变断路器体积的目的。

附图说明

附图1是本发明实施例中的连接关系示意图。

附图2是本发明实施例中电路连接示意图。

附图3是本发明实施例中多相整流电路的连接关系示意图。

附图4是本发明实施例中多相取电电路中二极管连接结构示意图附图5是本发明实施例中掉电保护电路的连接关系示意图。

附图6是本发明实施例中电源控制电路与电源电路的连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。

实施例

如附图1和2所示，断路器电动操作机构电路，它包括母线电源1，母线电源1的输出端连接多相整流电路2，所述多相整流电路2的输出端连接到电源控制电路3，电源控制电路3的输出端连接电源电路4，电源电路4以系统电源5形式为微控制单元系统6提供电源，微控制单元系统6与位置检测电路7连接，所述位置检测电路7与电机8连接，电机8受电机驱动电路9控制，电机驱动电路9连接到微控制单元系统6，所述微控制单元系统6上连接有采样电路10,所述采样电路10接收外部控制信号，所述微控制单元系统6上还连接有充放电控制电路11，所述充放电控制电路11连接储能元件12为储能元件12充放电，所述储能元件12为系统电源5储能，系统电源5为充放电控制电路11供电。

如附图3所示，所述多相整流电路2为在断路器的火线2L和零线2N之间用二极管2D，限流元件2Z与限压元件2RV串接构成回路，同时在限压元件2RV两端并联负载2RL。

所述二极管2D为共阴极或共阳极连接。

所述二极管2D的输入端连接到火线2L，输出端连接到限流元件2Z的输入端，限流元件2Z的输出端连接到限压元件2RV的输入端，限压元件2RV的输出端连接到零线2N。

优选地，如附图4所示，所述二极管2D为三个二极管的通过并联方式组成。

如附图5所示，所述充放电控制电路11包括掉电保护电路，掉电保护电路包括包括充电电路11A，储能元件11B和放电控制电路11C，充电电路11A输入端与系统电源相连接，充电电路11A输出端连接至储能元件11B及放电控制电路11C的输入端，放电控制电路11C的输出端连接到电机电源上，储能元件11B与放电控制电路11C的输入端连接。

所述充电电路11A包含分压元件11A1和限流元件11A2,分压元件11A1和限流元件11A2串联连接。

所述分压元件11A1为稳压二极管，限流元件11A2为限流电阻。

所述放电控制电路11C输入端与放电第一场效应管11C_Q1或放电开关三极管或放电开关绝缘栅门极晶体管的输入极连接，放电第一电阻11C-R1与放电第一场效应管11C_Q1或放电开关三极管或绝缘栅门极晶体管的输入极及驱动极并联连接,放电第一场效应管11C_Q1或放电开关三极管或绝缘栅门极晶体管的驱动极与放电第二场效应管11C_Q2或放电开关三极管或开关绝缘栅门极晶体管的输出极连接，放电第一场效应管11C_Q1或放电开关三极管或放电开关绝缘栅门极晶体管的输出极与放电二极管11C_D1及放电控制电路11C输出端依次连接；

放电信号与放电第二电阻11C-R2及放电第二场效应管11C_Q2或放电开关三极管或开关绝缘栅门极晶体管的驱动极依次连接，放电第二场效应管11C_Q2或放电开关三极管或开关绝缘栅门极晶体管的输出极与储能元件11B的一端连接。

如附图6所示，所述电源控制电路3包括自关断触发电平生成电(3A，控制信号转换电路3B，限压开关电路3C和开关电源电路4，所述自关断触发电平生成电路3A的输出端与限压开关电路(3C)输入端相连接，所述的控制信号转换电路3B输出端与限压开关电路3C输入端相连接；

所述的限压开关电路3C输出端与电源电路4的输入端相连接。

所述自关断触发电平生成电路3A包括自关断第一电阻3A_R1，自关断第二电阻A_R2，自关断电容3A_C，自关断稳压二极管(3A_D)或自关断瞬变电压抑制二极管，所述自关断第一电阻3A_R1，自关断第二电(A_R2和自关断电容3A_C依次串联，所述自关断稳压二极管3A_D或自关断瞬变电压抑制二极管管接在自关断电容3A_C两端与其并联。

所述限压开关电路(3C)包括限压开关第一电阻3C_R1，限压开关第二电阻3C_R2，限压开关稳压二极管3C_D或限压开关瞬变电压抑制二极管或限压开关压敏电阻，所述的限压开关第一电阻3C_R1与限压开关第二电阻3C_R2串联后与限压开关第一场效应管3C_Q1或限压开关三极管或限压开关绝缘栅门极晶体管的驱动极及输入极并联连接，限压开关第二场效应管3C_Q2或限压开关三极管或限压开关绝缘栅门极晶体管与限压开关第一瞬变电压抑制二极管3C_D1或限压开关稳压二极管或压敏电阻并联后与第一场效应管3C_Q1或三极管或绝缘栅门极晶体管的驱动极连接，所述限压开关稳压二极管3(C_D)与限压开关电解电容串联3C_C后与限压开关第一场效应管3C_Q1的输出极串联连接，所述限压开关第二瞬变电压抑制二极管3C_D2或限压开关稳压二极管或限压开关压敏电阻分别与限压开关第一场效应管3C_Q1的驱动极及输出极并联连接。

所述的控制信号转换电路3B包括信号转换第一电阻(3B_R1)，信号转换第二电阻3B_R2，信号转换第三电阻B_R3，信号转换第四电阻3B_R4，信号转换三极管3B_D或场效应管或绝缘栅门极晶体管，所述信号转换第一电阻3B_R1与信号转换三极管或场效应管或绝缘栅门极晶体管的驱动极相连接，所述的信号转换第二电阻3B_R2与信号转换三极管3B_D或场效应管或绝缘栅门极晶体管的驱动极及输出极并联，所述信号转换第三电阻3B_R3与信号转换三极管3B_D或场效应管或绝缘栅门极晶体管的输入极连接，所述信号转换第四电阻3B_R4与信号转换三极管3B_D或场效应管或绝缘栅门极晶体管的输入极及输出极并联。

实施例的工作原理是母线电源经过多相整流后，由电源控制电路控制下的电源电路转化为系统电源，供各个电子电路使用。

电源控制电路有以下功能：1.在微控制单元系统6未对其控制时，在母线电源重新上电时有延时关断的功能；2.在母线电源有电的时候，在控制电平为低电平时，能维持关闭状态；控制电平为高电平时，能维持导通状态。

外部控制信号通过采样电路，微控制单元系统6提供电源及信号。

微控制单元系统6通过电机驱动电路控制电机动作；微控制单元系统6通过位置检测电路判断电操的合分闸等位置

对于切换时的处理过程是：当系统电源重新上电时，控制电路先导通后延时关断，此时微控制单元系统开始工作，通过电源控制电路导通，电源开始工作，检测外部控制信号及当前电操状态，若电操状态位置符合外部控制信号要求，则微控制单元系统通过电源控制电路将电源关断，微控制单元系统掉电，电源控制电路维持关闭状态，此时功耗为uA级；若不符合外部控制信号要求，则微控制单元系统通过控制电机将电操转动到对应位置，然后微控制单元系统再将电源关断，进入待机状态。

当系统电源有电但电操处于待机状态时，此时外部控制信号从无电到有电，将提供电源和信号给微控制单元系统，微控制单元系统识别是系统上电还是外部控制信号变化后若系统电源有电压则为系统上电，否则则为控制信号上电，控制电源开启，然后控制电机将电操转动到对应位置后，再关断电源进入待机状态；当外部控制电源从有电到无电时，储存的能量能维持微控制单元系统工作一定时间，微控制单元系统在此时间内确定控制信号状态，并开启电源导通，将电操转动到相应位置后，再关断电源，进入待机状态，此时系统最终无电，直至母线电源或者外部控制信号激活。

对于在电操合闸过程中，在母线电源掉电的情况下的处理：储能元件能量不足时，微控制单元系统电路通过充放电控制电路给储能元件充电，当储能元件储存足够能量后停止充电。

当电操需要动作时，电源电路及储能元件同时给系统电源供电，微控制单元系统通过电机驱动电路控制电机，通过位置检测电路确定电机状态，同时通过采样电路确定母线电源状态，若在动作期间母线电源正常，电机动作到指定位置时，电机停止转动，储能元件放电电路关闭。

当出现异常情况：即在电机动作期间母线电源跌落时，单片机确定母线电源跌落，通过电机驱动电路将电机停止下来，减少当前存储能量的消耗，然后将电机转动到某一指定位置后，将电机停止下来，储能元件放电电路关闭。

本发明提供的一种断路器电动操作机构电路，能够降低电动操作机构在无需工作时的功耗，且利用电子储能方式满足电机输出功率增大而不改变断路器体积的目的。

Claims (13)

1.断路器电动操作机构电路，其特征在于：它包括母线电源(1)，母线电源(1)的输出端连接多相整流电路(2)，所述多相整流电路(2)的输出端连接到电源控制电路(3)，电源控制电路(3)的输出端连接电源电路(4)，电源电路(4)以系统电源(5)形式为微控制单元系统(6)提供电源，微控制单元系统(6)与位置检测电路(7)连接，所述位置检测电路(7)与电机(8)连接，电机(8)受电机驱动电路(9)控制，电机驱动电路(9)连接到微控制单元系统(6)，所述微控制单元系统(6)上连接有采样电路(10),所述采样电路(10)接收外部控制信号，所述微控制单元系统(6)上还连接有充放电控制电路(11)，所述充放电控制电路(11)连接储能元件(12)为储能元件(12)充放电，所述储能元件(12)为系统电源(5)储能，系统电源(5)为充放电控制电路(11)供电。

2.如权利要求1所述的断路器电动操作机构电路，其特征在于：所述多相整流电路(2)为在断路器的火线(2L)和零线(2N)之间用二极管(2D)，限流元件(2Z)与限压元件(2RV)串接构成回路，同时在限压元件(2RV)两端并联负载(2RL)。

3.如权利要求2所述的断路器电动操作机构电路，其特征在于：所述二极管(2D)为至少一个二极管的通过串联或并联或串并联方式组成。

4.如权利要求2所述的断路器电动操作机构电路，其特征在于：所述二极管(2D)为共阴极或共阳极连接。

5.如权利要求2所述的断路器电动操作机构电路，其特征在于：所述二极管(2D)的输入端连接到火线(2L)，输出端连接到限流元件(2Z)的输入端，限流元件(2Z)的输出端连接到限压元件(2RV)的输入端，限压元件(2RV)的输出端连接到零线(2N)。

6.如权利要求1所述的断路器电动操作机构电路，其特征在于：所述充放电控制电路(11)包括掉电保护电路，掉电保护电路包括充电电路(11A)，储能元件(11B)和放电控制电路(11C)，充电电路(11A)输入端与系统电源相连接，充电电路(11A)输出端连接至储能元件(11B)及放电控制电路(11C)的输入端，放电控制电路(11C)的输出端连接到电机电源上，储能元件(11B)与放电控制电路(11C)的输入端连接。

7.如权利要求6所述的断路器电动操作机构电路，其特征在于：所述充电电路(11A)包含分压元件(11A1)和限流元件(11A2),分压元件(11A1)和限流元件(11A2)串联连接。

8.如权利要求7所述的断路器电动操作机构电路，其特征在于：所述分压元件(11A1)为稳压二极管，限流元件(11A2)为限流电阻。

9.如权利要求6所述的断路器电动操作机构电路，其特征在于：所述放电控制电路(11C)输入端与放电第一场效应管(11C_Q1)或放电开关三极管或放电开关绝缘栅门极晶体管的输入极连接，放电第一电阻(11C-R1)与放电第一场效应管(11C_Q1)或放电开关三极管或绝缘栅门极晶体管的输入极及驱动极并联连接,放电第一场效应管(11C_Q1)或放电开关三极管或绝缘栅门极晶体管的驱动极与放电第二场效应管(11C_Q2)或放电开关三极管或开关绝缘栅门极晶体管的输出极连接，放电第一场效应管(11C_Q1)或放电开关三极管或放电开关绝缘栅门极晶体管的输出极与放电二极管(11C_D1)及放电控制电路(11C)输出端依次连接；

放电信号与放电第二电阻(11C-R2)及放电第二场效应管(11C_Q2)或放电开关三极管或开关绝缘栅门极晶体管的驱动极依次连接，放电第二场效应管(11C_Q2)或放电开关三极管或开关绝缘栅门极晶体管的输出极与储能元件(11B)的一端连接。

10.如权利要求1所述的断路器电动操作机构电路，其特征在于：所述电源控制电路(3)包括自关断触发电平生成电路(3A)，控制信号转换电路(3B)，限压开关电路(3C)和开关电源电路(3D)，所述自关断触发电平生成电路(3A)的输出端与限压开关电路(3C)输入端相连接，所述的控制信号转换电路(3B)输出端与限压开关电路(3C)输入端相连接，所述的限压开关电路(3C)输出端与电源电路(4)的输入端相连接。

11.如权利要求10所述的断路器电动操作机构电路，其特征在于：所述自关断触发电平生成电路(3A)包括自关断第一电阻(3A_R1)，自关断第二电阻(3A_R2)，自关断电容(3A_C)，自关断稳压二极管(3A_D)或自关断瞬变电压抑制二极管，所述自关断第一电阻(3A_R1)，自关断第二电阻(A_R2)和自关断电容(3A_C)依次串联，所述自关断稳压二极管(3A_D)或自关断瞬变电压抑制二极管管接在自关断电容(3A_C)两端与其并联。

12.如权利要求10所述的断路器电动操作机构电路，其特征在于：所述限压开关电路(3C)包括限压开关第一电阻(3C_R1)，限压开关第二电阻(3C_R2)，限压开关稳压二极管3(C_D)或限压开关瞬变电压抑制二极管或限压开关压敏电阻，所述的限压开关第一电阻(3C_R1)与限压开关第二电阻(3C_R2)串联后与限压开关第一场效应管(3C_Q1)或限压开关三极管或限压开关绝缘栅门极晶体管的驱动极及输入极并联连接，限压开关第二场效应管(3C_Q2)或限压开关三极管或限压开关绝缘栅门极晶体管与限压开关第一瞬变电压抑制二极管(3C_D1)或限压开关稳压二极管或压敏电阻并联后与第一场效应管(3C_Q1)或三极管或绝缘栅门极晶体管的驱动极连接，所述限压开关稳压二极管3(C_D)与限压开关电解电容串联(3C_C)后与限压开关第一场效应管3(C_Q1)的输出极串联连接，所述限压开关第二瞬变电压抑制二极管(3C_D2)或限压开关稳压二极管或限压开关压敏电阻分别与限压开关第一场效应管(3C_Q1)的驱动极及输出极并联连接。

13.如权利要求10所述的断路器电动操作机构电路，其特征在于：所述的控制信号转换电路(3B)包括信号转换第一电阻(3B_R1)，信号转换第二电阻(3B_R2)，信号转换第三电阻(B_R3)，信号转换第四电阻(3B_R4)，信号转换三极管(3B_D)或场效应管或绝缘栅门极晶体管，所述信号转换第一电阻(3B_R1)与信号转换三极管或场效应管或绝缘栅门极晶体管的驱动极相连接，所述的信号转换第二电阻(3B_R2)与信号转换三极管(3B_D)或场效应管或绝缘栅门极晶体管的驱动极及输出极并联，所述信号转换第三电阻(3B_R3)与信号转换三极管(3B_D)或场效应管或绝缘栅门极晶体管的输入极连接，所述信号转换第四电阻(3B_R4)与信号转换三极管(3B_D)或场效应管或绝缘栅门极晶体管的输入极及输出极并联。

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