断路器的附件模块及智能控制系统的制作方法

1.本技术涉及低压电器领域，特别是涉及一种断路器的附件模块。


背景技术：

2.断路器按容量大小主要有框架断路器、塑壳断路器与小型断路器，其配套附件根据应用也主要有过/欠压(失压)脱扣器、分励与闭合电磁铁、电动储能机构或电动操作机构等。随着电子与通信技术的飞速发展，目前很多低压断路器产品均已实现智能化与可通信，智能控制器作为低压断路器的核心部件，功能强大，极大增强了断路器的功能与性能，方便了用户的应用与维护。同时，与断路器配套的附件也都采用了电子或智能化设计，用来进行电压检测与保护或远程控制断路器的分、合闸。
3.但在现有应用中，断路器配套电子附件仍是作为独立功能个体而存在，如图4所述的现有产品，过/欠压脱扣器、分励/闭合电磁铁、电动储能机构(或电动操作机构)，这些附件分别作为独立附件，而且这些附件往往根据自身工作电压等级各自设计有不同的电源、信号检测、驱动电路以及脱扣线圈或电机等，这将在制造和用户侧造成附件零部件或附件品类繁多、难于加工与管理。
4.同时，上述附件工作状态没有监控与指示，存有潜在故障或发生故障时也无报警输出，用户本地或远程难以对附件进行监控、维护与保养，也难以定位或排查故障。
5.再者，附件之间以及附件与断路器控制器之间相互独立没有集中管理，使得断路器系统内部部件间工作信息无法形成闭环控制，比如断路器控制器无法知晓除控制器自身发出的分闸指令外的断路器分闸是过压或欠压脱扣或是分励脱扣导致——类似情况使得系统存在较大的安全隐患。
6.另外，目前市场可见的失压带延时脱扣器附件，由于失压后断开了其供电电源，为实现失压后延时脱扣功能，往往采用大容量储能机构，使得该脱扣器尺寸庞大且延时不准。


技术实现要素：

7.本技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种一体式的断路器的集成附件模块。
8.为实现上述目的，本技术采用了如下技术方案：
9.一种断路器的附件模块，包括安装在断路器系统上的动作装置和监控装置，动作装置包括动作线圈模块，动作线圈模块包括多个动作线圈，多个动作线圈分别用于驱动断路器系统的断路器动作机构导通和断开断路器系统的用电电路；监控装置包括中控模块、信号检测模块和驱动模块，以及分别为中控模块、信号检测模块和驱动模块供电的电源模块，所述信号检测模块与中控模块连接，信号检测模块包括用于检测断路器动作机构工作状态的动作信号调理电路，所述驱动模块包括为动作线圈模块供电的线圈驱动模块，以及为储能机构供电的电机驱动模块，线圈驱动模块和电机驱动模块分别与中控模块连接；中控模块通过电机驱动模块驱动储能电机使储能动作机构为断路器动作机构储能，并通过动
作信号调理电路检测储能动作机构是否按照控制指令完成储能动作，中控模块通过线圈驱动模块驱动断路器动作机构动作，并通过动作信号调理电路检测断路器动作机构是否按照线圈驱动模块的驱动指令动作。
10.优选的，所述电机驱动模块用于为储能电机供电，电机驱动模块与储能电机之间设置有电流采样单元，电流采样单元与动作信号调理电路连接用于反馈储能电机的供电电流。
11.优选的，所述动作线圈模块包括合闸动作线圈、分闸动作线圈，合闸动作线圈用于驱动断路器动作机构合闸，分闸动作线圈用于根据分闸控制信号或在断路器保护的电路出现故障时驱动断路器动作机构分闸。
12.优选的，所述动作线圈模块还包括保护动作线圈，所述保护动作线圈在断路器保护的电路出现故障时驱动断路器动作机构分闸。
13.优选的，所述信号检测模块还包括合闸信号调理电路和分闸信号调理电路，合闸信号调理电路和分闸信号调理电路分别连接在断路器系统的控制电源与中控模块之间，分别用于传送合闸控制信号和分闸控制信号，中控模块根据合闸控制信号和分闸控制信号通过驱动线圈模块分别驱动合闸动作线圈和分闸动作线圈。
14.优选的，还包括合闸按钮、分闸按钮，合闸按钮、分闸按钮分别连接在合闸信号调理电路和分闸信号调理电路上。
15.优选的，所述信号检测模块还包括与中控模块连接的隔离运放模块，隔离运放模块用于检测外部给定的电压信号。
16.优选的，所述监控装置的电源模块与断路器系统的控制电源连接，断路器系统的控制电源经过电源模块为监控装置供电。
17.优选的，所述监控装置还包括与中控模块连接的人机交互装置。
18.优选的，所述电机驱动模块从电源模块取电或经过中控模块从电源模块取电，或者电机驱动模块从断路器系统的控制电源取电，或者电机驱动模块从独立的电源取电；所述线圈驱动模块从电源模块取电或经过中控模块从电源模块取电，或者线圈驱动模块从断路器系统的控制电源取电，或者线圈驱动模块从独立的电源取电。
19.优选的，所述多个动作线圈的工作电压相同。
20.优选的，储能监测微动开关安装在断路器内与储能动作机构对应设置，动作信号调理电路与储能监测微动开关连接。
21.优选的，在断路器动作机构的合闸位置和分闸位置分别设有合闸监测微动开关和分闸监测微动开关，动作信号调理电路与合闸监测微动开关和分闸监测微动开关连接。
22.优选的，所述附件模块还包括通讯模块，所述通讯模块用于连接远程上位机和或断路器的智能控制器。
23.本技术还提供一种断路器智能控制系统，包括上述的断路器的附件模块、智能控制器及与智能控制器连接的磁通变换器，智能控制器根据断路器短路或过载故障通过磁通变化器驱动断路器动作机构动作，其中，所述断路器的附件模块包括与所述智能控制器通信的通讯模块，断路器的附件模块的电源模块为所述通讯模块供电。
24.本技术的断路器的附件模块，包括中控模块、动作线圈模块、线圈驱动模块、电机驱动模块和动作信号调理电路，中控模块通过电机驱动模块驱动储能电机使储能动作机构
为断路器动作机构储能，并通过动作信号调理电路检测储能动作机构是否按照控制指令完成储能动作，中控模块通过线圈驱动模块驱动断路器动作机构动作，并通过动作信号调理电路检测断路器动作机构是否按照线圈驱动模块的驱动指令动作，集成动作线圈模块能够实现断路器的分闸、合闸且能够用于故障时的分闸，集成电机驱动模块能够驱动断路器的机构，而且能够统一各模块的电源模块，并且能够监控储能动作机构是否储能，监控断路器动作机构是否合闸或分闸，不需要去分别监控动作装置的多个动作线圈，就能够有效监控动作装置的工作状态，而且具有结构简单、体积小、便于装配和成本低的特点。
25.此外，电源模块从断路器系统的控制电源取电。电源模块可以在较宽的输入电压范围下，提供不同电压等级的恒定电压分别供相连的其它用电模块可靠工作。
附图说明
26.图1是本技术断路器的附件模块的结构框架图；
27.图2是本技术监控装置的一种优选实施例；
28.图3是本技术监控装置的另一优选实施例；
29.图4是现有断路器的附件示意图。
具体实施方式
30.以下结合附图1至3给出的实施例，进一步说明本技术的断路器的附件模块的具体实施方式。本技术的断路器的附件模块不限于以下实施例的描述。
31.如图1
‑
3所示，本技术的断路器的附件模块包括安装在断路器系统上的动作装置和监控装置，动作装置包括动作线圈模块，动作线圈模块包括多个动作线圈，多个动作线圈分别用于驱动断路器系统的断路器动作机构导通和断开断路器系统的用电电路；监控装置包括中控模块、信号检测模块和驱动模块，以及分别为中控模块、信号检测模块和驱动模块供电的电源模块，信号检测模块与中控模块连接，信号检测模块包括用于检测断路器动作机构工作状态的动作信号调理电路；所述驱动模块包括为动作线圈模块供电的线圈驱动模块，以及为储能机构供电的电机驱动模块，线圈驱动模块和电机驱动模块分别与中控模块连接；中控模块通过电机驱动模块驱动储能电机使储能动作机构为断路器动作机构储能，并通过动作信号调理电路检测储能动作机构是否按照控制指令完成储能动作，中控模块通过线圈驱动模块驱动断路器动作机构动作，并通过动作信号调理电路检测断路器动作机构是否按照线圈驱动模块的驱动指令动作。
32.本技术的断路器的附件模块，包括中控模块、动作线圈模块、线圈驱动模块、电机驱动模块和动作信号调理电路，中控模块通过电机驱动模块驱动储能电机使储能动作机构为断路器动作机构储能，并通过动作信号调理电路检测储能动作机构是否按照控制指令完成储能动作，中控模块通过线圈驱动模块驱动断路器动作机构动作，并通过动作信号调理电路检测断路器动作机构是否按照线圈驱动模块的驱动指令动作，集成动作线圈模块能够实现断路器的分闸、合闸且能够用于故障时的分闸，集成电机驱动模块能够驱动断路器的机构，而且能够统一各模块的电源模块，并且能够监控储能动作机构是否储能，监控断路器动作机构是否合闸或分闸，不需要去分别监控动作装置的多个动作线圈，就能够有效监控动作装置的工作状态，而且具有结构简单、体积小、便于装配和成本低的特点。附件模块不
仅能够满足现有欠压脱扣器或分励脱扣器/闭合电磁铁的功能，而且还设置电机驱动模块，实现储能监控、分合闸监控，安装到现有的断路器上后，能够满足监控要求。
33.如图1所示的实施例，所述断路器的附件模块的监控装置还包括通讯模块，通讯模块与中控模块连接。所述的中控模块包括单片机或者微处理器mcu，这里的单片机或者微处理器mcu是断路器附件模块的处理器，并非电子式控制器(智能控制器)中的处理器。所述中控模块通过通讯模块与智能控制器和或远程上位机进行通讯，当用户需要对断路器附件进行非本地监控或系统管理时，可通过通讯模块与远程上位机通讯进行监控或与断路器智能控制器进行通讯。作为本技术的改进点之一，在附件模块中设有通讯模块可通过通讯模块选择性地与断路器原有的智能控制器连接，与智能控制器互通有无，并可对两者数据进行匹配或比对。
34.进一步，如图2
‑
3所示的实施例，储能机构包括储能动作机构和储能电机，储能动作机构用于与断路器动作机构配合，这是现有技术。本实施例的断路器的附件模块内设有电机驱动模块，电机驱动模块为储能电机供电，中控模块通过电机驱动模块驱动储能电机使储能动作机构为断路器动作机构储能，并通过动作信号调理电路检测储能动作机构是否按照驱动模块的驱动指令动作。在电机驱动模块与储能电机之间还设有电流采样单元，电流采样单元与动作信号调理电路连接。作为本技术的又一改进点，通过动作信号调理电路检测储能动作机构的储能状态信号，监测储能动作机构是否按照控制指令完成储能动作，且增加电流采样单元对储能电机的供电电流进行检测，便于对储能单元的电流和储能状态进行监测。通过电机驱动模块与储能电机之间设置电流采样模块，可以判断储能电机动作过程中是否发生堵转等故障，电机发生堵转等故障时，电流采样模块采样的电流会变化或超过阈值，中控模块基于采样的电流监控储能电机的工作状态。
35.一种储能状态信号的实施例为，储能动作机构动作到位后，触发储能监测微动开关的闭合/开断传递电信号至动作信号调理电路来判断储能电机是否动作到位。储能监测微动开关安装在断路器内与储能动作机构对应设置，动作信号调理电路与储能监测微动开关连接。
36.进一步，所述线圈动作模块包括多个动作线圈，多个动作线圈的工作电压相同。通过统一多个动作线圈的工作电压等级，使驱动模块的工作电压固定，能够降低驱动模块的体积和成本。所述动作线圈模块包括合闸动作线圈和分闸动作线圈，合闸动作线圈用于驱动断路器动作机构合闸，分闸动作线圈根据控制电源的分闸控制信号或在断路器保护的电路出现故障时，执行合闸动作的线圈采用同一个合闸动作线圈，执行分闸动作的线圈采用同一个分闸动作线圈，可以节省线圈及配套的元件，例如过/欠压动作线圈可以省去，借用分闸动作线圈执行因线路过/欠压需要执行的分闸动作)。优选的，所述线圈动作模块还可以包括单独的保护动作线圈，保护动作线圈用于在断路器保护的电路出现故障时驱动断路器动作机构分闸,例如保护动作线圈用于执行过/欠压需要执行的分闸动作。
37.所述信号检测模块包括用于检测断路器动作机构工作状态的动作信号调理电路，中控模块通过线圈驱动模块驱动断路器动作机构动作，并通过动作信号调理电路检测断路器动作机构是否按照线圈驱动模块的驱动指令动作。当中控模块通过合闸动作线圈驱动断路器动作机构动作实现断路器合闸时，动作信号调理电路监测断路器动作机构是否完成合闸，当中控模块通过分闸动作线圈驱动断路器动作机构动作实现断路器分闸时，动作信号
调理电路监测断路器动作机构是否完成分闸。一种实施方式为，在断路器动作机构的合闸位置和分闸位置分别设有合闸监测微动开关和分闸监测微动开关，动作信号调理电路与合闸监测微动开关和分闸监测微动开关连接；断路器动作机构转动到合闸位置或分闸位置时，分别触发合闸监测微动开关和分闸监测微动开关，合闸监测微动开关和分闸监测微动开关传递信号给动作信号调理电路。
38.进一步，所述信号检测模块还包括合闸信号调理电路和分闸信号调理电路，合闸信号调理电路和分闸信号调理电路分别与中控模块连接，分别用于传送合闸控制信号和分闸控制信号，中控模块根据合闸控制信号和分闸控制信号通过驱动线圈模块分别驱动合闸动作线圈和分闸动作线圈，用于驱动断路器动作机构执行合闸和分闸动作。图2
‑
3的实施例中，断路器的附件模块还包括合闸按钮、分闸按钮，合闸信号调理电路和分闸信号调理电路分别连接在断路器系统的控制电源与中控模块之间，合闸按钮、分闸按钮分别连接在合闸信号调理电路和分闸信号调理电路上。
39.进一步，如图2
‑
3所示的实施例，所述信号检测模块还包括与中控模块连接的隔离运放模块，隔离运放模块用于检测外部给定的电压信号，实时监测被监控电路的电压是否出现过压或欠压，被监控的电路是断路器的用电主回路，当然也可以是电源模块电路或其它电路。隔离运放模块包括采用光耦的隔离电路和运放电路。
40.进一步，所述监控装置的电源模块与断路器系统的控制电源连接，断路器系统的控制电源经过电源模块为监控装置供电。电源模块可以在较宽的输入电压范围下，提供不同电压等级的恒定电压分别供相连的其它用电模块可靠工作。例如，可以提供3v、5v、24v、36v、48v等不同电压等级的恒定电压，附件模块中的各模块共用一个电源模块，无需分别设置电源模块，使体积更加紧凑。当然，电源模块也可以与独立的电源连接，由独立的电源保持供电。
41.进一步，作为本技术的又一改进点，所述监控装置还包括与中控模块连接的人机交互装置。中控模块能够通过人机交互装置显示出动作装置和断路器系统的工作状态，用户也可以通过人机交互装置对工作参数进行设定。当然，通讯模块也可以通过有线或无线的方式与远程上位机或断路器系统的智能控制器连接，通过远程上位机或智能控制器显示出动作装置和断路器系统的工作状态，以及对工作参数进行设定。
42.进一步，所述电机驱动模块从电源模块取电，或者经过中控模块从电源模块取电，或者电机驱动模块从断路器系统的控制电源取电，或者电机驱动模块从独立的电源取电。电机驱动模块由独立的电源保持供电，不仅可以降低储能机构的容量，而且可以在欠压时实现延时功能，同时延时时间的调整精度也更高。
43.进一步，所述线圈驱动模块从电源模块取电，或者经过中控模块从电源模块取电，或者线圈驱动模块从断路器系统的控制电源取电，或者线圈驱动模块从独立的电源取电。
44.如图2
‑
3示出的优选实施例，图2和图3的区别在于：图2中的电机驱动模块从监控装置的电源模块取电，图3中的电机驱动模块从断路器系统的控制电源取电，图2和图3中的其它结构均相同。
45.如图2所示，本实施例的断路器的附件模块包括安装在断路器系统上的动作装置和监控装置，动作装置包括动作线圈模块，所述动作线圈模块包括合闸动作线圈、分闸动作线圈，动作线圈模块用于驱动断路器系统的断路器动作机构导通和断开断路器系统的用电
电路；所述监控装置包括中控模块、信号检测模块和驱动模块，以及分别为中控模块、信号检测模块和驱动模块供电的电源模块，信号检测模块包括动作信号调理电路、隔离运放模块、合闸信号调理电路和分闸信号调理电路。
46.所述驱动模块包括为动作线圈模块供电的线圈驱动模块，以及为储能机构供电的电机驱动模块，线圈驱动模块和电机驱动模块分别与中控模块连接，中控模块通过电机驱动模块驱动储能电机使储能动作机构为断路器动作机构储能，中控模块通过线圈驱动模块驱动合闸动作线圈、分闸动作线圈，触发断路器动作机构动作；合闸动作线圈用于驱动断路器动作机构合闸，分闸动作线圈用于根据分闸控制信号或在断路器保护的电路出现故障时驱动断路器动作机构分闸。
47.所述隔离运放模块用于检测外部给定电压信号，中控模块根据隔离运放模块采集的电压信号判断用电电路是否正常工作，如果用电电路出现欠压、短路和过载等故障时，中控模块通过线圈驱动模块的驱动指令分闸动作线圈动作触发断路器动作机构动作实现分闸；
48.合闸信号调理电路和分闸信号调理电路用于检测控制电源的信号，用户按下合闸按钮、分闸按钮或远程控制指令时，中控模块通过驱动模块的驱动指令驱动合闸线圈或分闸线圈使断路器动作机构动作。
49.动作信号调理电路用于检测断路器动作机构工作状态，动作装置驱动断路器动作机构动作时，包括合闸、分闸和或过欠压分闸，中控模块通过动作信号调理电路检测动作机构是否按照驱动模块的驱动指令动作，动作信号调理电路监测断路器动作机构的开关状态信号，如果断路器动作机构不动作，则说明动作装置故障。
50.进一步，所述电机驱动模块经过电流采样单元为储能电机供电，电流采样单元和储能动作机构分别与动作信号调理电路连接，中控模块能够通过电机驱动模块驱动储能电机使驱动储能动作机构为断路器动作机构储能，并通过动作信号调理电路分别检测储能电机和储能动作机构是否按照电机驱动模块的驱动指令动作。
51.进一步，所述监控装置的电源模块从断路器系统的控制电源取电后为监控装置供电，监控装置的电机驱动模块与电源模块连接时(图2)，中控模块能够导通电机驱动模块，使电源模块通过电机驱动模块为储能机构的电机供电；监控装置的电机驱动模块与控制电源连接时(图3)，中控模块能够导通电机驱动模块，使控制电源通过电机驱动模块为储能机构供电。线圈驱动模块的工作原理与电机驱动模块类似，中控模块能够导通线圈驱动模块，使电源模块经过线圈驱动模块为动作线圈模块供电。
52.进一步，所述监控装置还包括连接在电源模块与断路器系统的控制电源之间的emc/emi模块，emc/emi模块能够隔绝外部对内与监控装置自身工作时的对外的电磁干扰，有效提升系统的稳定性和可靠性。
53.本技术还提供一种断路器智能控制系统，包括本技术的断路器的附件模块、智能控制器及与智能控制器连接的磁通变换器，智能控制器根据断路器短路或过载故障通过磁通变化器驱动断路器动作机构动作，其中，所述断路器的附件模块包括与所述智能控制器通信的通讯模块，断路器的附件模块的电源模块为所述通讯模块供电。参考图4，本技术的断路器的附件模块可以安装在现有的对应欠压脱扣器或分励脱扣器/闭合电磁铁的位置，采用相同的方式与断路器动作机构配合，实现合闸分闸；不仅能够满足现有欠压脱扣器或
分励脱扣器/闭合电磁铁的功能，而且还设置电机驱动模块，实现储能监控、分合闸监控，安装到现有的断路器上后，能够满足监控要求，也能实现欠压、分合闸控制，且通过通讯模块将断路器状态监控反馈到智能控制器或远程上位机。
54.本实施例的断路器的工作过程如下：
55.动作装置上电后，所述电源模块将控制电源的高压信号经过整流、降压、滤波后转化成低压直流信号，为装置的各个功能模块提供所需的工作电源。其中所述emc/emi模块实现隔绝外部对内与装置自身工作时的对外电磁干扰，提升系统的稳定性和可靠性。
56.当附件系统的电源稳定后，中控模块开始上电复位和自检，对信号调理模块输入的断路器动作机构的开关状态信号、储能机构的储能状态信号、隔离运放模块输入的电压信号、储能机构的储能电流采样单元的电流信号、合闸控制信号和分闸控制信号进行实时监测，同时初始化人机交互装置，显示并实时更新当前系统的工作状态。用户也可通过人机交互装置对系统的参数进行设定。
57.中控模块也会通过信号调理模块实时监测断路器动作机构的开关状态信号，判断断路器动作机构是否按照中控模块发出的指令完成合闸或分闸操作，如果断路器动作机构未按照指令完成合闸或分闸操作，则记录分闸动作线圈分闸动作线圈或故障动作线圈故障信息，并发出报警信息。
58.当中控模块通过信号调理模块检测到储能机构未储能时，会发出指令至电机驱动模块，驱动电机带动储能单元完成储能机构的储能操作，并通过信号调理模块实时监测储能状态信号，用以判断储能机构是否完成储能并检测到完成储能状态信号后，发出指令至电机驱动模块停止驱动储能电机。在储能机构储能过程中，中控模块会通过信号调理模块实时监测电流采样单元输入的电流信号及运行时间，判断电机运行状态，当电机出现堵转、损坏等不良状态时，中控模块会停止驱动电机，记录电机故障信息，并发出报警信息。
59.当用户需要对断路器附件进行非本地监控或系统管理时，可通过通讯模块与远程上位机通讯进行监控或与断路器智能控制器进行通讯，实现断路器自身系统管理。断路器智能控制器根据用户设定保护参数驱动磁通变换器，推动断路器动作机构执行分闸操作，通过通讯模块可以从断路器附件模块集成的监控装置中读出断路器动作机构的开关状态信号，判断断路器动作机构是否按照指令完成了对应分闸操作，如果断路器动作机构未按照指令完成合闸或分闸操作，则记录磁通变换器故障信息，并发出报警信息。用户可以通过智能控制器设置动作线圈模块或磁通变换器故障应急分闸功能，当断路器附件集成的监控装置中检测到合闸动作线圈、分闸动作线圈或故障动作线圈出现故障时，可发送故障信息至智能控制器，驱动磁通变换器推动断路器动作机构执行分闸操作，同时记录合闸动作线圈、分闸动作线圈或故障动作线圈故障信息，并发出报警信息；或者当智能控制器中检测到磁通变换器出现故障时，可发送故障信息至断路器附件集成监控装置，驱动分闸动作线圈动作，推动断路器动作机构执行分闸操作，同时记录磁通变换器故障信息，并发出报警信息。
60.以上内容是结合具体的优选实施方式对本技术所作的进一步详细说明，不能认定本技术的具体实施只局限于这些说明。对于本技术所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本技术的保护范围。