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跟踪负载变化自动整定额定值的断路器

阅读：893发布：2024-01-10

专利汇可以提供跟踪负载变化自动整定额定值的断路器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明是跟踪负载变化自动整定额定值的断路器，包括电动脱扣机构、重合闸机构和电子控制系统，其中电子控制系统包括MCU、键盘、显示器、第一A/D转换器、第二A/D转换器、电流采样传感器、电压采样传感器、程序存储器、策略控制器和数据存储器。本发明的优点：断路器额定值由电子控制系统自动完成，使断路器的额定电流Ir始终跟踪负载变化而适时变换至最佳值。灵敏、安全、可靠的保护负载设备和用电线路的安全，杜绝各种原因可能引发的电气火灾。，下面是跟踪负载变化自动整定额定值的断路器专利的具体信息内容。

权利要求

1.跟踪负载变化自动整定额定值的断路器，其特征包括电动脱扣机构、重合闸机构和电子控制系统，其中电子控制系统包括MCU、键盘、显示器、第一A/D转换器、第二A/D转换器、电流采样传感器、电压采样传感器、程序存储器、策略控制器和数据存储器，电动脱扣机构的信号输入端和重合闸机构的信号输入端分别连接MCU的a信号输出端和b信号输出端，MCU的a信号输入/输出端和b信号输入/输出端分别连接键盘的信号输出/输入端和显示器的信号输出/输入端，MCU的a信号输入端连接第一A/D转换器的信号输出端，第一A/D转换器的信号输入端连接电流采样传感器的信号输出端，MCU的b信号输入端连接第二A/D转换器的信号输出端，第二A/D转换器的信号输入端连接电压采样传感器的信号输出端，MCU的c信号输入/输出端连接程序存储器的信号输出/输入端，MCU的d信号输入/输出端连接策略控制器的信号输出/输入端，MCU的e信号输入/输出端连接数据存储器的信号输出/输入端，MCU还设有网络连接通讯端口和现场总线接口；
所述的电动脱扣机构用于接收MCU的控制信号，完成断路器的脱扣保护动作；
所述的重合闸机构用于接收MCU的控制信号，完成断路器的重合闸动作；
所述的键盘用于设定或修改断路器的电流额定值Ir、电源电压、负载电压、负载电流In和负载电流In的相位及功率因数的参数和过载、短路、接地、漏电的保护参数并传输到MCU；
所述的显示器用于显示参数变化和报警信号；
所述的第一A/D转换器和第二A/D转换器分别用于将电流采样传感器、电压采样传感器采集的模拟信号转变为数字信号传输给MCU；
所述的策略控制器用于辅助MCU运算和处理接收第一A/D转换器和第二A/D转换器传输给MCU的数字信号和存储在数据存储器内的参数，然后将处理后的数据通过MCU存储在数据存储器内，并将修改后的断路器的电流额定值Ir、电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU；
所述的数据存储器用于接收并存储由键盘传输给MCU的断路器的电源电压、负载电压、负载电流In和负载电流In的相位及功率因数的参数和过载、短路、接地、漏电的保护参数；
所述的网络连接通讯端口用于远程终端监控断路器和设定断路器的参数。
所述的第一A/D转换器和第二A/D转换器的信号输入端各通过一个信号调理电路连接电流采样传感器和电压采样传感器的信号输出端，信号调理电路用于完成传感信号的预处理。
2.如权利要求1所述的跟踪负载变化自动整定额定值的断路器，其特征是所述的程序存储器包括初始化单元、信号采集处理单元、记忆存储单元、运行控制单元、更新显示单元、报警及驱动控制单元、键盘设定单元、过载保护单元、短路保护单元、接地保护单元、漏电保护单元；
所述的初始化单元用于将初始化信号传输给MCU，进行传感器参数初始化设置；
所述的信号采集处理单元用于接收、处理A/D转换器传输给MCU的数字信号；
所述的记忆存储单元用于将键盘设定或修改的断路器参数存储到数据存储器内；
所述的运行控制单元用于控制MCU、策略控制器和数据存储器的运行；
所述的更新显示单元用于将断路器的参数实时更新并显示到显示器上；
所述的报警及驱动控制单元用于将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU，并产生报警信号；
所述的键盘设定单元用于接收键盘的输入信号；
所述的过载保护单元用于在传感器接收到过载信号并传递给MCU后，将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU；
所述的短路保护单元用于在传感器接收到短路信号并传递给MCU后，将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU；
所述的接地保护单元用于在传感器接收到接地异常信号并传递给MCU后，将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU；
所述的过载保护单元用于在传感器接收到漏电信号并传递给MCU后，将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU。
3.一种如权利要求1或2所述的跟踪负载变化自动整定额定值的断路器的控制方法，其特征是包括以下步骤：
S1：键盘设定或修改断路器的电流额定值Ir、电源电压、负载电压、负载电流In和负载电流In的相位及功率因数的参数和过载、短路、接地、漏电的保护参数并传输到MCU，MCU传输到数据存储器；
S2：电流采样传感器和电压采样传感器实时采集断路器负载电流信号、电源电压信号和负载电压信号并传输给第一A/D转换器和第二A/D转换器，第一A/D转换器和第二A/D转换器传感器采集的模拟信号转变为数字信号传输给MCU；
S3：策略控制器根据程序存储器传输给MCU的控制信号，配合MCU运算和处理MCU接收到的的数字信号和存储在数据存储器内的参数，将电流额定值Ir传输给MCU，判断是否执行预报警和脱扣保护，然后将处理后的数据存储在数据存储器内，如果执行预报警和脱扣保护，则将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU，并进行S4，如果不执行执行预报警和脱扣保护，则处理结束；
S4：MCU控制信号传输给电动脱扣机构和重合闸机构完成断路器的脱扣保护动作和重合闸动作。
4.如权利要求3所述的跟踪负载变化自动整定额定值的断路器的控制方法，其特征是所述的S3，根据负载电流In的增加、负载电流In的相位及功率数，判断正常的负载增加与过载故障，根据负载增加或负载减小后的实际负载整定或修改断路器的电流额定值Ir。

说明书全文

跟踪负载变化自动整定额定值的断路器

技术领域

[0001] 本发明涉及的是跟踪负载变化自动整定额定值的断路器。

背景技术

[0002] 断路器在输配电中占有极其重要的位置，市场占有率极高，断路器主要有开关和保护两大功能，保护功能是断路器非常重要的使用功能。断路器的保护功能是基于额定值实现的，负载电流I n与额定值I r比较，由比较结果作出判断，然后选择是否进入过载、短路保护状态。

[0003] 现有技术的断路器一般出厂时已经订制好额定值的大小规格，用户按电流规格选用，不能定制其电流规格大小。现有技术有些断路器的额定电流也可以由用户做一些调整，但都属于一次性整定，在运行中不能自动调整或改变，用户在选择断路器时，基本原则是只能按预期最大负载电流I n选择断路器的额定值I r，然而根据断路器安全负载电流计算公式，如果负载电流I n小于额定值I r的81％以下，断路器的过载保护将失控，如果负载电流I n小于额定值I r的67％以下，断路器将失去短路保护性能。由于现有技术断路器的额定电流在运行中不能根据负载变化而改变，导致用户负载减轻时，断路器将失去有效的保护作用，会造成极大的安全隐患，甚至引发火灾等安全事故。

[0004] 近年来一些厂商采用现代的电子技术和计算机技术开发设计了一些新型的智能化断路器，如通用电器GE公司的M-PACTJnsCn空气断路器、西门子公司的3WT万能式断路器、ABB公司的Emax空气断路器、施耐德公司的EasyPactNS断路器等，这些智能化断路器一般内置线路板，因体积小、内部温度高，稳定性能极差，其基本原理和功能并没有重大突破性改变。

发明内容

[0005] 本发明提出的是跟踪负载变化自动整定额定值的断路器，其目的旨在克服现有技术存在的上述不足，实现额定值跟踪负载变化而自动改变，能够安全、有效保护负载设备和用电线路。

[0006] 本发明的技术解决方案：跟踪负载变化自动整定额定值的断路器，其特征包括电动脱扣机构、重合闸机构和电子控制系统，其中电子控制系统包括MCU、键盘、显示器、第一A/D转换器、第二A/D转换器、电流采样传感器、电压采样传感器、程序存储器、策略控制器和数据存储器，电动脱扣机构的信号输入端和重合闸机构的信号输入端分别连接MCU的a信号输出端和b信号输出端，MCU的a信号输入/输出端和b信号输入/输出端分别连接键盘的信号输出/输入端和显示器的信号输出/输入端，MCU的a信号输入端连接第一A/D转换器的信号输出端，第一A/D转换器的信号输入端连接电流采样传感器的信号输出端，MCU的b信号输入端连接第二A/D转换器的信号输出端，第二A/D转换器的信号输入端连接电压采样传感器的信号输出端，MCU的c信号输入/输出端连接程序存储器的信号输出/输入端，MCU的d信号输入/输出端连接策略控制器的信号输出/输入端，MCU的e信号输入/输出端连接数据存储器的信号输出/输入端，MCU还设有网络连接通讯端口和现场总线接口；

[0007] 所述的电动脱扣机构用于接收MCU的控制信号，完成断路器的脱扣保护动作；所述的重合闸机构用于接收MCU的控制信号，完成断路器的重合闸动作；所述的键盘用于设定或修改断路器的电流额定值I r、电源电压、负载电压、负载电流I n和负载电流I n的相位及功率因数的参数和过载、短路、接地、漏电的保护参数并传输到MCU；所述的显示器用于显示参数变化和报警信号；所述的第一A/D转换器和第二A/D转换器分别用于将电流采样传感器、电压采样传感器采集的模拟信号转变为数字信号传输给MCU；所述的策略控制器用于辅助MCU运算和处理接收第一A/D转换器和第二A/D转换器传输给MCU的数字信号和存储在数据存储器内的参数，然后将处理后的数据通过MCU存储在数据存储器内，并将修改后的断路器的电流额定值I r、电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU；所述的数据存储器用于接收并存储由键盘传输给MCU的断路器的电源电压、负载电压、负载电流I n和负载电流I n的相位及功率因数的参数和过载、短路、接地、漏电的保护参数；所述的网络连接通讯端口用于远程终端监控断路器和设定断路器的参数。所述的第一A/D转换器和第二A/D转换器的信号输入端各通过一个信号调理电路连接电流采样传感器和电压采样传感器的信号输出端，信号调理电路用于完成传感信号的预处理。

[0008] 优选的，所述的程序存储器包括初始化单元、信号采集处理单元、记忆存储单元、运行控制单元、更新显示单元、报警及驱动控制单元、键盘设定单元、过载保护单元、短路保护单元、接地保护单元、漏电保护单元；

[0009] 所述的初始化单元用于将初始化信号传输给MCU，进行传感器参数初始化设置；所述的信号采集处理单元用于接收、处理A/D转换器传输给MCU的数字信号；所述的记忆存储单元用于将键盘设定或修改的断路器参数存储到数据存储器内；所述的运行控制单元用于控制MCU、策略控制器和数据存储器的运行；所述的更新显示单元用于将断路器的参数实时更新并显示到显示器上；所述的报警及驱动控制单元用于将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU，并产生报警信号；所述的键盘设定单元用于接收键盘的输入信号；所述的过载保护单元用于在传感器接收到过载信号并传递给MCU后，将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU；所述的短路保护单元用于在传感器接收到短路信号并传递给MCU后，将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU；所述的接地保护单元用于在传感器接收到接地异常信号并传递给MCU后，将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU；所述的过载保护单元用于在传感器接收到漏电信号并传递给MCU后，将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU。

[0010] 跟踪负载变化自动整定额定值的断路器的控制方法，包括以下步骤：

[0011] S1：键盘设定或修改断路器的电流额定值I r、电源电压、负载电压、负载电流I n和负载电流I n的相位及功率因数的参数和过载、短路、接地、漏电的保护参数并传输到MCU，MCU传输到数据存储器；

[0012] S2：电流采样传感器和电压采样传感器实时采集断路器负载电流信号、电源电压信号和负载电压信号并传输给第一A/D转换器和第二A/D转换器，第一A/D转换器和第二A/D转换器传感器采集的模拟信号转变为数字信号传输给MCU；

[0013] S3：策略控制器根据程序存储器传输给MCU的控制信号，配合MCU运算和处理MCU接收到的的数字信号和存储在数据存储器内的参数，将电流额定值I r传输给MCU，判断是否执行预报警和脱扣保护，然后将处理后的数据存储在数据存储器内，如果执行预报警和脱扣保护，则将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU，并进行S4，如果不执行执行预报警和脱扣保护，则处理结束；

[0014] S4：MCU控制信号传输给电动脱扣机构和重合闸机构完成断路器的脱扣保护动作和重合闸动作。

[0015] 优选的，所述的S3，根据负载电流I n的增加、负载电流I n的相位及功率数，判断正常的负载增加与过载故障，根据负载增加或负载减小后的实际负载整定或修改断路器的电流额定值I r。

[0016] 本发明的优点：断路器的额定值一般不需要人工设定，由电子控制系统自动完成，使断路器的额定电流I r始终跟踪负载变化而适时变换至最佳值。具体的，本断路器具有人工智能，电子控制系统通过其A/D转换采集的电流传感信号、电源电压和负载电压信号及其他传感信号，并将其运算、存储和处理，控制电动脱扣机构，实现跟踪负载变化自动整定额定值，以达到安全、可靠保护用电设备和用电线路安全的目的，在A/D转换和各个传感器之间设有信号调理电路，以完成传感信号的预处理。断路器的额定值I r除通过自动记忆存储外，也可以由用户根据实际负载通过键盘进行设定和修正，以获得额定值I r跟踪负载电流I n的变化而改变的最佳保护特性，灵敏、安全、可靠的保护负载设备和用电线路的安全，杜绝各种原因可能引发的电气火灾。附图说明

[0017] 图1是本发明跟踪负载变化自动整定额定值的断路器的结构框图。

具体实施方式

[0018] 下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0019] 如图1所示，跟踪负载变化自动整定额定值的断路器，其结构包括电动脱扣机构、重合闸机构和电子控制系统，其中电子控制系统包括MCU、键盘、显示器、第一A/D转换器、第二A/D转换器、电流采样传感器、电压采样传感器、程序存储器、策略控制器和数据存储器，电动脱扣机构的信号输入端和重合闸机构的信号输入端分别连接MCU的a信号输出端和b信号输出端，MCU的a信号输入/输出端和b信号输入/输出端分别连接键盘的信号输出/输入端和显示器的信号输出/输入端，MCU的a信号输入端连接第一A/D转换器的信号输出端，第一A/D转换器的信号输入端连接电流采样传感器的信号输出端，MCU的b信号输入端连接第二A/D转换器的信号输出端，第二A/D转换器的信号输入端连接电压采样传感器的信号输出端，MCU的c信号输入/输出端连接程序存储器的信号输出/输入端，MCU的d信号输入/输出端连接策略控制器的信号输出/输入端，MCU的e信号输入/输出端连接数据存储器的信号输出/输入端，MCU还设有网络连接通讯端口和现场总线接口；

[0020] 所述的电动脱扣机构用于接收MCU的控制信号，完成断路器的脱扣保护动作；

[0021] 所述的重合闸机构用于接收MCU的控制信号，完成断路器的重合闸动作；

[0022] 所述的键盘用于设定或修改断路器的电流额定值I r、电源电压、负载电压、负载电流I n和负载电流I n的相位及功率因数的参数和过载、短路、接地、漏电的保护参数并传输到MCU；

[0023] 所述的显示器用于显示参数变化和报警信号；

[0024] 所述的第一A/D转换器和第二A/D转换器分别用于将电流采样传感器、电压采样传感器采集的模拟信号转变为数字信号传输给MCU；

[0025] 所述的策略控制器用于辅助MCU运算和处理接收第一A/D转换器和第二A/D转换器传输给MCU的数字信号和存储在数据存储器内的参数，然后将处理后的数据通过MCU存储在数据存储器内，并将修改后的断路器的电流额定值I r、电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU；

[0026] 所述的数据存储器用于接收并存储由键盘传输给MCU的断路器的电源电压、负载电压、负载电流I n和负载电流I n的相位及功率因数的参数和过载、短路、接地、漏电的保护参数；

[0027] 所述的网络连接通讯端口用于远程终端监控断路器和设定断路器的参数。

[0028] 所述的第一A/D转换器和第二A/D转换器的信号输入端各通过一个信号调理电路连接电流采样传感器和电压采样传感器的信号输出端，信号调理电路用于完成传感信号的预处理。

[0029] 所述的程序存储器包括初始化单元、信号采集处理单元、记忆存储单元、运行控制单元、更新显示单元、报警及驱动控制单元、键盘设定单元、过载保护单元、短路保护单元、接地保护单元、漏电保护单元；

[0030] 所述的初始化单元用于将初始化信号传输给MCU，进行传感器参数初始化设置；

[0031] 所述的信号采集处理单元用于接收、处理A/D转换器传输给MCU的数字信号；

[0032] 所述的记忆存储单元用于将键盘设定或修改的断路器参数存储到数据存储器内；

[0033] 所述的运行控制单元用于控制MCU、策略控制器和数据存储器的运行；

[0034] 所述的更新显示单元用于将断路器的参数实时更新并显示到显示器上；

[0035] 所述的报警及驱动控制单元用于将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU，并产生报警信号；

[0036] 所述的键盘设定单元用于接收键盘的输入信号；

[0037] 所述的过载保护单元用于在传感器接收到过载信号并传递给MCU后，将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU；

[0038] 所述的短路保护单元用于在传感器接收到短路信号并传递给MCU后，将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU；

[0039] 所述的接地保护单元用于在传感器接收到接地异常信号并传递给MCU后，将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU；

[0040] 所述的过载保护单元用于在传感器接收到漏电信号并传递给MCU后，将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU。

[0041] 一种跟踪负载变化自动整定额定值的断路器的控制方法，包括以下步骤：

[0042] S1：键盘设定或修改断路器的电流额定值I r、电源电压、负载电压、负载电流I n和负载电流I n的相位及功率因数的参数和过载、短路、接地、漏电的保护参数并传输到MCU，MCU传输到数据存储器；

[0043] S2：电流采样传感器和电压采样传感器实时采集断路器负载电流信号、电源电压信号和负载电压信号并传输给第一A/D转换器和第二A/D转换器，第一A/D转换器和第二A/D转换器传感器采集的模拟信号转变为数字信号传输给MCU；

[0044] S3：策略控制器根据程序存储器传输给MCU的控制信号，配合MCU运算和处理MCU接收到的的数字信号和存储在数据存储器内的参数，将电流额定值I r传输给MCU，判断是否执行预报警和脱扣保护，然后将处理后的数据存储在数据存储器内，如果执行预报警和脱扣保护，则将电动脱扣机构和重合闸机构的控制信号传输给MCU，并进行S4，如果不执行执行预报警和脱扣保护，则处理结束；

[0045] S4：MCU控制信号传输给电动脱扣机构和重合闸机构完成断路器的脱扣保护动作和重合闸动作。

[0046] 所述的S3，根据负载电流I n的增加、负载电流I n的相位及功率数，判断正常的负载增加与过载故障，根据负载增加或负载减小后的实际负载整定或修改断路器的电流额定值I r。以达到根据不同的负载大小变换不同电流额定值I r的目的，实现根据负载变化自动变换至最佳额定值的效果，使断路器的电流额定值I r始终与用电负载相匹配，获得最佳电流额定值I r的跟踪保护效果，使断路器的电流额定值I r除通过自动记忆存储外，也可以由用户根据实际负载通过键盘进行设定和修正，以获得电流额定值I r跟踪负载电流I n的变化而改变的最佳保护特性，灵敏、安全、可靠的保护负载设备和用电线路的安全，杜绝各种原因可能引发的电气火灾。

[0047] 本断路器还可以设置成上电或复位时为停机前状态，也可以设置成上电或复位时进入设定状态。

[0048] 以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

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