一种费控断路器的操作机构及其控制电路的制作方法

本发明涉及低压电器自动控制领域，尤其是一种高分断费控断路器L7的分、合闸操作机构及其控制电路。

背景技术：

为了实现国家低压供电网络的智能化，2015年，中国电网公司公布了《电能表外置断路器技术规范》，QGDW 1621-2015。并对该电能表外置断路器的能耗、可靠性、机械寿命以及抗干扰等都做了严格的要求。目前，国内许多厂家展示的该类产品虽有很多特点，例如，公知专利号为201510198932.6的《一种用于微型断路器的电动操作机构》和专利号为201520216159.7的《一种断路器的电动操作机构的功耗控制电路》等，皆有诸多优点，但仍然存在结构复杂和控制电路复杂、生产成本较高的缺陷。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种结构简单、性能可靠、生产成本低的断路器操作机构及其控制电路。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种高分断费控断路器L7的操作机构，包括驱动电机、操作手柄及执行机构模块，执行机构模块分别用于操控断路器的操作手柄和脱扣针，其特征在于：所述执行机构模块包括与驱动电机上的输出齿轮啮合的主动齿轮，该主动齿轮设有同轴的伞形齿轮和直齿齿轮，主动齿轮通过伞形齿轮与输出齿轮啮合，主动齿轮通过直齿齿轮啮合从动拨轮，该从动拨轮通过定位轴与操作手柄联动连接；还包括与驱动电机连接的合闸到位检测开关，所述主动齿轮设有直齿齿轮的端面安装有与主动齿轮联动的拨动圈，拨动圈上设有凸出的拨动凸台，该拨动凸台在驱动电机单向转动一周的行程中与合闸到位检测开关形成单次接触式配合关系并能通过铰接于断路器壳体上的脱扣杠杆推动脱扣针；所述脱扣杠杆一端为与拨动凸台对应的碰撞端，另一端为钩住脱扣针的操作端，所述脱扣杠杆中部与断路器壳体铰接，拨动凸台在驱动电机单向转动一周的行程中与所述碰撞端形成单次接触式配合关系。

本实用新型还进一步设置为，所述主动齿轮设有伞形齿轮的端面设有连接轴，所述直齿齿轮套接于所述连接轴上，所述拨动圈设于连接轴的端部，拨动圈上设有伸入连接轴中的定位柱，所述连接轴上设有与定位柱适配的定位孔。

本实用新型还进一步设置为，所述从动拨轮包括拨动轮，该拨动轮上延伸有与所述直齿齿轮啮合的从动扇形齿，该直齿齿轮为与伞形齿轮同轴的主动扇形齿，所述主动扇形齿的齿轮弧度、从动扇形齿的齿轮弧度均与合闸断路器合闸角度相同。

本实用新型还进一步设置为，所述拨动轮上开设有限位轴孔，所述定位轴穿过限位轴孔与操作手柄形成周向定位配合。

本实用新型还进一步设置为，所述操作端设计成弯钩状，用于钩住脱扣针。

本实用新型还进一步设置为，所述碰撞端设计成圆形；所述拨动圈为圆盘形，其外周壁上设置用于进行拨动操作的拨动凸台，所述拨动凸台设计成半圆形。

一种高分断费控断路器L7操作机构的控制电路，其特征在于：包括驱动电路和信号控制电路；

所述驱动电路为交流电源的火线A经过电容C限流受控于光耦OC,再经过全桥U1到零线N；全桥的直流端与稳压二极管DW1、滤波电容C2并联给直流电机供电，同时全桥U1的正极端经过二极管D2、限流电阻1给光耦OC控制极续流。交流电源A端经过电容C1与压敏电阻DV与零线N极并联；

所述信号控制电路包括费控信号电路和跳合闸信号电路；

所述费控信号电路为与费控电能表连接的信号线X经过电感H1和电容C4滤波，再经全桥U2整流，其电流正极分两路，一路经二极管D3、可调电阻R2、稳压二极管DW2、二极管D1、光耦OC的发光控制极、再分别二极管D4和D5到三极管G1和G3的集电极。三极管G1、G3的发射极接负极。另一路经限流电阻R3、R4分别到三极管G1、G2的基极；

所述跳合闸信号电路为与断路器连接的反馈信号F经电阻R7限流、再经电感H2和电容C5滤波供给全桥U3整流，全桥U3的正极经电阻R6、电阻R5到三极管G2的集电极和三极管G3的基极，稳压管DW3的负极端接电阻R5和电阻R6，正极端接电源负极；

桥U1、U2、U3的另一交流进线端分别接交流电源零线N，限位开关K并接在三极管G1和电源负极之间。

本实用新型的有益效果：本实用新型所提供的高分断费控断路器L7的分、合闸操作机构及其控制电路，其结构更简单、紧凑，设计合理，工作更稳定、可靠；本实用新型提供的控制电路结构简单、抗磁干扰性好、成本较低。

附图说明

图1为本实用新型合闸到位的结构示意图；

图2为本实用新型跳闸到位的结构示意图；

图3为本实用新型的剖视图；

图4为本实用新型执行机构模块的结构示意图；

图5为本实用新型脱扣杠杆的结构示意图；

图6为本实用新型高分断费控断路器L7操作机构的控制电路图；

图7为本实用新型高分断费控断路器L7操作机构的电气原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

以下参考图1至图7对本实用新型进行说明。

本实用新型实施例以高分断费控断路器L7进行说明。

高分断费控断路器L7的操作机构，包括驱动电机1、操作手柄及执行机构模块，执行机构模块分别用于操控断路器的操作手柄和脱扣针2，电机1用于驱动执行机构模块，执行机构模块再来操控操作手柄和脱扣针2，实现控制断路器的通断。

执行机构模块包括与驱动电机1上的输出齿轮3啮合的主动齿轮，该主动齿轮设有同轴的伞形齿轮4和直齿齿轮5，主动齿轮通过伞形齿轮4与输出齿轮3啮合，主动齿轮通过直齿齿轮5啮合从动拨轮6，该从动拨轮6通过定位轴7与操作手柄联动连接，操作手柄为断路器的合开闸操作机构，通过驱动从动拨轮6转动来操作操作手柄；还包括与驱动电机1连接的合闸到位检测开关8，所述主动齿轮设有直齿齿轮5的端面安装有与主动齿轮联动的拨动圈9，拨动圈9上设有凸出的拨动凸台10，该拨动凸台10在驱动电机1单向转动一周的行程中与合闸到位检测开关8形成单次接触式配合关系并能通过铰接于断路器壳体上的脱扣杠杆11推动脱扣针2。

上述结构中，该驱动电机1在正转的过程中就可以实现合闸和跳闸动作，驱动电机1通过锥形输出齿轮3与伞形齿轮4啮合，同时直齿齿轮5将动力传递到从动拨轮6上，从动拨轮6驱动操作手柄操作断路器；拨动圈9随着主动齿轮同步转动，直齿齿轮5和从动拨轮6上的齿轮啮合行程与拨动圈9与合闸到位检测开关8之间的行程适配，当从动拨轮6受力推动操作手柄合闸到位时，拨动圈9与合闸到位检测开关8发生触碰，合闸到位检测开关8发出合闸电信号，并输出信号至驱动电机1使其停止转动，直齿齿轮5和从动拨轮6上的从动扇形齿脱开啮合状态，实现动力脱离，断路器保持正常合闸状态，并可在短路或过载时自由跳闸；当收到欠费信号，驱动电机1继续正转，拨动圈9旋转到一定角度后，拨动圈9推动脱扣杠杆11，从而触动断路器的脱扣针2移动，使断路器跳闸，断路器发出跳闸信号，并输出跳闸信号至驱动电机1使其停止转动，并且驱动电机1停止转动后，导致拨动圈9推动脱扣杠杆11停在使得脱扣针2脱离的位置，保持脱扣状态无法回到原位，断路器触头保持分离状态。当费控电能表收到缴费信息时，发出信号控制驱动电机1继续正转，进行合闸操作，如上述循环。

脱扣杠杆11一端为与拨动凸台10对应的碰撞端111，另一端为钩住脱扣针2的操作端112，所述脱扣杠杆11中部与断路器壳体铰接，拨动凸台10在驱动电机单向转动一周的行程中与所述碰撞端111形成单次接触式配合关系。拨动凸台10在转动过程中，与碰撞端111发生碰撞，使脱扣杠杆11绕其铰接轴发生转动，此时，操作端112钩住脱扣针2一起转动，实现分闸操作。

所述操作端112设计成弯钩状，用于钩住脱扣针2，其连接更稳定，操控更灵敏。所述碰撞端111设计成圆形，所述拨动圈9为圆盘形，其外周壁上设置用于进行拨动操作的拨动凸台10，所述拨动凸台10设计成半圆形。上述设计使得碰撞端111与拨动凸台10碰撞接触为点接触，阻力和摩擦力会更小，操控更容易。

主动齿轮设有伞形齿轮4的端面设有连接轴12，所述直齿齿轮5套接于所述连接轴12上并固定连接，所述拨动圈9设于连接轴12的端部，拨动圈9上设有伸入连接轴12中的定位柱13，所述连接轴12上设有与定位柱13适配的定位孔。

上述结构中，直齿齿轮5和拨动圈9均位于伞形齿轮4的同一侧，其结构更简洁，布置更合理，拨动圈9和连接轴12通过定位柱13定位连接。

从动拨轮6包括拨动轮61，该拨动轮61上延伸有与所述直齿齿轮5啮合的从动扇形齿62，该直齿齿轮5为与伞形齿轮4同轴的主动扇形齿，所述主动扇形齿的齿轮弧度、从动扇形齿62的齿轮弧度均与合闸断路器合闸角度相同。合闸动作过程中他们是啮合状态，完成合闸动作后他们是错开的非啮合状态，从而实现真正的动力脱离，断路器保持正常合闸状态，并可在短路或过载时自由跳闸，两扇形齿轮处于非啮合状态致使跳闸也不会带动电机反转。

拨动轮61上开设有限位轴孔63，所述定位轴7穿过限位轴孔63与操作手柄形成周向定位配合，拨动轮61与操作手柄之间通过定位轴7连接形成联动配合关系，驱动电机1将动力通过主动齿轮和拨动轮61传递到操作手柄，从而实现电动合闸功能，拨动轮61上限位轴孔63呈三角形结构设置，所述定位轴7为与限位轴孔形状一致的三角轴结构，该拨动轮61上延伸有拨动轮连接轴64，该拨动轮连接轴64设有三角形限位轴孔63，钢质三角轴与断路器的操作手柄以及与拨动轮连接轴64贯穿联动配合实现电动合闸、跳闸功能。

一种高分断费控断路器操作机构的控制电路，包括驱动电路和信号控制电路；

所述驱动电路为交流电源的火线A经过电容C限流受控于光耦OC,再经过全桥U1到零线N；全桥的直流端与稳压二极管DW1、滤波电容C2并联给直流电机供电，同时全桥U1的正极端经过二极管D2、限流电阻1给光耦OC控制极续流。交流电源A端经过电容C1与压敏电阻DV与零线N极并联；

所述信号控制电路包括费控信号电路和跳合闸信号电路；

所述费控信号电路为与费控电能表连接的信号线X经过电感H1和电容C4滤波，再经全桥U2整流，其电流正极分两路，一路经二极管D3、可调电阻R2、稳压二极管DW2、二极管D1、光耦OC的发光控制极、再分别二极管D4和D5到三极管G1和G3的集电极。三极管G1、G3的发射极接负极。另一路经限流电阻R3、R4分别到三极管G1、G2的基极；

所述跳合闸信号电路为与断路器连接的反馈信号F经电阻R7限流、再经电感H2和电容C5滤波供给全桥U3整流，全桥U3的正极经电阻R6、电阻R5到三极管G2的集电极和三极管G3的基极，稳压管DW3的负极端接电阻R5和电阻R6，正极端接电源负极；

桥U1、U2、U3的另一交流进线端分别接交流电源零线N，限位开关K并接在三极管G1和电源负极之间。

电路控制原理图说明：

信号X：由电能表提供(交流电火线220V串联100K电阻)高电平(有220V电压)表示有费，低电平(无220V电压)表示欠费。

反馈信号F:接断路器输出端(串联电阻100K)，高电平表示断路器合闸，低电平表示跳闸。

断路器合闸：当电能表有费即信号线X有220V交流电压时，该电流X经全桥U2整流，其正极电流经二极管D3，再经可调电阻和电容R3延时，再经过稳压二极管限压，再经二极管D1、光耦可控硅OC、二极管D4、三极管G1导通，回到全桥U1的负极。此时，三极管G2导通而三极管G3截止。同时，交流电源A、N经电容C1限流、全桥U1整流，DW1和C2稳压滤波，提供小电机M转动合闸。当合闸到位时，小开关K闭合，而使三极管G1截止、光耦可控硅OC关断、而小电机停转。此时，伞形主动轮和扇形从动轮脱离，断路器可以手动操作。

断路器跳闸：当电能表无费即信号线X没电时，三极管G1截至、三极管G2截止，三极管G3导通(此时在合闸状态，反馈信号F有电，提供三极管G3的基极电流)，同时，电容C3放电，而使光耦可控硅OC导通，(电容C2经D2和R1再给光耦可控硅续流，)电源A、N经电容C1限流，经稳压管DW1和电容C2稳压滤波，一路电提供小电机继续转动，另一路电经二极管D2和电阻R1给光耦可控硅OC续流。该电流再通过二极管D5、三极管G3，回到全桥U1。当电机转动时，同步转动的拨动块触动断路器的脱扣针，断路器跳闸，而断路器的输出端无电流，即反馈信号F无电，即三极管G3没基极电流而截至，同时，光耦可控硅OC截至，小电机停转。此时，拨动杆顶着脱扣针，即达到欠费不能合闸的目的。

如果，电能表有费再重复上述循环。

目前，费控断路器重合闸产品的控制电路均采用开关电源、单片机、永磁体、霍尔元件控制，因此，控制电路复杂，抗磁干扰性差，成本较高。本实用新型提供的电路不存在上述缺陷。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，上述假设的这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。