微型断路器的制造方法

专利名称:微型断路器的制造方法
【专利摘要】提供了一种微型断路器，其包括：第一模块，被配置为测量线路的电流和/或电压并发送测量结果信号，并根据控制信号使得所述线路断开；第二模块，被配置为根据所述测量结果信号满足预定条件发送所述控制信号；以及接口，其与所述第一模块和所述第二模块分别形成可插拔的连接，并被配置为在所述第一模块与所述第二模块之间传送所述测量结果信号和所述控制信号。通过将微型断路器的强电部分电路和弱电部分电路分开设计为单独的模块，两者之间使用可插拔的接口进行连接，从而实现模块化的设计，有利于独立生产、分别装配、扩展应用。
【专利说明】微型断路器

【技术领域】
[0001]本公开的实施方式涉及一种微型断路器，更具体地，涉及一种模块化的智能微型断路器。

【背景技术】
[0002]微型断路器(MCB)广泛使用在低压配电装置中，被用于在发生漏电流、短路、过电压、欠电压等故障情况时切断线路，从而保护用户或者用电设备。目前使用的智能微型断路器都至少具备两个方面的功能:第一，测量用电线路的电压和/或电流信号，用于监测并在判断线路出现故障时发出控制信号，使得断路器的动作机构动作，将故障线路切断，从而保护用户或者用电设备的安全。第二，所测量的电压和/或电流信号以及断路器的状态等信息，均能够进行通信以用于远程监控。但是，目前使用的微型断路器均是一体化设计的，即用于测量电压和/或电流信号的互感器、用于对测量信号进行处理和通信的芯片、用于传送控制信号的路径、以及用于切断用电线路的电磁铁、传动机构等等都设置在同一个壳体内，使得用于测量和动作执行的强电部分电路(例如，对于家用线路，电压水平为220V，对于工业线路，电压水平为380V)，和用于信息处理和通信的弱电部分电路(例如，一般来说在5V以下)之间采用一体化的固定连接。这样的设计带来的问题在于，由于强电部分电路和弱电部分电路处于同一个封闭壳体中，弱电部分电路容易受到干扰，影响其稳定性。并且，当微型断路器中有一个部分出现故障，则必须更换整个装置。
实用新型内容
[0003]有鉴于此，本公开实施方式的目的之一在于提供一种模块化的智能微型断路器，其将强电部分电路和弱电部分电路分开设计为单独的模块，两者之间使用可插拔的接口进行连接，从而实现模块化的设计，有利于独立生产、分别装配、以及标准化通信接口的使用有利于扩展应用。
[0004]根据本公开的第一方面，提供了一种微型断路器，其特征在于包括:第一模块，被配置为测量线路的电流和/或电压并发送测量结果信号，并根据控制信号使得所述线路断开；第二模块，被配置为根据所述测量结果信号满足预定条件发送所述控制信号；以及接口，其与所述第一模块和所述第二模块分别形成可插拔的连接，并被配置为在所述第一模块与所述第二模块之间传送所述测量结果信号和所述控制信号。
[0005]根据本公开的第一方面的一个实施例，其特征在于所述接口包括:第一连接路径，被配置为使得所述测量结果信号能够被所述第二模块接收；以及第二连接路径，被配置为使得所述控制信号能够被所述第一模块接收，其中所述第一连接路径与所述第二连接路径相互独立。
[0006]根据本公开的第一方面的一个实施例，其特征在于所述第一模块包括测量单元，被配置为测量所述线路的电流和/或电压；执行单元，被配置为根据所述控制信号使得所述线路断开；以及电源单元，被配置为从所述线路获取功率以用于为所述微型断路器供电。
[0007]根据本公开的第一方面的一个实施例，其特征在于所述第二模块包括:控制单元，被配置为根据所述测量结果信号满足所述预定条件发送所述控制信号；和/或通信单元，被配置为根据不同的通信协议对所述测量结果信号和/或所述控制信号进行转换，以通过外部通信接口与外部进行通信。
[0008]根据本公开的第一方面的一个实施例，其特征在于所述测量单元包括电流采样器件和/或电压采样器件。
[0009]根据本公开的第一方面的一个实施例，其特征在于所述电流采样器件为一相或多相零序电流互感器。
[0010]根据本公开的第一方面的一个实施例，其特征在于所述电压采样器件为一相或多相电压互感器。
[0011]根据本公开的第一方面的一个实施例，其特征在于所述执行单元包括:电磁线圈或继电器，被配置为根据所述控制信号发送触发信号。
[0012]根据本公开的第一方面的一个实施例，其特征在于还包括:动作机构，被配置为根据所述触发信号使得所述线路断开。
[0013]根据本公开的第一方面的一个实施例，其特征在于所述电源单元包括滤波器和/或开关电源。
[0014]根据本公开的第一方面的一个实施例，其特征在于所述第二模块还包括:A/D转换单元，被配置为将所述测量结果信号转换为数字信号；和/或报警单元，被配置为根据所述控制信号发出报警信号。

【附图说明】

[0015]现将仅通过示例的方式，参考所附附图对本公开的实施例进行描述，其中:
[0016]图1A示例性地图示了根据本公开实施例的微型断路器的分解立体图；
[0017]图1B示例性地图示了根据本公开实施例的微型断路器的立体图；
[0018]图2示例性地图示了根据本公开实施例的微型断路器的模块图；
[0019]图3示例性地示出了根据本公开的一个实施例操作为三相漏电保护装置的微型断路器；
[0020]图4示例性地示出了如图3所示根据本公开的一个实施例的微型断路器的接口 ；
[0021]图5示例性地示出了根据本公开的另一个实施例操作为电源过压欠压保护装置的微型断路器；以及
[0022]图6示例性地示出了如图5所示根据本公开的另一个实施例的微型断路器的接
□ O

【具体实施方式】
[0023]现将结合附图对本公开的实施例进行具体的描述。应当注意的是，附图中对相似的部件或者功能组件可能使用同样的数字标示。所附附图仅仅旨在说明本公开的实施例。本领域的技术人员可以在不偏离本公开精神和保护范围的基础上从下述描述得到可替换技术方案。
[0024]图1A示例性地图示了根据本公开实施例的微型断路器的分解立体图，其中示出了第二模块20从微型断路器I中分离的视图。微型断路器I包括第一模块10和第二模块20，其中，第二模块20沿着图中虚线所示通过可插拔的接口 30与第一模块10进行连接。图中所示的第一模块10的外形为U型槽为优选示例，本领域技术人员可以根据情况将第一模块10和第二模块20的外形设计为适合两者相互插拔进行连接的其他形状。接口 30在图1A中示出为两部分引脚，分别用于功率传输和信号传输。可替换地，本领域技术人员可以根据情况将这两部分引脚设计为以相同的外形连续排列。第二模块20还包括外部通信接口50，其使得该微型断路器I能够将相关监测和状态信息向上位机报告，例如用于远程监控。图1A中还进一步示出了第一模块10包括的动作机构122-1和122-2，两者分别根据控制信号Tl将供电线路中的火线和零线断开。
[0025]图1B示例性地图示了根据本公开实施例的微型断路器的立体图。如图所示，第一模块10和第二模块20通过可插拔的接口 30相互连接之后，外部通信接口 50暴露在外，用于与上位机，例如远程监控设备进行通信，向远程监控设备报告相关监测和状态信息。
[0026]图2示例性地图示了根据本公开实施例的微型断路器的模块图。如图所示，模块化的智能微型断路器I包括:第一模块10、第二模块20、和接口 30。所述第一模块10包括测量电源11，所述测量单元11被配置为用于测量线路的电流和/或电压，并且向第二模块20发送电流和/或电压的测量结果信号。微型断路器I还包括执行单元12，所述执行单元12接收来自第二模块的控制信号Tl，并根据该控制信号Tl使得所述线路断开。具体地，执行单元12包括继电器121或者电磁线圈123。微型断路器I还包括与执行单元12相配合的动作机构122。电磁线圈123或继电器121根据该控制信号Tl向动作机构122发送触发信号，动作机构122，例如为图1A和IB所示的动作机构122-1和122-2，使得所述线路断开。通常，来自第二模块20的控制信号Tl的电压水平较低，例如为5V以下，例如3.3V等，而执行单元12要断开的线路的电压水平较高，例如为220V或者110V，因此需要由继电器121接收控制信号Tl，并驱动动作机构122来断开电压水平较高的用电线路。第一模块10还包括电源单元13，其从用电线路上获取功率，为微型断路器I的操作提供供电。
[0027]第二模块20包括A/D转换单元23、控制单元21、通信单元22、和报警单元24。所述A/D转换单元23被配置用于将来自测量单元11的模拟信号转换为数字信号，以用于控制单元21进行处理。所述控制单元21被配置为针对经过转换之后的数字测量结果信号进行判断，以确定其是否满足预定条件，如果一旦满足预定条件，则向所述第一模块10发送所述控制信号Tl。所述预定条件，例如可以是电压或电流的测量结果超出预定阈值，或者电压或电流的测量结果超出预定阈值一段延时时间，该预定阈值和/或该延时时间也可以进行调整或设定。所述控制单元21可以是单片机或者数字处理DSP芯片等微机控制单元。通信单元22被配置用于将控制单元21发出的控制信号Tl以及其他控制单元21所接收的信号进行不同的通信协议之间的转换，以适于通过外部通信接口在例如以太网、CAN总线、RS-484等工业通信网络中使用这些信号，目的例如在于与上位机进行通信，实现例如远程监控等功能。可选择地，第二模块20还可以包括报警单元24，所述报警单元24被配置为当控制单元21发出控制信号Tl时也发出报警信号，例如以灯闪烁示意或者发出蜂鸣音提示用户等。
[0028]接口 30与所述第一模块10和所述第二模块20分别形成可插拔的连接，并被配置为在第一模块10与第二模块20之间传送所述测量结果信号和所述控制信号Tl。进一步地，接口 30包括用于功率传输和信号传输的引脚，如图1A所示。更具体地，接口 30所包括的用于信号传输的引脚，又包括两条物理上相互独立的路径，即第一连接路径31和第二连接路径32，也称为第一线路31和第二线路32。所述第一连接路径31被配置为向第二模块20发送电压和/或电流的测量结果信号；第二连接路径32被配置为向第一模块10发送所述控制信号Tl。具体地，例如，第一连接路径31可以被实现为工业领域中常用的CAN总线，或者MODBUS总线。在目前通常使用的一体化微型断路器中，CAN总线或者MODBUS总线中也设置有适于传送控制信号的引脚或者线路，理论上也可以接收控制信号进而实现将线路断开的功能，但是，实际应用中，CAN总线或者MODBUS总线中所传送的控制信号(例如为3.3V电压)，时常受到来自高电压信号(例如220V电压)的干扰，出现微型断路器误动作的故障。通过将用于传送测量结果信号的第一连接路径31和用于传送控制信号Tl的第二连接路径32分立设置，提高了微型断路器I的抗干扰性，使其更加稳定可靠。
[0029]通过本公开的微型断路器，使得微型断路器的强电部分和弱电部分得以分开。第一模块10为强电模块，适于测量例如电压为220V或者I1V的用电线路的电压和/或电流，并在线路出现异常情况，例如发生漏电或者电压过高或者过低时动作，根据来自第二模块20的控制信号将线路断开。而第二模块20为弱电模块，适于对电压和/或电流的测量信号进行处理和判断，在满足预定条件时向第一模块10发送控制信号从而使得第一模块10将线路断开，从而实现包括用户和用电线路的功能。
[0030]图3示例性地示出了根据本公开的一个实施例操作为三相漏电保护装置的微型断路器。在这个实施例中，微型断路器被用于三相漏电保护装置。如图所示，L1、L2、L3为三相用电线路，N为零线，也称为中性线，为本领域常见的三相四线制配置。当然，微型断路器也可以用于本领域其他常用的配置，例如单相，即一条火线和一条零线。微型断路器的第一模块10接入三相用电线路，通过测量单元11从三相用电线路采集电流信号。在这个实施例中，测量单元11为零序电流互感器，其作用为检测三相用电线路中是否出现漏电流。具体地，当三相用电线路发生例如绝缘破损的情况时，线路中出现漏电流，会对用户的人身安全造成威胁，需要微型断路器及时将线路断开，以保障用户的人身安全。当三相用电线路出现漏电流时，零序互感器中会流过零序电流，即测量单元11通过接口 30的第一连接路径31向第二模块20发出SI和S2信号，该SI和S2信号在该具体实施例中为漏电流信号。该漏电流信号SI和S2指示三相用电线路中发生漏电流故障。第二模块20的A/D转换单元23和控制单元21分别对所检测到的漏电流信号进行转换和处理，当满足预定条件时，第二模块20发出控制信号Tl，其通过接口 30的第一连接路径31向第一模块10发送。所述预定条件例如可以为当漏电流信号S1、S2超过预定阈值，或超过预定阈值一段预定时间等。第一模块10在接收到控制信号Tl时，由电磁线圈123向动作机构122发出动作指令，动作机构122将三相用电线路断开，从而保护用户的人身安全。其中微型断路器工作所需要的电源由第一模块10的电源单元13提供，具体地，电源单元13可以包括滤波器或者开关功率器件等，以便为微型断路器特别是第二模块20的工作提供稳定清洁的供电，有利于提高微型断路器的抗干扰性能。
[0031]图4示例性地示出了如图3所示根据本公开的一个实施例的微型断路器的接口。其中示意性地示出了接口 30中所包括的主要信号路径以及信号的方向。如图所示，控制信号Tl从第二模块20向第一模块10发送，漏电流信号S1、S2从第一模块10向第二模块20发送，用于生成控制信号Tl的依据。而电源信号Vcc和接地信号GND则是由第一模块10的电源模块13提供，Vcc例如为5V或3.3V，取决于第二模块20的电压需求。
[0032]图5示例性地示出了根据本公开的另一个实施例操作为电源过压欠压保护装置的微型断路器。在这个实施例中，微型断路器被用于电源过压和欠压的保护装置。通常的用电器的供电电源都要求具有一定的电压，如果电源电压过高或过低，都会为用电器带来损害。在这个实施例中，微型断路器被配置用于针对电源电压过高(称为过压)或电压过低(称为欠压)为用电器提供保护。
[0033]如图5所示，第二模块20的控制单元21根据由第一模块10的电源单元13提供的电源Vcc和接地GND，Vcc可以为5V或3.3V，取决于控制单元21的要求。第一模块10的测量单元11可以例如为电压采样电路，或者为一相或者多相电压互感器，其测量线路的电压信号，图中示出所测量的电压信号为三相电压测量结果信号LV1、LV2、LV3，该三相电压测量结果信号LV1、LV2、LV3通过接口 30向第二模块20发送，并通过第二模块20的A/D转换单元23进行数模转换，以进一步用于控制单元21的处理和判断。A/D转换单元23和控制单元21可以利用集成的数字处理芯片DSP实现，可替换地，也可以使用单独的模块化单元来实现。控制单元21根据三相电压测量结果信号LV1、LV2、LV3是否满足预定条件来发送控制信号Tl和T2，该预定条件例如可以根据三相电压测量结果信号LV1、LV2、LV3超过预定阈值，或者超过预定阈值一段预定时间来确定。当预定条件满足时，控制单元21向第一模块10的执行单元12发送控制信号T1、T2。在该实施例中，执行单元12包括继电器121，例如为磁保持继电器，这样，控制信号Τ1、Τ2可以为触发式信号。继电器121根据所接收的控制信号Τ1、Τ2向动作机构122(图5中未示出)发出触发信号使其动作从而将线路断开。
[0034]另外，第二模块20还包括通信单元22，其与控制单元21耦合并且将所述三相电压测量结果信号LV1、LV2、LV3，所述控制信号T1、T2等根据需要在不同的通信协议之间转换，以用于通过外部通信接口 50(图5中未示出)与上位机通信以实现例如远程监控等功能。
[0035]同时，第二模块20还包括报警单元24，其用于指示微型断路器的工作状态。作为示例，当继电器121老化或工作条件劣化而出现例如融焊等故障导致继电器121无法正常动作，报警单元24可以通过警报灯或者蜂鸣音的形式发出指示，通知用户对故障进行处理。由于本公开的微型断路器采用了模块化设计，因此在例如继电器121出现故障时，可以只更换第一模块10，而不需更换整个微型断路器。
[0036]图6示例性地示出了如图5所示根据本公开的另一个实施例的微型断路器的接口。其中示意性地示出了接口 30中所包括的主要信号路径以及信号的方向。如图所示，控制信号Τ1、Τ2从第二模块20向第一模块10发送，来自A、B、C三相的电压测量结果信号LVl (A)、LV2(B)、LV3(C)从第一模块10向第二模块20发送，用于生成控制信号T1、T2的依据。而电源信号Vcc和接地信号GND则是由第一模块10的电源模块13提供，Vcc例如为5V或3.3V，取决于第二模块20的电压需求。
[0037]另外，例如图4和图6中所示本公开实施例的微型断路器的接口 30，仅示例性的示出了不同的实施例中的主要信号路径，或称为接口所定义的引脚。在实际应用中，由于本公开实施例的微型断路器可以同时提供漏电流保护装置的功能，以及电源过压和欠压保护装置的功能。在这种情况下，接口 30应当包括针对电流测量结果和电压测量结果的信号路径或称为引脚。本领域技术人员根据本公开的教导可以根据具体情况做出适当的修改。
[0038]通过本公开实施例的模块化智能微型断路器，实现了强电电路和弱电电路的分开设计，便于分别设计开发，避免重复设计。可插拔的接口设计便于实现多种通信接口的模块化配置。由于强弱电路分开设计，尤其是在接口中提供了专用的控制信号路径，使得弱电电路的抗干扰能力得到增强，提高了微型断路器的可靠性。通过定义的标准总线来连接弱电模块和强电模块，便于今后实现硬件的现场升级，以及整个产品的升级，不同系列的产品可以互换强电模块和弱电模块，最大程度低降低生产成本。模块化、可插拔的设计方便了微型断路器的生产和维修。
[0039]通过以上描述和相关附图中所给出的教导，这里所给出的本公开的许多修改形式和其它实施方式将被本公开相关领域的技术人员所意识到。因此，所要理解的是，本公开的实施方式并不局限于所公开的【具体实施方式】，并且修改形式和其它实施方式意在包括在本公开的范围之内。此外，虽然以上描述和相关附图在部件和/或功能的某些示例组合形式的背景下对示例实施方式进行了描述，但是应当意识到的是，可以由备选实施方式提供部件和/或功能的不同组合形式而并不背离本公开的范围。就这点而言，例如，与以上明确描述的有所不同的部件和/或功能的其它组合形式也被预期处于本公开的范围之内。虽然这里采用了具体术语，但是它们仅以一般且描述性的含义所使用而并非意在进行限制。
【权利要求】
1.一种微型断路器(I)，其特征在于: 第一模块(10)，被配置为测量线路的电流和/或电压并发送测量结果信号，并根据控制信号(Tl)使得所述线路断开； 第二模块(20)，被配置为根据所述测量结果信号满足预定条件发送所述控制信号(Tl);以及 接口(30)，其与所述第一模块(10)和所述第二模块(20)分别形成可插拔的连接，并被配置为在所述第一模块与所述第二模块之间传送所述测量结果信号和所述控制信号(Tl)。2.根据权利要求1所述的微型断路器，其特征在于所述接口(30)包括: 第一连接路径(31)，被配置为使得所述测量结果信号能够被所述第二模块(20)接收；以及 第二连接路径(32)，被配置为使得所述控制信号(Tl)能够被所述第一模块(10)接收， 其中所述第一连接路径(31)与所述第二连接路径(32)相互独立。3.根据权利要求1或2所述的微型断路器，其特征在于所述第一模块(10)包括: 测量单元(11)，被配置为测量所述线路的电流和/或电压； 执行单元(12)，被配置为根据所述控制信号(Tl)使得所述线路断开；以及 电源单元(13)，被配置为从所述线路获取功率以用于为所述微型断路器(I)供电。4.根据权利要求1或2所述的微型断路器，其特征在于所述第二模块(20)包括: 控制单元(21)，被配置为根据所述测量结果信号满足所述预定条件发送所述控制信号(Tl);和/或 通信单元(22)，被配置为根据不同的通信协议对所述测量结果信号和/或所述控制信号(Tl)进行转换，以通过外部通信接口 50与外部进行通信。5.根据权利要求3所述的微型断路器，其特征在于所述测量单元(11)包括电流采样器件和/或电压采样器件。6.根据权利要求5所述的微型断路器，其特征在于所述电流采样器件为一相或多相零序电流互感器。7.根据权利要求5所述的微型断路器，其特征在于所述电压采样器件为一相或多相电压互感器。8.根据权利要求3所述的微型断路器，其特征在于所述执行单元(12)包括:电磁线圈(123)或继电器(121)，被配置为根据所述控制信号(Tl)发送触发信号。9.根据权利要求8所述的微型断路器，其特征在于还包括:动作机构(122)，被配置为根据所述触发信号使得所述线路断开。10.根据权利要求3所述的微型断路器，其特征在于所述电源单元(13)包括滤波器和/或开关电源。11.根据权利要求4所述的微型断路器，其特征在于所述第二模块(20)还包括: A/D转换单元(23)，被配置为将所述测量结果信号转换为数字信号；和/或 报警单元(24)，被配置为根据所述控制信号(Tl)发出报警信号。
【文档编号】H02H3-04GK204290259SQ201420713713
【发明者】杜振明, 李祎博 [申请人]施耐德电气工业公司