专利名称：船用智能断路器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电路安全设备，尤其是涉及一种船用智能断路器。
背景技术：
造船业的发展对船用电器产品在性能的可靠性，功能的全面性等方面，都提出了更高的要求。传统的船用塑壳断路器采用热动式脱扣控制方式，利用负荷电流的热效应使双金属片受热弯曲产生变形控制脱扣。由于双金属片的形状结构和热变形精度难以保证，因而断路器脱扣延时时间难以精确控制，断路器断流精度不高。该热磁脱扣结构在断路器接近满负荷工作时，受到冲击或颠簸影响，提前脱扣，造成误动作。同时，它还有功能不完善的缺点，例如缺相故障无法判断、引起断路器故障的原因用户无法知道、维修不便等缺陷在舰上使用热磁式塑壳断路器，电力系统在遭受单个打击后，局部电路短路，由于热磁式塑壳断路器无选择性保护，无短路短延时保护，可能使上级开关跳闸，造成大面积停电，严重影响战斗力。热磁式塑壳断路器无通信功能，中央控制室不能实时了解电力系统中各个断路器的实际运行情况，不能遥测、遥控。中华人民共和国国家知识产权局于2003年10月22日公开了授权公告号为CN2582155Y的专利文献，名称是塑料外壳式断路器，其操作机构包括手柄、杠杆及连杆，脱扣装置包括牵引杆、热元件、双金属元件、磁系统、锁扣及跳扣。合闸时，通过操作机构使动、静触头压合，电流接通。过载短路保护时，通过磁系统及脱扣装置，使动、静触头瞬间分离，分断电流。此方案不具备延时脱扣的功能，可能造成大面积停电，并且难以使中央控制室实时了解电力系统中各个断路器的实际运行情况。
发明内容本实用新型主要是解决现有技术所存在的不具备延时脱扣能力、不具备通信能力的技术问题，提供一种可以延时脱扣避免出现大面积停电、能够实时发送断路器状况到中央控制室的船用智能断路器。本实用新型针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:一种船用智能断路器，包括依次连接的检测模块、控制模块和断路模块，所述检测模块和所述断路模块安装在被控线路上，所述控制模块包括微处理器以及分别与微处理器连接的驱动电路、信号调理电路、键盘及设定电路、显示电路和通信接口电路，驱动电路还与断路模块连接，信号调理电路还与检测模块连接，所述控制模块还包括电源电路，所述电源电路与被控线路、驱动电路、微处理器和通信接口电路连接。检测模块检测被控线路上的电流大小并发送给微处理器。微处理器作为智能控制器控制整个断路器的工作。微处理器通过驱动模块对断路模块进行控制，在发生电流超过限额的情况以后，延时断开，如果在断开前电流回到安全范围则不进行断路操作。不同级的断路器设置成不同的保护曲线，具有选择性保护特性，使电力系统在发生局部短路时，切断故障电路，而不影响其他电路的正常供电。微处理器通过通信接口电路连接上游中央控制室的监控服务器，可以将断路器的状况、电流状况等信息实时发送给监控服务器，使中央控制室的人了解电路状况。集中式的监控可以减少人手，降低成本。通过通信接口电路还可以接收来自监控服务器的控制信号，对断路器进行闭合、断开等操作，实现远程控制。键盘及设定电路用于设定电流的安全范围以及延时时间。显示电路用于显示电流状况以及断路器的参数。作为优选，所述检测模块为三相电流互感器，所述三相电流互感器与信号调理电路的输入端连接。作为优选，所述断路模块为脱扣器，所述驱动电路为脱扣驱动电路，所述脱扣器的控制端与脱扣驱动电路连接。脱扣器采用电子式，可克服在断路器接近满负荷工作时，因受到冲击或颠簸影响提前脱扣，造成误动作的问题。作为优选，所述通信接口电路包括RS485接口。作为优选，所述信号调理电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、第一运放U1A、第二运放U1B、第三运放UlC和二极管D，电阻Rl —端连接三相电流互感器，另一端连接第一运放UlA的同相端；电容Cl 一端连接第一运放UlA的同相端，另一端接地；第一运放UlA的同相端还通过电阻R2和电容C2的串联电路接地；第一运放UlA的反相端直接连接自身输出端；第一运放UlA的输出端通过电阻R3连接第二运放UlB的反相端；第二运放UlB的同相端通过电阻R4接地；电阻R5跨接在第二运放UlB的反相端和输出端之间；电容C3的一端连接第二运放的输出端，另一端分别连接电阻R6和电阻R7 ；电阻R7的另一端接地；电阻R6的另一端连接第三运放UlC的同相端；第三运放UlC的同相端还通过电容C4接地；二极管D的正极连接第三运放UlC 的同相端，负极连接+2.5V电源；第三运放UlC的反相端直接连接自身的输出端；电阻R8 —端连接第三运放UlC的输出端，另一端作为信号输出端连接微处理器；电阻R9 —端连接信号输出端,另一端连接+2.5V电源；电容C5 —端连接信号输出端，另一端接地。信号调理电路主要完成信号的滤波、放大和提升。其中，电阻R1、电容Cl为电流互感器后积分电阻和电容。将电阻Rl的输出电压经第一运放U1A、第二运放UlB构成的放大电路进行放大，产生2.5V左右的交流电压。电容C3、电阻R7、电容C4、电阻R6实现了低通、高通滤波。第三运放UlC放大器为前面产生的交流电压提供一个基准的直流电压，交流电压与直流电压叠加，使电压得到提升。最终，信号输出端输出经调理后的单极性电压，将此电压直接输入微处理器的A/D单元。本实用新型带来的有益效果是，断路器中引入智能控制器，不仅可以更精确、灵活地实现短路瞬时脱扣、短路短延时脱扣、过载长延时脱扣等功能，而且还可以实现接地保护脱扣。智能控制器提供了跟用户更友好的人机界面，可以实现各种故障报警、断路器在线检测功能。智能控制器提供了通信接口，支持现场总线，能够实现遥测、遥信和遥控功能。
图1是本实用新型的一种结构框图；图2是本实用新型的信号调理电路的一种电路原理图；[0017]图中:1、脱扣器，2、控制模块，3、信号调理电路，4、键盘及设定电路，5、显示电路，
6、微处理器，7、通信接口电路，8、电源电路，9、脱扣驱动电路，10、三相电流互感器。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。实施例:本实施例的一种船用智能断路器，如图1所示，包括依次连接的检测模块、控制模块2和断路模块，检测模块和断路模块安装在被控线路上，控制模块2包括微处理器6以及分别与微处理器6连接的驱动电路、信号调理电路3、键盘及设定电路4、显示电路5和通信接口电路7，控制模块2还包括电源电路8，电源电路8从被控线路取电、变压后为整个断路器供电。检测模块为三相电流互感器10，三相电流互感器10与信号调理电路3的输入端连接。断路模块为电子式的脱扣器1，驱动电路为脱扣驱动电路9，脱扣器I的控制端与脱扣驱动电路9连接。通信接口电路7包括RS485接口。微处理器6采用ATMEL公司的ATMEGA16，其内部存储着控制器的运行控制程序。运行控制程序采用主程序和中断程序相结合的程序结构。主程序实现断路器状态检测、硬件自检、显示处理、键盘处理、指示灯处理和接口通信等功能；采样中断主要实现数据采集、数据处理和故障处理，通信中断主要实现通信功能。采样中断的优先级高于通信中断优先级。三相电流互感器10检测被控线路上的电流大小并发送给微处理器6。微处理器6作为智能控制器控制整个断路器的工作。微处理器6通过脱扣驱动电路9对脱扣器I进行控制，在发生电流超过限额的情况以后，延时断开，如果在断开前电流回到安全范围则不进行断路操作。不同级的断路器设置成不同的保护曲线，具有选择性保护特性，使电力系统在发生局部短路时，切断故障电路，而不影响其他电路的正常供电。微处理器6通过通信接口电路7连接上游中央控制室的监控服务器，可以将断路器的状况、电流状况等信息实时发送给监控服务器，使中 央控制室的人了解电路状况。集中式的监控可以减少人手，降低成本。通过通信接口电路还可以接收来自监控服务器的控制信号，对断路器进行闭合、断开等操作，实现远程控制。键盘及设定电路4用于设定电流的安全范围以及延时时间。显示电路5用于显示电流状况以及断路器的参数。如图2所示，信号调理电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、第一运放U1A、第二运放U1B、第三运放UlC和二极管D，电阻Rl —端连接三相电流互感器，另一端连接第一运放UlA的同相端；电容Cl 一端连接第一运放UlA的同相端，另一端接地；第一运放UlA的同相端还通过电阻R2和电容C2的串联电路接地；第一运放UlA的反相端直接连接自身输出端；第一运放UlA的输出端通过电阻R3连接第二运放UlB的反相端；第二运放UlB的同相端通过电阻R4接地；电阻R5跨接在第二运放UlB的反相端和输出端之间；电容C3的一端连接第二运放的输出端，另一端分别连接电阻R6和电阻R7 ；电阻R7的另一端接地；电阻R6的另一端连接第三运放UlC的同相端；第三运放UlC的同相端还通过电容C4接地；二极管D的正极连接第三运放UlC的同相端，负极连接+2.5V电源；第三运放UlC的反相端直接连接自身的输出端；电阻R8 —端连接第三运放UlC的输出端，另一端作为信号输出端连接微处理器；电阻R9 —端连接信号输出端,另一端连接+2.5V电源；电容C5 —端连接信号输出端，另一端接地。第一运放U1A、第二运放UlB和第三运放UlC采用运放集成芯片LM224中的三个运放。信号调理电路主要完成信号的滤波、放大和提升。其中，电阻R1、电容Cl为电流互感器后积分电阻和电容。将电阻Rl的输出电压经第一运放U1A、第二运放UlB构成的放大电路进行放大，产生2.5V左右的交流电压。电容C3、电阻R7、电容C4、电阻R6实现了低通、高通滤波。第三运放UlC放大器为前面产生的交流电压提供一个基准的直流电压，交流电压与直流电压叠加，使电压得到提升。最终，信号输出端输出经调理后的单极性电压，将此电压直接输入微处理器的A/D单元。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。尽管本文较多地使用了脱扣器、微处理器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用·新型精神相违背的。
权利要求1.一种船用智能断路器，包括依次连接的检测模块、控制模块(2)和断路模块，所述检测模块和所述断路模块安装在被控线路上，其特征在于，所述控制模块(2)包括微处理器(6)以及分别与微处理器(6)连接的驱动电路、信号调理电路(3)、键盘及设定电路(4)、显示电路(5 )和通信接口电路(7 )，驱动电路还与断路模块连接，信号调理电路(3 )还与检测模块连接，所述控制模块(2)还包括电源电路(8)，所述电源电路(8)与被控线路、驱动电路、微处理器(6 )和通信接口电路(7 )连接。
2.根据权利要求1所述的船用智能断路器，其特征在于，所述检测模块为三相电流互感器(10)，所述三相电流互感器(10)与信号调理电路(3)的输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的船用智能断路器，其特征在于，所述断路模块为脱扣器(1)，所述驱动电路为脱扣驱动电路(9)，所述脱扣器(I)的控制端与脱扣驱动电路(9)连接。
4.根据权利要求1所述的船用智能断路器，其特征在于，所述通信接口电路(7)包括RS485 接口。
5.根据权利要求1或2所述的船用智能断路器，其特征在于，所述信号调理电路(3)包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、第一运放U1A、第二运放U1B、第三运放UlC和二极管D，电阻Rl—端连接三相电流互感器，另一端连接第一运放UlA的同相端；电容Cl 一端连接第一运放UlA的同相端，另一端接地；第一运放UlA的同相端还通过电阻R2和电容C2的串联电路接地；第一运放UlA的反相端直接连接自身输出端；第一运放UlA的输出端通过电阻R3连接第二运放UlB的反相端；第二运放UlB的同相端通过电阻R4接地；电阻R5跨接在第 二运放UlB的反相端和输出端之间；电容C3的一端连接第二运放的输出端，另一端分别连接电阻R6和电阻R7 ;电阻R7的另一端接地；电阻R6的另一端连接第三运放UlC的同相端；第三运放UlC的同相端还通过电容C4接地；二极管D的正极连接第三运放UlC的同相端，负极连接+2.5V电源；第三运放UlC的反相端直接连接自身的输出端；电阻R8—端连接第三运放UlC的输出端,另一端作为信号输出端连接微处理器(6);电阻R9 —端连接信号输出端，另一端连接+2.5V电源；电容C5 —端连接信号输出端，另一端接地。
专利摘要本实用新型公开了一种船用智能断路器，其包括依次连接的检测模块、控制模块和断路模块，所述检测模块和所述断路模块安装在被控线路上，所述控制模块包括微处理器以及分别与微处理器连接的驱动电路、信号调理电路、键盘及设定电路、显示电路和通信接口电路，驱动电路还与断路模块连接，信号调理电路还与检测模块连接。微处理器通过驱动模块对断路模块进行控制，在发生电流超过限额的情况以后，延时断开，如果在断开前电流回到安全范围则不进行断路操作。通信接口电路将断路器的状况、电流状况等信息实时发送给监控服务器，使中央控制室的人了解电路状况。本实用新型适用于所有需要限流控制的电路，尤其是船舶电路。
文档编号H02J13/00GK203104114SQ201320037708
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者王加法, 张建江 申请人:杭州申发电气有限公司