CN204315474U - 一种具有同期合闸功能的断路器 - Google Patents

Abstract

一种具有同期合闸功能的断路器，属于低压电器技术领域。断路器的控制器包括智能脱扣器以及同期模块，智能脱扣器与同期模块连接且相互通信，智能脱扣器向同期模块传输同期操作所需要的设定阈值，同期模块接收并检测断路器两侧的电压信号，当断路器两侧的电压信号满足设定阈值时发出合闸指令。优点：通过内置同期模块，不但可以满足配电系统的同期操作，还免去了导前时间的测定；同期模块与智能脱扣器通信连接，由智能脱扣器向同期模块传输同期操作所需要的设定阈值，在进行同期操作时，同期模块能独立于智能脱扣器处理断路器两侧的电压信号。

Description

一种具有同期合闸功能的断路器

技术领域

本实用新型属于低压电器技术领域，具体涉及一种具有同期合闸功能的断路器，用于实现不同交流配电系统的同期操作。

背景技术

随着电力系统的发展，网络连接越来越紧密，容量越来越大。在配电系统运行过程中，断路器的合闸操作经常需要通过同期功能来实现。所述的同期功能是指不同交流电源的并网操作。系统中断路器的合闸操作按并列系统之间的关系，可分为差频并网和同频并网两种模式。差频并网是指将两个在电气上没有联系的系统并列，包括发电机并网及两个无联系系统的并网，其特点是在系统两侧之间不仅存在着压差、相差，同时也存在着频率差别，由于有频差的存在，所以同期点两端的电压相角差处于一个动态的变化过程中，此时要求在电压、频率、压差以及频差满足要求的前提下，捕捉相角差为零的时机完成并网操作；同频并网是指同步点两侧的系统已经存在着电气联系，只是通过操作再增加一条开关回路，其主要特点是操作点两侧系统频率相同，但可能存在一定的压差，且存在一固定的相差。

在目前的实际应用中，通常采用自动准同期装置来完成上述并网操作。具体的，自动准同期装置采集断路器两侧的电压信号，并计算两侧的电压差、频率差、相角差，当满足设定的同期条件时，自动准同期装置发出合闸指令驱动断路器合闸。为了减小合闸时的冲击，一般要求断路器在两侧的相角差最小时才合闸，由此，特别是在差频并网的模式下会涉及导前角的计算。所谓的导前角是指自动准同期装置从发出合闸脉冲至运行系统与待并系统同相位所导前的角度，理想的导前角计算公式为

其中，δ_YJ为导前角，t_DC为导前时间，ω_si为滑差角速度，ω_si＝2πf_si，f_si为i点的频差，Δt为采样频差点的时间间隔，为滑差角加速度。此处，出现一重要的参数即导前时间t_DC。导前时间定义为自动准同期装置从发出合闸脉冲瞬间至运行系统与待并系统电压同相位的时间间隔，导前时间为断路器合闸时间与自动准同期装置发出合闸脉冲驱动继电器动作的时间之和。在电力系统中，自动准同期装置与断路器往往是分开的，因此 当自动准同期装置与不同断路器配合使用时，需要测定不同断路器的实际合闸时间，然后再修改导前时间，上述操作对现场用户造成不便，因为导前时间的测定一般需要通过专业手段来实现。另外，自动准同期装置与断路器的接线复杂，且故障率高。

鉴于上述已有技术，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种具有同期合闸功能的断路器，通过内置同期模块，可以满足配电系统的同期操作，且操作方便、接线简单。

本实用新型的目的是这样来达到的，一种具有同期合闸功能的断路器，所述的断路器在两侧分别连接第一电源和第二电源，断路器包括电流互感器、第一电压变换电路、第二电压变换电路以及控制器，所述的控制器包括智能脱扣器以及同期模块，电流互感器的一次侧和第一电压变换电路的一次侧连接第一电源，电流互感器的二次侧连接智能脱扣器，第一电压变换电路的二次侧连接智能脱扣器以及同期模块，第二电压变换电路的一次侧连接第二电源，第二电压变换电路的二次侧连接同期模块，其特征在于：所述的智能脱扣器与同期模块连接且相互通信，智能脱扣器向同期模块传输同期操作所需要的设定阈值，同期模块接收并检测断路器两侧的电压信号，当断路器两侧的电压信号满足设定阈值时发出合闸指令。

在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的断路器还包括通信模块和输入/输出模块，所述的智能脱扣器分别与通信模块以及输入/输出模块通信连接，所述的通信模块用于与上位机相互通信，所述的输入/输出模块用于接收断路器的各种状态量以及输出断路器的故障指示。

在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的同期模块包括第一差分采样电路、第二差分采样电路、第一跟随滤波电路、第二跟随滤波电路、第一滤波整形电路、第二滤波整形电路、微处理器、RS485通信电路以及驱动输出电路，第一差分采样电路的输入端接收来自第一电压变换电路的信号，第一差分采样电路的输出端分别连接第一跟随滤波电路的输入端以及第一滤波整形电路的输入端，第一跟随滤波电路的输出端连接微处理器的第一AD转换器端口，第一滤波整形电路的输出端连接微处理器的第一定时/计数器端口；第二差分采样电路的输入端接收来自第二电压变换电路的信号，第二差分采样电路的输出端分别连接第二跟随滤波电路的输入端以及第二滤波整形电路的输入端，第二跟随滤波电路 的输出端连接微处理器的第二AD转换器端口，第二滤波整形电路的输出端连接微处理器的第二定时/计数器端口；所述的RS485通信电路与微处理器双向连接，外接通信接口经RS485通信电路与微处理器相互通讯完成数据交换；所述的驱动输出电路的输入端连接微处理器，驱动输出电路的输出端连接断路器的合闸电磁铁。

在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述的第一差分采样电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、以及差分放大器N1，其中，差分放大器N1采用INA111，第一电阻R1的一端以及第六电阻R6的一端作为第一差分采样电路的两输入端连接第一电压变换电路，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4以及第五电阻R5依次串联，第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9以及第十电阻R10依次串联，第五电阻R5与第十一电阻R11的一端连接后共同连接差分放大器N1的3脚，第十电阻R10与第十一电阻R11的另一端连接后共同连接差分放大器N1的2脚，差分放大器N1的1脚连接第十二电阻R12的一端，第十二电阻R12的另一端连接差分放大器N1的8脚，差分放大器N1的4脚与第一电容C1的一端共同连接-5V直流电源，差分放大器N1的5脚与第二电容C2的一端共同连接一基准电压源V1，差分放大器N1的7脚与第三电容C3的一端共同连接+5V直流电源，差分放大器N1的6脚作为第一差分采样电路的输出端分别与所述的第一跟随滤波电路以及第一滤波整形电路连接，第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端以及第三电容C3的另一端共同接地。

在本实用新型的再一个具体的实施例中，所述的第一跟随滤波电路包括第十三电阻R13、第十四电阻R14、第四电容C4、第五电容C5以及第一运算放大器N2A，其中，所述的第一运算放大器N2A为LM224，所述的第十三电阻R13的一端作为第一跟随滤波电路的输入端连接第一差分采样电路，第十三电阻R13的另一端与第四电容C4的一端共同连接第一运算放大器N2A的10脚，第一运算放大器N2A的9脚与8脚连接后连接至第十四电阻R14的一端，第十四电阻R14的另一端与第五电容C5的一端连接，并作为第一跟随滤波电路的输出端连接所述的微处理器的第一AD转换器端口，第四电容C4的另一端与第五电容C5的另一端共同接地。

在本实用新型的还有一个具体的实施例中，所述的第一滤波整形电路包括第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻 R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第六电容C6、第七电容C7、第二运算放大器N2B以及比较器N3，其中，所述的第二运算放大器N2B为LM224，比较器N3为LM293，所述的第十五电阻R15的一端作为第一滤波整形电路的输入端连接所述的第一差分采样电路，第十五电阻R15的另一端与第十六电阻R16的一端、第七电容C7的一端以及第十七电阻R17的一端连接，第十七电阻R17的另一端与第六电容C6的一端以及第十九电阻R19的一端共同连接至第二运算放大器N2B的13脚，第六电容C6的另一端与第十九电阻R19的另一端以及第二运算放大器N2B的14脚共同连接第二十电阻R20的一端，第二十电阻R20的另一端与第二十二电阻R22的一端共同连接比较器N3的5脚，第二十二电阻R22的另一端与比较器N3的7脚以及第二十三电阻R23的一端连接，并作为第一滤波整形电路的输出端连接所述的微处理器的第一定时/计数器端口，第二运算放大器N2B的12脚与第十八电阻R18的一端连接，比较器N3的6脚与第二十一电阻R21的一端连接，第十六电阻R16的另一端、第十八电阻R18的另一端以及第二十一电阻R21的另一端共同连接所述的基准电压源V1，第二十三电阻R23的另一端连接+5V直流电源，第七电容C7的另一端接地。

在本实用新型的更而一个具体的实施例中，所述的第一电压变换电路是高阻值大电阻或者是电压互感器，第二电压变换电路是高阻值大电阻或者是电压互感器。

在本实用新型的进而一个具体的实施例中，所述的第二差分采样电路的结构与第一差分采样电路相同；所述的第二跟随滤波电路的结构与第一跟随滤波电路相同；所述的第二滤波整形电路的结构与第一滤波整形电路相同。

本实用新型由于采用了上述结构，与现有技术相比，具有的有益效果：通过内置同期模块，不但可以满足配电系统的同期操作，还免去了导前时间的测定；同期模块与智能脱扣器通信连接，由智能脱扣器向同期模块传输同期操作所需要的设定阈值，在进行同期操作时，同期模块能独立于智能脱扣器处理断路器两侧的电压信号，当满足设定阈值时发出合闸指令而使断路器合闸；当断路器合闸时，智能脱扣器可以通过电流互感器和/或第一、第二电压变换电路检测流经断路器负载的电流和断路器任一侧的电压，当负载电流或者电压信号超出设定阈值时发出分闸指令，保证用电安全。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图。

图2为本实用新型所述的同期模块5的原理框图。

图3为本实用新型所述的第一差分采样电路的电原理图。

图4为本实用新型所述的第一跟随滤波电路的电原理图。

图5为本实用新型所述的第一滤波整形电路的电原理图。

图6为本实用新型所述的电源转换电路的电原理图。

图7为本实用新型所述的微处理器的电原理图。

图8为本实用新型所述的驱动输出电路的电原理图。

图9为本实用新型所述的RS485通信电路的电原理图。

图10为本实用新型所述的基准电路的电原理图。

图11为本实用新型所述的输入/输出模块8的原理框图。

具体实施方式

申请人将在下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。

请参阅图1，本实用新型涉及一种具有同期合闸功能的断路器，第一电源、断路器以及第二电源依次串连，此处，第一电源为电网，第二电源为发电机。该断路器包括电流互感器1、第一电压变换电路2、第二电压变换电路3以及控制器6，所述的第一电压变换电路2和第二电压变换电路3均采用电压互感器。所述的控制器6包括智能脱扣器4和同期模块5。电流互感器1的一次侧和第一电压变换电路2的一次侧连接第一电源，电流互感器1的二次侧连接智能脱扣器4，向智能脱扣器4输出电流信号I，第一电压变换电路2的二次侧连接智能脱扣器4以及同期模块5，分别向智能脱扣器4和同期模块5输出第一电压变换信号Us’，此处第一电压变换电路2所起作用也可以由高阻值的大电阻直接降压来替代；第二电压变换电路3的一次侧连接第二电源，第二电压变换电路3的二次侧连接同期模块5，向同期模块5输出第二电压变换信号Ug’；智能脱扣器4通过第一通信总线9实现与同期模块5的通信连接，接线简单，故障率低；智能脱扣器4向同期模块5输出同期操作所需要设定的阈值，同期模块5接收并检测断路器两侧的第一电压变换信号Us’和第二电压变换信号Ug’，当第一电压变换信号Us’和第二电压变换信号Ug’满足设定阈值时发出合闸指令。在本实施例中，所述的智能脱扣器4还通过第二通信总线10分别与通信模块7以及输入/输出模块8连接，所述的通信模块7用于与上位机相互通信，所 述的输入/输出模块8用于接收断路器的各种状态量以及输出断路器的故障指示等。请参阅图11，输入/输出模块8还可以用于具有双重工作参数断路器的参数切换。在此断路器上可以先整定一组保护参数(长延时保护、短延时保护、瞬时保护等)，设置为第一标识；再在该断路器上整定另一组保护参数(长延时保护、短延时保护、瞬时保护等)，设置为第二标识，该断路器既可工作在第一标识的保护参数，又可工作在第二标识的保护参数，保护参数的选择由输入/输出模块8接收一个外部指令后，向控制器6通信传输切换指令，控制器6接收后，自动完成双重保护参数的切换。

请继续参阅图1，对本实施例所述的控制器6的工作原理进行说明。控制器6通过智能脱扣器4设定同期操作的动作阈值，例如电压差阈值、频率差阈值、相角差阈值等，这些设定的阈值通过第一通信总线9传输给同期模块5，智能脱扣器4具有直观的人机界面，便于用户完成设定操作。同期模块5还同时接收第一电压变换电路2输出的第一电压变换信号Us’以及第二电压变换电路3输出的第二电压变换信号Ug’。同期模块5根据第一电压变换信号Us’、第二电压变换信号Ug’得到断路器两侧实际的电压差、频率差、相角差等，并将这些实际差值与对应的设定阈值进行对比。同期模块5和智能脱扣器4的功能划分清楚，当满足同期条件时，同期模块5独立于智能脱扣器4发出合闸命令，完成对断路器的合闸操作。由于同期模块5安装在断路器内部，从同期模块5发出合闸脉冲的瞬间至断路器合闸完成的时间间隔即导前时间是固定的，并且该时间间隔已由控制器6保存，因此用户可以不用像使用外置的自动准同期装置那样需要自己去测定导前时间。

智能脱扣器4由于可以处理电流互感器1输出的电流信号I以及第一电压变换电路2输出的第一电压变换信号Us’，因此当断路器合闸后，智能脱扣器4若检测出流经断路器中的负载电流和电压信号超出设定的阈值时会发出分闸指令。智能脱扣器4中的保护功能包括常见的如过载长延时保护、短路短延时保护、短路瞬时保护、接地保护等的电流保护功能以及如低电压保护、过电压保护等电压保护功能。智能脱扣器4经第二通信总线10与通信模块7连接，可以将电流、电压等信息传输给上位机，以便于上位机进行实时监控，而智能脱扣器4经第二通信总线10又与输入/输出模块8连接，可以将检测到的断路器的一些状态量如合分闸状态、位置状态等以及当断路器发生故障跳闸时的故障指示通过输入/输出模块8提供给用户。然而，本实施例所述的智能脱扣器4并不仅限于与通信模块7以及输入/输出模块8的通信连接，事实上它还可以与其它类似功能的模块完成通信或非通信连接。有关智能脱扣器4的上述应用，在现有技术中已有不少公开，此处省略赘述。

请参阅图2，所述的同期模块5包括第一差分采样电路、第二差分采样电路、第一跟随滤波电路、第二跟随滤波电路、第一滤波整形电路、第二滤波整形电路、微处理器、RS485通信电路以及驱动输出电路，其中第一差分采样电路接收来自第一电压变换电路2的第一电压变换信号Us’，第一差分采样电路的输出端分别连接第一跟随滤波电路以及第一滤波整形电路，第一跟随滤波电路的输出端连接微处理器的第一AD转换器端口，第一滤波整形电路的输出端连接微处理器的第一定时/计数器端口。第一电压变换信号Us’经第一差分采样电路处理后分为两路，一路经第一跟随滤波电路滤波后进入微处理器的第一AD转换器端口进行AD转换处理，另一路经第一滤波整形电路滤波放大并整形得到方波后进入微处理器的第一定时/计数器端口，计算方波的频率。第二差分采样电路接收来自第二电压变换电路3的第二电压变换信号Ug’，第二差分采样电路的输出端分别连接第二跟随滤波电路以及第二滤波整形电路，第二跟随滤波电路的输出端连接微处理器的第二AD转换器端口，第二滤波整形电路的输出端连接微处理器的第二定时/计数器端口。第二电压变换信号Ug’经第二差分采样电路后一路经第二跟随滤波电路滤波后进入微处理器的第二AD转换器端口进行AD转换处理，另一路经第二滤波整形电路滤波放大并整形得到方波后进入微处理器的第二定时/计数器端口，计算方波的频率。所述的RS485通信电路与微处理器双向连接，外接通信接口经RS485通信电路与微处理器相互通讯完成数据交换。所述的驱动输出电路的输入端连接微处理器，驱动输出电路的输出端连接合闸电磁铁。当微处理器检测到第一电压信号Us和第二电压信号Ug之间的电压差、频率差、相位差满足设定的阈值时，微处理器发出控制信号经驱动输出电路驱动合闸电磁铁动作，使断路器完成合闸。

在本实施例中，所述的第一电压变换电路2接收的第一电压信号Us是电源侧电压，所述的第二电压变换电路3接收的第二电压信号Ug是发电机侧电压，两者采用相同相的线电压或相电压，例如Us(AB)与Ug(AB)，即共同采用A相和B相之间的线电压。此处，第一电压信号Us和第二电压信号Ug均通过相应的电压变换电路后再进行差分采样处理，但如果第一电压信号Us和第二电压信号Ug的输入等级小于690V，则在满足一定的介电条件下它们两者中的任一路也可以直接连接至差分采样电路。所述的第一差分采样电路与第二差分采样电路的结构相同，所述的第一跟随滤波电路与第二跟随滤波电路的结构相同，所述的第一滤波整形电路与第二滤波整形电路的结构相同。由于第一电压信号Us和第二电压信号Ug在进入AD转换之前所经过的各电路结构相同，因此，以下只列出对第一电压 信号Us处理的相关电路进行说明。

请参阅图3，所述的第一差分采样电路，将接收到的信号进行降压处理，它包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3以及差分放大器N1，其中，差分放大器N1采用INA111。在本实施例中，第一电压信号Us采用AB相之间的线电压，第一电阻R1的一端以及第六电阻R6的一端作为第一差分采样电路的两输入端通过第一接插件X1连接第一电压变换电路2。第一电阻R1的一端连接A相电压信号Us’(A)，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4以及第五电阻R5依次串联，用于对A相电压信号Us’(A)作降压处理；第六电阻R6的一端连接B相电压信号U s’(B)，第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9以及第十电阻R10依次串联，用于对B相电压信号Us’(B)作降压处理。第五电阻R5与第十一电阻R11的一端连接后共同连接差分放大器N1的3脚，第十电阻R10与第十一电阻R11的另一端连接后共同连接差分放大器N1的2脚，差分放大器N1的1脚连接第十二电阻R12的一端，第十二电阻R12的另一端连接差分放大器N1的8脚，差分放大器N1的4脚与第一电容C1的一端共同连接-5V直流电源，差分放大器N1的5脚与第二电容C2的一端共同连接一基准电压源V1，基准电压源V1用于对输入电平信号作整体抬升，以便于后续的AD转换处理。差分放大器N1的7脚与第三电容C3的一端共同连接+5V直流电源，差分放大器N1的6脚作为第一差分采样电路的输出端分别与第一跟随滤波电路以及第一滤波整形电路连接，第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端以及第三电容C3的另一端共同接地。第十一电阻两端的压降经差分放大器N1放大后输出一差分放大信号U1。

请参阅图4，所述的第一跟随滤波电路对电路信号进行滤波处理，它包括第十三电阻R13、第十四电阻R14、第四电容C4、第五电容C5以及第一运算放大器N2A，其中，所述的第一运算放大器N2A为LM224。所述的第十三电阻R13的一端作为第一跟随滤波电路的输入端连接第一差分采样电路，第十三电阻R13的另一端与第四电容C4的一端共同连接第一运算放大器N2A的10脚，第一运算放大器N2A的9脚与8脚连接后连接至第十四电阻R14的一端，第十四电阻R14的另一端与第五电容C5的一端连接，并作为第一跟随滤波电路的输出端连接所述的微处理器的第一AD转换器端口，第四电容C4的另一端与第五电容C5的另一端共同接地。第一跟随滤波电路从第一差分采样电路接收差分放大信号U1， 所述的差分放大信号U1经第十三电阻R13以及第四电容C4滤波后通过第一运算放大器N2A作跟随处理，之后再经第十四电阻R14与第五电容C5滤波后输出给微处理器的第一AD转换器端口。

请参阅图5，所述的第一滤波整形电路将接收到的信号转换为方波，它包括第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第六电容C6、第七电容C7、第二运算放大器N2B以及比较器N3，其中，所述的第二运算放大器N2B为LM224，比较器N3为LM293。所述的第十五电阻R15的一端作为第一滤波整形电路的输入端连接所述的第一差分采样电路，第十五电阻R15的另一端与第十六电阻R16的一端、第七电容C7的一端以及第十七电阻R17的一端连接，第十七电阻R17的另一端与第六电容C6的一端以及第十九电阻R19的一端共同连接至第二运算放大器N2B的13脚，第六电容C6的另一端与第十九电阻R19的另一端以及第二运算放大器N2B的14脚共同连接第二十电阻R20的一端，第二十电阻R20的另一端与第二十二电阻R22的一端共同连接比较器N3的5脚，第二十二电阻R22的另一端与比较器N3的7脚以及第二十三电阻R23的一端连接，并作为第一滤波整形电路的输出端连接所述的微处理器的第一定时/计数器端口，第二运算放大器N2B的12脚与第十八电阻R18的一端连接，比较器N3的6脚与第二十一电阻R21的一端连接，第十六电阻R16的另一端、第十八电阻R18的另一端以及第二十一电阻R21的另一端共同连接所述的基准电压源V1，第二十三电阻R23的另一端连接+5V直流电源，第七电容C7的另一端接地。第一滤波整形电路从第一差分采样电路接收差分放大信号U1，所述的差分放大信号U1经第二运算放大器N2B放大滤波、再经比较器N3与基准电压源V1比较后，向微处理器的第一定时/计数器端口输出方波1，由微处理器捕获方波宽度进而计算波形频率。

请参阅图6，所述的同期模块5还包括电源转换电路，为同期模块提供电源，所述的电源转换电路包括第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、电感L1、DC-DC转换芯片N4以及电压转换芯片N5，其中，DC-DC转换芯片N4采用MAX5033，电压转换芯片N5采用MAX828。外部DC24V电源经第二接插件X2输入后通过DC-DC转换芯片N4转换成+5V直流电源，该+5V直流电源再经电压转换芯片N5转换得到-5V直流电源。外部DC24V电源还经第一二极 管D1转换得到一POWER-J电源，提供给所述的驱动输出电路。

请参阅图7，在本实施例中，所述的微处理器采用C515C，图中微处理器N6的外围电路包括第二十四电阻R24、晶振G1、第十八电容C18、第十九电容C19、第二十电容C20、第二十一电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第二十四电容C24、第二十五电容C25、复位芯片N7以及稳压芯片N8，其中，所述的复位芯片N7为MAX822，稳压芯片N8采用MAX6141。微处理器N6的12脚作为第一AD转换器端口连接所述的第一跟随滤波电路；微处理器N6的11脚作为第二AD转换器端口连接所述的第二跟随滤波电路。微处理器N6的20脚作为第一定时/计数器端口连接所述的第一滤波整形电路，微处理器N6的19脚作为第二定时/计数器端口连接所述的第二滤波整形电路。微处理器N6的15～17脚连接所述的RS485通信电路，微处理器N6的60脚连接所述的驱动输出电路。微处理器N6的3脚与第二十一电容C21的一端以及第二十二电容C22的一端共同连接稳压芯片N8的2脚，微处理器N6的36脚分别与晶振G1的一端以及第二十五电容C25的一端连接，微处理器N6的37脚分别与晶振G1的另一端以及第二十四电容C24的另一端连接，微处理器N6的1脚与第二十四电阻R24的一端共同连接复位芯片N7的2脚，稳压芯片N8的1脚、第二十三电容C23的一端、第二十电容C20的一端、复位芯片N7的4脚、第十八电容C18的一端、第十九电容C19的一端以及微处理器N6的14、32、33、49、50、68、69脚共同接+5V直流电源，稳压芯片N8的3脚、第二十一电容C21的另一端、第二十二电容C22的另一端、第二十三电容C23的另一端、第二十四电容C24的另一端、第二十五电容C25的另一端、第二十电容C20的另一端、第二十四电阻R24的另一端、复位芯片N7的1、3脚、第十八电容C18的另一端、第十九电容C19的另一端以及微处理器N6的4、13、34、35、51、70脚共同接地。微处理器N6对经过了差分采样、跟随滤波及滤波整形的第一电压信号Us和第二电压信号Ug的电压幅值、频率、相位差进行计算(第一电压信号Us和第二电压信号Ug对应的AD转换器端口分别为AN0、AN1，相位差通过端口T0、T1计算两路波形宽度差异而得到)，当微处理器N6检测到第一电压信号Us、第二电压信号Ug之间的电压差、频差、相位差满足设定的阈值时，其通过60脚的P5.7端口向驱动输出电路发出驱动信号。稳压芯片N8用于为微处理器N6中的第一、第二AD转换器提供基准电压，复位芯片N7构成微处理器N6的复位电路。微处理器N6在本实施例中涉及的应用为现有技术，省略具体描述。

请参阅图8，所述的驱动输出电路包括第四二极管D4、第二十五电阻R25、第二十六 电容C26、第二十七电容C27、继电器K1以及驱动芯片N9,所述的继电器K1采用PA1A，所述的驱动芯片N9采用RSR030N06。所述的第二十五电阻R25的一端作为驱动输出电路的输入端连接所述的微处理器N6，第二十五电阻R25的另一端与第二十六电容C26的一端以及第二十七电容C27的一端共同连接至驱动芯片N9的1脚，驱动芯片N9的3脚与第四二极管D4的正极以及继电器K1的16脚连接，第四二极管D4的负极与继电器K1的1脚共同连接POWER-J电源，继电器K1的5、8脚经由第三接插件X3连接断路器的合闸电磁铁，第二十六电容C26的另一端、第二十七电容C27的另一端以及驱动芯片N9的2脚共同接地。所述的驱动芯片N9根据微处理器N6的驱动信号而导通，继电器K1得电动作，其5、8脚闭合，使外接的合闸电磁铁动作，断路器合闸。

请参阅图9，所述的RS485通信电路包括第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30以及接口芯片N10，所述的接口芯片N10采用MAX485。所述的接口芯片N10的1、4脚分别连接所述的微处理器N6的15、16脚，接口芯片N10的2、3脚共同连接微处理器N6的17脚，接口芯片N10的6脚经第二十六电阻R26连接外部RS485通信接口A，接口芯片N10的7脚经第二十七电阻R27连接外部RS485通信接口B。微处理器N6通过接口芯片N10与外部RS485通讯接口A、B进行数据交换。

请参阅图10，所述的同期模块5还包括基准电路，所述的基准电路包括第二十八电容C28、第二十九电容C29、第三十电容C30以及电压基准芯片N11，所述的电压基准芯片N11采用REF2925。所述的电压基准芯片N11的1脚连接所述的电源转换电路的+5V直流电源，该+5V直流电源经电压基准芯片N11转换得到基准电压源V1，提供给所述的第一差分采样电路以及第一滤波整形电路等。

Claims (8)

1.一种具有同期合闸功能的断路器，所述的断路器在两侧分别连接第一电源和第二电源，断路器包括电流互感器(1)、第一电压变换电路(2)、第二电压变换电路(3)以及控制器(6)，所述的控制器(6)包括智能脱扣器(4)和同期模块(5)，电流互感器(1)的一次侧和第一电压变换电路(2)的一次侧连接第一电源，电流互感器(1)的二次侧连接智能脱扣器(4)，第一电压变换电路(2)的二次侧连接智能脱扣器(4)以及同期模块(5)，第二电压变换电路(3)的一次侧连接第二电源，第二电压变换电路(3)的二次侧连接同期模块(5)，其特征在于：所述的智能脱扣器(4)与同期模块(5)连接且相互通信，智能脱扣器(4)向同期模块(5)传输同期操作所需要的设定阈值，同期模块5接收并检测断路器两侧的电压信号，当断路器两侧的电压信号满足设定阈值时发出合闸指令。

2.根据权利要求1所述的一种具有同期合闸功能的断路器，其特征在于所述的断路器还包括通信模块(7)和输入/输出模块(8)，所述的智能脱扣器(4)分别与通信模块(7)以及输入/输出模块(8)通信连接，所述的通信模块(7)用于与上位机相互通信，所述的输入/输出模块(8)用于接收断路器的各种状态量以及输出断路器的故障指示。

3.根据权利要求1所述的一种具有同期合闸功能的断路器，其特征在于所述的同期模块(5)包括第一差分采样电路、第二差分采样电路、第一跟随滤波电路、第二跟随滤波电路、第一滤波整形电路、第二滤波整形电路、微处理器、RS485通信电路以及驱动输出电路，第一差分采样电路的输入端接收来自第一电压变换电路(2)的信号，第一差分采样电路的输出端分别连接第一跟随滤波电路的输入端以及第一滤波整形电路的输入端，第一跟随滤波电路的输出端连接微处理器的第一AD转换器端口，第一滤波整形电路的输出端连接微处理器的第一定时/计数器端口；第二差分采样电路的输入端接收来自第二电压变换电路(3)的信号，第二差分采样电路的输出端分别连接第二跟随滤波电路的输入端以及第二滤波整形电路的输入端，第二跟随滤波电路的输出端连接微处理器的第二AD转换器端口，第二滤波整形电路的输出端连接微处理器的第二定时/计数器端口；所述的RS485通信电路与微处理器双向连接，外接通信接口经RS485通信电路与微处理器相互通讯完成数据交换；所述的驱动输出电路的输入端连接微处理器，驱动输出电路的输出端连接断路器的合闸电磁铁。

4.根据权利要求3所述的一种具有同期合闸功能的断路器，其特征在于所述的第一差分采样电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、以及差分放大器N1，其中，差分放大器N1采用INA111，第一电阻R1的一端以及第六电阻R6的一端作为第一差分采样电路的两输入端连接第一电压变换电路(2)，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4以及第五电阻R5依次串联，第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9以及第十电阻R10依次串联，第五电阻R5与第十一电阻R11的一端连接后共同连接差分放大器N1的3脚，第十电阻R10与第十一电阻R11的另一端连接后共同连接差分放大器N1的2脚，差分放大器N1的1脚连接第十二电阻R12的一端，第十二电阻R12的另一端连接差分放大器N1的8脚，差分放大器N1的4脚与第一电容C1的一端共同连接-5V直流电源，差分放大器N1的5脚与第二电容C2的一端共同连接一基准电压源V1，差分放大器N1的7脚与第三电容C3的一端共同连接+5V直流电源，差分放大器N1的6脚作为第一差分采样电路的输出端分别与所述的第一跟随滤波电路以及第一滤波整形电路连接，第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端以及第三电容C3的另一端共同接地。

5.根据权利要求3所述的一种具有同期合闸功能的断路器，其特征在于所述的第一跟随滤波电路包括第十三电阻R13、第十四电阻R14、第四电容C4、第五电容C5以及第一运算放大器N2A，其中，所述的第一运算放大器N2A为LM224，所述的第十三电阻R13的一端作为第一跟随滤波电路的输入端连接第一差分采样电路，第十三电阻R13的另一端与第四电容C4的一端共同连接第一运算放大器N2A的10脚，第一运算放大器N2A的9脚与8脚连接后连接至第十四电阻R14的一端，第十四电阻R14的另一端与第五电容C5的一端连接，并作为第一跟随滤波电路的输出端连接所述的微处理器的第一AD转换器端口，第四电容C4的另一端与第五电容C5的另一端共同接地。

6.根据权利要求4所述的一种具有同期合闸功能的断路器，其特征在于所述的第一滤波整形电路包括第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第六电容C6、第七电容C7、第二运算放大器N2B以及比较器N3，其中，所述的第二运算放大器N2B为LM224，比较器N3为LM293，所述的第十五电阻R15的一端作为第一滤波整形电路的输入端连接所述的第一差分采样电路，第十五电阻R15的另一端与第十六电阻R16的一端、第七电容C7的一端以及第十七电阻R17的一端连接，第十七电阻R17的另一端与第六电容C6的一端以及第十九电阻R19的一端共同连接至第二运算放大器N2B的13脚，第六电容C6的另一端与第十九电阻R19的另一端以及第二运算放大器N2B的14脚共同连接第二十电阻R20的一端，第二十电阻R20的另一端与第二十二电阻R22的一端共同连接比较器N3的5脚，第二十二电阻R22的另一端与比较器N3的7脚以及第二十三电阻R23的一端连接，并作为第一滤波整形电路的输出端连接所述的微处理器的第一定时/计数器端口，第二运算放大器N2B的12脚与第十八电阻R18的一端连接，比较器N3的6脚与第二十一电阻R21的一端连接，第十六电阻R16的另一端、第十八电阻R18的另一端以及第二十一电阻R21的另一端共同连接所述的基准电压源V1，第二十三电阻R23的另一端连接+5V直流电源，第七电容C7的另一端接地。

7.根据权利要求1所述的一种具有同期合闸功能的断路器，其特征在于所述的第一电压变换电路(2)是电压互感器，第二电压变换电路(3)是电压互感器。

8.根据权利要求3所述的一种具有同期合闸功能的断路器，其特征在于所述的第二差分采样电路的结构与第一差分采样电路相同；所述的第二跟随滤波电路的结构与第一跟随滤波电路相同；所述的第二滤波整形电路的结构与第一滤波整形电路相同。