CN100559677C - 断路器的过电流保护系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及断路器的过电流保护系统，包括：单片机电路、电流互感器、A/D转换电路、脱扣驱动电路和脱扣执行单元；电流互感器的电流检测输出端经A/D转换电路后接单片机电路的检测信号输入端；单片机电路的脱扣控制输出端经脱扣驱动电路与脱扣执行单元相连；单片机电路的报警信号输出端设有报警电路；单片机电路的功能选择输入端设有OFF选择单元。本发明的断路器可满足特殊场合的使用要求，可确保在消防过程中，即便消防泵过载，也不会使消防泵停止工作而严重影响紧急消防救灾。
Description
技术领域
本发明涉及一种断路器的过电流保护系统及其工作方法。
背景技术
普通的塑料外壳式断路器的塑料外壳由基座和盖组成，所有零部件都装于塑料基座之中。断路器一般包含了接触系统、灭弧系统、操作机构和自由脱扣机构、过电流保护系统、短路保护系统以及绝缘外壳、操作手柄等功能单元，通过手柄传动使操作机构带动接触系统中的动触头运动，使断路器接通和分断，实现对电气线路电力能量流的控制；通过对电流热和磁效应的感测，对电气线路发生过载、短路等故障实施保护。
断路器用途广泛，它不仅用于主干线、支路、电路末端等作线路(电缆、电线)及电气设备的不频繁合、分和过载、短路、欠电压等故障的保护，还应用于各种负载，如照明回路、电热回路、电动机回路、可控硅整流回路、电容器回路等的单独使用和保护。
中国专利文献CN1076530公开了一种可通讯塑壳断路器的智能控制器，包括开关电源电路，电压滤波电路、放大电路和电流滤波电路、放大电路，比较检测电路，多路转换开关电路，绝对值放大电路，锁相环频率跟踪电路，功率因数检测电路，漏电保护电路，脱扣控制电路，单片机电路，显示键盘电路。能对三相四线的电路参数进行独立的实时检测，具有报警和保护功能，故障能够永久记忆和查询，现场状态、设定参数和故障记录可通过通讯接口传送至上级计算机，从而组成多级监控系统。
中国专利文献CN2629206也公开了一种智能控制型断路器，其通过单片机实现断路器的各种保护、显示与控制功能。
上述现有技术的不足之处在于：该断路器不能满足对重要消防设备控制与保护的要求，不符合GB50054-95《低压配电设计规范》标准中对重要消防设备主回路用断路器的要求，即在消防泵使用过程中，即便出现过载现象也不能使消防泵断电而严重影响紧急消防救灾的进行。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种能满足对重要消防设备控制的断路器的过电流保护系统及其工作方法。
为了解决上述技术问题，本发明的断路器的过电流保护系统，包括：单片机电路、电流互感器、A/D转换电路、脱扣驱动电路和脱扣执行单元；电流互感器的电流检测输出端经A/D转换电路后接单片机电路的检测信号输入端，以供单片机电路检测断路器所在回路的电流值；单片机电路的脱扣控制输出端经脱扣驱动电路与脱扣执行单元相连，以驱动脱扣执行单元执行脱扣动作；单片机电路的报警信号输出端设有报警电路；单片机电路的功能选择输入端设有开关电路，用于设定单片机电路处于第一工作模式或第二工作模式；当单片机电路处于第一工作模式时，单片机电路测得的断路器所在回路的电流值大于预设阀值时，单片机电路只驱动报警电路报警，而不驱动脱扣执行单元执行脱扣动作；当单片机电路处于第二工作模式时，单片机电路测得的断路器所在回路的电流值大于预设阀值时，单片机电路驱动报警电路报警，并驱动脱扣执行单元执行脱扣动作。
上述技术方案中，还包括与单片机电路双向电连接的整定值输入单元，用于预设单片机电路执行脱扣动作的阀值。
上述技术方案中，单片机电路的通信端设有串行通信接口，以与独立通信单元或上位机进行通信。
上述技术方案中，脱扣驱动电路的离线控制输入端设有离线脱扣单元，以在单片机电路断电后通过控制脱扣驱动电路使脱扣执行单元执行脱扣动作。
上述技术方案中，单片机电路的状态指示信号输出端设有状态指示灯。
本发明的断路器的过电流保护系统的工作方法，包括如下步骤：
第一步、在单片机电路中预设执行脱扣动作的阀值；
第二步、单片机电路经A/D转换电路和电流互感器检测断路器所在回路的电流值；
第三步、当开关电路使单片机电路处于第一工作模式时，若单片机电路测得的断路器所在回路的电流值大于所述阀值时，单片机电路只驱动报警电路报警，而不驱动脱扣执行单元执行脱扣动作；
第四步、当开关电路使单片机电路处于第二工作模式时，若单片机电路测得的断路器所在回路的电流值大于所述阀值时，单片机电路驱动报警电路报警，并经脱扣驱动电路驱动脱扣执行单元执行脱扣动作。
上述技术方案中，通过整定值输入单元向单片机电路预设执行脱扣动作的阀值。
上述技术方案中，单片机电路经串行通信接口与独立通信单元或上位机进行通信，以实行远程监控。
上述技术方案中，当在单片机电路断电后，离线脱扣单元通过控制脱扣驱动电路使脱扣执行单元执行脱扣动作。
上述技术方案中，单片机电路通过状态指示灯指示当前单片机电路所处的工作模式、是否已执行脱扣动作或是否处于报警状态。
与现有技术相比，本发明具有以下积极效果：(1)本发明的断路器的过电流保护系统，通过开关电路可使单片机电路处于第一或第二工作模式。处于第一工作模式时，即便单片机电路测得的断路器所在回路的电流值大于预设阀值时，单片机电路只驱动报警电路报警，而不驱动脱扣执行单元执行脱扣动作，满足了特殊场合的使用要求，确保了在消防过程中，即便消防泵过载，也不会使消防泵停止工作而严重影响紧急消防救灾。而通过开关电路的选择设定，可使单片机电路处于第二工作模式，以使断路器起到正常的保护作用，从而拓展了本发明的断路器的应用面。(2)本发明的断路器的过电流保护系统中设有离线脱扣单元，以使单片机电路断电停止控制后，控制执行脱扣动作，确保断路器所在回路的用电安全。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的断路器的过电流保护系统的电路框图。
图2为本发明的断路器的过电流保护系统中的电流互感器和A/D转换电路的电路原理图。
图3为本发明的断路器的过电流保护系统中的单片机电路、脱扣驱动电路、整定值输入单元、串行通信接口和开关电路的电路原理图。
具体实施方式
(实施例1)
见图1，本实施例的断路器的过电流保护系统，包括：单片机电路100、电流互感器200、A/D转换电路300、脱扣驱动电路400、脱扣执行单元500、整定值输入单元600、串行通信接口800、独立通信单元或上位机900、报警电路110、开关电路120、离线脱扣单元130和状态指示灯140。
本实施例的断路器的过电流保护系统适用于塑料外壳式断路器。其工作原理如下：
当本实施例的断路器应用于消防泵过载保护时，则通过开关电路120使单片机电路100处于第一工作模式，同时根据消防泵的过载上限电流值设置阀值。若该消防泵的额定电流为1A，上限电流值为2A，则设置过载报警阀值为2A。当单片机电路100测得的断路器所在回路的电流值大于该阀值时，单片机电路100只驱动报警电路110报警，而不驱动脱扣执行单元500执行脱扣动作。直至消防员将该消防泵的电源切除，或通过开关电路120使单片机电路100处于第二工作模式，以执行脱扣动作，使消防泵停止工作。在过载电流持续时间超过消防泵承受能力时，消防泵线圈即被烧毁。
当本实施例的断路器应用于普通电机过载保护时，则通过开关电路120使单片机电路100处于第二工作模式，若该电机的额定电流为0.5A，上限电流值为1A，则设置过载报警阀值为1A。当单片机电路100测得的断路器所在回路的电流值大于该阀值时，单片机电路100在驱动报警电路110报警的同时，还驱动脱扣执行单元500执行脱扣动作，使该电机停止工作。
所述阀值的大小应根据各保护对象的具体额定电流值及上限电流值来确定。
见图2，电流互感器200中，通过接口J1-J3接设置于负载主回路中的电流互感元件，以检测3路电流ia、ib和ic的电流大小。整流桥B4-B6、滤波电容C7、C9、C10、C23-C25和压敏电阻CVS4-CVS6组成滤波整流电路。整流桥B4-B6的3个4脚即为电流互感器200的电流检测输出端。
A/D转换电路300中包括比较器模块LM324中的3个比较单元U3A-U3C，U3A-U3C的同向端接参考地AGND，整流桥B4-B6的3个4脚输出的电信号经降压滤波后送至U3A-U3C的反向端；U3A-U3C的输出端分别接单片机U5的A0、A1和A2，即单片机电路100的检测信号输入端。整流桥B5的3脚串联二极管D1、电阻R100和稳压管DZ100后接地线。二极管D1与电阻R100的接点为第一电源端TEST。
见图3，单片机电路100中采用的单片机U5为PIC16F877。脱扣驱动电路400的电源端接所述第一电源端TEST，接口J6与脱扣执行单元500的控制端相连。第一电源端TEST经二极管D12后接口J6的1脚。接口J6的2脚接NMOS管的漏极，NMOS管的源极接地。单片机U5的E0端即为脱扣控制输出端，该端串接二极管D11和电阻R45后接NMOS管的栅极IRF120，NMOS管导通后，脱扣执行单元500便执行脱扣动作。二极管D13、稳压管DZ21和DZ22起保护作用。电容C34、电阻R44用于稳压滤波。
开关电路120是按钮电路，按钮电路包括比较器模块LM324中的比较单元U3D、由二极管D10、稳压管DZ25和电容C25组成的整流稳压电路、按钮SW等。第一电源端TEST经电阻R39后接U3D的反向端，U3D的同向端串接电阻R40后接U3A的4脚。在断路器正常工作时，第一次按按钮SW可使单片机电路处于第一工作模式；第二次按按钮SW可使单片机电路处于第二工作模式。(在其它实施例中，开关电路120是可选择输出高电平和低电平以使单片机电路分别处于第一工作模式和第二工作模式的开关电路。)状态指示灯140为与单片机U5的LED1-LED3端相连的3个LED。
整定值输入单元600中通过接头J4与显示操作面板电路相连。报警电路110是喇叭及其驱动电路，驱动电路的控制输入端接单片机U5的C1端。(在其它实施例中，也可以是警示灯及其驱动电路)。串行通信接口800中通过接头J5与串行通信芯片相连。
电流互感器200的电流检测输出端经A/D转换电路300后接单片机电路100的检测信号输入端。单片机电路100的脱扣控制输出端经脱扣驱动电路400与脱扣执行单元500相连。整定值输入单元600与单片机电路100双向电连接。报警电路110接单片机电路100的报警信号输出端。开关电路120的输出端接单片机电路100的功能选择输入端。
串行通信接口800接单片机电路100的通信端，以与独立通信单元或上位机900进行通信。
离线脱扣单元130的控制输出端接脱扣驱动电路400的离线控制输入端。
单片机电路100的状态指示信号输出端接状态指示灯140。
本实施例的断路器的过电流保护系统的工作方法，包括如下步骤：
第一步、整定值输入单元600向单片机电路100输入执行脱扣动作的阀值；(若本实施例的断路器应用于电机过载保护，该电机的额定电流为1A，过载上限电流为3A；则可设定执行脱扣动作的阀值为3A。)
第二步、单片机电路100经A/D转换电路300和电流互感器200检测断路器所在回路的电流值；
第三步、当开关电路120使单片机电路100处于第一工作模式时，若单片机电路100测得的断路器所在回路的电流值大于所述阀值时，单片机电路100只驱动报警电路110报警，而不驱动脱扣执行单元500执行脱扣动作；
第四步、当开关电路120使单片机电路100处于第二工作模式时，若单片机电路100测得的断路器所在回路的电流值大于所述阀值时，单片机电路100驱动报警电路110报警，并经脱扣驱动电路400驱动脱扣执行单元500执行脱扣动作。
单片机电路100经串行通信接口800与独立通信单元或上位机900进行通信，以实行远程监控。当在单片机电路100断电后，离线脱扣单元130通过控制脱扣驱动电路400使脱扣执行单元500执行脱扣动作。单片机电路100通过状态指示灯140指示当前单片机电路100所处的工作模式、是否已执行脱扣动作或是否处于报警状态。
Claims (10)
1、一种断路器的过电流保护系统，包括：单片机电路(100)、电流互感器(200)、A/D转换电路(300)、脱扣驱动电路(400)和脱扣执行单元(500)；电流互感器(200)的电流检测输出端经A/D转换电路(300)后接单片机电路(100)的检测信号输入端，以供单片机电路(100)检测断路器所在回路的电流值；单片机电路(100)的脱扣控制输出端经脱扣驱动电路(400)与脱扣执行单元(500)相连，以驱动脱扣执行单元(500)执行脱扣动作；
其特征在于：
单片机电路(100)的报警信号输出端设有报警电路(110)；单片机电路(100)的功能选择输入端设有开关电路(120)，用于设定单片机电路(100)处于第一工作模式或第二工作模式；
当单片机电路(100)处于第一工作模式时，单片机电路(100)测得的断路器所在回路的电流值大于预设阀值时，单片机电路(100)只驱动报警电路(110)报警，而不驱动脱扣执行单元(500)执行脱扣动作；
当单片机电路(100)处于第二工作模式时，单片机电路(100)测得的断路器所在回路的电流值大于预设阀值时，单片机电路(100)驱动报警电路(110)报警，并驱动脱扣执行单元(500)执行脱扣动作。
2、根据权利要求1所述的断路器的过电流保护系统，其特征在于：还包括与单片机电路(100)双向电连接的整定值输入单元(600)，用于预设单片机电路(100)执行脱扣动作的阀值。
3、根据权利要求1或2所述的断路器的过电流保护系统，其特征在于：单片机电路(100)的通信端设有串行通信接口(800)，以与独立通信单元或上位机(900)进行通信。
4、根据权利要求3所述的断路器的过电流保护系统，其特征在于：脱扣驱动电路(400)的离线控制输入端设有离线脱扣单元(130)，以在单片机电路(100)断电后通过控制脱扣驱动电路(400)使脱扣执行单元(500)执行脱扣动作。
5、根据权利要求4所述的断路器的过电流保护系统，其特征在于：单片机电路(100)的状态指示信号输出端设有状态指示灯(140)。
6、根据权利要求1-5中任意一项所述断路器的过电流保护系统的工作方法，包括如下步骤：
第一步、在单片机电路(100)中预设执行脱扣动作的阀值；
第二步、单片机电路(100)经A/D转换电路(300)和电流互感器(200)检测断路器所在回路的电流值；
第三步、当开关电路(120)使单片机电路(100)处于第一工作模式时，若单片机电路(100)测得的断路器所在回路的电流值大于所述阀值时，单片机电路(100)只驱动报警电路(110)报警，而不驱动脱扣执行单元(500)执行脱扣动作；
第四步、当开关电路(120)使单片机电路(100)处于第二工作模式时，若单片机电路(100)测得的断路器所在回路的电流值大于所述阀值时，单片机电路(100)驱动报警电路(110)报警，并经脱扣驱动电路(400)驱动脱扣执行单元(500)执行脱扣动作。
7、根据权利要求6所述的断路器的过电流保护系统的工作方法，其特征在于：通过整定值输入单元(600)向单片机电路(100)预设执行脱扣动作的阀值。
8、根据权利要求7所述的断路器的过电流保护系统，其特征在于：单片机电路(100)经串行通信接口(800)与独立通信单元或上位机(900)进行通信，以实行远程监控。
9、根据权利要求8所述的断路器的过电流保护系统，其特征在于：当在单片机电路(100)断电后，离线脱扣单元(130)通过控制脱扣驱动电路(400)使脱扣执行单元(500)执行脱扣动作。
10、根据权利要求9所述的断路器的过电流保护系统，其特征在于：单片机电路(100)通过状态指示灯(140)指示当前单片机电路(100)所处的工作模式、是否已执行脱扣动作或是否处于报警状态。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| C17 | Cessation of patent right | ||
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Granted publication date: 20091111 Termination date: 20101228 |
|
| CI01 | Publication of corrected invention patent application |
Correction item: cessation of patent right due to non-payment of the annual fee Correct: Revocation of the patent right False: Patent right to terminate Number: 11 Volume: 28 |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: ZHEJIANG PEOPLE ELECTRICAL APPLIANCE CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: PEOPLE ELECTRICAL APPLIANCES GROUP CO., LTD. Effective date: 20140605 |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140605 Address after: 325604, Yueqing, Zhejiang province Liushi town wide industrial zone Patentee after: ZHEJIANG PEOPLE ELE. APPLIANCE Co.,Ltd. Address before: 325604 Liushi people's Industrial Park, Zhejiang, Yueqing Patentee before: People Electric Appliance Group Co.,Ltd. |