CN206059310U - 一种断路器及其控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种断路器及其控制器，包括MCU、电压采样电路、延时脱扣电路和脱扣器驱动电路；所述延时脱扣电路包括超级电容，并连接所述MCU；所述电压采样电路采集电压信号，并将所述电压信号发送至所述MCU，所述电压信号包括电压值；所述MCU根据所述电压值启用所述超级电容的储存电量或直接向所述脱扣器驱动电路发送脱扣信号。本实用新型实施例通过延时脱扣电路防止断路器因电网瞬时电压跌落而脱扣分闸；尤其是在风电场及光伏电网中使用时，保证当电网电压出现波动时，光伏电源不会立刻离网，有一定的延迟时间，而且此延迟时间可以实现风电场及光伏电网的低电压穿越能力。

Description

一种断路器及其控制器

技术领域

本实用新型涉及断路器技术领域，具体而言，涉及一种断路器及其控制器。

背景技术

目前，市场上的断路器主要利用变压器电磁感应的原理来实现电压变换，通过二极管单向导电性整流，并利用采样电阻将电压输入到单片机集成块中。当电网出现波动时，电压低于设定值，脱扣电路开始工作，断路器立即脱扣，在光伏电网及风电电网发生故障后断路器会立即跳闸，就不能够躲过电力系统的电压波动与骤降，电网电压出现波动时，电源会立刻离网，不能够发挥电源对电网的支撑作用。光伏电网及风电机组脱网事故给电网安全稳定运行和可靠供电带来很大风险，同样也使风电场业主遭受电量损失。因此，现有断路器存在的主要问题是在电网波动时立即脱扣分闸，没有延时功能，不能发挥电源对电网的支撑作用。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种断路器及其控制器，能够通过超级电容储存一定的电量，当电网电压降落时为控制器提供一定的延时时间，从而为电网恢复提供一定的时间。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种断路器用控制器，包括MCU、电压采样电路、延时脱扣电路和脱扣器驱动电路；

延时脱扣电路包括超级电容，并连接MCU；

电压采样电路采集电压信号，并将电压信号发送至MCU，电压信号包括电压值；

MCU根据电压值启用超级电容的储存电量或直接向脱扣器驱动电路发送脱扣信号。

本实施例中提供的一种断路器用控制器可以防止断路器因电网瞬时电压跌落而脱扣分闸；尤其是在风电场及光伏电网中使用时，保证当电网电压出现波动时，光伏电源不会立刻离网，有一定的延迟时间，而且此延迟时间可以实现风电场及光伏电网的低电压穿越能力。

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，超级电容通过降压电路连接MCU。超级电容的电压为12V，经过降压电路降压后稳定输出5V，当电网电压出现跌落后为控制器提供能量。

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，还包括电源电路，电源电路连接MCU。

结合第一方面的第二种可能实施方式，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，延时脱扣电路的输入端连接电源电路，由电源电路为延时脱扣电路的超级电容充电。

结合第一方面，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，其中，延时脱扣电路提供5-15s的延时时间，防止断路器因电网瞬时电压跌落而脱扣分闸；尤其是在风电场及光伏电网中使用时，保证当电网电压出现波动时，光伏电源不会立刻离网，有5-15S的延迟时间，此延迟时间可以实现风电场及光伏电网的低电压穿越能力。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括升压电路，升压电路的输入端连接电源电路的输出端，输出端连接脱扣器驱动电路，电源电路输出电压为12V，脱扣器驱动电路的工作电压为24V，通过升压模块将电源电压升压至24V为脱扣器驱动电路提供电源。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，还包括电机驱动电路，电机驱动电路根据MCU的控制信号，通过驱动电机转动实现断路器的合闸。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，还包括状态检测电路，状态检测电路分别检测断路器的三种状态，包括合闸、分闸(脱扣)和分闸(再脱扣)。

结合第一方面及其上述可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，电压采样电路通过电压互感器采集电压信号。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种断路器，包括脱扣器以及如上述实施方式提供的控制器，脱扣器驱动电路连接脱扣器。

本实施例中提供的断路器不会因电网瞬时电压跌落而脱扣分闸；尤其是在风电场及光伏电网中使用时，保证当电网电压出现波动时，光伏电源不会立刻离网，有一定的延迟时间，而且此延迟时间可以实现风电场及光伏电网的低电压穿越能力。

本实用新型带来了以下有益效果：

本实用新型通过超级电容储存电量，当电网波动时，由超级电容释放电量来维持控制器的能量输出，进而为断路器提供了一定的延时脱扣时间，可以防止断路器因电网瞬时电压跌落而脱扣分闸；尤其是在风电场及光伏电网中使用时，保证当电网电压出现波动时，光伏电源不会立刻离网，有一定的延迟时间，而且此延迟时间可以实现风电场及光伏电网的低电压穿越能力。

进一步，通过电压互感器采集电网的电压信号，提高了电压的采样精度，保证了在电网波动时，MCU读取电压的准确性。

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用控制器的示意图；

图2示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器用控制器的电压采样电路的电路图；

图3示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器用控制器的延时脱扣电路的电路图；

图4示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器用控制器的脱扣器驱动电路的电路图；

图5示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器用控制器的电源电路与延时脱扣电路相连的电路图；

图6示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器用控制器的降压电路的电路图；

图7示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器用控制器的升压电路的电路图；

图8示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器用控制器的升压电路与电源电路以及脱扣器驱动电路的连接关系；

图9示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器用控制器的电机驱动电路的电路图；

图10示出了本实用新型实施例1所提供的一种断路器用控制器的状态检测电路的电路图；

图11示出了本实用新型实施例2所提供的一种断路器的壳体的结构示意图；

图12示出了本实用新型实施例2所提供的一种断路器的脱扣器的结构示意图；

图13示出了本实用新型实施例2所提供的一种断路器用控制器的控制电路板的结构示意图；

图14示出了本实用新型实施例2所提供的一种断路器用控制器的控制电路板壳体的结构示意图；

图15示出了本实用新型实施例2所提供的一种断路器的立体结构示意图。

图示说明：

1-控制电路板；101-第一卡块；102-第二卡块；11-MCU；12-电压采样电路；13-延时脱扣电路；141-第一状态检测电路；142-第二状态检测电路；143-第三状态检测电路；15-电源电路；16-电机驱动电路；17-脱扣器驱动电路；171-升压电路；18-控制电路板壳体；181-走线孔；182-第一卡槽；183-第二卡槽；2-断路器壳体；21-脱扣器安装槽；3-电机；4-脱扣器。

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。

目前的断路器在电网发生波动时会立即脱扣分闸，给电网的安全运行带来很大风险，基于此，本实用新型实施例提供的一种断路器用控制器，可以为控制器提供一定的延时，提高电网运行的安全性。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例1所公开的一种断路器用控制器进行详细介绍。

如图1所示，一种断路器用控制器，包括MCU 11、电压采样电路12(如图2所示)、延时脱扣电路13(如图3所示)和脱扣器驱动电路17(如图4所示)。

延时脱扣电路13包括超级电容，并连接MCU 11。

电压采样电路12采集电压信号，并将电压信号发送至MCU 11，电压信号包括电压值。

MCU 11根据电压值启用超级电容的储存电量或直接向脱扣器驱动电路17发送脱扣信号。

本实施例中提供的一种断路器用控制器可以防止断路器因电网瞬时电压跌落而脱扣分闸；尤其是在风电场及光伏电网中使用时，保证当电网电压出现波动时，光伏电源不会立刻离网，有一定的延迟时间，而且此延迟时间可以实现风电场及光伏电网的低电压穿越能力。

如图2所示，本实施例中的电压采样电路连接MCU的引脚P0、P1和P2，并通过电压互感器U1、U2、U3来实现电压采样，并保证采样的线性度及采样的准确性。因为相对于现有断路器中使用的电阻降压采样，本实施例中使用的电压互感器U1、U2、U3采样具有更高的采样精度，具体比较结果如下表的实验结果所示：

表1电压互感器方式与电阻降压方式的采样精度对比实验结果

如上表中的实验对比结果所示，电压互感器U1、U2、U3具有更高的电压采样精度，从而防止了当电网出现跌落时，实际电压已经低于设定值，但由于采样精度不准，导致CPU判定值仍然处于设定值的上限，从而造成后级设备的损害。

如图3所示，本实施例中延时脱扣电路连接MCU的引脚P3，此引脚为电源引脚，包括两串联超级电容，且超级电容的输入端串联功率电阻，以避免对电源电路造成损伤。

相较于传统电池，使用超级电容储存电能具有更多的优势，比如：充放电循环寿命在十万次以上，而且能在-40～80度的温度范围内正常使用，具有较强的荷电保持能力，漏电量非常小。

如图4所示，本实施例中的脱扣器驱动电路连接MCU的引脚P7，接收MCU的控制信号驱动脱扣器脱扣分闸。

本实施例的另一种实施方式，还包括电源电路(如图5所示)与降压电路(如图6所示)。

如图5所示，电源首先经过压敏电阻把电压钳位到一个相对固定的电压值，然后经过全波整流电路利用了交流的两个半波，提高了整流器的效率。最后经过DC-DC模块，将整流后的电源稳定输出12V的VCC电压。

如图6所示，本实施例中降压电路连接延时脱扣电路的输出端，延时脱扣电路通过降压电路连接MCU的引脚P3，降压电路通过芯片SGM2202将12V的电源电压降压至5V为CPU提供稳定电源。

当电网中的电压维持在正常电压70％以上的电压范围时，断路器保持合闸。

当电网中的电压下降至原电压的20-70％时，延时脱扣电路的中的超级电容释放电量，并通过降压电路输出5V电压至CPU，为控制器提供工作电压，若电网电压在5-15s的设定时间内恢复正常电压，则由电源电压为CPU供电，同时为超级电容充电，脱扣器无需动作；若电网在设定时间内没有恢复正常，则CPU向脱扣器驱动电路发送脱扣分闸信号，脱扣器脱扣，断路器分闸。

当电网中的电压下降至原电压的20％以下时，MCU向脱扣器驱动电路发送脱扣分闸信号，脱扣器脱扣，断路器分闸。

本实施例的另一种实施方式，还包括升压电路，如图7、图8所示，升压电路171的输入端连接电源电路15，输出端连接脱扣器驱动电路17，脱扣器驱动电路17输入电压为24V，电源电压经升压芯片mc34063升压至24V为脱扣器提供工作电压。

本实施例的另一种实施方式，还包括电机驱动电路，如图9所示，电机驱动电路根据MCU的控制信号，通过驱动电机转动实现断路器的合闸。断路器分闸后，当电压恢复正常，电压采样电路可在瞬时间采集到电路中的正常电压信号，然后将正常电压信号发送至CPU的引脚P0、P1和P2，CPU向电机驱动电路发送合闸信号，电机驱动电路驱动电机动作进行合闸，则断路器下游电网恢复正常。

本实施例的另一种实施方式，还包括状态检测电路，如图10所示，状态检测电路分别检测断路器的三种状态。状态检测电路包括连接MCU引脚P4的第一状态开关，连接引脚P5的第二状态开关，以及连接引脚P8的第三状态开关。具体工作过程如下：

当MCU向脱扣器驱动电路发送脱扣分闸信号时，向第一状态开关发送分闸(脱扣)信号，则第一状态开关打开，指示断路器目前处于分闸(脱扣)状态。

当MCU接收分闸(再脱扣)信号时，向第二状态开关发送分闸(再脱扣)信号，则第二状态开关打开，指示断路器目前处于分闸(再分扣)状态。

当MCU向电机驱动电路发送合闸信号时，向第三状态开关发送合闸信号，则第三状态开关打开，指示断路器目前处于合闸状态。

如图15所示，本实用新型的实施例2还提供了一种断路器，包括脱扣器4以及如实施例1所述的任一断路器用控制器，控制器中的脱扣器驱动电路17连接脱扣器4。

如图11所示，断路器壳体2包括脱扣器安装槽21，用于安装脱扣器4。

如图13所示，矩形控制电路板1的一侧面设有第一卡块101，另一侧面的两端的顶部设有第二卡块102，第一卡块101与第二卡块102方向相反，控制电路板1在两第二卡块102之间开有弧形豁口。

如图14所示，控制电路板壳体18为一侧面开口的长方体，且控制电路板壳体18一侧面的顶端开有与第一卡块匹配的第一卡槽182，另一侧面的底部开有走线孔181，另外相对的两侧面均开有与第二卡块匹配的第二卡槽183。

如图15所示，脱扣器4安装于脱扣器安装槽21内，控制电路板1安装于控制电路板壳体18内，且第一卡块101位于第一卡槽182内，两第二卡块102分别位于两第二卡槽183内；控制电路板壳体18开有走线孔181的一侧与断路器壳体2的一侧面固定相连，便于走线，且控制电路板1平行于脱扣器安装槽21的纵切面。

断路器4连接控制电路板1中的脱扣器驱动电路，控制器的构成与工作方式如实施例1所述。

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，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

需要注意的是，在本实用新型实施例的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，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。

另外，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)

1.一种断路器用控制器，其特征在于，包括MCU、电压采样电路、延时脱扣电路和脱扣器驱动电路；

所述延时脱扣电路包括超级电容，并连接所述MCU；

所述电压采样电路采集电压信号，并将所述电压信号发送至所述MCU，所述电压信号包括电压值；

所述MCU根据所述电压值启用所述超级电容的储存电量或直接向所述脱扣器驱动电路发送脱扣信号。

2.根据权利要求1所述的断路器用控制器，其特征在于，所述超级电容通过降压电路连接所述MCU。

3.根据权利要求1所述的断路器用控制器，其特征在于，还包括电源电路，所述电源电路连接所述MCU。

4.根据权利要求3所述的断路器用控制器，其特征在于，所述延时脱扣电路的输入端连接所述电源电路。

5.根据权利要求1所述的断路器用控制器，其特征在于，所述延时脱扣电路提供5-15s的延时时间。

6.根据权利要求3所述的断路器用控制器，其特征在于，还包括升压电路，所述升压电路的输入端连接所述电源电路，输出端连接所述脱扣器驱动电路。

7.根据权利要求1所述的断路器用控制器，其特征在于，还包括电机驱动电路，所述电机驱动电路根据所述MCU的控制信号，通过驱动电机转动实现断路器的合闸。

8.根据权利要求1所述的断路器用控制器，其特征在于，还包括状态检测电路，所述状态检测电路分别检测断路器的三种状态。

9.根据权利要求1-8任一项所述的断路器用控制器，其特征在于，所述电压采样电路通过电压互感器采集电压信号。

10.一种断路器，其特征在于，包括脱扣器以及如权利要求1-9任一项所述的控制器，所述脱扣器驱动电路连接所述脱扣器。