一种脱扣器线圈监视电路及监视方法与流程

本发明涉及脱扣器技术领域，特别是一种脱扣器线圈监视电路及监视方法。

背景技术：

电力断路器的分励/合闸脱扣器工时是瞬时工作的，只有在得电的瞬间才会工作，其他时间都处于不得电的非工作状态。而电力断路器对可靠性要求非常高，如果脱扣器不能正常合闸或者分闸，会导致重大的经济损失，甚至导致其他更加严重的后果。因此在控制柜设计时要求断路器产品本身自带监视功能。

现有的脱扣器产品一般都是只有两个电源输入端口，没有其他端口，要实现线圈监视只能通过外部继保设备通过监视脱扣器的工作电流来判断。而外部的继保设备无法获取脱扣器的当前状态；于此同时，市场上继保设备的特性和工作原理的差异非常大，这种被动的监视功能往往无法实现产品的通用化，需要特定的继保设备才可以实现，因此面对市面上多种多样的继保设备时就需要做非常多的实验去验证产品的适用性，由此导致对脱扣器的状态监控存在了较大的局限性；而且对于一些由特殊原因导致脱扣器失效的判断无法实现。

技术实现要素：

本发明为一种脱扣器线圈监视电路及监视方法，其主要采用三线电源设计技术，光电隔离输出技术以及软件算法实现线圈监视功能。实现了对任意监视继电器的适配，解决现有技术下需大量验证产品与监视继电器适配时所需要的工作。通过对脱扣器内部状态进行监控，对特殊原因造成的损坏进行识别，避免了因此导致的严重事故。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种脱扣器线圈监视电路，包括电源输入采集模块、脱扣器监视模块以及监视信号输出模块，所述电源输入采集模块对电源进行甄别并将其结果以电信号的形式发送至脱扣器监视模块，作为判断脱扣器状态的输入之一参与脱扣器状态的判断，脱扣器监视模块判断的结果通过监视信号输出模块输出。

进一步的，所述电源输入采集模块包括电阻r1、电阻r2、光耦oc1、二极管t1、二极管t2、二极管t3、二极管t4、二极管t5、二极管t6、以及电容c1；所述电容c1正极接入vcc，负极接地；所述二极管t1与所述二极管t2串联后与所述电容c1并联；所述二极管t3与所述二极管t4串联后与所述电容c1并联；所述二极管t5与所述二极管t6串联后与所述电容c1并联；

所述二极管t5与所述二极管t6之间接的节点入外接电源辅电；所述二极管t1与所述二极管t2之间的节点接入外接电源主电；另一路与所述电阻r1一端接入外接电源主电，另一端接入所述光耦oc1的input正极脚；所述光耦oc1的output正极脚输出分为两路，一路与所述电阻r2串联后接入3.3v电源，另一路与所述脱扣器监视模块连接；所述光耦oc1output负极脚接地；电源公共端分为两路，一路接入所述二极管t3与所述二极管t4之间，另一路与所述input负极脚连接。

进一步的，所述脱扣器监视模块包括电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、线圈l1、二极管t7、控制器mcu以及nmos管q1；所述电阻r2、所述电阻r3以及所述电阻r4从电源vcc开始依次串联后接地；所述电阻r5、所述电阻r6以及所述电阻r7从电源正极开始依次串联后接地；所述控制器mcu的ad1脚接入所述电阻r3和所述电阻r4之间；所述控制器mcu的ad2脚接入所述电阻r7和所述电阻r6之间；所述二极管正极与电源vcc连接，负极与所述nmos管q1的漏极连接，所述nmos管q1的源极与所述电阻r9串联后接地；所述线圈l1与所述二极管t7并联；所述nmos管q1的栅极与所述电阻r8串联后于所述控制器mcu的pwm脚连接；所述控制器mcu的ad3脚接入所述电阻r9与所述nmos管q1的源极之间。

进一步的，所述监视信号输出模块包括电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、光电型固态继电器ssr、三极管q2、以及电源d；所述光电型固态继电器ssr的input正极与所述电阻r10串联后接入3.3v电源；所述光电型固态继电器ssr的input负极与所述三极管q2集电极连接；所述三极管q2的发射极接地；所述三极管基极与所述电阻r11串联后接入所述控制器mcu的p0脚；所述电阻r12一端与所述三极管q2的基极连接，另一端接地；所述光电型固态继电器ssr的output正极输出分为两路，一路与所述电阻r13串联后接入所述电源d正极，另一路为信号输出；所述光电型固态继电器ssr的output负极与所述电源d负极连接。

一种脱扣器线圈监视方法，所述电源输入采集模块对电源进行甄别并将其结果以电信号的形式发送至脱扣器监视模块，作为判断脱扣器状态的输入之一参与脱扣器状态的判断，脱扣器监视模块判断的结果通过监视信号输出模块输出，上述过程中对于脱扣器状态的判断以及对于监视信号的输出均通过控制器mcu进行控制，该控制方法包括：

1)、系统初始化后，接收电源采集模块采集到的电信号，判别主电源是否接入，若为判断为非主电源接入，则进入脱扣器线圈监视流程；若判断为主电源接入，则输出线圈处于激励状态。

2)、当进入脱扣器线圈监视流程后，控制器mcu通过pwm脚为nmos管q1提供信号在50～400hz之间，占空比为1％duty的信号，此时，就可以在电阻r9采集到vpp在200mv之间的三角波；

3)、开启定时计数功能，且判断定时计数是否小于3秒；当判定小于3秒，则开启定时计数累计；若相反，则输出线圈异常信号；

4)、判断所述控制模块mcu采集到adc电平是否满足预先设定好的阈值，若满足，则进行线圈在位技数累计，若不满足，则输出线圈异常信号；

5)、判断线圈在位计数是否大于30，若是，则线圈在位，计数清零，同时定时计数清零，输出线圈正常信号；若否，则输出线圈异常信号。

进一步的，其中对于adc电平每5ms采集一次数据，在3s内采集次数大于30次。

由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：

一、本发明主要采用三线电源设计方案、光电隔离技术以及控制器mcu软件上的算法来实现线圈监视功能，本发明主要的模式切换功能均是数字量信号输入/输出，省去软件上对模拟量的计算，使设计上更加简明。

二、本发明采用光电隔离技术作为线圈监视状态的输出，可实现对外部监视继电器的任意选型，本发明只提供光电型固态继电器ssr的输出，对于光电型固态继电器ssr数字量输出能够实现通用化，外部可根据实际应用的监视继电器的型号来更改相应的参数，从而实现时对任意监视继电器的适配，解决现有技术下需大量验证产品与监视继电器适配时所需要的工作。

三、本发明的监视功能主要根据线圈的特性，通过降低线圈的控制频率和占空比，再经过采样电阻进行采样识别，通过统计的方式，由脱扣器内部的mcu自动判断线圈是否正常，再利用光电隔离将信号传输至产品外的控制机构。该方法即可避免线圈的误动作，又能实现线圈的监视功能。

四、对特殊原因造成的脱扣器损坏，则脱扣器内部无法正常工作，在监视端口的光电隔离则会停止工作，对外呈现高电平信号，与线圈断线的判别信号一致，实现对脱扣器损坏的识别，即外部通过判断脱扣器的光电隔离输出来识别脱扣器的当前状态，减少了实际应用中错误操作的发生，避免了因此导致的严重事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明电源输入采集模块的电路图的示意图；

图2为本发明脱扣器监视模块的电路图的示意图；

图3为本发明监视信号输出模块的电路图的示意图；

图4为本发明监视方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种脱扣器线圈监视电路，包括电源输入采集模块、脱扣器监视模块以及监视信号输出模块，所述电源输入采集模块对电源进行甄别并将其结果以电信号的形式发送至脱扣器监视模块，作为判断脱扣器状态的输入之一参与脱扣器状态的判断，脱扣器监视模块判断的结果通过监视信号输出模块输出。

参照图1，所述电源输入采集模块包括电阻r1、电阻r2、光耦oc1、二极管t1、二极管t2、二极管t3、二极管t4、二极管t5、二极管t6、以及电容c1；所述电容c1正极接入vcc，负极接地；所述二极管t1与所述二极管t2串联后与所述电容c1并联；所述二极管t3与所述二极管t4串联后与所述电容c1并联；所述二极管t5与所述二极管t6串联后与所述电容c1并联；

所述二极管t5与所述二极管t6之间接的节点入外接电源辅电；所述二极管t1与所述二极管t2之间的节点接入外接电源主电；另一路与所述电阻r1一端接入外接电源主电，另一端接入所述光耦oc1的input正极脚；所述光耦oc1的output正极脚输出分为两路，一路与所述电阻r2串联后接入3.3v电源，另一路与所述脱扣器监视模块连接；所述光耦oc1output负极脚接地；电源公共端分为两路，一路接入所述二极管t3与所述二极管t4之间，另一路与所述input负极脚连接。

以下将对电源输入采集模块进行详细的说明：其包括：

电源设计：本发明采用的是三线电源的整流方案，共分为电源公共端(ac_n/dc-)、主电源(ac_l/dc+)以及辅助电源(ac_l/dc+)。外部通过分别控制主电源端和辅助电源端口来控制产品供电源的控制。如图1所示：通过控制开关k1和开关k2实现主电与辅电的切换，控制器mcu内部软件对其优先级定义为主电>辅电；当主电源被接入时，控制器mcu内部软件控制线圈完成激励动作；当辅助电源接入时，控制器mcu内软件控制线圈完成线圈监视功能；当主电源与辅助电源同时存在时，则以优先级较高的电源作为主要的动作状态。

电源切换设计：如图1所示，在主电源的线上接入一个光耦oc1对主电源的信号进行采集，主电源被接入时，光耦oc1被激活导通，并通过ad5脚对控制器mcu提供一个低电平信号，实现电源状态的信号采和集识别；光耦优选采用双向输入低功耗的类型，可以实现交流/直流的立即采集。当主电源开关k1断开，辅助电源开关k2接入时，则光耦oc1断开导通，通过ad5脚对控制器mcu提供一个高电平信号；由此即可实现三线式主辅助电源的切换识别，进而实现脱扣器内部状态的监控。电路上的电阻r1和电阻r2为限流电阻，可根据实际光耦型号进行实际的调整，本发明设计时主要涉及低功耗的，因此在电阻r1上的选择会根据型号来进行调整，如220v供电电压的产品则电阻r1阻值会在1m左右，让其输入电流尽量的趋于最小，输出电阻r2则调整为100k左右，让光耦oc1能够工作在正常的电流传输比范围内，可以将整机的电流降到最低。

参照图2，所述脱扣器监视模块包括电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、线圈l1、二极管t7、控制器mcu以及nmos管q1，其中mcu的型号为stm32l011f4；所述电阻r2、所述电阻r3以及所述电阻r4从电源vcc开始依次串联后接地；所述电阻r5、所述电阻r6以及所述电阻r7从电源正极开始依次串联后接地；所述控制器mcu的ad1脚接入所述电阻r3和所述电阻r4之间；所述控制器mcu的ad2脚接入所述电阻r7和所述电阻r6之间；所述二极管正极与电源vcc连接，负极与所述nmos管q1的漏极连接，所述nmos管q1的源极与所述电阻r9串联后接地；所述线圈l1与所述二极管t7并联；所述nmos管q1的栅极与所述电阻r8串联后于所述控制器mcu的pwm脚连接；所述控制器mcu的ad3脚接入所述电阻r9与所述nmos管q1的源极之间。

脱扣器监视功能实现：当外部供电源为辅助电源时，控制器mcu内软件识别为监视功能，控制器mcu内软件系统进入线圈l1监视模式，在该模式下，若依常规的几khz频率来控制线圈l1，对采样电阻r9基本是没有电压可以采集到的，因为频率太快了，因此，为了实现线圈l1的监视，控制器mcu内软件上将控制mos管q1的pwm信号的频率降低值50～400hz之间，并且提供10％的占空比值，就可以在电阻r9采集到vpp在200mv之间的三角波(出现该波形主要原因是由线圈本身的特性造成的)。软件上则采用adc对该信号进行采集，并取多次测量进行判断，避免出现误判等现象。

控制器mcu内软件上通过统计的方式，计算电阻r9采样信号的三角波个数来判别，当在一定时间内三角波的个数大于一定阈值，则识别线圈l1正常存在，反之则识别线圈l1已经断线。由此实现线圈l1的监视功能。

参照图3，所述监视信号输出模块包括电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、光电型固态继电器ssr、三极管q2、以及电源d；所述光电型固态继电器ssr的input正极与所述电阻r10串联后接入3.3v电源；所述光电型固态继电器ssr的input负极与所述三极管q2集电极连接；所述三极管q2的发射极接地；所述三极管基极与所述电阻r11串联后接入所述控制器mcu的p0脚；所述电阻r12一端与所述三极管q2的基极连接，另一端接地；所述光电型固态继电器ssr的output正极输出分为两路，一路与所述电阻r13串联后接入所述电源d正极，另一路为信号输出；所述光电型固态继电器ssr的output负极与所述电源d负极连接。

监视信号输出模块设计：信号输出则采用电气隔离元件，避免外部的控制信号对产品本身造成影响，并确保用电安全。电气隔离元件优选采用光电型继电器(ssr)，驱动电流小，元件体积小，输出端允许接交流或直流信号；如果采用普通光耦，输出端则只能接直流信号；如果采用普通继电器，体积较大，而且驱动电流较大，整机功耗较大。如图3所示，为单路光电隔离输出的原理图，本发明包括两个图3所示电路，一路关联激励信号的输出，一路关联监视信号的输出。

在线圈监视模式下，当线圈l1断线时，主控mcu则控制po脚输出低电平，停止光电隔离输出，外部测量信号则为高电平，示意为线圈l1断线；当线圈l1正常时，mcu的po脚输出高电平，启动光电隔离输出，外部测量信号则为低电平。

当外部电源切换为主电源时，实现线圈l1的激励，在线圈l1激励模式下，将线圈l1激励的光电继电器控制信号置为高电平，外部检测到低电平信号，则说明当前脱扣器的工作状态为激励状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。