具有保護功能的斷路器的制作方法

專利名稱：具有保護功能的斷路器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種斷路器，特別涉及的是一種能夠對過壓、過流和 短路故障進行檢測，并準確斷開電路的負荷控制斷路器。
背景技術：
斷路器是電力工程中比較重要的一種耗材，隨著電力技術的不斷發展，斷 路器也不斷的推陳出新，目前用戶對電路器的要求主要集中在高安全性和可靠 性上，并期望通過電氣技術的發展進一步增加和完善斷路器的各種功能。
請參閱圖1A、圖1B所示，其為現有斷路器的內機械部立體結構示意圖和 A-A向剖視圖；其包括殼體l，以及內部的執行機構，其通常包括三條相線和 一條零線，分別和斷路器的進線端41和出線端41壓線塊電連接，內部設置有 斷路動作機構22用以通過旋柄21的旋轉動作，實現動觸塊52和靜觸塊51之 間的接觸和分離，進而達到斷路器的通和斷的功能，其中，所述的斷路動作機 構22包括一個撥動轉塊221， 一電磁脫扣器3,設置于所述的撥動轉塊221下 部，其一端與所述的相線A、 B、 C相連接，其另一端與所述的撥動轉塊221的 一端相連接，在電力線出現短路時，所述電磁脫扣器3包括的銜鐵將所述的撥 動轉塊221拉動，使所述的動觸塊52和靜觸塊51分開，使負載與電力線斷開。 但是這種保護功能是由所述的電磁脫扣器3自身的脫扣線圏的感應特性決定的。
綜上現有的斷路器仍然存在如下缺陷
首先，無法對過流，過壓故障實現負荷控制，從而給安全用電帶來隱患；
其次，無法改變過流、過壓的標準，即沒法可調節的，才艮據不同的用電標 準定義哪種情況屬于不能允許的過流、過壓故障，從而產生斷路動作；
最后，對于某些用電設備的啟動，發生電力線短時電壓、電流過大現象時， 斷路器可能出現誤判定，認為是過流或過壓故障，從而造成線路斷路。
目前還沒有出現具體產品解決上述問題，這也成為一直困擾用電管理部門 和用電戶的難題。鑒于上述缺陷，本實用新型創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得本創作。
發明內容
本實用新型的目的在于，提供一種具有保護功能的斷路器，用以克服上述 缺陷。
為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案在于，提供一種具有保護功
能的斷路器，其包括一斷路器本體，還包括
一電壓采集單元，其從所述的電力線路上獲取各相線實時的電壓信號并轉 為電壓取樣信號；
一電流采集單元，其從所述的電力線路上獲取各相線實時的電流信號并轉 為電流取樣信號；
一處理單元，其分別與所述的電壓采集單元和電流采集單元相連接，在所 述電壓取樣信號和電流取樣信號出現異常情況時，輸出 一控制信號；
一執行單元，其與所述的處理單元相連接，在獲取所述的控制信號后，使 所述的斷路器本體產生斷路動作；
一通訊單元，其分別與所述的處理單元以及一遠程接受單元相連接，進行 數據交互。
其中，所述的電壓采集單元包括
電壓采樣組件，其數量與所述的相數一致，并從所述的電力線上采集到實 時的電壓信號；
濾波整流電路，其接收所述的實時的電壓信號，用以進行濾波整流，輸出 直流的電壓取樣信號。
較佳的，所迷的電壓采樣組件為電壓互感器，其數量與所述的相數一致， 每一所述的電壓互感器的一次側的一端與 一條相線相連接，另 一端與零線相連 接，其二次側輸出所述實時的電壓信號。
較佳的，所述的電壓采樣組件為機械結構組件，其包括
導電采樣件，其數量與所述的相數一致，用以獲取電力線上實時的電壓信 號，其通過直接接觸金屬電力線或透過絕緣皮直接接觸電力線芯，獲取電力線 上實時的電壓信號；
采樣固定件，使所述的導電采樣件與所述的電力線連接關系穩固。其中，所述的電流采集單元包括
電流互感器，其數量與所述的相數一致，其套設在對應的相線上；
濾波整流電路，其與所述的電流互感器的輸出側相連接，用以進行濾波整 流，愉出直流的電流耳又才羊4言號。
為了為相應的電氣元件提供電力供應，還包括 一電源電路包括 多個整流二極管，每一所述整流二極管分別設置于相線上的，其輸出端與零 線之間形成電壓差；
穩壓子電路，其包括降壓電阻，其與所述的整流橋二極管輸出端相串聯用 以降壓；
一并聯的穩壓管、第一電容和第二電容用以進行穩壓、濾波形成穩定的電 源輸出。
由于采用降壓處理因此為了得到可靠信號，還包括放大電路，其設置在 所述的電壓采樣單元或電流采樣子單元至少其中之 一 與所述的處理單元之間， 用以將所述的電壓取樣信號和/或電流取樣信號進行放大處理。
其中，所述的處理單元為一處理器，其檢測信號輸入端獲取所述的電壓取 樣信號以及電流取樣信號；其控制命令輸入端用以接收來自 一控制命令輸入電 路輸入的延時時間、電壓閾值和電流閾值。
為對電路故障進行即時的處理，本實用新型還包括 一前置處理單元，用 以檢測是否發生短路故障，其包括
多個干簧管，其數量與相數一致，分別設置在各所述的相線附近，所述的 干簧管的一端接地，另一端與所述處理器的檢測信號輸入端相連接。
其中，所述的執行單元包括
一電磁動作機構，其與所述的電源電路的輸出端相連接，用以獲取電力； 所述的電磁動作機構觸發后使所述的斷路器本體的斷路動作機構動作，產生斷 ;洛器斷路；
一執行觸發電路，其接收端與所述的處理器的控制信號輸出端相連接，其 輸出端與所述電^茲動作才幾構的控制端相連接。 較佳的，所述的執行觸發電路包括
一三極管，其基極與所述的處理器的控制信號輸出端相連接，其發射極接
地；
一可控硅，其控制端與所述的三極管的集電極相連接，輸出端與所述的電
7;茲動作機構的控制端相連4矣。
其中，所述的電^茲動作機構包括
一電》茲鐵，其具有的電磁線圈一端與所述的電源電路輸出端相連接，另一
端與所述的三極管的發射極相連接；
所述的斷路動作機構包括一撥動轉塊，其 一撥動端與所述電磁鐵的銜鐵相 抵靠，在所述的銜鐵伸出運動時推動所述的撥動轉塊，使所述的撥動轉塊轉動，
從而使所述的斷路器本體的斷路動作機構動作，使所述斷路器本體斷路；
一復位彈簧，其套設在所述的撥動轉塊上，在所述的銜鐵縮回時，使所述
的撥動轉塊復位。
較佳的，還包括存儲電路和/或時鐘電路與所述的處理器相連接。 與現有技術比較本實用新型的有益效果在于，首先，其能夠對過流，過壓 故障實現負荷控制，降低了用電安全隱患；
其次，可以改變過流、過壓的標準，從而適用于多種不同電流閾值和電壓
閾值的工作場合；
最后，對于某些用電設備的啟動，發生電力線短時電壓、電流過大現象時， 斷路器不會出現誤判定，提高了斷路的準確性。


圖1A為現有斷路器的內機械部結構立體示意圖1B為現有斷路器的內機械部A-A向剖視結構示意圖2為本實用新型具有保護功能的斷路器的功能結構框圖3為本實用新型具有保護功能的斷路器一較佳實施例的功能結構框圖4為本實用新型具有保護功能的斷路器一較佳實施例的機械結構示意圖5為本實用新型具有保護功能的斷路器前置單元的電路結構示意圖6A為本實用新型具有保護功能的斷路器電壓采集單元中電壓互感器取
電壓的電路結構示意圖6B為本實用新型具有保護功能的斷路器電壓采集單元中直接取電壓方
式的結構示意圖7為本實用新型具有保護功能的斷路器電流采集單元的電路結構示意圖； 圖8為本實用新型具有保護功能的斷路器處理單元和執行單元的電路結構 示意圖；圖9為本實用新型具有保護功能的斷路器一較佳實施例出現異常狀態下的 才幾才戒結構示意。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型上述的和另外的技術特征和優點作更詳細的說明。
本實用新型中所提出的斷路器本體指的是針對如圖1A、圖1B中現有技術 中斷路器將電磁脫扣器3拆除后剩下的，能夠完成通斷功能的主要機械結構。
請參閱圖2所示，其為本實用新型具有保護功能的斷路器的功能結構框電壓采集單元a,其從所述的電力線路上獲取各相線A、 B、 C實時的電壓信號 并轉為電壓取樣信號； 一電流采集單元b，其從所述的電力線路上獲取各相線A、 B、 C實時的電流信號并轉為電流取樣信號，這里主要針對的是三相電路，當然 兩相或是單相也適用； 一處理單元c,其將與各相線A、 B、 C對應的所述電壓 取樣信號以及電流取樣信號分別轉換為實時的電壓值和電流值，并分別與預先 設置的電壓閾值和電流闞值進行比較，在預先設定的延時時間內，如果實時的 電壓值和電流值始終存在高于所述的電壓閾值和電流閾值任意之 一 的情況時， 輸出一控制信號； 一執行單元d，其獲取所述的控制信號后，使所述的斷路器本 體產生斷路動作。
由于在所述的處理單元c中預先設置了電壓閾值和電流閾值從而就有了標 準，能夠確定哪種過流和過壓是不被允許的，從而產生斷路動作，這里所述的 處理單元c 一般為處理器，其可以是單片機或是微處理器；同時對于現有技術 中，用電設備啟動時引起的短時間內電流過大、電壓過大的問題，這里采用了 延時判定的方式，即當用電設備正常工作，電壓、電流值相對穩定后，如果電 路中的電壓、電流低于所述的電壓閾值和電流閾值則不會產生斷路動作，從而 避免了誤動作對正常用電的影響。
請參閱圖3、圖4所示，其分別為本實用新型具有保護功能的斷路器一較佳 實施例的功能結構框圖以及一較佳實施例的機械結構示意圖；與上述功能結構 框圖圖2以及圖1A、圖1B比較本實施例增加了新的結構和功能，如 一前置 處理單元e,用以檢測是否發生短路故障，在檢測到短路故障時將檢測信號傳輸 給所述的處理單元c,然后由所述的處理單元c將所述的控制信號傳輸給所述的執行單元d，最終產生斷路動作。
還增加設置了放大電路fl 、 f2,其分別與所述的電壓采集單元a和電流采集 單元b相對應，并設置于兩者和所述處理單元c之間；當然也可以單一的針對 于所述的電壓采集單元a和電流采集單元b其中之一設置，這是由于通常電力 相線A、 B、 C上的電壓或是電流強度是比較大的，因此無論是電壓采樣還是電 流釆集之后的處理產生的信號量都進過降壓，從而得到的信號比較弱，所以增 加了所述的放大電路fl、 f2用以放大信號。
進一步增加了存儲電路h和時鐘電路i至少其中之一，其分別與所述的處理 單元c相連接，其中，所述的存儲電路h用以存儲相應的程序或是歷史記錄； 所述的時鐘電路i用以提供相應的時鐘信號給所述的處理單元c，用以明確延時 時間或是歷史記錄中事件的發生時間。
還增加了一控制命令輸入電路k,其通常為一按鍵輸入電路kl和一通信電 路k2，其中，所述的通信電路k2是將遠端用電管理部門的控制命令傳輸給所述 的處理單元c,而所述的按鍵輸入電路kl 一^:是給用戶在用電現場使用的，因 此所述的通信電路k2輸入的數據的優先級別要高于所述的按鍵輸入電路kl的 優先級，這些控制命令主要是一類的可以是電壓闞值、電流閾值或是延時時間， 這些結構都是設置于斷路器本體內的一控制板9上。
請參閱圖5所示，其為本實用新型具有保護功能的斷路器前置單元的電路 結構示意圖；所述的前置處理單元是對短路故障進行即時的處理而設置的，因 此首先要對短路是否發生進行檢測，這里采用多個干簧管，其數量與相數一致， 即三相就采用3個干簧管NS1、 NS2、 NS3，每一干簧管NS1、 NS2、 NS3 分別設置在其對應的所述相線A、 B、 C附近，所述的干簧管NS1、 NS2、 NS3 的一端接地，另一端與所述樣i處理器MCU的檢測信號輸入端Nsa、 Nsb、 Nsc 相連接(參閱圖8所示)。當檢測到短路發生時，則在對應的相線A、 B、 C附 近產生較強的石茲場，/人而^f吏所述的干簧管NS1、 NS2、 NS3至少其中之一吸合， 從而所述的微處理器MCU的檢測信號輸入端Nsa、 Nsb、 Nsc至少其中之一獲 得一低電位信號，從而由所述的微處理器MCU控制所述的脫扣器TQ動作，從 而使斷路器產生斷路動作。
請參閱圖6A所示，其為本實用新型具有保護功能的斷路器電壓采集單元中 電壓互感器采集電壓的電路結構示意圖；這里所述的電壓采集單元和放大電路 電路結合在一起，其中所述的電壓采集單元包括電壓采樣組件，其數量與所述的相數一致，并從所述的電力線上采集到實
時的電壓信號；所述的電壓采樣組件為電壓互感器Ta、 Tb、 Tc，每一所述的電 壓互感器Ta、 Tb、 Tc的一次側的一端與一條相線A、 B、 C相連接，另一端與 零線N相連接，其二次側輸出所述實時的電壓信號。
濾波整流電路，其接收所述的實時的電壓信號，用以進行濾波整流，輸出 直流的電壓取樣信號，其中所述的濾波電路是由三個二極管2D1、 2D2、 2D3和 三個電容2C1、 2C2、 2C3組成，分別設置于每一所述的電壓互感器Ta、 Tb、 Tc的二次側。經過整流濾波處理后的電壓信號通過放大電路IC2的放大，從而 形成所述的電壓取樣信號。
當然上述是通過電壓互感器Ta、 Tb、 Tc作為電壓采樣組件，另一實施方式 可以通過直接取電壓的方式進行處理；請參閱圖6A所示，其為本實用新型具有 保護功能的斷路器電壓采集單元中直接取電壓方式的結構示意圖，這里所述的 電壓采樣組件為機械結構組件，其包括
導電采樣件81，其數量與所述的相數一致，用以獲取電力線上實時的電壓 信號，其通過直接接觸金屬相線A、 B、 C或透過絕緣皮直接接觸相線A、 B、 C 芯，獲取電力線上實時的電壓信號；
采樣固定件82，使所述的導電采樣件81與所述的電力線連接關系穩固。
請參閱圖7所示，其為本實用新型具有保護功能的斷路器電流采集單元的 電路結構示意圖；所述的電流采樣單元為電流互感器CT1、 CT2、 CT3，其數量 與所述的相數一致，其套設在對應的相線A、 B、 C上(請參閱圖5所示)，并 通過一降壓電阻1R1、 1R2、 1R3進4亍降壓處理；
濾波整流電路，其與所述的電流互感器CT1、 CT2、 CT3的輸出側相連接， 用以進行濾波整流，輸出直流的電流取樣信號，其中所述的濾波電路是三個由 二極管1D1、 1D2、 1D3和三個電容1C1、 1C2、 1C3組成，分別設置于所述的 降壓電阻1R1、 1R2、 1R3的兩端。經過整流濾波處理后的感應電壓信號通過放 大電路IC1的放大，從而形成所述的電流取樣信號。
請參閱圖8所示，其為本實用新型具有保護功能的斷路器處理單元和執行單 元的電路結構示意圖；所述的處理單元這里采用的是微處理器MCU,其檢測信 號輸入端Iain、 Ibin、 Icin、 Uain、 Ubin、 Ucin獲取所述的電壓取樣信號以及電 流取樣信號；其控制命令輸入端用以接收來自所述控制命令輸入電路輸入的延 時時間、電壓閾值和電流閾值，這里所述的鍵盤輸入電路為按鍵K1、 K2、 K3、
11K4、 K5其直接和所迷微處理器MCU的控制命令輸入端相連接，所述的通信電 路、顯示電路、時鐘電路和所述微處理器MCU相連接。還包括一個電源電路， 用以給本實用新型各用電元器件提供直流穩定的電力供應，其包括
三個整流二極管D1、 D2、 D3，每一所述整流二極管D1、 D2、 D3分別設置 于相線A、 B、 C上，其輸出端與零線N之間形成電壓差；
穩壓子電路，其包括降壓電阻Rl，其與所述的整流橋二極管Dl、 D2、 D3輸出端相串聯，用以降壓；
一并聯的穩壓管DW1、第一電容Cl和第二電容C2用以進行穩壓、濾波形 成穩定的電源輸出。
所述的執行單元包括
一電磁動作機構，其與所述的電源電路的輸出端相連接，用以獲取電力； 所述的電磁動作機構觸發后使所述的斷路器本體的斷路動作機構動作，產生斷 路器斷路；
一執行觸發電路，其接收端與所述的微處理器MCU的控制信號輸出端相連 接，其輸出端與所述電磁動作機構的控制端相連接。 所述的執行觸發電路包括
一三極管Ql，其基極與所述的處理器微處理器MCU的控制信號輸出端相 連接，其發射極接地；
一可控硅SCR,其控制端與所述的三極管Ql的集電極相連接，輸出端與所 述的電磁動作機構的控制端相連接，當所述的實時電壓值和電流值其中之一確 認在延時時間內時鐘高于所述的電壓闊值或是電流闊值時，以及Nsa、 Nsb、 Nsc 至少其中之一獲得一低電位信號時，所述的處理器微處理器MCU的控制信號輸 出端輸出低電位，從而使所述的可控硅SCR觸發，從而使所述的電磁動作機構 動作。
其中，所述的電磁動作機構請結合參閱圖4所示，其包括
一電磁鐵TQ,其具有的電磁線圏TQXQ —端與所述的電源電路輸出端相連
接，另 一端與所述的三極管Q1的發射極相連接；
所述的斷路動作機構包括一撥動轉塊221，其一撥動端與所述電磁鐵6的銜
鐵61相抵靠，在所述的銜鐵61伸出運動時抵推所述的撥動轉塊221,使所述的
撥動轉塊221轉動，從而使所述的斷路器本體的斷路動作機構動作，產生斷路
器斷路動作；
12一復位彈簧(圖中未示)，其套設在所述的撥動轉塊221上，在所述的銜
鐵61縮回時，使所述的撥動轉塊221復位。
請參閱圖9所示，其為本實用新型具有保護功能的斷路器一較佳實施例出 現異常狀態下的機械結構示意。其是與圖4的正常使用狀態相對應的，在出現 過流、過壓或是短路故障時，所述電磁鐵6的銜鐵61動作抵推所述的撥動轉塊 221,使所述的撥動轉塊221轉動，從而使所述的斷路器本體的斷路動作機構動 作，最終使所述的動觸塊52和靜觸塊51由接觸狀態轉變為分離狀態，從而起 到保護作用。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，對本實用新型而言僅僅是說明性 的，而非限制性的。本專業技術人員理解，在本實用新型權利要求所限定的精 神和范圍內可對其進行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本實用新型的 保護范圍內。
權利要求1、一種具有保護功能的斷路器，其包括一斷路器本體，其特征在于，還包括一電壓采集單元，其從所述的電力線路上獲取各相線實時的電壓信號并轉為電壓取樣信號；一電流采集單元，其從所述的電力線路上獲取各相線實時的電流信號并轉為電流取樣信號；一處理單元，其分別與所述的電壓采集單元和電流采集單元相連接，在所述電壓取樣信號和電流取樣信號出現異常情況時，輸出一控制信號；一執行單元，其與所述的處理單元相連接，在獲取所述的控制信號后，使所述的斷路器本體產生斷路動作；一通訊單元，其分別與所述的處理單元以及一遠程接受單元相連接，進行數據交互。
2、 根據權利要求1所述的具有保護功能的斷路器，其特征在于，所述的電壓 采集單元包括電壓采樣組件，其數量與所述的相數一致，并從所述的電力線上采集到實時 的電壓信號；濾波整流電路，其接收所述的實時的電壓信號，用以進行濾波整流，輸出直 流的電壓取樣信號。
3、 根據權利要求2所述的具有保護功能的斷路器，其特征在于，所述的電壓 采樣組件為電壓互感器，其數量與所述的相數一致，每一所述的電壓互感器的一 次側的一端與一條相線相連接，另一端與零線相連接，其二次側輸出所述實時的 電壓信號。
4、 根據權利要求1所述的具有保護功能的斷路器，其特征在于，所述的電流 采集單元包括電流互感器，其數量與所述的相數一致，其套設在對應的相線上； 濾波整流電路，其與所述的電流互感器的輸出側相連接，用以進行濾波整流， 輸出直流的電流取樣信號。
5、 根據權利要求1-4任意一項所述的具有保護功能的斷路器，其特征在于， 還包括 一電源電路，用以從電力線上獲取電力供應，其包括多個整流二極管，每一所述整流二極管分別設置于一條相線上的，其輸出端與零線之間形成電壓差；穩壓子電路，其包括降壓電阻，其與所述的整流橋二極管輸出端相串聯用以 降壓；一并聯的穩壓管、第一電容和第二電容用以進行穩壓、濾波形成穩定的電源 輸出。
6、 根據權利要求5所述的具有保護功能的斷路器，其特征在于，還包括放 大電路，其設置在所述的電壓采樣單元或電流釆樣子單元至少其中之 一 與所述的 處理單元之間，用以將所述的電壓^M羊信號和/或電流耳又樣信號進行放大處理。
7、 根據權利要求7所述的具有保護功能的斷路器，其特征在于，還包括一 前置處理單元，用以檢測是否發生短路故障，其包括多個干簧管，其數量與相數一致，分別設置在各所述的相線附近，所述的干 簧管的 一端接地，另 一端與所述處理器的檢測信號輸入端相連接。
8、 根據權利要求7所述的具有保護功能的斷路器，其特征在于，所迷的執行 單元包括一電磁動作機構，其與所述的電源電路的輸出端相連接，用以獲取電力，所 述的電磁動作機構觸發后使所述的斷路器本體的斷路動作機構動作，產生斷路器 斷路；一執行觸發電路，其接收端與所述的處理器的控制信號輸出端相連接，其輸 出端與所述電磁動作機構的控制端相連接。
9、 根據權利要求8所述的具有保護功能的斷路器，其特征在于，所述的執行 觸發電路包括一三極管，其基極與所述的處理器的控制信號輸出端相連接，其發射極接地； 一可控硅，其控制端與所述的三極管的集電極相連接，輸出端與所述的電磁 動作機構的控制端相連接。
10、 根據權利要求9所述的具有保護功能的斷路器，其特征在于，所述的電 /磁動作機構包括一電磁鐵，其具有的電磁線圏一端與所述的電源電路輸出端相連接，另一端 與所述的三才及管的發射極相連接；所述的斷路動作機構包括 一撥動轉塊，其 一撥動端與所述電磁鐵的銜鐵相抵 靠，在所述的銜鐵伸出運動時推動所述的撥動轉塊，使所述的撥動轉塊轉動，從 而使所述的斷路器本體的斷路動作機構動作，使所述斷路器本體斷路；一復位彈簧，其套設在所述的撥動轉塊上，在所述的銜鐵縮回時，使所述的 撥動轉塊復位。
專利摘要本實用新型為一種具有保護功能的斷路器，其包括一斷路器本體，還包括一電壓采集單元，其從所述的電力線路上獲取各相線實時的電壓信號并轉為電壓取樣信號；一電流采集單元，其從所述的電力線路上獲取各相線實時的電流信號并轉為電流取樣信號；一處理單元，其分別與所述的電壓采集單元和電流采集單元相連接，在所述電壓取樣信號和電流取樣信號出現異常情況時，輸出一控制信號；一執行單元，其與所述的處理單元相連接，在獲取所述的控制信號后，使所述的斷路器本體產生斷路動作；一通訊單元，其分別與所述的處理單元以及一遠程接受單元相連接，進行數據交互。
文檔編號G01R31/02GK201393051SQ20092014961
公開日2010年1月27日 申請日期2009年4月7日 優先權日2009年4月7日
發明者萬家盛 申請人:湖北盛佳電器設備有限公司;萬家盛