CN110491741A - 一种远程控制智能断路器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种远程控制智能断路器，包括一断路器本体、一采集及控制模块；所述断路器本体为至少一极的微型断路器，所述断路器本体主电路上套有互感器，用于采集断路器主电路的电流信号；所述采集及控制模块位于断路器本体的一侧，用于基于互感器传递过来的电流信号及自身采集的电压信号、环境温度信号，通过运算处理得到功率、电量和环境温度数据，将数据传递给外部控制器，并接收外部控制器的指令执行合闸或分闸动作。本发明可持续监测用电情况且能远程控制分合闸。

Description

一种远程控制智能断路器

技术领域

本发明属于低压电器技术领域，具体涉及一种远程控制智能断路器。

背景技术

目前，供电网络的终端都安装有断路器，应用最广泛的仍为传统的断路器。作为一种终端保护电器，断路器在接受到异常电流信号时，具备分闸、合闸功能。目前传统的断路器只具备手动分合闸及过载、短路自动分闸功能，现有技术中也有一些断电后自动合闸的智能断路器，绝大多数为预付费电表专用断路器，功能非常单一。也有一些智能断路器能够远程控制分合闸，但是，却不能采集到电路上的用电信息，例如电流、电压、负载功率、断路器内部温度等信息，不能有效监测线路用电情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种可持续监测用电情况且能远程控制分合闸的智能断路器。

本发明提供了一种远程控制智能断路器，包括一断路器本体、一采集及控制模块；

所述断路器本体为至少一极的微型断路器，所述断路器本体主电路上套有互感器，用于采集断路器主电路的电流信号；

所述采集及控制模块位于断路器本体的一侧，用于基于互感器传递过来的电流信号及自身采集的电压信号、环境温度信号，通过运算处理得到功率、电量和环境温度数据，将数据传递给外部控制器，并接收外部控制器的指令执行合闸或分闸动作。

进一步地，智能断路器能独立工作，亦可在其一侧扩展通信模块，所述通信模块与所述采集及控制模块电气连接，用于实现所述远程控制智能断路器的通信功能。

进一步地，所述断路器本体的进线端接线端子处焊接有第一导电线和第二导电线，用作所述采集及控制模块的电源线；

所述断路器本体设置有一小盖板，用于遮盖住所述第一导电线和第二导电线的焊接点，以防止所述第一导电线和第二导电线外露；

所述断路器本体的出线端接线端子处焊接有第三导电线和第四导电线，所述采集及控制模块与所述第三导电线和第四导电线电气连接，用于监测所述第三导电线和第四导电线之间是否有电压，用以判断所述断路器本体处于分闸或是合闸状态。

进一步地，所述采集及控制模块包括壳体、电路板、MCU单元、驱动机构、执行机构、拨码开关、RS485端口，所述驱动机构包括电机驱动单元和变速齿轮；所述执行机构包括执行齿轮、联动轴、联动杆和脱扣杆；所述电路板设于所述壳体中，其上设有所述拨码开关、RS485端口、MCU单元和电机驱动单元；

所述电机驱动单元的电源线与所述电路板电气连接，通过接通或断开电源执行所述电机驱动单元的启动或停止动作；所述电机驱动单元主体固定在所述壳体上，其蜗杆与若干变速齿轮啮合，若干变速齿轮将所述电机驱动单元的转动传递给所述执行齿轮；所述联动轴安装于所述执行齿轮上，随所述执行齿轮转动而转动；所述联动杆一端安装在所述联动轴上，另一端安装在所述断路器本体的手柄上，用于将得到联动轴的转动力矩传递给所述断路器本体的手柄，以执行智能断路器的合闸动作；

所述脱扣杆的拼装针伸进所述断路器本体的脱扣机构内，正常合闸时，所述断路器本体脱扣机构带动所述脱扣杆转动，使所述脱扣杆转动到预设位置；所述采集及控制模块指令分闸时，所述执行齿轮带动脱扣杆反向转动，进而带动断路器本体的脱扣机构脱扣分闸；

所述MCU单元采用计量控制芯片，用于通过计算得到所述功率、电量和环境温度数据，通过所述RS485端口将数据传递给外部控制器，并接收外部控制器的指令控制所述驱动机构及执行机构执行智能断路器的合闸或分闸动作。

进一步地，所述联动杆为刚度大和强度高的金属制件，其截面为非圆形的规则几何形状。

进一步地，所述执行齿轮上设置有一磁钢；所述电路板上设置有三个霍尔元件，用于与所述磁钢配合，监测和控制所述执行齿轮的初始位置和转动位置。

进一步地，所述联动轴上设置有第一平面和第二平面，所述执行齿轮上设置有第三平面、第四平面和一凸台。所述联动轴的中心轴线与所述执行齿轮的中心轴线对齐，初始状态下，所述第一平面与第三平面相接触，用于使所述智能断路器的指令脱扣、电路故障脱扣及人工脱扣之间互不干涉。

进一步地，所述采集及控制模块的壳体上设置有两处异形孔，用来穿过所述断路器本体与采集及控制模块电气连接的电源线和信号线，以防止电源线和信号线裸露于智能断路器外部。

进一步地，所述采集及控制模块与一极的所述断路器本体宽度相同。

进一步地，所述拨码开关分为设置状态和工作状态，当处于设置状态时，用于对所述智能断路器进行参数设置，此时断路器仅具有过载、短路基本保护功能；当处于工作状态时，所述智能断路器正常工作，此时对其设置参数无效。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

可持续监测用电情况且能远程控制分合闸。

附图说明

图1是本发明整体外观结构图；

图2是本发明断路器本体外观结构图一；

图3为本发明断路器本体外观结构图二；

图4为本发明采集及控制模块与断路器本体电气连接示意图一；

图5为本发明采集及控制模块与断路器本体机械连接示意图二；

图6为本发明采集及控制模块外观结构图；

图7为本发明采集及控制模块内部结构图；

图8为本发明执行齿轮结构图；

图9为本发明执行齿轮与电路板位置关系图；

图10为本发明联动轴结构图；

图11为本发明联动轴与执行齿轮位置关系图；

图12为本发明电路板的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

下述说明中出现的齿轮正转即为相应图示的顺时针方向，齿轮反转即为相应图示的逆时针方向。

如图1所示，本实施例提供了一种远程控制智能断路器，包括一断路器本体1、一采集及控制模块2。断路器本体1为至少一极的微型断路器，用于适应单线、单相两线、三相三线、三相四线的用电环境；采集及控制模块2位于断路器本体1的一侧，包括壳体21、拨码开关22和RS485端口23。拨码开关22分为“设置”状态和“工作”状态：当处于“设置”状态时，可对智能断路器进行参数设置，此时断路器仅具有过载、短路基本保护功能；当处于“工作”状态时，智能断路器正常工作，此时对其设置参数无效。RS485端口23可将智能断路器连接到外围设备，例如PC机。此时在PC机上安装配套的系统软件，可以远程操作断路器分闸、合闸；可以读取断路器主电路的电流、电压等用电信息，以及采集及控制模块2的内部温度；还可以对智能断路器设置阈值，当主电路发生过载、过压、欠压等异常情况时分闸并报警。

采集及控制模块2与一极的断路器本体1宽度相同，根据模块化设计思路，可以在智能断路器的一侧扩展通迅模块，通过导电线和信号线与采集及控制模块2电气连接，实现智能断路器的通迅功能。

如图2～图3所示，断路器本体1的进线端接线端子处焊接有第一导电线12a、第二导电线12b，作为采集及控制模块2的电源线。断路器本体1设置有一小盖板11，遮盖住第一导电线12a、第二导电线12b的焊接点，并且防止第一导电线12a、第二导电线12b外露。

此外，断路器本体1的出线端接线端子处焊接有第三导电线12c、第四导电线12d，第三导电线12c、第四导电线12d与采集及控制模块2电气连接。

断路器本体1的主电路上套有一互感器13，用于采集主电路的电流信号，通过第一信号线13a、第二信号线13b传递给采集及控制模块2。

如图4所示，第一导电线12a、第二导电线12b与采集及控制模块2内部的电路板24电气连接，为电路板24提供电源。第三导电线12c、第四导电线12d也连接到电路板24，电路板24监测第三导电线12c、第四导电线12d之间是否有电压，来判断断路器本体1是分闸还是合闸状态。

电路板24接收到第一信号线13a、第二信号线13b传递的信号后，对其进行运算处理。

如图5所示，断路器本体1合闸依靠采集及控制模块2的执行机构带动联动杆3转动实现，联动杆3为刚度和强度较好的金属制件，其截面为非圆形的规则几何形状，如等边三角形。联动杆3一端装在采集及控制模块2的执行机构上，另一端装在断路器本体1的手柄上。

脱扣杆26设置于采集及控制模块2内部。产品组装时，脱扣杆26的拼装针伸进断路器本体1的脱扣机构内。正常合闸时，断路器本体1脱扣机构带动脱扣杆26转动，使脱扣杆26转动到预设位置；采集及控制模块2指令分闸时，执行机构带动脱扣杆26反向转动，产生一个反向力矩，当这个力大于断路器本体1的脱扣力时，断路器本体1脱扣分闸。

如图6所示，采集及控制模块2的壳体21上设置有21a、21b两个异形孔，用来穿过断路器本体1与采集及控制模块2电气连接的导电线和信号线，防止导电线和信号线裸露于智能断路器外部。

如图7所示，采集及控制模块2具体包括壳体21、拨码开关22、RS485端口23、电路板24、MCU单元24a、电机驱动单元25、脱扣杆26、执行齿轮27、联动轴28。其中电机驱动单元25和变速齿轮构成驱动机构，脱扣杆26、执行齿轮27、联动轴28和联动杆3构成执行机构。

电路板24安置于壳体21中，其上设置有拨码开关22、RS485端口23、MCU单元24a和电机驱动单元25。拨码开关22、RS485端口23电气连接在电路板24上。MCU单元24a的主体为一种计量控制芯片，能采集断路器本体1上的互感器13传递过来的电流信号和第一导电线12a、第二导电线12b传递过来的电压信号，外加自身采集的环境温度信号，一并进行运算处理得到功率、电量和环境温度数据；能将数据通过485通迅协议传递给外部、接收外部指令控制电机驱动单元25正转、反转实现远程操作；还能对设置的阈值逻辑运算，控制电机驱动单元25正转、反转实现智能断路器合闸与分闸。电机驱动单元25的电源线电气连接在电路板24上，通过接通和断开电源来控制电机驱动单元25的启动与停止；电机驱动单元25主体固定在壳体21上，其蜗杆与若干变速齿轮正确啮合，若干变速齿轮按一定的传动比将电机驱动单元25的转动传递给执行齿轮27。联动轴28安装在执行齿轮27上，随执行齿轮27转动而转动。联动杆3一端装在联动轴28上，另一端装在断路器本体1的手柄上，将联动轴28的转动力矩传递给断路器本体1的手柄，实现智能断路器合闸与分闸。

如图8～图9所示，执行齿轮27上设置有一磁钢29。相应的，电路板24上设置有按一定位置角度摆放的三个霍尔元件24e、24f、24g，用以监测和控制执行齿轮27的初始位置和转动位置。

初始状态时，磁钢29正对霍尔元件24f的位置；合闸时，执行齿轮27正转，带动磁钢29运行到霍尔元件24g的位置，此时MCU单元24a检测到执行齿轮27正转了相应的位置，随即发出指令使电机驱动单元25反向转动，磁钢29返回到霍尔元件24f的位置，MCU单元24a检测到执行齿轮27复位，发出指令使电机驱动单元25停止；分闸时，执行齿轮27反转，当磁钢29运行到霍尔元件24e的位置，此时MCU单元24a检测到执行齿轮27反转了相应的位置，随即发出指令使电机驱动单元25正向转动。磁钢29又返回到霍尔元件24f的位置，MCU单元24a检测到执行齿轮27复位，发出指令使电机驱动单元25停止。

如图10～图11所示，联动轴28上设置有第一平面28a、第二平面28b，执行齿轮27上设置有第三平面27a、第四平面27b和一凸台27c。零件组装时，联动轴28的中心轴线与执行齿轮27的中心轴线对齐，并且第一平面28a与第三平面27a相接触，磁钢29正对霍尔元件24f的位置。

合闸，执行齿轮27正转，第三平面27a推动第一平面28a，从而带动联动轴28转动。当执行齿轮27上的磁钢29运行到霍尔元件24g的位置时，执行齿轮27开始反转，第三平面27a与第一平面28a分离，第四平面27b与第二平面28b又有一定的距离，故执行齿轮27反转过程中，不会干涉到联动轴28；当执行齿轮27反转复位、磁钢29回到霍尔元件24f的位置时，第四平面27b刚好接触到第二平面28b，断路器合闸成功，并预备着分闸操作。

断路器本体1合闸过程中，其脱扣机构带动脱扣杆26转动，使脱扣杆26转动到预设位置。执行齿轮27反转复位后，脱扣杆26的一端靠近执行齿轮27的凸台27c。

分闸，执行齿轮27反转，第四平面27b推动第二平面28b，带动联动轴28转动。执行齿轮27反转过程中，其凸台27c带动脱扣杆26转动，产生一个反向力矩，当这个力大于断路器本体1的脱扣力时，断路器本体1自动脱扣分闸。由于断路器本体1的脱扣速度较快，其手柄通过联动杆3带动联动轴28转动的速度比执行齿轮27的转动速度快，故第四平面27b与第二平面28b开始分离，此分闸过程不干涉到执行齿轮27的继续转动。当执行齿轮27上的磁钢29运行到霍尔元件24e的位置时，执行齿轮27开始正转，此时第四平面27b与第二平面28b已经分离，第三平面27a与第一平面28a有一定的距离，故执行齿轮27正转过程中，不会干涉到联动轴28；当执行齿轮27正转复位、磁钢29回到霍尔元件24f的位置时，第三平面27a又刚好接触到第一平面28a，断路器分闸成功，并预备着下一次的合闸操作。

电路板24的电路原理图参见图12。

综合以上所有图示，智能断路器通电后，当拨码开关22处于“设置”状态时，可对智能断路器进行参数设置，断路器仅具有过载、短路基本保护功能；当拨码开关22处于“工作”状态时，MCU单元24a首先检测第三导电线12c、第四导电线12d之间是否有电压信号，来判断智能断路器处于分闸还是合闸状态，同时检测执行齿轮27上的磁钢29是否处于霍尔元件24f的位置，再发出指令使电机驱动单元25转动，从而使得执行齿轮27正转或反转复位，为下一次的合闸或分闸作好准备。

当MCU单元24a发出合闸指令时，电机驱动单元25正向转动，通过变速齿轮将转动传递给执行齿轮27，执行齿轮27正转带动联动轴28转动，联动轴28又将转动力矩传递给联动杆3，通过联动杆3带动断路器本体1手柄转动。同时，MCU单元24a监测执行齿轮27上的磁钢29位置，当磁钢29到达霍尔元件24g的位置时，MCU单元24a发出指令使电机驱动单元25反向转动，执行齿轮27反转，磁钢29返回到霍尔元件24f的位置，MCU单元24a检测到执行齿轮27复位，发出指令使电机驱动单元25停止，断路器本体1完成合闸。断路器本体1合闸过程中，其脱扣机构带动脱扣杆26转动，使脱扣杆26转动到预设位置，断路器本体1合闸完成后，脱扣杆26的一端靠近执行齿轮27的凸台27c，为智能断路器分闸作准备。

当MCU单元24a发出分闸指令时，电机驱动单元25反向转动，使得执行齿轮27反转并最终带动断路器本体1手柄转动。执行齿轮27反转过程中，凸台27c带动脱扣杆26转动，触动断路器本体1内部的脱扣机构，断路器本体1脱扣分闸。分闸过程中，断路器本体1手柄、联动杆3和联动轴28的转动不干涉到执行齿轮27的继续转动。同时，MCU单元24a监测执行齿轮27上的磁钢29位置，当执行齿轮27上的磁钢29运行到霍尔元件24e的位置时，MCU单元24a发出指令使电机驱动单元25正向转动，执行齿轮27正转，磁钢29返回到霍尔元件24f的位置，MCU单元24a检测到执行齿轮27复位，发出指令使电机驱动单元25停止，断路器本体1完成分闸。

以上图示实例均以两极智能断路器为代表，单极智能断路器进线端减少第一导电线12a或第二导电线12b，仅保留一根导电线作为L极；出线端减少第三导电线12c或第四导电线12d，同样仅保留一根导电线作为L极。电路板24上设置一公共焊接点作为单极智能断路器进线端和出线端的N极，并引出导电线，作为N极线，同时改变电路板24电子元器件配置；三级、四级智能断路器增加若干互感器13和若干信号线，同时改变电路板24电子元器件配置。在不脱离本发明思路的前提下，均属于本发明保护范围。

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或基本特征的情况下，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。

Claims (10)

1.一种远程控制智能断路器，其特征在于，包括一断路器本体、一采集及控制模块；

所述断路器本体为至少一极的微型断路器，所述断路器本体主电路上套有互感器，用于采集断路器主电路的电流信号；

所述采集及控制模块位于断路器本体的一侧，用于基于互感器传递过来的电流信号及自身采集的电压信号、环境温度信号，通过运算处理得到功率、电量和环境温度数据，将数据传递给外部控制器，并接收外部控制器的指令执行合闸或分闸动作。

2.根据权利要求1所述的远程控制智能断路器，其特征在于，所述智能断路器能独立工作，亦可在其一侧扩展通信模块，所述通信模块与所述采集及控制模块电气连接，用于实现所述远程控制智能断路器的通信功能。

3.根据权利要求1所述的远程控制智能断路器，其特征在于，所述断路器本体的进线端接线端子处焊接有第一导电线和第二导电线，用作所述采集及控制模块的电源线；

所述断路器本体设置有一小盖板，用于遮盖住所述第一导电线和第二导电线的焊接点，以防止所述第一导电线和第二导电线外露；

所述断路器本体的出线端接线端子处焊接有第三导电线和第四导电线，所述采集及控制模块与所述第三导电线和第四导电线电气连接，用于监测所述第三导电线和第四导电线之间是否有电压，用以判断所述断路器本体处于分闸或是合闸状态。

4.根据权利要求1所述的远程控制智能断路器，其特征在于，所述采集及控制模块包括壳体、电路板、MCU单元、驱动机构、执行机构、拨码开关、RS485端口；所述驱动机构包括电机驱动单元和变速齿轮；所述执行机构包括执行齿轮、联动轴、联动杆和脱扣杆；所述电路板设于所述壳体中，其上设有所述拨码开关、RS485端口、MCU单元和电机驱动单元；

所述电机驱动单元的电源线与所述电路板电气连接，通过接通或断开电源执行所述电机驱动单元的启动或停止动作；所述电机驱动单元主体固定在所述壳体上，其蜗杆与若干变速齿轮啮合，若干变速齿轮将所述电机驱动单元的转动传递给所述执行齿轮；所述联动轴安装于所述执行齿轮上，随所述执行齿轮转动而转动；所述联动杆一端安装在所述联动轴上，另一端安装在所述断路器本体的手柄上，用于将得到联动轴的转动力矩传递给所述断路器本体的手柄，以执行智能断路器的合闸动作；

所述脱扣杆的拼装针伸进所述断路器本体的脱扣机构内，正常合闸时，所述断路器本体脱扣机构带动所述脱扣杆转动，使所述脱扣杆转动到预设位置；所述采集及控制模块指令分闸时，所述执行齿轮带动脱扣杆反向转动，进而带动断路器本体的脱扣机构脱扣分闸；

所述MCU单元采用计量控制芯片，用于通过计算得到所述功率、电量和环境温度数据，通过所述RS485端口将数据传递给外部控制器，并接收外部控制器的指令控制所述驱动机构及执行机构执行智能断路器的合闸或分闸动作。

5.根据权利要求4所述的远程控制智能断路器，其特征在于，所述联动杆为刚度大和强度高的金属制件，其截面为非圆形的规则几何形状。

6.根据权利要求4所述的远程控制智能断路器，其特征在于，所述执行齿轮上设置有一磁钢；所述电路板上设置有三个霍尔元件，用于与所述磁钢配合，监测和控制所述执行齿轮的初始位置和转动位置。

7.根据权利要求6所述的远程控制智能断路器，其特征在于，所述联动轴上设置有第一平面和第二平面，所述执行齿轮上设置有第三平面、第四平面和一凸台；所述联动轴的中心轴线与所述执行齿轮的中心轴线对齐，初始状态下，所述第一平面与第三平面相接触，用于使所述智能断路器的指令脱扣、电路故障脱扣及人工脱扣之间互不干涉。

8.根据权利要求1所述的远程控制智能断路器，其特征在于，所述采集及控制模块的壳体上设置有两处异形孔，用来穿过所述断路器本体与采集及控制模块电气连接的导电线和信号线，以防止导电线和信号线裸露于智能断路器外部。

9.根据权利要求1所述的远程控制智能断路器，其特征在于，所述采集及控制模块与一极的所述断路器本体宽度相同。

10.根据权利要求1所述的远程控制智能断路器，其特征在于，所述拨码开关分为设置状态和工作状态，当处于设置状态时，用于对所述智能断路器进行参数设置，此时断路器仅具有过载、短路基本保护功能；当处于工作状态时，所述智能断路器正常工作，此时对其设置参数无效。