一种带电能计量和电器识别的1P导轨双闸智能断路器的制作方法

本发明涉及低压用电智能控制、电能计量和电能信号处理，属于智能家居物联网和低压用电配电技术领域。

背景技术：

常规1p导轨空气断路器是纯机械物理构造，只有单一开关功能，因其庞大的应用数量和合适的安装位置，是智能家居和物联网理想节点，如果能实用、安全、规范的完成其多功能智能化改造，将改善人们日常生活，创造良好社会效益。

研究发现，已有1p导轨断路器没能在1p导轨空间内满足大额定电流、高emc电磁兼容性能、符合多方标准、安全、低功耗、多功能、智能化的综合需求。

建筑或低压设备为安装断路器所留空间通常为所需断路器路数乘以1p导轨空间，再加些许余量。断路器如果大于1p导轨空间，则大多数地方不能适用，或不符低压用电配电网标准。

为了更广的适用性，断路器需更大的额定电流，相应需要更大空间，除需要更大的导电铜片外，仅额定电流60a的继电器体积一般就在1p导轨空气断路器三分之一以上，而60a以上额定电流才满足大多数家居和电器需求。另外，为了更好的emc电磁兼容性能，为符合国家计量器具标准法规，也需要更大空间放置更好更多的保护元器件和保持安全电气间隙。目前还没出现，按4级emc电磁兼容性能和国家计量法规设计，带计量、智能识别、自动控制的1p导轨断路器。

现有同类断路器，只有一路继电器开关，在停电或电子系统软硬件故障时会失控，没有机械结构上安全可靠的断电方法。

现有同类断路器由交直流转换电路产生直流电源，单个有约20％以上的能量转换损耗，多个长时间累计能量损耗不小，还占用空间，因受空间所限，emc电磁兼容性能也难以达标。

本发明结合多种方法和设计，弥补了以上不足，满足了研究发现的综合需求，并给出了基于这些方法和设计的断路器具体实现。

技术实现要素：

本发明融合电子、机械、结构、软件多方面设计和方法，在保障安全性、实用性、规范性的前提下，对1p导轨断路器进行多功能智能化改造，使之兼具电路通断、电能计量、对外通信、智能识别、自动控制多个功能，找到了传统产品和物联网应用的结合点，将1p导轨断路器功能性能综合指标提升到一个新的高度。

选用体积小、集成度高的arm-soc系统级芯片，避免多个芯片组合较大的空间需求，降低成本，提高竞争力。

采用机械开关和继电器开关的双闸串联应用方法，在1p导轨空间内，既有继电器开关的方便快捷性，也有机械开关的可靠安全性。特别设计的机械开关组成部件少，空间占用小，简单可靠。

采用级联直流电源供电方法，因为现场通常为多个1p导轨断路器紧挨并列安装，所以这个方法既节省了交直流电源转换电路所需空间，节省了物料成本，又获得更强emc电磁兼容性能，也避免了每个断电器电源转换中至少20％左右能量损耗，多个断路器长时间累计节能效果可观。

采用能从左右两侧插入级联铜片作为进线的进线端子设计，规避接错线短路的安全隐患，省去进孔插线方式剥线时间和进孔导线空间占用，还仍支持常规进孔插线，或者同时级联铜片和进孔插线。

所有电器都有自己特有的阻抗、感抗、容抗、对地电阻，本断路器嵌入式程序通过采样、记录、计算电器使用时的电流波、相位角、电压波动、谐波、对地电流等，运算出特征码，与特征码库和运行记录库对比，识别电器种类和判断运行状态。本断路器嵌入式程序在设定的参数场景下自动开关，如某类电器、时间点、电流越限及恢复、电压越限及恢复、功率越限及恢复、欠费缴费。

附图说明

图1为本断路器主要部件组成图

图2为机械开关结构原理示意图

图3为进线端子结构原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，本1p导轨智能断路器主要由进线端子1、机械开关2、继电器3、电能计量电路4、arm-soc系统级芯片5、直流电源接口6、通信接口7、出线端子8、级联铜片9组成，其工作过程和原理如下：进电导线或级联铜片9从进线端子1进，经机械开关2，再经过受arm-soc系统级芯片5控制的继电器3，最后到出线端子8，连接到出线导线或电器。从直流电源接口接入电源给arm-soc系统级芯片5供电，arm-soc系统级芯片5不断进行设定参数与电能计量电路4采样数据的记录、运算、比较，根据结果控制继电器3的通断。用户通过通信接口7给arm-soc系统级芯片5发通信报文，修改arm-soc系统级芯片5对继电器3的通断触发参数，或实时控制继电器3的通断，或抄读电能计量电路采样运算出的能量示值、电压、电流、功率、剩余电量等。用户断开机械开关2，不论继电器3通断状态如何，都能确保出线端子8处于断电状态，用以应对紧急事故或更换检修等情况。

如图2所示，本机械开关主要由转柄1、弹簧2、连杆3、弹簧固定柱4、弹簧连杆活动柱5、转柄固定轴6组成，其工作过程和原理如下：当转柄1处于中间位置时，一端固定于弹簧固定柱4、另一端随弹簧活动柱5转动的弹簧2被拉伸到最长，向心拉力最大。当转柄1偏离中间位置、向左或向右转动时，弹簧2拉伸长度变短，向心拉力变小，使转柄1加速向左或向右转动，也使得转柄1转到最左(断)或最右(通)后的状态不会滑变。转柄1左右转动时，连杆3右端套着的弹片触点随着左右平移。

如图3所示——图中有3个1p断路器并排级联，本进线端子主要由级联铜片1、进电导线2、螺丝3、活动铁框4、连定铜片5组成，其工作过程和原理如下：常规导轨断路器进线端子的活动铁框4只前后两面开孔，只支持从前面插入进电导线2，而本进线端子的活动铁框4前后左右四面开孔，也能从侧面插入级联铜片1作为进线。进电导线2和级联铜片1插入后，拧紧螺丝3时，因已嵌在外壳壁上固定位置、伸入壳体内部的连定铜片5的作用，拧动时螺丝3上下位置不动，而是套在螺丝3上的活动铁框4向上升，缩小已插入进电导线2或级联铜片1的进孔，从而紧固进线和铜片，拧松螺丝与之同理、是其反向过程。

以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的。应当理解，本领域技术人员可以在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。

技术特征：

技术总结
一种带电能计量和电器识别的1P导轨双闸智能断路器，是一种采用ARM‑SoC系统级芯片的智能家居物联网用品。通过选用集成度高、功耗低、体积小的ARM‑SoC系统级芯片，配合级联直流电源供电方法——避免电源转换电路空间占用和电能转换损耗，以及特别设计的简易可靠小体积机械开关，在受限的1P导轨空间内按国家计量法规和4级EMC电磁兼容性能完成1P导轨断路器的多功能智能化改造。机械开关和ARM‑SoC系统级芯片程控继电器开关串联双闸方法，解决了只有机械开关不能远程或自动控制，或只有继电器开关不够安全灵活的问题。进线端子级联铜片和进孔插线接入双支持设计，能增强进线点导电性能，避免错接线短路安全隐患，加快安装速度。

技术研发人员：周华
受保护的技术使用者：周华
技术研发日：2017.09.22
技术公布日：2017.12.19