CN204116839U - 一种高精度测量的低压电器用智能控制器 - Google Patents

Abstract

一种高精度测量的低压电器用智能控制器，包括传感器单元、电源供给单元、测量计算单元、电源电路单元、控制脱扣电路单元驱动脱扣执行单元在故障出现时产生脱扣动作的高级微处理器和信号处理单元，其信号输入端与传感器单元的信号输出端、测量计算单元的信号输入端并联连接，其信号输出端与高级微处理器的第二ADC转换器的输入端连接。高级微处理器的电路保护数据的处理与交互包括：在预先设定的上电初始时间段t内处理由其第二ADC转换器输入的数据，在上电初始时间段t结束后处理由测量计算单元输入的数据，并且在数据处理过程中按预置程序在各接口之间进行数据交互。既可保证控制器上电时各电流保护所需的速度，又可保证上电完成后测量的高精度。

Description

一种高精度测量的低压电器用智能控制器

技术领域

本实用新型涉及低压电器领域，具体涉及一种低压电器用智能控制器，特别是一种低压断路器的高精度测量的低压电器用智能控制器。

背景技术

随着智能电网技术的快速发展及安全用电管理要求的日益提高，作为配电领域的低压断路器的自动化控制技术发展迅猛，而低压断路器的智能控制器是配电自动化控制技术中使用最为广泛的核心器件。低压电器领域的智能控制器的发展经历了三个阶段，早先问世的第一阶段的控制器，采用如电阻、电容、二极管、三极管、运算放大器等模拟器件构建电源、信号、执行等电路，控制器通过对电流互感器的电流信号进行处理及比较，实现长延时和瞬时两段保护功能。第二阶段的控制器采用以8位或16位单片机为核心，外围扩展A/D转换器、EEPROM存储器、I/O接口芯片、信号处理电路、电源电路等集成电路构成控制电路，控制器通过对电流互感器采样及信号处理，经过A/D转换输入到单片机，单片机对转换后的数据进行计算及处理，可以实现长延时、短延时、瞬时、接地四段保护功能，同时控制器还可以实现电流及时间显示、整定值设定及数据存储等功能。第三阶段的控制器，采用16位单片机或双处理单元为核心，外围扩展EEPROM存储器、信号处理电路、电源电路、显示电路等构成控制电路，控制器通过对电流互感器采样及信号处理，输入到单片机进行A/D转换、计算及处理，不仅可实现长延时、短延时、瞬时、接地四段保护功能，同时还可实现过压、欠压、电压不平衡、过频、欠频、相序、逆功率等保护功能，并且控制器可以测量电流、电压、功率、频率、功率因数、电能等电力参数，实现更多保护及扩展功能。

现有的断路器用电子式控制器在实际使用中由于测量计算单元的运行速度需要一个过程，导致出现上电时瞬时保护、短延时保护、接地保护所需的响应速度不能满足要求的问题。现有的测量计算单元通常采用电能计量芯片，它是由数字积分器、ADC转换器和DSP数据处理器集成的通用芯片，它将传感器单元采集到的三相电的电流及电压信号经ADC转换器转换成数字信号后，再由DSP处理器进行处理计算出各种电力参数，如电流有效值、电压有效值、频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、相位、相序、电能、谐波等，由于采用24位及以上ADC转换器，测量计算单元测量动态范围达到1000:1，测量精度可以达到0.1％，大大超越现有电子式控制器以往各种方式的测量精度。但获得高精度的测量计算需要较长的运行时间，由此拖累了控制器的保护响应速度。如果同时提高上电时的保护响应速度和提高电力参数的测量精度，则由于受技术和成本的限制，因此在现阶段如进一步提升电能计量芯片的运行速度是不现实的，二者难以兼得。此外，在控制器的上电初始时间段，即由停电到恢复供电的过程中，控制器由失电转换为得电的最初时间段，由于测量计算单元的运行速度不够快，所以微处理器在上电初始时间段内采用的来自测量计算单元的电力参数很可能不是当前的实际电力参数，由此在上电初始时间段内微处理器所获得的电力参数很可能是不准确的，这无疑将对微处理器的工作稳定性和可靠性产生不利影响。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种高精度测量的低压电器用智能控制器，将电路保护数据依据预先设定的上电初始时间段之内和该上电初始时间段之后的两种不同的时间段分别进行采集，实现了在上电时保护响应的高速度和正常运行时电力参数测量的高精度两者兼得的效果，并且能有效保证在控制器的上电初始时间段电力参数测量的准确性和电路保护的稳定性、可靠性。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案。

一种高精度测量的低压电器用智能控制器，包括：传感器单元1，从主电路感应电信号并将该电信号从其输出端输出；与主电路耦合并从主电路取电的电源供给单元2；测量计算单元3，根据从传感器单元1的输出端采集到的电信号测量计算出电力参数数据；电源电路单元7，其输入端与所述的电源供给单元2的输出端连接，并以多个不同电压等级的方式提供直流电源；还包括：高级微处理器4，用于电力参数的测量和电路保护数据的处理与交互，并控制所述的控制器的脱扣电路单元8驱动脱扣执行单元9在故障出现时产生脱扣动作；信号处理单元10，它的信号输入端与传感器单元1的信号输出端、测量计算单元3的信号输入端并联连接，其信号输出端与高级微处理器4的第二ADC转换器41的输入端连接，用于将传感器单元1输出的电信号处理成高级微处理器4能采用的数据信号；所述的高级微处理器4的电路保护数据的处理与交互包括：在预先设定的上电初始时间段t内处理由所述的第二ADC转换器41输入的数据，在上电初始时间段t结束后处理由所述的测量计算单元3输入的数据，并且在数据处理过程中按预置程序在各接口之间进行数据交互。

根据本实用新型的又一种实施方式：所述的传感器单元1包括分别与三相四线制主电路感应耦合的A相空芯互感器13、B相空芯互感器14、C相空芯互感器15和N相空芯互感器16，它们的信号输出端分别与测量计算单元3的信号输入端、信号处理单元10的信号输入端并联连接；所述的测量计算单元3包括数字积分器30、第一ADC转换器31和电能计量芯片专用微处理器32，所述的电力参数数据通过所述的测量计算单元3的信号输入端的电信号经数字积分器30、第一ADC转换器31和电能计量芯片专用微处理器32测量计算后形成，该数据以SPI或I²C总线方式输出给所述的高级微处理器4的SPI或I²C接口42；所述的信号处理单元10包括积分器100和放大器101，信号处理单元10的信号输入端的电信号经积分器100和放大器101处理成电流/电压信号后，输出给所连接的高级微处理器4的第二ADC转换器41。

根据本实用新型的另一种实施方式：所述的传感器单元1包括分别与三相四线制主电路感应耦合的A相铁芯互感器130、B相铁芯互感器140、C相铁芯互感器150和N相铁芯互感器160，它们的信号输出端分别与测量计算单元3的信号输入端、信号处理单元10的信号输入端并联连接；所述的测量计算单元3包括第一ADC转换器31和电能计量芯片专用微处理器32，所述的电力参数数据通过所述的测量计算单元3的信号输入端的电信号经第一ADC转换器31和电能计量芯片专用微处理器32测量计算后形成，该数据以SPI或I²C总线方式输出给所述的高级微处理器4的SPI或I²C接口42；所述的信号处理单元10包括积分器100和放大器101，信号处理单元10的信号输入端的电信号经积分器100和放大器101处理成电流/电压信号后，输出给所连接的高级微处理器4的第二ADC转换器41。

根据本实用新型的进一步优选实施方式：所述的测量计算单元3采用三相电能计量芯片、单相电能计量芯片或定制芯片中的一种。

根据本实用新型的又一种实施方式：所述的高级微处理器4包括对所述的电路保护数据进行处理与交互的微处理器芯片40、第二ADC转换器41、SPI或I²C接口42、I²C总线接口、UART接口和多个I/0接口。

根据本实用新型的一种优选实施方式：所述的控制器还包括外围电路单元6，该外围电路单元6包括与所述的高级微处理器4的I²C总线接口连接的数据存储器61和时钟电路62、与高级微处理器4的UART接口连接的通讯模块63和与高级微处理器4的一个I/0接口连接的输入/输出模块64。

根据本实用新型的再一种优选实施方式：所述的高级微处理器4采用单片机或DSP处理器中的一种。

根据本实用新型的一种具体实施方式：所述的预先设定的上电初始时间段t的时间长度大于550ms，并小于5s。

根据本实用新型的再一种实施方式：所述的控制器还包括能与高级微处理器4数据交互的人机接口单元5，所述的预先设定的上电初始时间段t通过所述的人机接口单元5预先设定。

根据本实用新型的进一步优选的方式：所述的人机接口单元5包括信息显示屏模块51、LED状态指示模块52和键盘模块53，所述的信息显示屏模块51与所述的高级微处理器4的一个I/0接口连接，所述的LED状态指示模块52和键盘模块53分别与所述的高级微处理器4的另一个I/0接口连接。

采用本实用新型高精度测量的低压电器用智能控制器的技术方案，可充分利用微处理器的冗余资源，在预先设定的上电初始时间段内电路保护数据采用由传感器单元输给微处理器的数据，在上电初始时间段结束后电路保护数据采用由测量计算单元输给微处理器的数据，消除了现有控制器上电时实现瞬时保护、短延时保护、接地保护等动作时间偏长的弊端，解决了在上电时保护响应的高速度和正常运行时电力参数测量的高精度两者无法兼得的矛盾，并且能有效保证在控制器的上电初始时间段电力参数测量的准确性和电路保护的稳定性、可靠性。

附图说明

从附图所示实施例的描述中可更清楚地看出本实用新型的优点和特征，其中：

图1是本实用新型的高精度测量的低压电器用智能控制器的第一实施例的结构框图。

图2是本实用新型的高精度测量的低压电器用智能控制器的第二实施例的结构框图。

具体实施方式

下面结合图1至图2给出的两个实施例，进一步说明本实用新型的高精度测量的低压电器用智能控制器的具体实施方式。本实用新型的高精度测量的低压电器用智能控制器不限于以下实施例的描述。

本实用新型的高精度测量的低压电器用智能控制器为一种新型多功能电子式控制器，参见图1所示的第一实施例，控制器由传感器单元1、电源供给单元2、测量计算单元3、高级微处理器4、人机接口单元5、外围电路单元6、电源电路单元7、脱扣电路单元8、执行单元9以及信号处理单元10构成。传感器单元1由A/B/C/N相空芯互感器、三相电压传感器、漏电互感器、温度传感器组成，可以分别检测断路器主电路A/B/C/N相电流、三相线电压及相电压、主电路漏电电流、环境温度，从主电路(图中未示出)感应电信号并将该电信号从其输出端输出。电源供给单元2由变压器、A/B/C速饱和互感器组成，与主电路耦合并从主电路取电，可以提供控制器所需的电源。测量计算单元3为三相电能计量芯片，芯片内部集成数字积分器、ADC转换器、DSP数据处理器、SPI/I2C总线，根据从传感器单元1的输出端采集到的电信号测量计算出电力参数数据，可以实现电流有效值、电压有效值、频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、相位、相序、电能、谐波等电力参数测量，参数测量计算完成后，可以通过SPI/I2C总线实时传输给高级微处理器4。高级微处理器4可以为单片机或DSP处理器，主要负责对测量计算单元3传输过来的数据进行处理，实现四段电流保护、电压保护、频率保护、漏电保护、区域联锁、负载监控、相序保护、逆功率保护等功能，并通过人机接口单元5实现人机信息交换，通过外围电路单元6实现数据存储、时钟信息的读取、与外部进行通讯、输入/输出功能控制。电源电路单元7包含整流电路、稳压电路、DC-DC降压电路，其输入端与所述的电源供给单元2的输出端连接，并将交流电源转换为不同电压的直流电源，以多个不同电压等级的方式提供直流电源，以适应各种电路对电源电压的需要。脱扣电路单元8包括MCR处理电路、脱扣驱动电路、断线检测电路，可以实现对磁通变换器的驱动级断线检测。执行单元9包括磁通变换器及执行机构，通过执行机构9可以使断路器脱扣，从而实现对主线路、负载、设备的保护。高级微处理器4用于电力参数的测量和电路保护数据的处理与交互，并控制所述的控制器的脱扣电路单元8驱动脱扣执行单元9在故障出现时产生脱扣动作。信号处理单元10包括积分器、放大器等信号处理电路，电流信号经过处理后输入到高级微处理器4的ADC转换器。信号处理单元10的信号输入端与传感器单元1的信号输出端、测量计算单元3的信号输入端并联连接，信号处理单元10的信号输出端与高级微处理器4的第二ADC转换器41的输入端连接，用于将传感器单元1输出的电信号处理成高级微处理器4能采用的数据信号。

参见图1、2，高级微处理器4包括微处理器芯片40、第二ADC转换器41、SPI或I²C接口42、I²C总线接口、UART接口和多个I/0接口。高级微处理器4可采用单片机或DSP处理器，这些器件上都含设有微处理器芯片40(CPU)以及从CPU接出的用于数据交互的SPI或I²C接口42、I²C总线接口、UART接口和多个I/0接口。本实用新型的高级微处理器4与现有技术的控制器的微处理器主要存在两方面不同，一是数据处理过程不同，现有的微处理器的数据处理过程仅是处理由测量计算单元输入的数据；而本实用新型的高级微处理器4的电路保护数据处理过程例如包括在控制器上电的前2s(也可以为其他时间)时间内，电流保护数据采用高级微处理器4采样计算后的数据，2s(也可以为其他时间)以后电流保护数据采用测量计算单元3的三相电能计量芯片计算数据。具体地说，微处理器芯片40根据预置程序在上电初始时间段t内先处理由第二ADC转换器41输入的数据，在上电初始时间段t结束后再处理由测量计算单元3输入的数据，并且在数据处理过程中按预置程序在各接口之间进行数据交互。这样既可以保证控制器上电时所需的电流保护速度，又可以保证上电完成后的测量精度。本实用新型的高级微处理器4与现有技术的第二个不同之处是采用了不同的嵌入式程序，高级微处理器4根据预置在高级微处理器4内的程序控制实现依据上电初始时间段t的开始与结束来先后处理由第二ADC转换器41输入的数据和由测量计算单元3输入的数据。本实用新型的高级微处理器4的电路保护数据处理过程，不仅包括上述的两个过程，而且还包括在所述的两个过程下的其它过程，例如现有技术的微处理器所不具有的过程如：在处理由第二ADC转换器41输入的数据过程中，包括根据数字信号计算出相关电力参数数据的过程，或者说，在本实用新型的高级微处理器4的嵌入式程序中包含了现有技术所不具有的计算电力参数数据的程序。应当能理解到，由于在上电初始时间段t内的电力参数测量和计算范围可以合理缩小，如图1和图2所示可见，在上电初始时间段t内三相电压传感器17相关的参数不参与测量和计算，因此高级微处理器4的电力参数数据的计算可以很快(至少比测量计算单元3的计算快得多)，此外，高级微处理器4测得的电力参数是当前实时的数据，绝对不存在数据不准确和影响高级微处理器4的工作稳定性、可靠性的问题。本实用新型的高级微处理器4所处理的所述的电路保护数据包括四段电路保护、电压保护、频率保护、漏电保护、区域联锁、负载监控、相序保护、逆功率保护等。所述的高级微处理器4的电路保护数据的处理与交互包括：在预先设定的上电初始时间段t内处理由所述的第二ADC转换器41输入的数据，在上电初始时间段t结束后处理由所述的测量计算单元3输入的数据，并且在数据处理过程中按预置程序在各接口之间进行数据交互。

图1给出的第一实施例和图2给出的第二实施例都适用于三相四线制的主电路，即所述的主电路包括三相火线和一个中性线，这两个实施例的区别在于传感器单元1可根据不同适用范围、保护范围、使用要求配置不同的传感器，如图1所示的第一实施例采用的是空芯互感器，而图2所示的第二实施例采用的是铁芯互感器。此外，测量计算单元3的图1的第一实施例采用通用的三相电能计量芯片，图2的第二实施例采用定制的三相电能计量芯片。传感器单元1通过各已知类型的传感器从主电路(图中未示出)感应电信号，如电流、电压互感器，它们把主电路作为一次绕组，其二次绕组能感应出反应主电路电流、电压状态的电信号，因此，传感器单元1的输出端应当是由各互感器、传感器的二次绕组的多路引线(图中未示出)组成，传感器单元1感应到的并从其输出端输出的电信号是多路的。本实用新型中传感器单元1所配置的传感器的数量(即其输出的电信号的路数)可允许多种形式，但不管何种形式，按主电路相数设置电流互感器和漏电互感器是其基本配置，以满足电路保护所需的基本信息采集要求。参见图1，第一实施例的传感器单元1包括漏电互感器11、温度传感器12、A相空芯互感器13、B相空芯互感器14、C相空芯互感器15、N相空芯互感器16和三相电压传感器17，其中漏电互感器11、A相空芯互感器13、B相空芯互感器14、C相空芯互感器15、N相空芯互感器16是基本配置。参见图2，第二实施例的传感器单元1包括漏电互感器11、温度传感器12、A相铁芯互感器130、B相铁芯互感器140、C相铁芯互感器150、N相铁芯互感器160和三相电压传感器17，其中漏电互感器11、A相铁芯互感器130、B相铁芯互感器140、C相铁芯互感器150、N相铁芯互感器160是基本配置。电流互感器可采用通用的互感器器件，但其种类的区别会带来不同结构的后续的电路，导致第一实施例的测量计算单元3和信号处理单元10的结构与第二实施例的测量计算单元3和信号处理单元10的结构不同。

测量计算单元3可有多种实现方式，如三相电能计量芯片、单相电能计量芯片、定制芯片的方式，它所测量的所述的电力参数数据包括电流有效值、电压有效值、频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、相位、相序、电能、谐波等。本实用新型的测量计算单元3优选两种实现方式，其中一种是图1所示的第一实施例的方式，它适用于传感器单元1的A/B/C/N相电流互感器为空芯互感器；另一种是图2所示的第二实施例的方式，它适用于传感器单元1的A/B/C/N相电流互感器为铁芯互感器，在这种情况下，测量计算单元3中可以不需要使用数字积分器，而实现同样的功能。

参见图1的第一实施例，测量计算单元3采用通用的三相电能计量芯片，芯片内部集成有数字积分器30、第一ADC转换器31、电能计量通用微处理器32，可以实现所需电力参数数据的测量，测量计算完成后可以通过SPI或I²C总线实时传输给高级微处理器4。也就是说，测量计算单元3从传感器单元1的输出端实时采集电信号，并根据采集到的电信号测量计算出所需电力参数数据，并通过数据线(图中未示出)将电力参数数据实时输出到高级微处理器4的SPI或I²C接口42。结合图1的第一实施例可见，测量计算单元3内部的数据传输过程为：由于空芯互感器感应出来的信号为微分信号，所以传感器单元1输出的电信号须先传输给数字积分器30进行还原，接着由数字积分器30将还原的电信号传输给第一ADC转换器31，再由第一ADC转换器31将还原的电信号转换为数字信号后传输给电能计量通用微处理器32。电能计量通用微处理器32与普通微处理器(如DSP处理器)的区别是电能计量通用微处理器32内已嵌入了电能计量通用程序，不仅测量的电力参数齐全，而且测量范围大、测量精度高(如在采用24位及以上ADC转换器时，其测量动态范围能达到1000:1，测量精度可以达到0.1％)，超越了现有电子式控制器的实时测量能力。

参见图2的第二实施例，测量计算单元3采用定制的三相电能计量芯片，芯片内部集成有第一ADC转换器31和电能计量通用微处理器32，同样可以实现各种所需电力参数数据的测量，它从传感器单元1的输出端实时采集电信号，并根据采集到的电信号测量计算出电力参数数据，参数测量计算完成后，可以通过SPI或I²C总线(图中未示出)将电力参数数据实时传输给高级微处理器4。与第一实施例相比，第二实施例的测量计算单元3缺省了数字积分器30，结合图2可见，第二实施例的测量计算单元3的数据传输过程与第一实施例不同，即：由于铁芯互感器感应出来的信号为电信号直接传输给第一ADC转换器31，再由第一ADC转换器31将还原的电信号转换为数字信号后传输给电能计量通用微处理器32。由此可见，由于采用了铁芯互感器，所以可简化测量计算单元3内部的数据传输过程，无需数字积分还原，从而可进一步加快测量计算单元3的实时测量速度和保护响应速度。由于仍采用电能计量通用微处理器32，所以其测量范围、测量精度和测量参数的齐全等性能与第一实施例相同。

参见图1和图2，测量计算单元3的第一ADC转换器31的功能是，将第一实施例的数字积分器30或第二实施例的传感器单元1输入的电流/电压信号转换成数字信号，该数字信号经测量计算单元3的电能计量通用微处理器32的CPU(图中未示出)进行处理并计算出各种所需的电力参数数据。由CPU计算出的各种电力参数数据存储于其寄存器内，并且实时更新，高级微处理器4可以通过SPI或I²C总线方式读取测量计算单元3的寄存器相应地址的各种数据，以减少高级微处理器4的运算量。由此可见，在控制器正常运行过程中，测量计算单元3能实现高精度的内容丰富的电力参数的实时测量，并且以SPI或I²C总线方式从寄存器相应地址直接读取电力参数，可提高测量计算单元3与高级微处理器4之间的数据交互速度，以确保对主电路实时保护的响应速度。但在控制器的上电初始时间段，即由停电到恢复供电的过程中，控制器由失电转换为得电的最初时间段，由于测量计算单元3信号上电时间较长，从电流输入到数据采样出来时间约550ms，所以高级微处理器4在上电初始时间段内从测量计算单元3的寄存器读取的电力参数很可能不是当前的实际电力参数(如可能是清零后的参数，或者是上个停电过程结束阶段的参数)，由此导致在上电初始时间段高级微处理器4所获得的电力参数的不准确，影响高级微处理器4的工作稳定性和可靠性。为了解决这个问题，本实用新型进一步采取了以下措施：本实用新型的高精度测量的低压电器用智能控制器的信号处理单元10用于将传感器单元1输出的电信号处理成高级微处理器4能采用的数据信号。所述的信号处理单元10的信号输入端与传感器单元1的信号输出端、测量计算单元3的信号输入端并联连接，信号处理单元10的信号输出端与高级微处理器4的第二ADC转换器41的输入端连接。所述的高级微处理器4的电路保护数据处理过程包括，在预先设定的上电初始时间段t内处理由第二ADC转换器41输入的数据，在上电初始时间段t结束后处理由测量计算单元3输入的数据。下面结合图1、2所示的两种信号处理单元10的实施方式，具体说明信号处理单元10的结构及作用。

参见图1的第一实施例，即在传感器单元1采用A相空芯互感器13、B相空芯互感器14、C相空芯互感器15、N相空芯互感器16的情况下，信号处理单元10包括积分器100和放大器101，其信号输入端的电信号经积分器100和放大器101处理成电流/电压信号后输出给高级微处理器4的第二ADC转换器41，第二ADC转换器41将电流/电压信号转换成数字信号后提供高级微处理器4的微处理器芯片40。参见图2的第二实施例，即在传感器单元1采用A相铁芯互感器130、B相铁芯互感器140、C相铁芯互感器150、N相铁芯互感器160的情况下，信号处理单元10包括放大器101，其信号输入端的电信号经放大器101处理成电流/电压信号后输出给高级微处理器4的第二ADC转换器41，第二ADC转换器41将电流/电压信号转换成数字信号后输出给高级微处理器4的处理器芯片40。由此可见，信号处理单元10将传感器单元1输出的电信号处理成高级微处理器4能采用的数据信号，这里所述的数据信号就是指能被高级微处理器4的第二ADC转换器41接收的电流/电压信号，该电流/电压信号经第二ADC转换器41转换成能被高级微处理器4的微处理器芯片40所采用的数字信号。

本实用新型的信号处理单元10的信号输入端与传感器单元1的信号输出端、测量计算单元3的信号输入端并联连接，信号处理单元10的信号输出端与高级微处理器4的第二ADC转换器41的输入端连接，这种连接方式的好处是使得高级微处理器4具有两路互不干扰的均来自于传感器单元1的信号输出端的数据输入通道，其中一路是由测量计算单元3以SPI或I²C总线方式输入的电力参数的通道，另一路是由信号处理单元10输入的电流/电压信号；或者说，这种连接方式的好处是使得高级微处理器4的微处理器芯片40具有两个读取数据的端口，其中一个端口是测量计算单元3的寄存器的SPI或I²C总线，另一个端口是高级微处理器4的第二ADC转换器41的数字信号输出端。

综上所述，本实用新型与现有技术的一大区别是采用了具有多任务功能的高级微处理器4和信号处理单元10，使得高级微处理器4可执行电力参数的测量、电路保护数据的处理与数据的内外交互等多种任务，实现了控制器在测量精度、控制精度、智能化程度等方面的较大幅度升级。本实用新型与现有技术的另一大区别是电路结构及上述连接方式的改进，具体地说，如图1所示的第一实施例，所述的传感器单元包括A相空芯互感器13、B相空芯互感器14、C相空芯互感器15、N相空芯互感器16，它们分别与三相四线制主电路感应耦合，其信号输出端分别与测量计算单元3的信号输入端、信号处理单元10的信号输入端并联连接，所述的测量计算单元3包括数字积分器30、第一ADC转换器31和电能计量芯片专用微处理器32，其信号输入端的电信号经数字积分器30、第一ADC转换器31和电能计量芯片专用微处理器32测量计算后形成电力参数数据，该数据以SPI或I²C总线方式输出给高级微处理器4的SPI或I²C接口42，所述的信号处理单元10包括积分器100和放大器101，其信号输入端的电信号经积分器100和放大器101处理成数据信号后的输出给高级微处理器4的第二ADC转换器41；如图2所示的第二实施例，所述的传感器单元包括A相铁芯互感器130、B相铁芯互感器140、C相铁芯互感器150、N相铁芯互感器160，它们分别与三相四线制主电路感应耦合，其信号输出端分别与测量计算单元3的信号输入端、信号处理单元10的信号输入端并联连接，所述的测量计算单元3包括第一ADC转换器31和电能计量芯片专用微处理器32，其信号输入端的电信号经第一ADC转换器31和电能计量芯片专用微处理器32测量计算后形成电力参数数据，该数据以SPI或I²C总线方式输出给高级微处理器4的SPI或I²C接口42，所述的信号处理单元10包括积分器100和放大器101，其信号输入端的电信号经放大器101处理成数据信号后的输出给高级微处理器4的第二ADC转换器41。本实用新型与现有技术的第三大区别是采用了两端测量和电路保护处理过程，即：上电初始时间段t内的电力参数测量和电路保护处理过程，用它确保了上电初始时间段t内的电力参数测量准确、控制器工作稳定可靠和电路保护的及时响应；上电初始时间段t后的电力参数测量和电路保护处理过程，用它确保了正常运行状态下电力参数测量的高精度和电路保护的及时性、稳定性、可靠性。

为了满足不同控制器产品和使用场合的要求，所述的上电初始时间段t的时间长度可根据设计和使用需要设定，可有多种选定方案，一种优选的方案是，所述的上电初始时间段t的时间长度大于550ms并小于5s。如果上电初始时间段t设定得太短，有可能出现上电初始时间段t小于测量计算单元3从电流输入到数据采样出来所用的时间；如果上电初始时间段t设定得太长，可能会带来因控制器进入高精度测量的过程太晚而带来的不利。在有必要实现在控制器使用现场设定上电初始时间段t的情况下，一种可选择的方案是，所述的高精度测量的低压电器用智能控制器还包括能与高级微处理器4数据交互的人机接口单元5，所述的上电初始时间段t通过人机接口单元5预先设定。所述的人机接口单元5可有多种结构方案，一种优选的方案是，包括信息显示屏模块51、LED状态指示模块52和键盘模块53，信息显示屏模块51与高级微处理器4的一个I/0接口连接，LED状态指示模块52和键盘模块53分别与高级微处理器4的另一个I/0接口连接。为了满足更多需求，通常情况下，所述的高精度测量的低压电器用智能控制器还包括外围电路单元6，外围电路单元6包括与高级微处理器4的I²C总线接口连接的数据存储器61和时钟电路62、与高级微处理器4的UART接口连接的通讯模块63和与高级微处理器4的一个I/0接口连接的输入/输出模块64。

电源供给单元2的结构可有多种实现形式，一种优选的形式如图1和图2所示，其耦合和取电的结构包括两种方式：一种方式是通过变压器21与主电路耦合，即变压器21的一次绕组与主电路连接，变压器21的二次绕组与电源电路单元7的第一整流电路71的交流输入端连接；另一种方式是通过A相速饱和互感器22、B相速饱和互感器23、C相速饱和互感器24与主电路耦合，即A相速饱和互感器22、B相速饱和互感器23、C相速饱和互感器24分别以主电路的三相火线为一次侧，它们的三个二次绕组分别与电源电路单元7的第二整流电路72的交流输入端连接。所述的电源电路单元7的结构可有多种实现形式，一种优选的形式如图1和图2所示，它包括第一整流电路71、第二整流电路72、稳压电路73、DC—DC降压电路74，它们通过已知的方式连接，并形成+25V、+5V、－5V、+3.3V多个不同直流电压等级，即以多个不同电压等级的方式提供直流电源，为各单元模块配置合适的电源电压。脱扣电路单元8和脱扣执行单元9可采用已知的结构，如图1和图2所示，所述的它们之间的控制关系为：脱扣电路单元8受高级微处理器4的控制，脱扣执行单元9受脱扣电路单元8的控制，并在故障出现时由脱扣执行单元9产生脱扣动作。或者说，在高级微处理器4判断发现故障(如短路、过载、等)时，按照保护启动方式(如瞬动、延时、等)向脱扣电路单元8输出有关脱扣信号，脱扣电路单元8在脱扣信号的控制下致使脱扣执行单元9的磁通变换器91产生一个机械动作，该动作触动执行机构92产生脱扣动作。应当能理解到，执行机构92可以是控制器所控制的断路器(图中未示出)的操作机构，也可以是控制器上的一个产生脱扣动作的装置，该装置与所述的断路器的操作机构之间存在机械耦合关系。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本实用新型的，本领域普通技术人员可在不脱离本实用新型的实用新型思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求提到的创新性特征的最大范围。

Claims (10)

1.一种高精度测量的低压电器用智能控制器，包括：传感器单元(1)，从主电路感应电信号并将该电信号从其输出端输出；与主电路耦合并从主电路取电的电源供给单元(2)；测量计算单元(3)，根据从传感器单元(1)的输出端采集到的电信号测量计算出电力参数数据；电源电路单元(7)，其输入端与所述的电源供给单元(2)的输出端连接，并以多个不同电压等级的方式提供直流电源；其特征在于：

高级微处理器(4)，用于电力参数的测量和电路保护数据的处理与交互，并控制所述的控制器的脱扣电路单元(8)驱动脱扣执行单元(9)在故障出现时产生脱扣动作；

信号处理单元(10)，它的信号输入端与传感器单元(1)的信号输出端、测量计算单元(3)的信号输入端并联连接，其信号输出端与高级微处理器(4)的第二ADC转换器(41)的输入端连接，用于将传感器单元(1)输出的电信号处理成高级微处理器(4)能采用的数据信号；

所述的高级微处理器(4)的电路保护数据的处理与交互包括：在预先设定的上电初始时间段t内处理由所述的第二ADC转换器(41)输入的数据，在上电初始时间段t结束后处理由所述的测量计算单元(3)输入的数据，并且在数据处理过程中按预置程序在各接口之间进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的高精度测量的低压电器用智能控制器，其特征在于：

所述的传感器单元(1)包括分别与三相四线制主电路感应耦合的A相空芯互感器(13)、B相空芯互感器(14)、C相空芯互感器(15)和N相空芯互感器(16)，它们的信号输出端分别与测量计算单元(3)的信号输入端、信号处理单元(10)的信号输入端并联连接；

所述的测量计算单元(3)包括数字积分器(30)、第一ADC转换器(31)和电能计量芯片专用微处理器(32)，所述的电力参数数据通过所述的测量计算单元(3)的信号输入端的电信号经数字积分器(30)、第一ADC转换器(31)和电能计量芯片专用微处理器(32)测量计算后形成，该数据以SPI或I²C总线方式输出给所述的高级微处理器(4)的SPI或I²C接口(42)；

所述的信号处理单元(10)包括积分器(100)和放大器(101)，信号处理单元(10)的信号输入端的电信号经积分器(100)和放大器(101)处理成电流/电压信号后，输出给所连接的高级微处理器(4)的第二ADC转换器(41)。

3.根据权利要求1所述的高精度测量的低压电器用智能控制器，其特征在于：

所述的传感器单元(1)包括分别与三相四线制主电路感应耦合的A相铁芯互感器(130)、B相铁芯互感器(140)、C相铁芯互感器(150)和N相铁芯互感器(160)，它们的信号输出端分别与测量计算单元(3)的信号输入端、信号处理单元(10)的信号输入端并联连接；

所述的测量计算单元(3)包括第一ADC转换器(31)和电能计量芯片专用微处理器(32)，所述的电力参数数据通过所述的测量计算单元(3)的信号输入端的电信号经第一ADC转换器(31)和电能计量芯片专用微处理器(32)测量计算后形成，该数据以SPI或I²C总线方式输出给所述的高级微处理器(4)的SPI或I²C接口(42)；

所述的信号处理单元(10)包括积分器(100)和放大器(101)，信号处理单元(10)的信号输入端的电信号经积分器(100)和放大器(101)处理成电流/电压信号后，输出给所连接的高级微处理器(4)的第二ADC转换器(41)。

4.根据权利要求1所述的高精度测量的低压电器用智能控制器，其特征在于：所述的高级微处理器(4)包括对所述的电路保护数据进行处理与交互的微处理器芯片(40)、第二ADC转换器(41)、SPI或I²C接口(42)、I²C总线接口、UART接口和多个I/0接口。

5.根据权利要求1所述的高精度测量的低压电器用智能控制器，其特征在于：所述的预先设定的上电初始时间段t的时间长度大于550ms，并小于5s。

6.根据权利要求1所述的高精度测量的低压电器用智能控制器，其特征在于：所述的控制器还包括能与高级微处理器(4)数据交互的人机接口单元(5)，所述的预先设定的上电初始时间段t通过所述的人机接口单元(5)预先设定。

7.根据权利要求1或4所述的高精度测量的低压电器用智能控制器，其特征在于：所述的控制器还包括外围电路单元(6)，该外围电路单元(6)包括与所述的高级微处理器(4)的I²C总线接口连接的数据存储器(61)和时钟电路(62)、与高级微处理器(4)的UART接口连接的通讯模块(63)和与高级微处理器(4)的一个I/0接口连接的输入/输出模块(64)。

8.根据权利要求1至3中任意一种所述的高精度测量的低压电器用智能控制器，其特征在于：所述的测量计算单元(3)采用三相电能计量芯片、单相电能计量芯片或定制芯片中的一种。

9.根据权利要求1或4所述的高精度测量的低压电器用智能控制器，其特征在于：所述的高级微处理器(4)采用单片机或DSP处理器中的一种。

10.根据权利要求6所述的高精度测量的低压电器用智能控制器，其特征在于：所述的人机接口单元(5)包括信息显示屏模块(51)、LED状态指示模块(52)和键盘模块(53)，所述的信息显示屏模块(51)与所述的高级微处理器(4)的一个I/0接口连接，所述的LED状态指示模块(52)和键盘模块(53)分别与所述的高级微处理器(4)的另一个I/0接口连接。