CN205921445U - 一种电能转换智能控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电能转换智能控制装置，本装置核心为ARM处理器，外围结合电压隔离采集单元、断路器驱动单元、开关量采集单元、供电单元及参数设定电路组成，ARM处理器通过对电压隔离采集单元、开关量采集单元及参数设定电路所提供的信息进行计算后，将相关执行命令传递至断路器驱动单元，进行相关断路器的分合操作，本实用新型用于690V 以下配电系统，具有对供电电源进行迅速可靠的切换、确保供电的连续性、具有多种逻辑功能选择和自诊断功能的特点。

Description

一种电能转换智能控制装置

技术领域

本实用新型属于供电设备技术领域，尤其是涉及一种能够对供电电源进行自动切换的智能控制装置。

背景技术

随着我国人民生产生活的现代化程度日益提高，人们对电力的需求和依赖程度倍增，对电能质量的要求也更加严格，供配电各个领域也不断向自动化、无人值守、远程控制、不间断供电的目标迈进。利用智能控制装置，对供电电源进行自动切换，是一种经济而又有效的技术措施，它在现代供电系统中得到了广泛的应用。

传统控制方式采用低电压继电器、时间继电器、中间继电器通过逻辑搭接实现，各类继电器的总数量多达二三十只，分散安装于相关的开关柜中，继电器使用数量多且接线复杂，每一种接线仅能实现一种逻辑，实现功能单一，因使用的继电器多为电磁式继电器，体积大占空间，且极易造成继电器误动作，可靠性较低，无法满足电力系统对供电连续性和可靠性的要求。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种主要用于690V 以下配电系统，对供电电源进行迅速可靠的切换，确保供电的连续性的智能控制装置。并具有多种逻辑功能选择和自诊断功能，以满足供电系统的多样化和智能化需求。

本实用新型的目的是这样实现的，一种电能转换智能控制装置，其特点是包括ARM处理器、电压隔离采集单元、断路器驱动单元、开关量采集单元、供电单元及参数设定电路，其中：

所述的ARM处理器通过对电压隔离采集单元、开关量采集单元及参数设定电路所提供的信息进行计算后，将控制信号传递至断路器驱动单元进行分合操作；

所述的电压隔离采集单元用于将被测高电压转换为ARM处理器可接受范围内电压，供ARM处理器采集；

所述的断路器驱动单元用于接受ARM处理器输出的控制信号，并执行断路器分合操作；

所述的开关量采集单元用于将被检测到的开关量信号转换为可接受电压范围内的信号，供ARM处理器采集；

所述的供电单元用于为本装置提供电源；

所述的参数设定电路用于通过高精度旋转电位器进行参数设定，并通过ARM处理器内的滤波算法提高设定的精度和准确级。

为了进一步实现本实用新型的目的，可以是所述的电压隔离采集单元包括电压-电流转换电路、电流-电压转换电路和信号调理电路，其中：

所述的电压-电流转换电路用于将被采样的电压信号转换为电流信号并传递给电流-电压转换电路；

所述的电流-电压转换电路用于将电压-电流转换电路传递来的电流信号恢复为电压信号；

所述的信号调理电路用于将电流-电压转换电路恢复后的电压信号限制在ARM处理器可接受范围之内，供ARM处理器采集。

为了进一步实现本实用新型的目的，可以是所述的断路器驱动单元包括隔离电路、继电器、继电器驱动三极管、继电器脉冲吸收二极管，其中：

所述的隔离电路是将继电器驱动信号和供电单元与ARM处理器相隔离；

所述的继电器驱动三极管对隔离电路驱动电流进行放大，增强驱动能力；

所述的继电器作为最终输出装置，具备最大电流5A、最大电压230VAC的控制能力；

所述的继电器脉冲吸收二极管用于消除脉冲干扰。

为了进一步实现本实用新型的目的，可以是所述的开关量采集单元包括限流电路、过压保护电路、电压判决电路和隔离电路，其中：

所述的限流电路用于在出现浪涌等情况时限制灌入电流；

所述的过压保护电路用于在输入电压过高时限制向后传递的电压，保护后级电路；

所述的电压判决电路用来判断输入电压值域，检测电压是否能够满足高低电平要求，同时进行脉宽过滤及除抖；

所述的隔离电路用于保证在前序电路被高压击毁时故障不会波及到ARM处理器。

为了进一步实现本实用新型的目的，可以是所述的供电单元包括过流保护电路、过压保护电路、滤波电路和交直流双模式电源，其中：

所述的过流保护电路在出现浪涌等情况时限制灌入电流；

所述的过压保护电路在输入电压过高时限制向后传递的电压，保护后级电路；

所述的滤波电路抑制来自于供电线路的干扰信号；

所述的交直流双模式电源提供交流电或直流电。

为了进一步实现本实用新型的目的，可以是所述的参数设定电路由多个高精度旋转电位器组成，包括有压设定值、无压设定值、开关动作延迟设定值、自投延迟设定值、自复延迟设定值参数设定，并通过ARM处理器内的滤波算法提高设定的精度和准确级，其中：

所述的有压设定值为判断系统有电压的最低值，作为ARM处理器有压判决值；

所述的无压设定值为判断系统没有电压的最高值，作为ARM处理器无压判决值；

所述的开关动作延迟设定值，用于ARM处理器在发出第一组断路器动作命令后，再延迟发第二组断路器动作命令的延迟时间值；

所述的自投延迟设定值，是ARM处理器通过对采集的信息经过计算后，为确保动作的准确性，避免电压波动引起的误判断，延迟发送自投命令的延迟时间值；

所述的自复延迟设定值，是ARM处理器通过对采集的信息经过计算后，为确保动作的准确性，避免电压波动引起的误判断，延迟发送自复命令的延迟时间值；

本实用新型与已有技术相比具有以下显著特点和积极效果：本实用新型具有多种逻辑编程功能，充分满足用户的多样化控制需求；装置电源、工况、告警均有LED 指示，方便系统检测和维护；具有多达 8 路的开入量采集，和最多配置 8 路开出量的控制；可对设备的保护定值和参数进行修改；具备完善的自我检查功能，实时对自身健康程度进行评估。本装置是针对低压配电系统设计，具有体积小，重量轻，能耗低，方便安装、布局合理、维护方便、节约电缆、安全可靠等多种优点，便于普及和推广。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图。

图2是本实用新型的一种电压隔离采集单元结构示意图。

图3是本实用新型的一种断路器驱动单元结构示意图。

图4是本实用新型的一种开关量采集单元结构示意图。

图5是本实用新型的一种供电单元结构示意图。

图6是本实用新型的工作流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来对本实用新型作进一步说明。

一种电能转换智能控制装置，如图1所示，其核心为ARM处理器1，外围结合电压隔离采集单元4、断路器驱动单元6、开关量采集单元5、供电单元2及参数设定电路3组成，其中：

所述的ARM处理器1通过对电压隔离采集单元4、开关量采集单元5及参数设定电路3所提供的信息进行计算后，将控制信号传递至断路器驱动单元6进行分合操作；

所述的电压隔离采集单元4用于将被测高电压转换为ARM处理器1可接受范围内电压，供ARM处理器1采集；

所述的断路器驱动单元6用于接受ARM处理器1输出的控制信号，并执行断路器分合操作；

所述的开关量采集单元5用于将被检测到的开关量信号转换为可接受电压范围内的信号，供ARM处理器1采集；

所述的供电单元2用于为本装置提供电源；

所述的参数设定电路3用于通过高精度旋转电位器进行参数设定，并通过ARM处理器1内的滤波算法提高设定的精度和准确级。

所述的电压隔离采集单元4，如图2所示，包括电压-电流转换电路41、电流-电压转换电路42和信号调理电路43，由于被检测的相电压远高于ARM处理器1所能接受的输入电压，被测电压与设备供电电压可能处于不同的供电回路之中，因此需要电压隔离采集单元4。电压隔离采集单元4第一级为电压-电流转换电路41，将被采样的电压信号转换为电流信号，电流再经由第二级互感器进行信号隔离传输到和ARM处理器1处于同一供电回路的电流-电压转换电路42，将电流信号恢复为电压信号，信号调理电路43则负责将恢复后的电压信号限制在ARM处理器1可接受范围之内，供ARM处理器1采集。

所述的断路器驱动单元6，如图3所示，包括隔离电路61、继电器64、继电器驱动三极管62、继电器脉冲吸收二极管63，ARM处理器1输出的电压、电流有限，不足以驱动被控制的断路器，因此需要外置断路器驱动单元6进行断路器驱动。断路器驱动单元6主要功能有三点：1、提供不低于5A的驱动电流；2、可控制220V交流信号；3、将断路器驱动信号与处理器进行隔离，防止高压涌入。隔离电路61将继电器驱动信号和供电单元2与ARM处理器1相隔离，即使在继电器遭到强浪涌损坏时依旧保证ARM处理器1的安全。继电器驱动三极管62对隔离电路驱动电流进行放大，增强驱动能力。继电器64作为最终输出装置，具备最大电流5A最大电压230VAC的控制能力。在继电器64释放过程中会产生脉冲信号，对供电电压产生干扰，因此在继电器64两侧并联吸收二极管63，消除脉冲干扰。

所述的开关量采集单元5，如图4所示，包括限流电路51、过压保护电路53、电压判决电路52和隔离电路54，由于被检测的数字量电压高于ARM处理器1所能接受的输入电压，被测数字量与设备供电电压可能处于不同的供电回路之中，因此需要开关量采集单元5具有隔离采集功能。本单元第一级为限流电路51，在出现浪涌等情况时限制灌入电流。第二级为过压保护电路53，在输入电压过高时限制向后传递的电压，保护后级电路。电压判决电路52用来判断输入电压值域，检测电压是否能够满足高低电平要求，同时进行脉宽过滤及除抖。隔离电路54保证在前序电路被高压击毁时故障不会波及到ARM处理器1。

所述的参数设定电路3由多个高精度旋转电位器组成，高精度旋转电位器分别用于有压设定值、无压设定值、开关动作延迟设定值、自投延迟设定值、自复延迟设定值的参数设定，并通过ARM处理器内的滤波算法提高设定的精度和准确级，其中：

所述的有压设定值为判断系统有电压的最低值，作为ARM处理器有压判决值；

所述的无压设定值为判断系统没有电压的最高值，作为ARM处理器无压判决值；

所述的开关动作延迟设定值，用于ARM处理器在发出第一组断路器动作命令后，再延迟发第二组断路器动作命令的延迟时间值；

所述的自投延迟设定值，是ARM处理器通过对采集的信息经过计算后，为确保动作的准确性，避免电压波动引起的误判断，延迟发送自投命令的延迟时间值；

所述的自复延迟设定值，是ARM处理器通过对采集的信息经过计算后，为确保动作的准确性，避免电压波动引起的误判断，延迟发送自复命令的延迟时间值；

所述的供电单元2，如图5所示，包括过流保护电路21、过压保护电路22、滤波电路23和交直流双模式电源24，本单元第一级为过流保护电路21，在出现浪涌等情况时限制灌入电流。第二级为过压保护电路22，在输入电压过高时限制向后传递的电压，保护后级电路；滤波电路23抑制来自于供电线路的干扰信号；交直流双模式供电电源24可以使模块既可以使用交流电也可以使用直流电供电。

本实用工作原理如下，参照图6：

本实用新型一种电能转换智能控制装置主要用于对供电电能自动进行转换，当任意一路电压缺失或低于无压设定值时，装置进行自投动作，当电压恢复正常时，装置进行自复动作。

通过所述的供电单元2，为装置提供可靠的供电电源。装置通电后设备开始运行前，会进行初始化工作并进行系统自检，自检完成后装置处于待机状态。

通过所述的参数设定电路3的高精度旋转电位器，根据系统需求情况进行参数设定，该参数设定值作为ARM处理器1逻辑计算的基准判断数值。

自投流程如下：

通过所述外围结合电压隔离采集单元4监测系统电压是否正常，并将信息传递至ARM处理器1，当检查电压连续异常（相电压低于无压设定值或缺相）时间超过自投延迟设定值， ARM处理器1通过计算后发出自投控制信号，并通过断路器驱动单元6对故障侧断路器执行分闸操作命令。当开关量采集单元5检测到电源正常侧断路器处于闭合状态，电源故障侧断路器处于断开状态，将信息传递至ARM处理器1，ARM处理器1根据开关延迟设定值，延迟发出母联断路器合闸控制信号，并通过断路器驱动单元6进行母联断路器执行合闸操作命令。

如果遇到以下情况自投动作取消：

自投过程中连续异常时间未达到自投延迟设定值，自投取消。故障侧断路器跳闸命令发出一段时间后未检测到该断路器断开，则认为断路器拒动作，自投取消。母联断路器合闸命令发出后，到达开关延迟时间后未检测到该断路器闭合，则认为断路器拒动作，自投取消。

自复流程如下：

通过所述外围结合电压隔离采集单元4监测系统电压是否正常，并将信息传递至ARM处理器1，当检查电压连续正常（相电压高于有压设定值）时间超过自复延迟设定值，ARM处理器1通过计算后发出自复控制信号，并通过断路器驱动单元6对母联断路器执行分闸操作命令。当开关量采集单元5检测到母联断路器处于闭合状态，原故障侧断路器处于闭合状态，将信息传递至ARM处理器1，ARM处理器1根据开关延迟设定值，延迟发出原故障侧断路器合闸控制信号，并通过断路器驱动单元6对原故障侧断路器执行合闸操作命令。

如果遇到以下情况自复动作取消：

自复过程中连续正常时间未达到自复延迟设定值，自复取消。母联断路器跳闸命令发出一段时间后未检测到该断路器断开，则认为断路器拒动作，自复取消。原故障侧断路器合闸命令发出后，到达开关延迟时间后未检测到该断路器闭合，则认为断路器拒动作，自复取消。

在设备完成动作或动作取消后，设备处于监视状态。若出现断路器动作，设备会指示断路器状态异常，但不会闭合或断开该断路器。

通过更改运行在ARM处理器1上的程序，可更改整个系统的控制逻辑，以便充分满足用户的多样化控制需求。

Claims (6)

1.一种电能转换智能控制装置，其特征是包括ARM处理器、电压隔离采集单元、断路器驱动单元、开关量采集单元、供电单元及参数设定电路，其中：

所述的ARM处理器通过对电压隔离采集单元、开关量采集单元及参数设定电路所提供的信息进行计算后，将控制信号传递至断路器驱动单元进行分合操作；

所述的电压隔离采集单元用于将被测高电压转换为ARM处理器可接受范围内电压，供ARM处理器采集；

所述的断路器驱动单元用于接受ARM处理器输出的控制信号，并执行断路器分合操作；

所述的开关量采集单元用于将被检测到的开关量信号转换为可接受电压范围内的信号，供ARM处理器采集；

所述的供电单元用于为本装置提供电源；

所述的参数设定电路用于通过高精度旋转电位器进行参数设定，并通过ARM处理器内的滤波算法提高设定的精度和准确级。

2.根据权利要求1所述的一种电能转换智能控制装置，其特征是所述的电压隔离采集单元包括电压-电流转换电路、电流-电压转换电路和信号调理电路，其中：

所述的电压-电流转换电路用于将被采样的电压信号转换为电流信号并传递给电流-电压转换电路；

所述的电流-电压转换电路用于将电压-电流转换电路传递来的电流信号恢复为电压信号；

所述的信号调理电路用于将电流-电压转换电路恢复后的电压信号限制在ARM处理器可接受范围之内，供ARM处理器采集。

3.根据权利要求1所述的一种电能转换智能控制装置，其特征是所述的断路器驱动单元包括隔离电路、继电器、继电器驱动三极管、继电器脉冲吸收二极管，其中：

所述的隔离电路是将继电器驱动信号和供电单元与ARM处理器相隔离；

所述的继电器驱动三极管对隔离电路驱动电流进行放大，增强驱动能力；

所述的继电器作为最终输出装置，具备最大电流5A、最大电压230VAC的控制能力；

所述的继电器脉冲吸收二极管用于消除脉冲干扰。

4.根据权利要求1所述的一种电能转换智能控制装置，其特征是所述的开关量采集单元包括限流电路、过压保护电路、电压判决电路和隔离电路，其中：

所述的限流电路用于在出现浪涌等情况时限制灌入电流；

所述的过压保护电路用于在输入电压过高时限制向后传递的电压，保护后级电路；

所述的电压判决电路用来判断输入电压值域，检测电压是否能够满足高低电平要求，同时进行脉宽过滤及除抖；

所述的隔离电路用于保证在前序电路被高压击毁时故障不会波及到ARM处理器。

5.根据权利要求1所述的一种电能转换智能控制装置，其特征是所述的供电单元包括过流保护电路、过压保护电路、滤波电路和交直流双模式电源，其中：

所述的过流保护电路在出现浪涌等情况时限制灌入电流；

所述的过压保护电路在输入电压过高时限制向后传递的电压，保护后级电路；

所述的滤波电路抑制来自于供电线路的干扰信号；

所述的交直流双模式电源提供交流电或直流电。

6.根据权利要求1所述的一种电能转换智能控制装置，其特征是所述的参数设定电路由多个高精度旋转电位器组成，包括有压设定值、无压设定值、开关动作延迟设定值、自投延迟设定值、自复延迟设定值参数设定，并通过ARM处理器内的滤波算法提高设定的精度和准确级，其中：

所述的有压设定值为判断系统有电压的最低值，作为ARM处理器有压判决值；

所述的无压设定值为判断系统没有电压的最高值，作为ARM处理器无压判决值；

所述的开关动作延迟设定值，用于ARM处理器在发出第一组断路器动作命令后，再延迟发第二组断路器动作命令的延迟时间值；

所述的自投延迟设定值，是ARM处理器通过对采集的信息经过计算后，为确保动作的准确性，避免电压波动引起的误判断，延迟发送自投命令的延迟时间值；

所述的自复延迟设定值，是ARM处理器通过对采集的信息经过计算后，为确保动作的准确性，避免电压波动引起的误判断，延迟发送自复命令的延迟时间值。