CN206057892U - 电表、断路器及其电动操作机构的控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电表、断路器及其电动操作机构的控制器，其中，断路器电动操作机构的控制器包括主板，主板包括信号控制电路、MCU和驱动电路，信号控制电路通过主板的数据接口获取控制信号并将控制信号发送至MCU，MCU根据控制信号向驱动电路发送驱动信号，驱动电路根据驱动信号驱动断路器进行分/合闸操作。本实用新型在实现断路器自动重合闸的同时减少了断路器的体积，从而使断路器适用于现有电表及电表箱。

Description

电表、断路器及其电动操作机构的控制器

技术领域

本实用新型涉及断路器技术领域，具体而言，涉及一种电表、断路器及其电动操作机构的控制器。

背景技术

智能电表作为智能电网的终端具有费控功能，而断路器是配合智能电表实现智能费控功能的关键器件，目前，断路器主要有半自动和自动两大类：

第一类为半自动，它是带分励脱扣功能的断路器或继电器，这种产品是由普通断路器加装一个可使断路器脱扣的电磁装置构成或独立的继电器。欠费时智能电表发送信号使电磁装置的线圈通电进而控制断路器脱扣或使继电器动作，实现欠费自动断电的功能。

第二类是全自动式，由断路器与电动操作机构拼装在一起，实现断路器的自动重合闸。

上述两种断路器的存在的问题有：

半自动断路器只能实现欠费后自动断电，交费后还需专业人员手动合闸，为此电网公司虽然投入了巨大的人力成本进行维护，但仍然无法解决续电的及时性问题，大大降低了客户的用电体验。

全自动断路器存在体积大、分合闸同步性差、可靠性差的缺陷。市面上常规的重合闸断路器仅合闸模块的厚度就达27-54mm，由于体积大，需要对现有表箱进行升级改造，耗资巨大。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电表、断路器及其电动操作机构的控制器，实现断路器自动重合闸的同时减少断路器的体积，从而使断路器适用于现有电表及电表箱。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种断路器电动操作机构的控制器，包括主板，主板包括信号控制电路、MCU和驱动电路，信号控制电路通过主板的数据接口获取控制信号并将控制信号发送至MCU，MCU根据控制信号向驱动电路发送驱动信号，驱动电路根据驱动信号驱动断路器进行分/合闸操作，当电表由欠费状态跳变为有费状态时向断路器发送有费控制信号，MCU根据有费控制信号驱动断路器自动进行重合闸，实现了断路器合闸的及时性，增强了用户体验。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，该控制器还包括信号处理电路和电动操作机构状态位置检测电路，电动操作机构状态位置检测电路检测电动操作机构状态位置信息，信号处理电路将电动操作机构状态位置信息发送至MCU，使MCU及时获取电动操作机构的位置和转动趋势，进而获得电机的转动趋势，防止电机堵转现象的发生。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，该控制器还包括反馈信号电路，反馈信号电路连接断路器的电源以及MCU，实时检测断路器的分/合闸状态。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该控制器还包括模式选择电路，模式选择电路提供手动模式和自动模式，当电表由欠费状态跳变为有费状态时，若断路器处于自动模式，则可自动重合闸，若处于手动模式，则需要人工合闸。

结合第一方面的一至三种实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，该控制器还包括开关电源电路，开关电源电路为初级侧稳压反激式电源；

开关电源电路输出两路电压，其中一路连接驱动电路，另一路连接MCU与信号控制电路。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种断路器，包括电动操作机构，电动操作机构包括电机、分合部件以及第一方面、第一方面一至四种实施方式所述的控制器，驱动电路连接电机，电机设有齿轮，齿轮带动分合部件运动以实现断路器的分/合闸。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，电机转轴设有齿轮，齿轮设有接触片，主板设有接触点，接触点连接控制器中的电动操作机构状态位置检测电路，接触片在电机带动齿轮旋转过程中与接触点接触形成短接回路。电动操作机构状态位置检测电路检测短接信号，并将短接信号经信号处理电路发送至MCU，MCU获取电动操作机构的状态位置和运动趋势，进而获得电机的转动趋势，防止出现电机堵转现象，提高断路器使用过程中的安全性。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，接触片为弹性导电结构，比如弹性接触片、弹簧接触块。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，接触点为弧形金膜或碳膜或其他材料的导电膜。

第三方面，本实用新型实施例还提供一种电表，包括电表本体以及第二方面、第二方面一至二种实施方式所述的断路器，电表本体与断路器电连接，断路器根据电表本体发出的费用控制信号控制断路器的分合闸，当电表本体由有费状态跳变为欠费状态时，电表本体向断路器发送欠费控制信号，电动操作机构的信号控制电路接收欠费控制信号并将欠费控制信号发送至MCU，MCU通过驱动电路控制电机转动以带动分合部件完成分闸动作；当电表本体补交费用后，电表本体向断路器发送有费控制信号，电动操作机构的信号控制电路接收有费控制信号并将其发送至MCU，MCU通过驱动电路控制电机转动从而带动分合部件完成自动合闸动作。

本实用新型带来了以下有益效果：

本实用新型提供了一种电表、断路器及其电动操作机构的控制器，电表和断路器电连接，断路器电动操作机构的信号控制电路接收电表发送的费用控制信号并传送至MCU，MCU根据费用控制信号通过驱动电路控制电动操作机构运动进而实现断路器的分/合闸。当电表本体由有费状态跳变为欠费状态时，电表本体向断路器发送欠费控制信号，电动操作机构的信号控制电路接收欠费控制信号并将欠费控制信号发送至MCU，然后MCU通过驱动电路控制电机转动以带动分合部件完成分闸动作；当电表本体补交费用后，电表本体向断路器发送有费控制信号，电动操作机构的信号控制电路接收有费控制信号并将其发送至MCU，MCU通过驱动电路控制电机转动从而带动分合部件完成自动合闸动作，实现了电表重合闸的及时性，增强了客户体验。而且，控制器集成度较高，体积较小，有利于减小电动操作机构的体积，进而减小断路器的体积，使断路器的厚度降低至47-52mm，可以直接与现有电表配合使用，无需对现有表箱进行改动。

进一步，电动操作机构的控制器通过电动操作机构状态位置检测电路和信号处理电路获取电动操作机构的位置和运动趋势，进而获得电机的运动趋势，防止发生电机堵转现象，提高了断路器的使用安全性。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器电动操作机构的控制器的示意图；

图2示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器电动操作机构的控制器的MCU示意图；

图3示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器电动操作机构的控制器的开关电源电路示意图；

图4示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器电动操作机构的控制器的信号控制电路示意图；

图5示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器电动操作机构的控制器的驱动电路示意图；

图6示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器电动操作机构的控制器的信号采集处理电路示意图；

图7示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器电动操作机构的控制器的反馈信号电路示意图；

图8示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器电动操作机构的控制器的模式选择电路示意图；

图9示出了本实用新型实施例2所提供的一种断路器电动操作机构的示意图；

图10示出了本实用新型实施例3所提供的一种电表的示意图。

1-断路器；2-电动操作机构；3-控制器；31-MCU；32-开关电源电路；33-驱动电路；34-模式选择电路；35-反馈信号电路；36-信号控制电路；37-信号处理电路；371-电动操作机构状态位置检测电路；41-接触点；42-电机；43-齿轮；44-接触片；5-电表本体。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前半自动断路器需要人工合闸，合闸及时性较差；全自动断路器可以实现自动合闸，但体积较大，普适性较差。基于此，本实用新型实施例提供的一种电表、断路器及其电动操作机构的控制器，可以实现断路器的自动合闸，而且体积较小，适用范围广。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种断路器电动操作机构的控制器进行详细介绍。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种断路器电动操作机构的控制器，包括主板，主板包括信号控制电路36、MCU 31(Microcontroller Unit，简称MCU)和驱动电路33，信号控制电路36通过主板的数据接口获取控制信号并将控制信号发送至MCU 31，MCU 31根据控制信号向驱动电路33发送驱动信号，驱动电路33根据驱动信号驱动断路器进行分/合闸操作。此外，控制器还包括开关电源电路32，开关电源电路32为初级侧稳压反激式电源。

如图2所示，本实施例的MCU为单片机，MCU连接信号控制电路、驱动电路以及开关电源电路。

MCU的电源输入端连接开关电源电路(如图3所示)的低电平输出端VCC2。

如图3所示，开关电源电路是基于LNK606设计而成初级侧稳压反激式电源，具有高低两路电压输出。三相交流电流分别流经保护电阻R1、R2与R3，又分别通过二极管D1、D2、D3进行整流，然后通过整流块B3再次进行整流，整流后的直流电流由大容量电容C10和C14进行滤波，C10、C14与电感L2组成一π型滤波器对差模传导进行衰减，然后由R13、C11、R7、D7组成RCD-R钳位电路抑制漏感引起的漏极电压尖峰。D12和C9为LNK606提供偏置电源，C17为标准补偿电容。变压器T1一次级绕组由D14进行整流、C15滤波，C15、L3、C4组成一个π型滤波器，输出两路电压，其中一路高电平VCC1供给驱动电路，另一路由降压芯片U1降压后输出VCC2为MCU、信号控制电路供电。

MCU的引脚INTP1连接附图4中信号控制电路的输出端，信号控制电路的输入端连接主板的数据接口，从而获得电表的费用控制信号。

如图4所示，信号控制电路由限流电阻R9、R12、整流块B2和光耦U5组成，当数据接口L4有电压信号时，电压信号经限流电阻R9、R12进入整流块B2，然后通过光耦U5将电压信号传送至MCU，MCU接收到电压信号后，向驱动电路发出合闸信号，然后驱动电路向电机发送合闸信号，电机旋转带动执行机构运动实现断路器的合闸，LED灯亮；当L4无电压信号，MCU接收不到电压信号，MCU向驱动电路发送分闸信号，驱动电路控制电机旋转以带动执行机构运动实现断路器的分闸，LED灯灭。执行机构包括设于电机上的齿轮和分合部件。

MCU的引脚P03、P04分别连接驱动电路(如图5所示))的引脚PIN与引脚FIN，MCU通过引脚P03向驱动电路发送正转信号，驱动电路根据正转信号驱动电机正向旋转；MCU通过引脚P04向驱动电路发送反转信号，驱动电路根据接收到的反转信号驱动电机反向旋转，电机通过正反转实现断路器的分/合闸与手动分合闸状态的动作。

如图5所示，驱动电路由电机驱动芯片U6实现，电机驱动芯片U6根据MCU发送的控制信号控制电机旋转，芯片U6的引脚FIN连接MCU的引脚P03，引脚PIN连接MCU的引脚P04，芯片U6的两输出引脚OUT1、OUT2连接瞬态电压抑制器D9的输入端，瞬态电压抑制器的输出端连接输出模块J5，输出模块J5根据引脚OUT1、OUT2的输出信号输出四种控制方式，分别是正转、反转、急刹和停止。

本实用新型实施例提供的一种断路器电动操作机构的控制器的工作过程如下：开关电源电路输出的高电平VCC1为驱动电路33供电，低电平VCC2为MCU 31、信号控制电路36和信号处理电路37供电，信号控制电路36从主板的数据接口接收控制信号，并将其发送至MCU 31，MCU31根据所接收的控制信号向驱动电路33发送驱动信号，控制信号为费用控制信号，包括有费控制信号与欠费控制信号，驱动电路33根据驱动信号驱动执行机构运动，从而实现断路器的自动分/合闸，而且控制器集成度较高，体积较小，有利于减小电动操作机构的体积，进而减小断路器的体积，使断路器的厚度降低至47-52mm，可以直接与现有电表配合使用，无需对现有表箱进行改动。

作为本实施例的另一种实施方式，该控制器还包括信号采集处理电路，如图6所示，信号采集处理电路将电动操作机构状态位置采集电路与信号处理电路集成在芯片J8中，各引脚连接方式为：MCU的引脚P02连接芯片J8的引脚2，MCU的引脚INTP0连接芯片J8的引脚3，MCU的引脚RESET连接芯片J8的引脚4，芯片J8的电源输入端连接开关电源电路的低电平输出端VCC2，芯片J8的3个输入端INT1、INT2和INT3分别连接电动操作机构分闸状态、合闸状态与手动模式状态的位置信号产生回路，并采集电动操作机构状态位置信息，然后对所采集的位置信号进行处理并发送至MCU，从而使MCU获取电动操作机构状态位置信息与运动趋势，进而获得电机转动方向，防止发生电机堵转现象，提高断路器的使用安全性。

作为本实施例的另一种实施方式，该控制器还包括反馈信号电路，如图7所示，反馈信号电路连接MCU的引脚P01。反馈信号电路包括反馈单元J2、检测单元J4与输出单元L1，反馈信号单元J2输入端连接小型断路器的电源，反馈信号单元J2的3个输出端分别连接二极管D4、D5、D6的正向端，二极管D4、D5、D6的反向端并联后通过电阻R17连接检测单元J4的输入引脚2，检测单元J4的输出引脚1连接输出单元L1，反馈信号电路通过检测单元J4的输入引脚2实时检测断路器状态，断路器三相、任一相或任两相有电，则输出单元L1均有电压信号输出，实现了对断路器分合闸状态的实时检测。

作为本实施例的另一种实施方式，MCU还连接模式选择电路，如图8所示，MCU的引脚TOOL0连接拨码开关J6的引脚1，本实施方式可以提供手动与自动两种工作模式。

实施例2

本实施例提供了一种断路器，包括电动操作机构，电动操作机构包括电机112、分合部件以及实施例1中所述的控制器，驱动电路33连接电机112，电机112设有齿轮43，齿轮43带动分合部件运动以实现断路器的分/合闸。

如图9所示，电机112带动齿轮43转动过程中齿轮43上的弹性接触片44接触主板上的镀金点形成短接回路，电动操作机构状态位置检测电路371采集相应信号，包括分闸位置信号、合闸位置信号与手动分合闸位置信号，然后分别通过芯片J8相应的信号通道将位置信号发送至MCU31，MCU 31据此判断电机112转动趋势是否正确，防止发生电机112堵转等现象。

此外，齿轮43设有弹簧接触块或其他弹性导电机构作为接触片44，主板设有弧形碳膜或其他材料制成的导电膜作为接触点41。

实施例3

本实施例提供了一种电表，包括电表本体5以及实施例2中所述的断路器1，具体参见图10，电表本体5与断路器1电连接，当电表本体5由有费状态跳变为欠费状态时，电表本体5向断路器1发送欠费控制信号，电动操作机构2的信号控制电路接收欠费控制信号并将欠费控制信号发送至MCU，MCU通过驱动电路控制电机转动以带动分合部件完成分闸动作；当电表本体5补交费用后，电表本体5向断路器1发送有费控制信号，电动操作机构2的信号控制电路接收有费控制信号并将其发送至MCU，MCU通过驱动电路控制电机转动从而带动分合部件完成自动合闸动作。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的电表的具体工作过程，可以参考前述控制器与断路器实施例中的对应过程，在此不再赘述。

术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种断路器电动操作机构的控制器，其特征在于，包括主板，所述主板包括信号控制电路、MCU和驱动电路，所述信号控制电路通过所述主板的数据接口获取控制信号并将所述控制信号发送至所述MCU，所述MCU根据所述控制信号向所述驱动电路发送驱动信号，所述驱动电路根据所述驱动信号驱动断路器进行分/合闸操作。

2.根据权利要求1所述的断路器电动操作机构的控制器，其特征在于，还包括信号处理电路和电动操作机构状态位置检测电路，所述电动操作机构状态位置检测电路检测电动操作机构状态位置信息，所述信号处理电路将所述电动操作机构状态位置信息发送至所述MCU。

3.根据权利要求1所述的一种断路器电动操作机构的控制器，其特征在于，还包括反馈信号电路，所述反馈信号电路连接断路器的电源以及所述MCU。

4.根据权利要求1所述的断路器电动操作机构的控制器，其特征在于，还包括模式选择电路，所述模式选择电路提供手动模式和自动模式。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种断路器电动操作机构的控制器，其特征在于，还包括开关电源电路，所述开关电源电路为初级侧稳压反激式电源；

所述开关电源电路输出两路电压，其中一路连接所述驱动电路，另一路连接所述MCU与信号控制电路。

6.一种断路器，其特征在于，包括电动操作机构，所述电动操作机构包括电机、分合部件以及权利要求1-5任一项所述的控制器，所述驱动电路连接所述电机，所述电机设有齿轮，所述齿轮带动分合部件运动以实现断路器的分/合闸。

7.根据权利要求6所述的断路器，其特征在于，所述电机的转轴设有齿轮，所述齿轮设有接触片，所述主板设有接触点，所述接触点连接控制器中的电动操作机构状态位置检测电路，所述接触片在所述电机带动所述齿轮旋转过程中与所述接触点接触形成短接回路。

8.根据权利要求7所述的断路器，其特征在于，所述接触片为弹性导电结构。

9.根据权利要求7或8所述的断路器，其特征在于，所述接触点为弧形金膜或碳膜。

10.一种电表，其特征在于，包括电表本体以及权利要求6-9任一项所述的断路器，所述电表本体与所述断路器电连接。