断路器的控制装置及系统的制作方法

本发明涉及断路器控制技术领域，尤其是涉及一种断路器的控制装置及系统。

背景技术：

断路器是一种能够断开和闭合正常和异常回路的电流开关器件，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机，断路器已经成为配电网中不可缺少且非常重要的保护电器。

目前，传统的断路器主要分为永磁式断路器和弹簧式断路器，弹簧式断路器包括弹簧操动机构，是由复杂的传动机构组成的机械系统，需要较多的机械零件，这不仅成本高，而且可靠性不足。相比于弹簧式断路器，永磁式断路器包含有永磁机构，具有故障率低，分合闸速度快、机械零部件少等优势，因而在电力系统中得到了广泛应用。

基于永磁机构的优点，目前尚没有一种可靠的控制装置来对其进行持续有效的控制，因此，开发一种断路器的控制装置或系统具有重要的现实意义和应用前景。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种断路器的控制装置及系统，能够用于包含永磁机构的断路器的控制领域，能够实现对断路器的有效控制，并能够实现持续供电，提高可靠性。

第一方面，本发明实施例提供了一种断路器的控制装置，所述断路器包括永磁机构，所述控制装置包括：主控制器、通讯模块、分合闸电容器组和供电电源；

所述通讯模块、所述分合闸电容器组和所述供电电源分别与所述主控制器相连接，所述分合闸电容器组与所述供电电源相连接；

所述供电电源包括主电源和辅助电源，所述主电源与所述辅助电源之间设置有第一转换开关，所述第一转换开关用于在所述主电源和所述辅助电源之间进行切换，所述辅助电源包括蓄电池组。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，该控制装置还包括备用电源，所述备用电源分别与所述分合闸电容器组和所述主控制器相连接，所述备用电源包括手动发电模块或者太阳能发电模块的任意一种或者两者的组合。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述太阳能发电模块包括光伏太阳能电池板和太阳能电池板稳压器。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述手动发电模块包括永磁发电机、整流电路和稳压电路。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述手动发电模块还包括手摇机构和变速传动机构，所述手摇机构通过所述变速传动机构与所述永磁发电机相连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，该控制装置还包括断路器开关状态采集模块，所述断路器开关状态采集模块与所述主控制器相连接，所述断路器开关状态采集模块包括位置传感器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，该控制装置还包括状态指示灯，所述状态指示灯与所述主控制器相连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，该控制装置还包括电流电压采集模块，所述电流电压采集模块与所述主控制器相连接，所述电流电压采集模块包括电流采集单元和电压采集单元。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，该控制装置还包括壳体，所述壳体上设置有安装孔和接口。

第二方面，本发明实施例还提供一种断路器的控制系统，包括：

上位机和第一方面及其可能的实施方式中任一项所述的控制装置，所述上位机与所述控制装置通讯连接。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例提供了一种断路器的控制装置及系统，其中本发明实施例提供的断路器的控制装置，用于对包含永磁机构的断路器的控制，该控制装置包括主控制器、通讯模块、分合闸电容器组和供电电源；通讯模块、分合闸电容器组和供电电源分别与主控制器相连接，分合闸电容器组与供电电源相连接；供电电源包括主电源和辅助电源，主电源与所述辅助电源之间设置有第一转换开关，第一转换开关用于在所述主电源和所述辅助电源之间进行切换，所述辅助电源包括蓄电池组。因此，本发明实施例提供的技术方案，能够用于包含永磁机构断路器控制的技术领域，通过供电电源对分合闸电容器组进行充电，主控制器控制分合闸电容器组释放分合闸电流至断路器的永磁机构的机构线圈，实现对断路器的控制，同时，供电电源采用主电源和辅助电源的双电源供电模式，当主电源异常情况下，例如失电，第一转换开关切换到辅助电源进行供电，从而实现持续供电，提高了可靠性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例一提供的断路器的控制装置的结构示意图；

图2为图1中的供电电源的示意图；

图3为本发明实施例二提供的断路器的控制装置的结构示意图；

图4为本发明实施例二中提供的断路器的控制装置的外观示意图；

图5为本发明实施例三提供的断路器的控制系统的示意图。

图标：10-主控制器；11-通讯模块；12-分合闸电容器组；13-供电电源；131-主电源；132-辅助电源；133-第一转换开关；14-备用电源；15-断路器开关状态采集模块；16-状态指示灯；17-电流电压采集模块；2-壳体；21-安装孔；22-接口；500-上位机；600-控制装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

目前，传统的断路器主要分为永磁式断路器和弹簧式断路器，弹簧式断路器包括弹簧操动机构，是由复杂的传动机构组成的机械系统，需要较多的机械零件，这不仅成本高，而且可靠性不足。相比于弹簧式断路器，永磁式断路器包含有永磁机构，具有故障率低，分合闸速度快、机械零部件少等优势，因而在电力系统中得到了广泛应用。基于永磁机构的优点，目前尚没有一种可靠的控制装置来对其进行持续有效的控制，基于此，本发明实施例提供的一种断路器的控制装置及系统，能够用于包含永磁机构的断路器的控制领域，能够实现对断路器的有效控制，并能够实现持续供电，提高可靠性。

实施例一：

本发明实施例提供了一种断路器的控制装置，可应用于包含永磁机构的断路器的控制领域。如图1和图2所示，该控制装置包括：主控制器10、通讯模块11、分合闸电容器组12和供电电源13。

其中，通讯模块11、分合闸电容器组12和供电电源13分别与主控制器10相连接，分合闸电容器组12与供电电源13相连接。

供电电源13包括主电源131和辅助电源132，主电源131与辅助电源132之间设置有第一转换开关133，第一转换开关133用于在主电源131和辅助电源132之间进行切换。

第一转换开关133可以是自动转换开关(automatictransferswitching，缩写ats)，ats选用具有手动互锁切换和自动互锁切换功能的双电源自动切换开关，实现电气互锁和机械互锁功能，以保证供电的连续性。具体的，ats包括两个交流接触器、一个机械互锁机构以及过流保护电路，优选的，本发明实施例中双电源自动切换开关包括两个同型号的tj40系列的交流接触器、以及一个机械联锁mi3，用以实现对主电源131和辅助电源132的手动互锁切换和自动互锁切换。同时，由于该双电源自动切换开关中还包括过流保护电路，过流保护电路能够提供短路保护和过流保护，具体的，过流保护电路中包括串联连接的双向晶闸管和熔断丝，双向晶闸管与交流接触器的主触头并联连接。

具体的，主控制器10包括微控制器，微控制器采用stm32f407单片机。主控制器10作为控制单元，能够对断路器进行监测和控制，具有运算速度块，快速进行数据处理、接收和发送信号。

通讯模块11用于与外部(例如上位机)进行信号和数据通讯，接收和发送数据和信号指令。进一步的是，通讯模块11包括无线通讯模块和有线通讯模块，有线通讯模块可以是can总线接口、rs232串口或者rs485串口，无线通讯模块可以是gprs网络模块、短信模块、zigbee网络模块、cdma网络模块、gsm网络模块、wifi模块或者蓝牙模块，优选的是，通讯模块11为gprs网络模块。

分合闸电容器组12作为储能单元，分合闸电容器组12包括多个电容器并联形成的电容器组(即分闸电容器和合闸电容器)和电流输出模块(未示于图中)，用于接收主控制器10的控制信号，释放分合闸电流至断路器机构线圈，从而完成分合闸，进一步的，分合闸电容器组12接收到主控制器10的分合闸信号，输出分合闸电流至电流输出模块(也可以称作分合闸输出模块)，电流输出模块控制断路器永磁机构的机构线圈进行合分闸操作。

需要说明的是，分合闸电容器组12还包括电容充放电控制模块和电容容量监测模块(未示于图中)，电容充放电控制模块和电容容量监测模块相连接，电容容量监测模块包括电压测量单元，用于测量电容器两端电压值，并将测得的电压值传输至电容充放电控制模块，电容充放电控制模块根据测得的电压值与预设的阈值进行比较，有效的防止电容过充，损坏电容器，同时，电容充放电控制模块用于接收主控制器的分合闸信号，根据分合闸信号输出放电电流，进而控制断路器完成分合闸，电容充放电控制模块采用tcc100d-24s220模块。

主电源131采用的是输入为220v交流、输出为24v直流的开关电源。

辅助电源132包括蓄电池组。蓄电池组由两节12v或者四节6v的蓄电池串联组成。其中，蓄电池组中的蓄电池可以是铅酸蓄电池、锂蓄电池或者镍铁蓄电池的任意一种，优选的是，蓄电池组蓄电池组中的蓄电池为锂蓄电池，可反复多次充电，绿色无污染，节能环保。

本发明实施例提供的断路器的控制装置，用于对包含永磁机构的断路器的控制，该控制装置包括主控制器、通讯模块、分合闸电容器组和供电电源；通讯模块、分合闸电容器组和供电电源分别与主控制器相连接，分合闸电容器组与供电电源相连接；供电电源包括主电源和辅助电源，主电源与所述辅助电源之间设置有第一转换开关，第一转换开关用于在所述主电源和所述辅助电源之间进行切换，所述辅助电源包括蓄电池组。因此，本发明实施例提供的技术方案，能够用于包含永磁机构断路器控制的技术领域，通过供电电源对分合闸电容器组进行充电，主控制器控制分合闸电容器组释放分合闸电流至断路器的永磁机构的机构线圈，实现对断路器的控制，同时，供电电源采用主电源和辅助电源的双电源供电模式，当主电源异常情况下，例如失电，第一转换开关切换到辅助电源进行供电，从而实现持续供电，提高了可靠性。

实施例二：

本发明实施例提供了一种断路器的控制装置，如图3和图4所示，该控制装置基于实施例一，具体的，为了进一步保证供电安全，该控制装置还包括备用电源14。备用电源14分别与分合闸电容器组12和主控制器10相连接。备用电源14和供电电源13之间设置有电源切换开关(未示于图中)，电源切换开关用于紧急状态下(供电电源13异常，如蓄电池组电量低导致的驱动电流不足时)，切换到备用电源14对控制装置(例如主要对分合闸电容器组12和主控制器10)进行供电。

进一步的是，备用电源14包括手动发电模块或者太阳能发电模块的任意一种或者两者的组合。

当备用电源14包括太阳能发电模块时，太阳能发电模块包括光伏太阳能电池板和太阳能电池板稳压器。

当备用电源14包括手动发电模块时，手动发电模块包括永磁发电机、整流电路和稳压电路。整流电路采用全桥整流电路，稳压电路采用dc/dc(直流/直流)转换器。进一步的是，手动发电模块还包括手摇机构和变速传动机构，手摇机构通过变速传动机构与所述永磁发电机的转子相连接。

作为本发明的优选实施例，备用电源14采用手动发电模块和太阳能发电模块两者的组合，手动发电模块和太阳能发电模块之间设置有第二转换开关，

进一步的是，该控制装置还包括断路器开关状态采集模块15，断路器开关状态采集模块15与主控制器10相连接，断路器开关状态采集模块15包括位置传感器。位置传感器通过线路与主控制器10相连接，传输断路器的分合闸状态感应信号给主控制器10。

优选的是，该控制装置还包括状态指示灯16，状态指示灯16与主控制器10相连接。状态指示灯16用于指示断路器的工作状态(正常或者故障)，具体的，状态指示灯16采用led指示灯。

为了获取通电电路的电流电压信息，进一步的是，该控制装置还包括电流电压采集模块17，电流电压采集模块17与主控制器10相连接，电流电压采集模块17包括电流采集单元和电压采集单元。其中，电压采样单元采用zmpt101b精密电压互感器；电流采样单元采用zmct101b精密微型电流互感器。

需要说明的是，该控制装置还可以包括报警器和人机交互界面(未示于图中)，所述报警器和所述人机交互界面分别与主控制器10相连接，所述报警器用于故障或者供电异常进行报警，提醒相关工作人员进行注意，具体的，报警器选用声光报警器，引人瞩目；人机交互界面包括多种功能按键，例如合闸按键、分闸按键等。具体的，人机交互界面选用lcd(liquidcrystaldisplay)液晶显示屏，具有分辨率高、使用寿命长、能源消耗低、成本低等优点，人机交互界面一方面用于直观的显示信号和参数信息，另一方面用于对设备进行调试、检修。还可以进行功能操作。此外，该控制装置还包括温度采集模块(具体为温度传感器)和光电耦合模块(光电耦合器，用于实现电气隔离)，温度采集模块通过光电耦合模块与主控制器10相连接。该控制装置还集成有防跳和闭锁回路。

进一步的是，该控制装置还包括壳体2，壳体2上设置有安装孔21和接口22，通过安装孔21可以方便的对控制装置进行拆卸和组装，以实现对内部电路板的检修、维护以及方便的进行元器件更换等，通过在壳体2上设置多种接口22，可以实现与外部设备(例如断路器、上位机等)的连接。

壳体2用于保护内部的元器件(主控制器10、通讯模块11、分合闸电容器组12等)和外围电路组成的电路板不受损坏，可以防止灰尘、空气中的水汽等杂质影响内部各电路的性能，避免外界杂质损坏电路板，从而延长电路板的使用寿命。优选的是，壳体2为绝缘外壳，壳体2接地。具体的，壳体2包括铝合金外壳以及以喷涂的方式涂覆在铝合金外壳上的绝缘漆。

实施例三：

如图5所示，本发明实施例还提供一种断路器的控制系统，其中包括上位机500以及实施例一或者实施例二中所述的控制装置600，上位机500与控制装置600通讯连接。具体的，上位机500与控制装置600通过通讯模块通讯连接。

本发明实施例提供的断路器的控制系统，与上述实施例提供的断路器的控制装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。