一种断路器和用电系统的制作方法

1.本实用新型涉及断路器技术领域，特别涉及一种断路器和用电系统。


背景技术：

2.现代用电系统中，智能断路器已是一种常用的产品。
3.断路器又称空气开关，在配电网络中电流超过额定电流就会自动断开的开关，断路器是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和保护功能于一身。在实际应用中，它除了能够完成接触，分断外，当电路或电气设备发生故障时，可以对短路，过载等进行保护。近几年，随着智能化的发展，断路器已经发展到智能化时代，可以进行电压采集，远程控制，故障预警，而电压检测必须有两个端子实现正负压差，现有技术中的1p断路器则一般只接入火线，使得电压检测难以实现。
4.鉴于此，如何让1p断路器能够接入两个端子以完成电压检测成为了一个亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种断路器和用电系统，用于解决现有技术中1p断路器中仅接入火线导致无法测量电压的技术问题。
6.第一方面，为了解决上述技术问题，本技术提供了一种断路器，包括：
7.断路器主体，包括火线输入端、开关组件和火线输出端，开关组件连接于火线输入端和火线输出端之间，开关组件用于控制火线输入端和火线输出端之间的连通或断开；
8.电压测量电路，包括第一测量端、第二测量端，第一测量端连接于火线输出端，第二测量端连接于外部电源电路提供的零线端，电压测量电路通过第一测量端和第二测量端测量火线输出端的电压；
9.通信电路，通信电路连接于电压测量电路，用于发送电压测量电路测得的电压值，外部电源电路还用于为通信电路提供直流电源。
10.一种可能的实施方式，电压测量电路，包括：
11.测量组件，测量组件的两个输入端分别与第一测量端和第二测量端连接，测量组件用于采集并计算第一测量端和第二测量端之间的电压值，并将电压值发送给通信电路。
12.一种可能的实施方式，电压测量电路，包括：
13.电压互感器，电压互感器的两个输入端分别与第一测量端和第二测量端连接，电压互感器的两个输出端分别与测量组件的两个输入端连接，电压互感器用于将第一测量端和第二测量端之间的高电压按预设比例变换为低电压，使得测量组件能够通过采集低电压对应的数值，并根据预设比例与低电压对应的数值，计算第一测量端和第二测量端之间的电压值。
14.一种可能的实施方式，断路器，还包括：
15.隔离电路，隔离电路的电源端与外部电源的输出端连接，隔离电路的信号输入端
与电压测量电路的数据输出端电连接，隔离电路的信号输出端与通信电路的数据输入端电连接，隔离电路用于隔离电压测量电路和通信电路。
16.一种可能的实施方式，通信电路，包括：
17.串行通信电路、网络通信电路、无线通信电路。
18.第二方面，本技术提供一种用电系统，包括：
19.外部电源电路，用于输出低压直流电源和零线端口；
20.多个断路器，断路器具有如第一方面中任一项的结构，多个断路器的零线端与外部电源电路的零线端电连接，多个断路器的低压直流电源端与外部电源电路的低压直流电源输出端电连接，用于控制火线的联通和断开，并采集电路电压。
21.一种可能的实施方式，外部电源电路，包括：
22.整流电路，整流电路连接于交流电输入端，用于将输入的交流电流转化为直流电流并输出。
23.一种可能的实施方式，外部电源电路，包括：
24.降压电路，降压电路连接于整流电路输出端，用于降低整流电路输出的直流电的电压。
25.一种可能的实施方式，外部电源电路包括零线转接电路，零线转接电路用于连接于交流电路输入端的零线和外部电源电路的零线输出端。
26.一种可能的额实施方式，外部电源电路包括过零检测电路，过零检测电路连接于整流电路和降压电路之间，用于检测交流电路中的电压零点。
27.本技术实施例中的技术方案具有以下有益效果：通过让断路器1使用外部电源电路2的零线与自身的火线构成其电压输出测量端提供给断路器1中的电压测量电路12，使电压测量电路12能够通过断路器1的火线输出端和外部电源的零线端完成对断路器输出的电压进行测量，并将测得的数据通过断路器1内置的通信电路13发送给用户，从而无需为断路器增设单独的零线，能够精简断路器周围的布线，减少了施工时间和成本，同时在不影响断路器体积、性能和成本的前提下使得断路器能够采集电压数据。
附图说明
28.图1是本实用新型实施例提供的一种断路器的结构示意图；
29.图2是本实用新型实施例提供的一种电压测量电路的结构示意图；
30.图3是本实用新型实施例提供的另一种电压测量电路的结构示意图；
31.图4是本实用新型实施例提供的另一种断路器的结构示意图；
32.图5是本实用新型实施例提供的一种用电系统的结构示意图；
33.图6是本实用新型实施例提供的一种外部电源电路的结构示意图；
34.图7是本实用新型实施例提供的另一种外部电源电路的结构示意图；
35.图8是本实用新型实施例提供的另一种外部电源电路的结构示意图。
具体实施方式
36.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
37.现有技术中，由于1p断路器中仅存在火线，而没有零线，因此无法满足电压测量的需求，继而也就无法实现电压测量。现有的改进方案一种是在断路器中加入一个强电接入口，通过该接入口接入零线；但这种设计需要给每个断路器单独接入零线，增加了施工难度和成本。另一种方案则是将零线接到一条导轨上，导轨和断路器的铁壳相连，从而给断路器引入零线端；但这种方案会使得原本就暴露在外的断路器铁壳接入零线，带来了安全风险。
38.为此，本实用新型提供一种断路器和用电系统，用于解决现有技术中1p断路器中仅接入火线导致无法测量电压的技术问题。
39.下面结合说明书附图介绍本技术实施例提供的技术方案。
40.请参见图1，本实用新型提供一种断路器1，该断路器1包括：
41.断路器主体11，包括火线输入端111、开关组件112和火线输出端113，开关组件112连接于火线输入端111和火线输出端113之间，开关组件112用于控制火线输入端111和火线输出端113之间的连通或断开；
42.电压测量电路12，包括第一测量端121、第二测量端122，第一测量端121连接于火线输出端113，第二测量端122连接于外部电源电路2的零线端，电压测量电路12通过第一测量端121和第二测量端122测量火线输出端113的电压；
43.通信电路13，用于发送电压测量电路12测得的电压值，外部电源电路2还用于为通信电路13提供直流电源。
44.其中，通信电路13，通信电路13连接于电压测量电路12，包括：串行通信电路、网络通信电路、无线通信电路。
45.如图1所示，火线输入端111和火线输出端113均接入到市电，市电通常为220v的高压交流电，火线输出端113之后可以连接其它用电设备如家用电器、机器等，用户可以通过开关组件112控制火线输入端111和火线输出端113之间的连通或断开，从而控制用电设备和高压交流电线路之间的连通和断开。电压测量电路12的第一测量端121连接在火线输出端113上，而第二测量端122连接于外部电源电路2提供的零线端上，从而让电压测量电路12通过断路器主体11中的火线能够与外部电源电路2提供的零线产生电位差，进而实现对断路器主体11输出的电压进行测量。通信电路13由外部电源电路2提供的直流电源供电，通过和电压测量电路12连接来获取电压测量电路12测量得到的电压值并发送给用户。
46.在实际应用中，开关组件112可以是常闭的，类似于空气开关，当断路器1连接的用电线路中出现漏电、电压严重下降等异常状态时触发开关组件112断开回路；也可以是常开的，类似于控制开关，当用户需要为断路器1连接的用电线路中的设备供电时控制开关组件112连通。
47.在本实用新型提供的实施例中，通过让断路器1使用外部电源电路2的零线与自身的火线构成其电压输出测量端提供给断路器1中的电压测量电路12，使电压测量电路12能够通过断路器1的火线输出端113和外部电源的零线端完成对断路器输出的电压进行测量，并将测得的数据通过断路器1内置的通信电路13发送给用户，从而无需为断路器增设单独的零线，能够精简断路器周围的布线，减少了施工时间和成本，同时在不影响断路器体积、性能和成本的前提下使得断路器能够采集电压数据。
48.在具体实施中，通信电路13可以包括串行通信电路、网络通信电路、无线通信电路。例如通信电路13可以通过串口连接电压测量电路12，利用串口通信电路接收电压测量
电路12发送的检测数据，然后使用网络通信电路或者无线通信电路将检测数据发送给用户。
49.请参见图2为本实用新型提供的一种电压测量电路的结构示意图，电压测量电路12包括：
50.测量组件123，测量组件123的两个输入端分别与第一测量端121和第二测量端122连接，测量组件123用于采集并计算第一测量端121和第二测量端122之间的电压值，并将电压值发送给通信电路13。
51.在具体实施中，测量组件123可以根据实际需要，选择集成电路芯片，例如cs5460a，或者选择模数转换器(analog-to-digital converter，adc)器件和单片机的组合，例如cl7107芯片配合stm32系列单片机等。
52.请参见图3为本实用新型提供的另一种电压测量电路的结构示意图，电压测量电路12，还包括：
53.电压互感器124，电压互感器124的两个输入端分别与第一测量端121和第二测量端122连接，电压互感器124的两个输出端分别与测量组件123的两个输入端连接，电压互感器124用于将第一测量端121和第二测量端122之间的高电压按预设比例变换为低电压，使得测量组件123能够通过采集低电压对应的数值，并根据预设比例与低电压对应的数值，计算第一测量端121和第二测量端122之间的电压值。
54.例如，假设断路器设置在工频交流电电路中，测量组件123为cs5460a芯片。
55.当断路器中的开关组件112闭合接通电路时，火线连通，第一测量端121和第二测量端122将火线和外部电源提供的零线之间的电压传递到电压互感器124处。电压互感器124按照预设比例1:1000，将第一测量端121和第二测量端122之间的电压转换为低电压并传递到测量组件123的两个输入端上，其中预设比例为电压互感器124的一次绕组和二次绕组之间的匝数比。测量组件123对两个输入端电压进行测量得到电压值为220mv，再根据预设比例转换，计算得到第一测量端121和第二测量端122之间的电压为220v。
56.在本实用新型提供的实施例中，断路器中的电压测量电路12通过第一测量端121和第二测量端122连接待测量的火线和零线，并通过电压互感器124将第一测量端121和第二测量端122之间较高的电压转换为低电压，再由测量组件123进行测量，从而在不超过测量组件123的量程的前提下，提高电压测量的范围，同时保证了电压测量的精度。
57.请参见图4为本实用新型提供的另一种断路器的结构示意图，断路器，还包括：
58.隔离电路14，隔离电路14的电源端与外部电源电路2的输出端连接，隔离电路14的信号输入端与电压测量电路12的数据输出端电连接，隔离电路14的信号输出端与通信电路13的数据输入端电连接，隔离电路14用于隔离电压测量电路12和通信电路13。
59.例如，该隔离电路14为一个带隔离耐压并集成dc-dc转换器的数字隔离器芯片，外部电源电路2能够给隔离电路14提供3.3v的直流电源，电压测量电路12测量获得的电压值经tx和rx引脚输入数字隔离器芯片，并从另一侧的tx_a和tx_a引脚输出到通信电路13。
60.在具体实施过程中，隔离电路14可以通过使用数字隔离器芯片，例如ca-is309x、ca-is36xx等芯片，利用这些带隔离耐压集成dc-dc转换器的数据隔离芯片，隔离电路14可以达到2kv-5kvrms的隔离电压，从而保证通信电路13不会受到强电影响，达到了安全隔离的效果。
61.在本实用新型提供的实施例中，断路器中通过设置隔离电路14，将电压测量电路12和通信电路13安全隔离开，从电压测量电路12输出的信号通过隔离电路14隔离转换后才输出到通信电路13中，从而保证了仅接入弱电的通信电路13和接入了强电的电压测量电路12之间相互隔离，并不直接相连，达到了强弱电隔离的效果。
62.基于同一实用新型构思，本技术提供了一种用电系统，请参见图5，该用电系统包括：
63.外部电源电路2，用于输出低压直流电源和零线端口；
64.多个断路器1，断路器1具有如上任一项的结构，多个断路器1的零线端与外部电源电路2的零线端电连接，多个断路器1的低压直流电源端与外部电源电路2的低压直流电源输出端电连接，用于控制火线的联通和断开，并采集电路电压。
65.请参见图6为本实用新型提供的一种外部电源电路的结构示意图，外部电源电路2，包括：
66.整流电路21，整流电路21连接于交流电输入端，用于将输入的交流电流转化为直流电流并输出；
67.例如，整流电路21在实际应用中可以是桥式整流电路、全波整流电路或者半波整流电路，能够根据实际需求，将市电220v的交流电压转化为220v的直流电。
68.请参见图7为本实用新型提供的另一种外部电源电路的结构示意图，外部电源电路2，还包括：
69.降压电路22，降压电路22连接于整流电路21输出端，用于降低整流电路输出的直流电的电压。
70.例如，降压电路22在实际应用中可以是变压器降压或者使用大功率dc-dc降压芯片，能够将整流电路21输出的220v直流电转换为12v直流电，并通过电源输出端221输出。
71.请参见图8为本实用新型提供的另一种外部电源电路的结构示意图，外部电源电路2，包括：
72.零线转接电路23，零线转接电路23用于连接于交流电路输入端的零线和外部电源电路2的零线输出端。
73.在具体实施过程中，外部电源电路2包括过零检测电路24，过零检测电路24连接于整流电路21和降压电路22之间，用于检测交流电路中的零电流状态。
74.例如，如图8中的外部电源电路，外部电源电路2中包含整流电路21、降压电路22、零线转换电路23和过零检测电路24。
75.当外部电源电路2接入工频交流电线路后，整流电路21首先通过桥式整流的方式，将工频交流电线路中的220v的交流电转换为220v的直流电，将转换后的直流电输出至降压电路22，降压电路22通过变压器降压的方式，按照预设绕组匝数将直流220v降压为12v，并通过电源输出端221输出至断路器1处。同时，外部电源电路2还通过零线转接电路23，将零线和电源输出端221一起输出给断路器1。
76.过零检测电路24中包含有开关电源芯片，通过开关电源芯片和零电流检测(zero current detection，zcd)信号来控制外部电源电路的输出，保证外部电源电路能够稳定输出12v直流电压。
77.在本实用新型提供的实施例中，用电系统中的外部电源电路2将工频交流电转换
为低压直流电，并作为低压直流电源给断路器1供电，同时使用零线转接电路23转接零线，提供给断路器1，从而让断路器1获取低压直流电和零线，进而让断路器1能够完成测量电压的功能。并且，该用电系统还能够精简布线，一套用电系统中仅需要一根接入外部电源电路2的零线，避免了占用断路器1的空间，在减少施工时间和成本的同时保证了断路器1的性能。
78.为了便于理解，在此提供一个完整的实施例来描述上述用电系统的工作状态。
79.例如，用电系统的结构如图5所示，用电系统中包括两个部分，分别是外部电源电路2和断路器1，其中外部电源电路2的结构如图8所示，断路器1的结构如图4所示。
80.外部电源电路2通过整流电路21、降压电路22和过零检测电路24将220v工频交流电转换为断路器所需的12v直流电源并输出；又通过零线转接电路23将220v工频交流电线路中的零线转接输出。
81.断路器1中包括断路器主体11、电压测量电路12、通信电路13和隔离电路14。断路器主体11设置在220v工频交流电线路的火线上，通过开关组件112完成对火线连通和断开的控制。电压测量电路12的第一测量端121连接在断路器主体11的火线输出端113处，第二测量端122连接于外部电源电路2输出的零线上，电压互感器124将第一测量端121和第二测量端122之间的电压按照预设比例转换为低电压并输出给测量组件123，测量组件123测量低电压进而计算获得第一测量端121和第二测量端122之间的电压值。电压测量电路12测量获取了电压值后，再发送给隔离电路14，隔离电路14将电压测量电路12获取的电压值隔离转换后输出到通信电路13中。通信电路13接收到电压值后，将电压值转发给用户。
82.在本实用新型提供的实施例中，用电系统通过一个外部电源电路2，将工频交流电转换为低压直流电输出，并将工频交流电线路中的零线转接输出；断路器1通过接入外部电源电路2提供的低压直流电和零线，完成电压测量和通信功能，将电压值发送给用户，从而保证在不影响断路器1的体积、性能和成本的前提下，降低了方案整体所需要布设的线路，并减少了施工时间和成本。
83.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
84.本技术是参照根据本技术的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
85.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
86.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
87.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。