CN112420457B - 一种自恢复低压断路控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自恢复低压断路控制器，包括设置在机械式断路器一侧的断路控制器的盒体，所述盒体朝向所述机械式断路器的一侧设置有摇臂，所述摇臂与所述机械式断路器的开关拨片相连接；所述盒体内部设置有控制器和驱动电机，所述控制器与电流传感器电信号连接并监测输入电路，所述控制器通过电信号控制所述驱动电机转动，所述驱动电机通过传动机构与所述摇臂传动连接。本发明通过断路器内置的电机驱动齿轮组，由齿轮组带动摇臂，并由该摇臂连接外侧的机械式断路器上的开关拨片，实现对机械式断路器的分合闸操作。

Description

一种自恢复低压断路控制器
技术领域
本发明涉及断路器技术领域，尤其涉及一种自恢复低压断路控制器。
背景技术
随着物联网技术的发展，家居智能化正走进人们的日常生活，但与生活密切相关的供电控制却存在自动化程度较低的现象。目前家用单相低压断路器多为机械式结构，当出现异常情况后断路器会直接跳闸断开，用户需人工进行合闸操作，而机械式断路器设备由于没有电压安全的自动检测功能，存在一定的安全隐患，尤其是当中性线断线、相线与中性线接反引起供电过压或欠压时，起到保护作用的断路器却因没有实时电压检测而无法保护电气设备，造成用户损失。最近有些电气公司推出了一体化的自动断路器，但由于其需要整体更换，无法兼容现有的机械式断路器，对于普遍已使用的机械式断路器家庭而言成本较高，所以推广效果不明显。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种自恢复低压断路控制器，通过断路器内置的电机驱动齿轮组，由齿轮组带动摇臂，并由该摇臂连接外侧的机械式断路器上的开关拨片，实现对机械式断路器的分合闸操作。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种自恢复低压断路控制器，包括设置在机械式断路器一侧的断路控制器的盒体，所述盒体朝向所述机械式断路器的一侧设置有摇臂，所述摇臂与所述机械式断路器的开关拨片相连接；所述盒体内部设置有控制器和驱动电机，所述控制器与电流传感器电信号连接并监测输入电路，所述控制器通过电信号控制所述驱动电机转动，所述驱动电机通过传动机构与所述摇臂传动连接。
进一步地，所述驱动电机的输出轴上设置有转轴齿轮，所述摇臂的一端连接设置有内咬合件；所述传动机构包括一个C形齿轮和若干个传动齿轮，所述C形齿轮与所述内咬合件咬合传动，所述C形齿轮通过若干个传动齿轮与所述转轴齿轮传动连接。
进一步地，所述C形齿轮的内圈处设置有弧形的咬合槽，所述C形齿轮的中心处开设有孔；所述内咬合件由两端的环形部件以及连接两个环形部件的弧形的咬合块组成；所述摇臂为L状，其两端分别为摇动端和安装端，所述摇臂的安装端设置有插针，所述摇臂的安装端以及其中一个所述环形部件的端面上设置有对应卡合的槽块结构；所述C形齿轮的两侧分别与两个所述环形部件相贴合，所述咬合槽与所述咬合块对应咬合；所述插针对应插接在所述内咬合件以及所述C形齿轮的中心孔上。
进一步地，所述咬合槽的弧角大于所述咬合块的弧角，使所述C形齿轮与所述内咬合件可相对转动。
进一步地，所述传动齿轮为“凸”字状，包括大径部和小径部；相邻两个传动齿轮的大径部和小径部对应啮合传动。
进一步地，所述摇臂的安装端转动安装在所述盒体外壁的安装孔上，所述安装孔的外围设置有限制所述摇臂摆动幅度的摆幅限制槽，所述摆幅限制槽为弧形，所述摆幅限制槽的两端各设置有一个极限位置开关，所述极限位置开关与所述控制器电信号连接；所述摇臂安装端的端部设置有与所述摆幅限制槽相配合的摆幅限制块。
进一步地，所述C形齿轮的内圈还设置有用于识别所述摇臂摇动方向的识别凹槽，所述识别凹槽为弧形，所述识别凹槽的两端为斜坡状；所述盒体的内壁与所述识别凹槽相对应处设置有两个方向位置开关，所述方向位置开关与所述控制器电信号连接，两个方向位置开关的间距与所述识别凹槽的槽长相等；所述C形齿轮转动时，两个方向位置开关对应进出所述识别凹槽。
进一步地，所述摇臂上设置有弧形的插槽，所述摇臂通过所述插槽与一个或多个机械式断路器的开关拨片相插接。
进一步地，断路控制器的控制方法为：步骤一：对电流和电压进行采样，并将采样值进行RMS均方根计算，获取当前电压值和电流值；步骤二：检测到电压值或电流值超出预警值时，控制器输出分闸控制电平，摇臂转动至触发分闸方向的极限位置开关，进而带动机械式断路器分闸；步骤三：检测到电压值及电流值回复正常后，控制器输出合闸控制电平，摇臂转动至触发合闸方向的极限位置开关，进而带动机械式断路器合闸；步骤四：合闸方向的极限位置开关触发后，控制器再次发出分闸控制信号，使C形齿轮往分闸方向转动复位至水平位置。
有益效果：本发明的一种自恢复低压断路控制器，其有益效果如下：
1)通过电流传感器和电压传感器对家用电路进行监测，并通过电机驱动摇臂运动，进而控制机械式断路器分合闸；
2)设计了带内凹槽的C型齿轮结构件，提高转动的角度、方向的检测与精确控制；
3)结合电流和电压采样、转动控制方式、执行流程等提出了自恢复控制方法。
附图说明
附图1为本发明的设备电路控制图；
附图2为本发明的盒体结构示意图；
附图3为本发明的传动机构示意图；
附图4为摇臂在盒体上的安装示意图；
附图5为摇臂结构示意图；
附图6为摇臂、C形齿轮和内咬合件的连接关系示意图；
附图7为C形齿轮的结构示意图；
附图8为内咬合件的结构示意图；
附图9为盒体内壁上的摆幅限制块示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至9所述的一种自恢复低压断路控制器，包括设置在机械式断路器一侧的断路控制器的盒体1。所述盒体1朝向所述机械式断路器的一侧设置有摇臂2，所述摇臂2与所述机械式断路器的开关拨片相连接。断路控制器采用与原有机械式断路器并行连接的方式，通过摇臂2将两者动作部件连接在一起实现联动。所述摇臂2上设置有弧形的插槽5，所述摇臂2通过所述插槽5与一个或多个机械式断路器的开关拨片相插接，可以由一侧滑动插入多个拨片卡口用来带动多个机械式断路器运动，更符合家用。
所述盒体1内部设置有控制器3和驱动电机4，所述控制器3与电流传感器电信号连接并监测输入电路，所述控制器3通过电信号控制所述驱动电机4转动，所述驱动电机4通过传动机构与所述摇臂2传动连接。
断路控制器内的设备控制电路由控制器3、电压/电流采样电路、电机驱动电路、位置开关读取电路、通信接口电路等部分组成，如附图1所示。电压/电流采样电路是采用分压和电流传感器实现对输入线路电压、电流的获取，并将结果送入控制器3。位置开关读取电路有两类，一类是安装在C形齿轮8凹槽下方，用于读取转动方向的，为方向位置开关17；另外一类是安装在电路板背面的极限位置的，用于配合摇臂2获取分合闸位置的，为极限位置开关14，如附图9所示。电机驱动电路采用H桥式驱动结构，用于驱动所述驱动电机4，进而带动机械传动结构实现摇臂2转动。通信接口采用RS485总线形式，提供与外界的数据交互。
所述驱动电机4的输出轴上设置有转轴齿轮6，所述摇臂2的一端连接设置有内咬合件7。所述传动机构包括一个C形齿轮8和若干个传动齿轮9，所述C形齿轮8与所述内咬合件7咬合传动，所述C形齿轮8通过若干个传动齿轮9与所述转轴齿轮6传动连接。如附图3所示，驱动电机4通过传动齿轮9及C形齿轮8带动摇臂2转动。
C形齿轮的结构如附图7所示，所述C形齿轮8的内圈处设置有弧形的咬合槽10，所述C形齿轮8的中心处开设有孔。所述内咬合件7的结构如附图8所示，所述内咬合件7由两端的环形部件19以及连接两个环形部件19的弧形的咬合块18组成。所述摇臂2为L状，其两端分别为摇动端和安装端，所述摇臂2的安装端设置有插针11，所述摇臂2的安装端以及其中一个所述环形部件19的端面上设置有对应卡合的槽块结构槽块结构使内咬合件7转动时也会带动摇臂2转动。摇臂2、C形齿轮8和内咬合件7的连接关系如附图6所示，所述C形齿轮8的两侧分别与两个所述环形部件19相贴合，所述咬合槽10与所述咬合块18对应咬合，所述插针11对应插接在所述内咬合件7以及所述C形齿轮8的中心孔上。
所述咬合槽10的弧角大于所述咬合块18的弧角，使所述C形齿轮8与所述内咬合件7可相对转动。
所述传动齿轮9为“凸”字状，包括大径部和小径部；相邻两个传动齿轮9的大径部和小径部对应啮合传动。
如附图4所示，所述摇臂2的安装端转动安装在所述盒体1外壁的安装孔12上，所述安装孔12的外围设置有限制所述摇臂2摆动幅度的摆幅限制槽13，所述摆幅限制槽13为弧形，所述摆幅限制槽13的两端各设置有一个极限位置开关14，所述极限位置开关14与所述控制器3电信号连接；所述摇臂2安装端的端部设置有与所述摆幅限制槽13相配合的摆幅限制块15。
如附图7所示，所述C形齿轮8的内圈还设置有用于识别所述摇臂2摇动方向的识别凹槽16，所述识别凹槽16为弧形，所述识别凹槽16的两端为斜坡状。所述盒体1的内壁与所述识别凹槽16相对应处设置有两个方向位置开关17，所述方向位置开关17与所述控制器3电信号连接，两个方向位置开关17的间距与所述识别凹槽16的槽长相等；所述C形齿轮8转动时，两个方向位置开关17对应进出所述识别凹槽16。
本发明的控制方法以及工作方法如下：系统上电后，通过电压/电流采样电路对电流和电压进行采样，采样周期选择被测信号周期的千分之一为宜。随后将采样值进行RMS(均方根)计算，获取当前电压/电流的实时值。当电压/电流值在正常范围内，电机驱动电路保持锁死状态，电机停转。当电压/电流值超过预警值后，控制器3输出分闸控制电平，控制所述驱动电机4驱动转动结构，控制转轴齿轮旋转并通过多个传动齿轮9完成转动平面转换和转速转换。传动齿轮9带动C形齿轮8转动，并通过C形齿轮8背面的凹槽与下方电路板上的方向位置开关17确定当前转动的方向与转动的角度(往分闸方向)。C形齿轮8转动时带动内咬合件7与其连接的摇臂2一起往分闸方向转动。当摇臂2转动到分闸位置并与电路板上分闸方向的极限位置开关14接触时，触发极限位置检测信号，并由控制器3发出停止分闸转动信号，关闭电机驱动电路并保持分闸锁定状态。
当电压/电流采样电路检测到电流和电压回复正常值后，控制器3输出合闸控制电平，控制所述驱动电机4驱动转动结构向合闸方向转动(转动方向与分闸相反，执行流程一致)。当摇臂2转动到合闸位置并与电路板上合闸极限位置开关14接触时，触发极限位置检测信号，并由控制器3发出停止合闸转动信号。此后控制器3又发出分闸控制信号，让C形齿轮8往分闸方向转动，由于C形齿轮8所述咬合槽10的弧角大于所述咬合块18的弧角，使所述C形齿轮8与所述内咬合件7可相对转动，因此有部分缺失空间使得C形齿轮8并未与内咬合件7有转动传递，所以当C形齿轮8往分闸方向转动时并未带动摇臂2分闸(摇臂2继续保持在合闸位置)，而当电路板上的两个方向位置开关14同时滑动到C形齿轮8的识别凹槽16时，驱动电机4停止转动，此时C形齿轮8转至水平位置，允许摇臂2通过手动控制方式往分合闸两个方向自由切换(合闸后，摇臂2并未锁死)。所以自恢复是基于实时电压检测与阈值判断的结果，通过变速齿轮组、C齿轮、位置开关、摇臂等部件共同完成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种自恢复低压断路控制器，其特征在于：包括设置在机械式断路器一侧的断路控制器的盒体(1)，所述盒体(1)朝向所述机械式断路器的一侧设置有摇臂(2)，所述摇臂(2)与所述机械式断路器的开关拨片相连接；所述盒体(1)内部设置有控制器(3)和驱动电机(4)，所述控制器(3)与电流传感器电信号连接并监测输入电路，所述控制器(3)通过电信号控制所述驱动电机(4)转动，所述驱动电机(4)通过传动机构与所述摇臂(2)传动连接；
所述驱动电机(4)的输出轴上设置有转轴齿轮(6)，所述摇臂(2)的一端连接设置有内咬合件(7)；所述传动机构包括一个C形齿轮(8)和若干个传动齿轮(9)，所述C形齿轮(8)与所述内咬合件(7)咬合传动，所述C形齿轮(8)通过若干个传动齿轮(9)与所述转轴齿轮(6)传动连接；
所述C形齿轮(8)的内圈处设置有弧形的咬合槽(10)，所述C形齿轮(8)的中心处开设有孔；所述内咬合件(7)由两端的环形部件(19)以及连接两个环形部件(19)的弧形的咬合块(18)组成；所述摇臂(2)为L状，其两端分别为摇动端和安装端，所述摇臂(2)的安装端设置有插针(11)，所述摇臂(2)的安装端以及其中一个所述环形部件(19)的端面上设置有对应卡合的槽块结构；
所述C形齿轮(8)的两侧分别与两个所述环形部件(19)相贴合，所述咬合槽(10)与所述咬合块(18)对应咬合；所述插针(11)对应插接在所述内咬合件(7)以及所述C形齿轮(8)的中心孔上；
所述咬合槽(10)的弧角大于所述咬合块(18)的弧角，使所述C形齿轮(8)与所述内咬合件(7)可相对转动。
2.根据权利要求1所述的一种自恢复低压断路控制器，其特征在于：所述传动齿轮(9)为“凸”字状，包括大径部和小径部；相邻两个传动齿轮(9)的大径部和小径部对应啮合传动。
3.根据权利要求1所述的一种自恢复低压断路控制器，其特征在于：所述摇臂(2)的安装端转动安装在所述盒体(1)外壁的安装孔(12)上，所述安装孔(12)的外围设置有限制所述摇臂(2)摆动幅度的摆幅限制槽(13)，所述摆幅限制槽(13)为弧形，所述摆幅限制槽(13)的两端各设置有一个极限位置开关(14)，所述极限位置开关(14)与所述控制器(3)电信号连接；所述摇臂(2)安装端的端部设置有与所述摆幅限制槽(13)相配合的摆幅限制块(15)。
4.根据权利要求3所述的一种自恢复低压断路控制器，其特征在于：所述C形齿轮(8)的内圈还设置有用于识别所述摇臂(2)摇动方向的识别凹槽(16)，所述识别凹槽(16)为弧形，所述识别凹槽(16)的两端为斜坡状；所述盒体(1)的内壁与所述识别凹槽(16)相对应处设置有两个方向位置开关(17)，所述方向位置开关(17)与所述控制器(3)电信号连接，两个方向位置开关(17)的间距与所述识别凹槽(16)的槽长相等；所述C形齿轮(8)转动时，两个方向位置开关(17)对应进出所述识别凹槽(16)。
5.根据权利要求1所述的一种自恢复低压断路控制器，其特征在于：所述摇臂(2)上设置有弧形的插槽(5)，所述摇臂(2)通过所述插槽(5)与一个或多个机械式断路器的开关拨片相插接。
6.根据权利要求4所述的一种自恢复低压断路控制器，其特征在于：断路控制器的控制方法为：
步骤一：对电流和电压进行采样，并将采样值进行RMS(均方根)计算，获取当前电压值和电流值；
步骤二：检测到电压值或电流值超出预警值时，控制器(3)输出分闸控制电平，摇臂(2)转动至触发分闸方向的极限位置开关(14)，进而带动机械式断路器分闸；
步骤三：检测到电压值及电流值回复正常后，控制器(3)输出合闸控制电平，摇臂(2)转动至触发合闸方向的极限位置开关(14)，进而带动机械式断路器合闸；
步骤四：合闸方向的极限位置开关(14)触发后，控制器(3)再次发出分闸控制信号，使C形齿轮(8)往分闸方向转动复位至水平位置。
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