CN111599657A - 一种自恢复式过欠压保护断路器 - Google Patents

Abstract

一种自恢复式过欠压保护断路器，包括外壳、断路器基座、设置在断路器基座电源侧的进线端子、设置在断路器基座中部的触头系统、控制触头系统通断的开关机构、控制触头系统通断的脱扣机构、设置在断路器基座负载侧的出线端子，所述开关机构包括手柄操作机构、连接手柄操作机构并用于带动手柄操作机构动作的传动杆、连接脱扣机构并用于带动脱扣机构动作的拨杆，所述传动杆和拨杆均与一控制器连接，所述控制器包括动作机构部分和控制电路部分，本发明的智能化程度较高，无需人工频繁进行分合闸工作，使用便捷。

Description

一种自恢复式过欠压保护断路器

技术领域

本发明为断路器技术领域，具体涉及一种自恢复式过欠压保护断路器。

背景技术

在低压交流配电线路中，由于中性线线路故障，导致电位偏移会引起单相线路过电压或欠电压发生，造成用户生命和用电设备受到威胁。因此，根据国家住建部在2011年发布的JGJ242-2011《住宅建筑电气设计规范》中要求“每套住宅应设置自恢复式过、欠电压保护电器”，以减少过、欠电压对用电设备造成故障或引起的火灾等安全事故。

目前，市场上一般都是采用普通继电器结构类的自恢复式过欠压保护器，由电源电路、电压采样电路、微处理器、工作状态指示电路、驱动电路、继电器、储能滤波电容组成；当检测到电源出现过电压、欠电压时，通过微处理器输出两组信号，一组为状态信号，输出给工作状态指示电路，另一组为驱动信号，输出给驱动电路驱动继电器动作，切断电路而达到目的。但随着产品要求的安全性不断提高，其继电器结构的保护器通过的电流相对较小，最大电流一般在40A左右，需要一直通电才能保持吸合状态，且在较小封闭空间内电路发热比较严重，造成寿命短、故障率高；另外其动作保护时仅能切断电路的相线，不能切断中性线（零线），因此，中性线（零线）对地仍然存在触电的危险。因此，为了提高用电的安全性能，需要设计一款既能满足通流的需求和保护性能，也能满足动作保护时同时断开相线及中性线（零线），更可靠更稳定的自恢复式过欠电保护断路器。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种自恢复式过欠压保护断路器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种自恢复式过欠压保护断路器，包括外壳、断路器基座、设置在断路器基座电源侧的进线端子、设置在断路器基座中部的触头系统、控制触头系统通断的开关机构、控制触头系统通断的脱扣机构、设置在断路器基座负载侧的出线端子，所述开关机构包括手柄操作机构、连接手柄操作机构并用于带动手柄操作机构动作的传动杆、连接脱扣机构并用于带动脱扣机构动作的拨杆，所述传动杆和拨杆均与一控制器连接，所述控制器包括动作机构部分和控制电路部分，所述动作机构部分包括由传动杆与拨杆构成的分合闸操作机构、用于驱动分合闸操作机构动作的分合闸驱动机构、用于为分合闸驱动机构提供驱动源的电机，所述电机通过分合闸驱动机构驱动分合闸操作机构动作，所述控制电路部分包括用于对电源进线进行电压检测的电压检测电路、用于对控制动作机构部分的动作信号的微型控制器、用于为控制电路部分工作提供电能的电源电路、用于控制电机工作的电机驱动电路，所述电压检测电路的输出端与微型控制器连接，所述电机驱动电路的输入端连接微型控制器，所述电机驱动电路的输出端与电机连接，所述分合闸驱动机构中连接有分合闸状态反馈电路，所述分合闸状态反馈电路的输出端和输入端分别与微型控制器和分合闸驱动机构连接。

作为本发明进一步的改进，所述分合闸状态反馈电路中设有用于对应检测断路器分合闸状态的两个传感器，所述分合闸驱动机构中设有与传感器配对的检测源。

作为本发明进一步的改进，所述分合闸驱动机构包括与电机输出轴连接的蜗杆、与蜗杆啮合连接的双联斜齿轮、与双联斜齿轮啮合连接的双联缺齿轮、与双联缺齿轮啮合连接的扇形齿轮、设置在双联缺齿轮的轴线上随双联缺齿轮一起转动的凸轮，所述传动杆设置在扇形齿轮的轴线上，所述拨杆的一端与凸轮联动，所述拨杆的另一端与断路器的脱扣装置连接。

作为本发明进一步的改进，所述双联斜齿轮包括有大斜齿轮和小齿轮，所述双联缺齿轮包括有大齿轮和小缺齿轮，所述大斜齿轮与蜗杆啮合，所述小齿轮与大齿轮啮合，所述小缺齿轮与扇形齿轮啮合。

作为本发明进一步的改进，所述小缺齿轮的外圆周由轮齿部分和弧面部分组成。

作为本发明进一步的改进，所述微型控制器中设有时钟电路，所述微型控制器中设有电压比较电路，电压比较电路与电压检测电路的输出端连接，电压比较电路输出电信号至时钟电路，达到延时时间后，微型控制器向电机驱动电路发送驱动信号，所述电机驱动电路包括电机正转电路和电机反转电路。

作为本发明进一步的改进，所述微型控制器的输入端设有用于将断路器的控制模式进行手动和自动模式切换的切换开关，切换开关切换至手动模式时，当电压检测电路检测到异常电压信号后，微型控制器向电机驱动电路发送信号， 驱动分合闸驱动机构至分合闸操作机构脱扣，当电压恢复正常后，微型控制器向电机驱动电路发送反向信号驱动分合闸驱动机构至分合闸操作机构再扣，即可手动操作手柄进行合闸或分闸；切换开关切换至自动模式时，当电压检测电路检测到异常电压信号后，微型控制器向电机驱动电路发送信号， 驱动分合闸驱动机构至分合闸操作机构脱扣，当电压恢复正常后，微型控制器向电机驱动电路发送正向信号驱动分合闸驱动机构至分合闸操作机构进行自动合闸。

作为本发明进一步的改进，所述微型控制器的输出端设有用于显示当前电路状态的指示灯。

作为本发明进一步的改进，所述断路器的进线端和出线端分别设有前罩和后罩。

本发明的有益效果是：1.本发明通过控制器监测电压来控制实现断路器的电动分合闸动作，通过在电源进线中连接电压检测电路进线电压检测，并将检测结果与设备的正常输入电压进行比较，当比较结果为过压或欠压时，并且在持续延时时间到达时，依然保持过压或欠压，则控制器动作驱动使断路器分闸断电；当电压恢复在正常范围内，并且在持续延时时间到达时，则控制器动作驱动使断路器合闸恢复通电状态。

2.本发明是采用控制器和主电路为断路器的结构方式，既具有断路器自身的过载保护和短路保护功能，也有不同电流规格的选择，同时也能同时断开相线和中性线（零线），大大提高了用电的安全性和可靠性。

3.本发明的智能化程度较高，无需人工频繁进行分合闸工作，使用便捷。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明：

图1为本实施例的整体结构示意图；

图2为本实施例其一方向的内部结构示意图；

图3为本实施例另一方向的内部结构示意图；

图4为本实施例断路器与控制器的分解图；

图5为本实施例控制器的爆炸图；

图6为本实施例电路控制板与分合闸驱动机构的安装结构示意图；

图7为本实施例分合闸驱动机构的结构示意图；

图8为图4的后视图；

图9为本实施例控制电路板的结构示意图；

图10为本实施例的动作原理框图；

图11为本实施例电压检测电路的原理图；

图12为本实施例分合闸状态反馈电路的原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例：

如图1至图10所示，本实施例公开了一种自恢复式过欠压保护断路器，包括外壳3、断路器基座、设置在断路器基座电源侧的进线端子、设置在断路器基座中部的触头系统、控制触头系统通断的开关机构、控制触头系统通断的脱扣机构、设置在断路器基座负载侧的出线端子，所述开关机构包括手柄操作机构4、连接手柄操作机构4并用于带动手柄操作机构4动作的传动杆211、连接脱扣机构并用于带动脱扣机构动作的拨杆212，所述传动杆211和拨杆212均与一控制器2连接，所述控制器2包括动作机构部分和控制电路部分，所述动作机构部分包括由传动杆211与拨杆212构成的分合闸操作机构21、用于驱动分合闸操作机构21动作的分合闸驱动机构22、用于为分合闸驱动机构22提供驱动源的电机23，所述电机23通过分合闸驱动机构22驱动分合闸操作机构21动作，所述控制电路部分包括用于对电源进线进行电压检测的电压检测电路24、用于对控制动作机构部分的动作信号的微型控制器25、用于为控制电路部分工作提供电能的电源电路26、用于控制电机23工作的电机驱动电路27，所述电压检测电路24的输出端与微型控制器25连接，所述电机驱动电路27的输入端连接微型控制器25，所述电机驱动电路27的输出端与电机23连接，所述分合闸驱动机构22中连接有分合闸状态反馈电路28，所述分合闸状态反馈电路28的输出端和输入端分别与微型控制器25和分合闸驱动机构22连接。所述分合闸状态反馈电路28中设有用于对应检测断路器1分合闸状态的两个传感器29，所述分合闸驱动机构22中设有与传感器29配对的检测源20，所述检测源20与分合闸驱动机构22一起动作，在本实施例中，传感器29和检测源20可以是各式各样的配对传感器29和检测源20，如金属检测器和金属块、触点开关和触点等均可以实现，在此不做详述，本实施例采用光电传感器，传感器29与检测源20布置方式为：当断路器1处于分闸状态时，检测源20被其中一个传感器29检测到，该传感器29通过分合闸状态反馈电路28向微型控制器25发送电信号，微型控制器25接收到该电信号时，则会判定断路器1处于分闸状态；而当断路器1处于合闸状态时，检测源20被另一个传感器29检测到，此传感器29也通过分合闸状态反馈电路28向微型控制器25发送电信号，微型控制器25接收到该电信号时，则会判定断路器1处于合闸状态。两个传感器29采用隔离式连接，两者互不干扰，不会同时检测到检测源20，保证微型控制器25检测到的断路器1仅会存在单一状态。

在本实施例中，通过传动杆211转动来控制触头系统的断开和闭合状态，而通过拨杆212动作来实现脱扣装置的脱扣状态和脱扣解除状态，在自动模式下，传动杆211与拨杆212的同时动作的，即触头系统断开与脱扣装置脱扣是联动的，而触头系统闭合与脱扣装置脱扣解除是联动的；而在手动模式下，两者是独立的，断路器1在脱扣状态下，触头系统无法闭合，只有在脱扣解除状态下，触头系统才能手动闭合，在本实施例中，控制器由外壳、设置在外壳内的控制电路板、分合闸操作机构21、分合闸驱动机构22以及电机23构成。

作为优选的实施方式，所述分合闸驱动机构22包括与电机23输出轴连接的蜗杆221、与蜗杆221啮合连接的双联斜齿轮222、与双联斜齿轮222啮合连接的双联缺齿轮223、与双联缺齿轮223啮合连接的扇形齿轮224、设置在双联缺齿轮223的轴线上随双联缺齿轮223一起转动的凸轮225，所述传动杆211设置在扇形齿轮224的轴线上，所述拨杆212的一端与凸轮225联动，所述拨杆212的另一端与断路器1的脱扣装置连接，在本实施例中，所述蜗杆221、双联斜齿轮222、双联缺齿轮223、扇形齿轮224、凸轮225均采用高绝缘、高强度塑料制成，以及避免分合闸驱动机构22与电路板产生电信号干扰。

作为优选的实施方式，所述双联斜齿轮222包括有大斜齿轮2221和小齿轮2222，所述双联缺齿轮223包括有大齿轮2231和小缺齿轮2232，所述大斜齿轮2221与蜗杆221啮合，所述小齿轮2222与大齿轮2231啮合，所述小缺齿轮2232与扇形齿轮224啮合。所述小缺齿轮2232的外圆周由半部分为7个轮齿的轮齿部分和半部分为缺轮齿的弧面部分组成。在本实施例中，分合闸驱动机构22中包含有三级齿轮传动，其中第一级为蜗杆221与大斜齿轮2221，实现变速和变向，第二级为小齿轮2222与大齿轮2231，实现第二级变速，第三级为小缺齿轮2232与扇形齿轮224，实现第三级变速，为了优化分合闸驱动机构22整体的驱动力分配，其中蜗杆221与大斜齿轮2221之间的传动比为8:1，小齿轮2222与大齿轮2231之间的传动比为4:1，小缺齿轮2232与扇形齿轮224之间的传动比为2:1，并且小缺齿轮2232的轮齿部分和弧面部分各占小缺齿轮2232外圆周的一半，扇形齿轮224为四分之一扇形齿轮224，从而使小缺齿轮2232与扇形齿轮224相适配，即每一级都是一个减速的过程，使传动杆211和拨杆212的动作均较为稳定，而拨杆212中部铰接在控制器2的外壳上，通过凸轮225带动拨杆212撬动，当凸轮225顶紧拨杆212时，脱扣装置处于脱扣状态，断路器无法手动合闸；只有当凸轮225脱离拨杆212解除脱扣状态后，断路器才能手动合闸；其中大斜齿轮2221的齿顶圆直径为15.4mm，大齿轮2231的齿顶圆直径为20mm，扇形齿轮224为齿顶圆半径为10mm，拨杆212与凸轮225的接触面为斜面结构。

作为优选的实施方式，所述微型控制器25中设有电路33，所述微型控制器25中设有电压比较电路30，电压比较电路30与电压检测电路24的输出端连接，电压比较电路30输出电信号至时钟电路33，达到延时时间后，微型控制器25向电机驱动电路27发送驱动信号，所述电机驱动电路27包括电机正转电路和电机反转电路，电源电路26为电机驱动电路27及微型控制器25提供电能，从而当比较结果为过压或欠压时，并且在持续延时时间到达时，依然保持过压或欠压，则控制器2动作驱动使断路器1分闸断电；当电压恢复在正常范围内，并且在持续延时时间到达时，则控制器2动作驱动使断路器1合闸恢复通电状态。使本发明的智能化程度较高，无需人工频繁进行分合闸工作，使用便捷。

作为优选的实施方式，所述微型控制器25的输入端设有用于将断路器1的控制模式进行手动和自动模式切换的切换开关31，切换开关31切换至手动模式时，当电压检测电路检测到异常电压信号后，微型控制器25向电机驱动电路27发送信号， 驱动分合闸驱动机构22至分合闸操作机构21脱扣，当电压恢复正常后，微型控制器25向电机驱动电路27发送反向信号驱动分合闸驱动机构22至分合闸操作机构21再扣，即可手动操作手柄进行合闸或分闸；切换开关31切换至自动模式时，当电压检测电路检测到异常电压信号后，微型控制器25向电机驱动电路27发送信号， 驱动分合闸驱动机构22至分合闸操作机构21脱扣，当电压恢复正常后，微型控制器25向电机驱动电路27发送正向信号驱动分合闸驱动机构22至分合闸操作机构进行自动合闸。

作为优选的实施方式，所述微型控制器25的输出端设有用于显示当前电路状态的指示灯32。所述断路器1的进线端和出线端分别设有前罩11和后罩12，通过设置前罩11和后罩12使接入断路器1中的电线得到充分的保护，并且根据不同的电路状态及不同的故障状态设置不同的状态指示灯32，从而使工作人员可以快速得知电路的状态，也便于故障的排除。

在本实施例中，断路器1的整体工作原理为：微型控制器25通过接收分合闸状态反馈电路28反馈的信号判定断路器1处于分闸或合闸状态；1、当断路器1处于分闸状态时，电压检测电路24向电压比较电路30中发送电压数值，电压数值通过电压比较电路30的比较后，若电压数值正常状态，通过微型控制器25的时钟电路33计时，达到延时时间后，微型控制器25输出正向电机驱动信号，使电机23正转，从而使断路器1合闸，若电压数值正常范在延时时间内没有持续过压或欠压，则时钟电路33计时中断，断路器1保持合闸状态，电压检测电路24持续检测；2、当断路器1处于合闸状态时，电压检测电路24向电压比较电路30中发送电压数值，电压数值通过电压比较电路30的比较后，若电压数值为欠压或过压，通过微型控制器25的时钟电路33计时，达到延时时间后，微型控制器25输出反向电机驱动信号，使电机23反转，从而使断路器1分闸，若电压数值处于欠压或过压现象在延时时间内没有持续恢复，则时钟电路33计时中断，断路器1保持分闸状态，电压检测电路24持续检测。

此外，在本发明中还引入了一种故障判定处理机制：1、如果控制器2中的出现“光电定位”或“电机传动机构的功能”失效，电机将在动作2秒后停机，并发出LED“报警”指示，等待处理；

2、如果机构处在“脱扣”位置不能“合闸”，用户可将断路器拨到“手动”模式，微型控制器25会在5秒后将机构调整到可“手动”合闸的模式。这样不会影响到用户用电的连续性。

如图11所示，所述电压检测电路24由光耦U6，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容C6组成，所述的电压检测电路24输入端、R1、R2、R3、光耦U6输入端1、3脚依次串联，所述R5与光耦U6输出端4、6脚两脚并联，所述光耦U6输出端中第6脚接入供电，另一个第4脚连接到微型控制器25的输入端，所述的电容C6、电阻R6的一端均连接在光耦U6输出端第4脚与微型控制器25输入端相连，另一端连接地线。

而电机驱动电路27采用常规的电机23正反转控制电路即可，在此不做详述，如图12所示，所述分合闸状态反馈电路28由电阻R26、R27，传感器U1组成，所述的电阻R27一端由电源电路26供电，另一端与传感器U1输入端第2脚串联，传感器U1第1脚和地线相连，所述的电阻R26一端由电源电路26供电，另一端与传感器U1输出端第3脚串联，传感器U1第4脚和地线相连，所述传感器U1第3脚与微型控制器25输入端相连。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自恢复式过欠压保护断路器，包括外壳（3）、断路器基座、设置在断路器基座电源侧的进线端子、设置在断路器基座中部的触头系统、控制触头系统通断的开关机构、控制触头系统通断的脱扣机构、设置在断路器基座负载侧的出线端子，其特征在于：所述开关机构包括手柄操作机构（4）、连接手柄操作机构（4）并用于带动手柄操作机构（4）动作的传动杆（211）、连接脱扣机构并用于带动脱扣机构动作的拨杆（212），所述传动杆（211）和拨杆（212）均与一控制器（2）连接，所述控制器（2）包括动作机构部分和控制电路部分，所述动作机构部分包括由传动杆（211）与拨杆（212）构成的分合闸操作机构（21）、用于驱动分合闸操作机构（21）动作的分合闸驱动机构（22）、用于为分合闸驱动机构（22）提供驱动源的电机（23），所述电机（23）通过分合闸驱动机构（22）驱动分合闸操作机构（21）动作，所述控制电路部分包括用于对电源进线进行电压检测的电压检测电路（24）、用于对控制动作机构部分的动作信号的微型控制器（25）、用于为控制电路部分工作提供电能的电源电路（26）、用于控制电机（23）工作的电机驱动电路（27），所述电压检测电路（24）的输出端与微型控制器（25）连接，所述电机驱动电路（27）的输入端连接微型控制器（25），所述电机驱动电路（27）的输出端与电机（23）连接，所述分合闸驱动机构（22）中连接有分合闸状态反馈电路（28），所述分合闸状态反馈电路（28）的输出端和输入端分别与微型控制器（25）和分合闸驱动机构（22）连接。

2.根据权利要求1所述的一种自恢复式过欠压保护断路器，其特征在于：所述分合闸状态反馈电路（28）中设有用于对应检测断路器（1）分合闸状态的两个传感器（29），所述分合闸驱动机构（22）中设有与传感器（29）配对的检测源（20）。

3.根据权利要求2所述的一种自恢复式过欠压保护断路器，其特征在于：所述分合闸驱动机构（22）包括与电机（23）输出轴连接的蜗杆（221）、与蜗杆（221）啮合连接的双联斜齿轮（222）、与双联斜齿轮（222）啮合连接的双联缺齿轮（223）、与双联缺齿轮（223）啮合连接的扇形齿轮（224）、设置在双联缺齿轮（223）的轴线上随双联缺齿轮（223）一起转动的凸轮（225），所述传动杆（211）设置在扇形齿轮（224）的轴线上，所述拨杆（212）的一端与凸轮（225）联动，所述拨杆（212）的另一端与断路器（1）的脱扣装置连接。

4.根据权利要求3所述的一种自恢复式过欠压保护断路器，其特征在于：所述双联斜齿轮（222）包括有大斜齿轮（2221）和小齿轮（2222），所述双联缺齿轮（223）包括有大齿轮（2231）和小缺齿轮（2232），所述大斜齿轮（2221）与蜗杆（221）啮合，所述小齿轮（2222）与大齿轮（2231）啮合，所述小缺齿轮（2232）与扇形齿轮（224）啮合。

5.根据权利要求4所述的一种自恢复式过欠压保护断路器，其特征在于：所述小缺齿轮（2232）的外圆周由半部分为7个轮齿和半部分为缺轮齿组成。

6.根据权利要求1所述的一种自恢复式过欠压保护断路器，其特征在于：所述微型控制器（25）中设有时钟电路（33），所述微型控制器（25）中设有电压比较电路（30），电压比较电路（30）与电压检测电路（24）的输出端连接，电压比较电路（30）输出电信号至时钟电路（33），达到延时时间后，微型控制器（25）向电机驱动电路（27）发送驱动信号，所述电机驱动电路（27）包括电机正转电路和电机反转电路。

7.根据权利要求6所述的一种自恢复式过欠压保护断路器，其特征在于：所述微型控制器（25）的输入端设有用于将断路器（1）的控制模式进行手动和自动模式切换的切换开关（31），切换开关（31）切换至手动模式时，当电压检测电路检测到异常电压信号后，微型控制器（25）向电机驱动电路（27）发送信号， 驱动分合闸驱动机构（22）至分合闸操作机构（21）脱扣，当电压恢复正常后，微型控制器（25）向电机驱动电路（27）发送反向信号驱动分合闸驱动机构（22）至分合闸操作机构（21）再扣，即可手动操作手柄进行合闸或分闸；切换开关（31）切换至自动模式时，当电压检测电路检测到异常电压信号后，微型控制器（25）向电机驱动电路（27）发送信号， 驱动分合闸驱动机构（22）至分合闸操作机构（21）脱扣，当电压恢复正常后，微型控制器（25）向电机驱动电路（27）发送正向信号驱动分合闸驱动机构（22）至分合闸操作机构进行自动合闸。

8.根据权利要求7所述的一种自恢复式过欠压保护断路器，其特征在于：所述微型控制器（25）的输出端设有用于显示当前电路状态的指示灯（32）。

9.根据权利要求1所述的一种自恢复式过欠压保护断路器，其特征在于：所述断路器（1）的进线端和出线端分别设有前罩（11）和后罩（12）。

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