断路器的电动储能系统

技术领域

本发明创造涉及低压电器领域，特别是涉及一种断路器的电动储能系统。

背景技术

断路器的电动储能系统用于为断路器的合闸提供所需能量，其原理是通过操作机构触发微动开关起动电机开始储能，当储能完成时操作机构位置刚好断开微动开关并关闭电机。由于微动开关连接在电机的供电回路上，有较大电流经过，电机的起动和关闭都由微动开关完成，微动开关每次切换都必然有电弧产生，经过若干次的起动和关闭后微动开关的触头容易出现粘连，导致微动开关无法断开连接，由于电机在系统中只短时运行，并未加强散热处理，而微动开关的触头在粘连后电机会一直转动最终导致电机烧毁。

现有的储能电机，虽然通过对电机电气回路中的流过电流时间进行采样，并与断路器所规定的储能完成时间进行比较，当电机电气回路中的流过电流时间大于断路器所规定的储能完成时间时切断电机电气回路实现保护。但是，不能根本解决电弧导致微动开关的触头粘连损坏的问题，不仅不能减少维修的频率，而且储能电机的寿命无法预测，必须等到故障出现后才能够发现，从而造成整个断路器系统故障，造成经济损失。

此外，现有的储能电机在断路器操作机构出现滑扣时，储能完成时的操作机构移动到关闭微动开关的位置后无法停止，会使微动开关再次被操作机构触发，导致使电机再次起动，如此循环也会导致电机烧毁。

此外，现有的储能电机通常通过微动开关的中性端子和常开端子控制电机的起动和关闭，并在微动开关的常闭端子和中性端子间连接信号灯作为储能结束信号。但是，若误漏接信号灯，并将微动开关中性端子与常闭端子直接接入电源，则会使微动开关短路烧毁。

发明内容

本发明创造的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种具有自检功能且使用寿命长的断路器的电动储能系统。

为实现上述目的，本发明创造采用了如下技术方案：

一种断路器的电动储能系统，其包括储能电机、触发装置和储能保护装置，触发装置包括开关装置，以及用于闭合和断开开关装置的操作机构，储能保护装置包括与开关装置连接的控制电路单元，开关装置在闭合时对控制电路单元输入闭合信号，开关装置在断开时对控制电路单元输入断开信号，控制电路单元累积开关装置的闭合信号持续时间和/或断开信号持续时间，如果开关装置的闭合信号持续时间超出规定闭合阈值和/或断开信号持续时间小于规定断开阈值，则认为开关装置和/或操作机构出现故障。

优选的，所述储能保护装置还包括驱动单元，驱动单元连接在控制电路单元与储能电机之间，操作机构闭合开关装置时，控制电路单元闭合驱动单元为储能电机供电，操作机构断开开关装置时，控制电路单元关闭驱动单元停止为储能电机供电。

优选的，所述储能保护装置还包括与控制电路单元连接的采集模块，采集模块包括分别与控制电路单元连接的电机电压采集电路单元和/或电机电流采集电路单元和/或电机温度采集电路单元。

优选的，所述控制电路单元能够根据采集模块采集储能电机的工作参数计算储能电机的现有寿命，如果现有寿命低于规定寿命时，通过与控制电路单元相连的报警模块进行警报。

优选的，所述储能保护装置还包括与控制电路单元连接的报警单元，控制电路单元能够通过报警单元报警并输出储能电机故障的原因或开关装置的故障或操作机构的故障。

优选的，所述控制电路单元通过电机电流采集电路单元采集储能电机的运行电流，当储能电机的运行电流大于预设倍数的标准储能电机的运行电流时，则储能电机的现有寿命不足。

优选的，所述控制电路单元通过电机温度采集电路单元采集储能电机的运行温度，当储能电机的温度高于预设温度，则储能电机的现有寿命不足。

优选的，所述储能保护装置还包括与控制电路单元连接的运行指示单元，操作机构能够闭合开关装置的触点为储能电机供电，使控制电路单元通过运行指示单元指示储能电机的通电状态；操作机构能够断开开关装置的触点停止为储能电机供电时，使控制电路单元通过运行指示单元指示储能电机的断电状态。

优选的，所述开关装置为微动开关，所述操作机构为与微动开关相邻设置的凸轮，凸轮圆周能够压动微动开关的按钮使微动开关的触点闭合，在凸轮圆周上设有与微动开关的按钮配合的凹口，凹口能够避让微动开关的按钮使微动开关的触点断开。

优选的，所述电机电压采集电路单元为电压互感器或电阻分压电路，电机电流采集电路单元为电阻采样或互感器采样或霍尔传感器，电机温度采集电路单元为正温度系数热敏电阻或负温度系数热敏电阻或温度传感器。

优选的，还包括与控制电路单元连接的远程发送单元。

本发明创造的断路器的电动储能系统，控制电路单元根据开关装置的闭合信号持续时间判断开关装置的触点是否出现粘连或操作机构卡滞，不需要通过监测储能电机电流，不仅能够避免开关装置出现粘连或操作机构卡滞故障导致储能电机损坏，而且具有结构简单、体积小和成本低的特点。

此外，开关装置不直接为储能电机供电，触发装置的开关装置与控制电路单元连接，由控制电路单元通过驱动单元代替开关装置为储能电机供电，使触发装置的开关装置只需要承载信号级别的低电压和低电流，不仅能够避免在断开大电流时电弧带来的损害，有效延长储能系统的使用寿命并减少维修频率，而且触发装置的开关装置不需要与储能电机的电源连接，有效避免因为接错线导致的开关装置被短路烧损的问题。

此外，控制电路单元可以根据储能电机的运行电流和/或运行温度来判断储能电机的现有寿命，储能电机运行一定时间后，漆包线绝缘性能的下降和轴承的老化都会导致储能电机的运行电流比正常电机电流大，且导致储能电机运行时温度增加，控制电路单元通过采集正常标准储能电机正常工作时的起动电流、运行电流和运行温度作为数据储存在控制电路单元的芯片内。

附图说明

图1是本发明创造实施例断路器的电动储能系统的原理示意图；

图2是本发明创造实施例断路器的电动储能系统的接线示意图。

具体实施方式

以下结合附图1至2给出的实施例，进一步说明本发明创造的断路器的电动储能系统的具体实施方式。本发明创造的断路器的电动储能系统不限于以下实施例的描述。

如图1所示，本发明创造的断路器的电动储能系统包括储能电机、触发装置和储能保护装置，触发装置包括用于控制为储能电机供电的开关装置，以及用于闭合和断开开关装置的操作机构，储能保护装置包括与开关装置连接的控制电路单元，开关装置在闭合时对控制电路单元输入闭合信号，开关装置在断开时对控制电路单元输入断开信号，控制电路单元能够累积开关装置的闭合信号持续时间和/或断开信号持续时间。控制电路单元根据开关装置的闭合信号持续时间和/或断开信号持续时间判断开关装置的触点是否出现粘连或操作机构是否出现卡滞，如果开关装置的闭合信号持续时间超出规定闭合阈值和/或断开信号持续时间小于规定断开阈值，则认为开关装置和/或操作机构出现故障，控制电路单元可以直接或间接关闭储能电机或发出相应报警。

本发明创造的断路器的电动储能系统，控制电路单元根据开关装置的闭合信号持续时间判断开关装置的触点是否出现粘连或操作机构卡滞，不需要通过监测储能电机电流，不仅能够避免开关装置出现粘连或操作机构卡滞故障导致储能电机损坏，而且具有结构简单、体积小和成本低的特点。

进一步，所述控制电路单元为单片机，储能保护装置能够在开关装置在闭合时为储能电机供电，开关装置闭合时触发单片机计时，并通过单片机开始累积开关装置的闭合信号持续时间，开关装置断开时单片机计时结束。计时结束时单片机进行判断，如果开关装置的闭合信号持续时间超出规定阈值，则认为开关装置出现粘连或操作机构出现卡滞故障，控制电路单元可以通过报警单元发出警报，以便及时进行处理，如果未超出规定阈值则单片机进行复位。当然，控制电路单元也可以通过特定的芯片实现功能，都属于本发明的保护范围。

进一步，所述储能保护装置还包括与控制电路单元连接的报警单元，当储能电机有故障发生时，控制电路单元通过报警单元报警，输出储能电机故障的原因或开关装置的故障或操作机构的故障。

一种实施例为开关装置闭合时为储能电机供电，开关装置直接用于控制为储能电机供电，开关装置连接在为储能电机供电的回路中，开关装置在闭合时能够为储能电机供电并对控制电路单元输入闭合信号，由操作机构触发开关装置闭合或断开，开关装置闭合时为储能电机供电，且同时为控制电路单元输入闭合信号。

另一种实施例为通过驱动单元代替开关装置为储能电机供电，驱动单元连接在控制电路单元与储能电机之间，控制电路单元通过驱动单元为储能电机供电，操作机构闭合开关装置时，开关装置为控制电路单元提供闭合信号，通过控制电路单元闭合驱动单元为储能电机供电，操作机构断开开关装置时，开关装置通过控制电路单元关闭驱动单元停止为储能电机供电，开关装置只需要承载信号级别的低电压和低电流。驱动单元优选采用MOSFET、IGBT、固态继电器等电力电子器件或者电力电子器件的组合的模块驱动电机，相对现有的机械开关不会出现机械触点黏连问题，而且还具有寿命长的特点。此外，驱动单元还可采用单一MOSFET作为储能电机导通或断开的开关，或者用H桥等专用电机驱动功率器件；由控制电路单元发出开、关信号或PWM脉冲信号到驱动单元，再由驱动单元控制电机的运行，都属于本发明的保护范围。

本发明创造的断路器的电动储能系统，开关装置不直接为储能电机供电，触发装置的开关装置与控制电路单元连接，由控制电路单元通过驱动单元代替开关装置为储能电机供电，使触发装置的开关装置只需要承载信号级别的低电压和低电流，不仅能够避免在断开大电流时电弧带来的损害，有效延长储能系统的使用寿命并减少维修频率，而且触发装置的开关装置不需要与储能电机的电源连接，有效避免因为接错线导致的开关装置被短路烧损的问题。

进一步，所述储能保护装置还包括与控制电路单元连接的采集模块，采集模块能够采集储能电机的工作参数，采集模块包括分别与控制电路单元连接的电机电压采集电路单元和/或电机电流采集电路单元和/或电机温度采集电路单元，控制电路单元能够在采集模块所采集的储能电机的工作参数满足故障条件时，通过报警单元发出故障报警，和/或关闭驱动单元停止电机供电，实现对储能电机进行过压保护、欠压保护、过流保护和过温保护等功能。

过压保护和欠压保护功能，通过电机电压采集电路单元采集储能电机的电压信号，当电机电压采集电路单元采集的电压信号高于预设的最大异常电压或低于预设的最小异常电压时，控制电路单元使报警单元发出故障报警；

过流保护保护功能，通过电机电流采集电路单元采集储能电机的电流信号，当电机电流采集电路单元采集的电流信号超过预设的最大电流值时，控制电路单元使报警单元发出故障报警；

过温保护保护功能，通过电机温度采集电路单元采集储能电机的温度信号，当电机温度采集电路单元采集的温度信号高于预设的最大温度值时，控制电路单元使报警单元发出故障报警；即当输入储能电机的电压异常、或电流值超出预计值、或温度高于预定值时控制电路单元使报警单元发出故障报警。

所述控制电路单元能够根据采集模块所采集的储能电机的工作参数，通过将储能电机多次起动时的工作参数与标准储能电机起动时的工作参数对比得到寿命比值，并将标准储能电机的使用寿命与寿命比值相乘得出储能电机的现有寿命，如果现有寿命低于规定寿命时，通过与控制电路单元相连的报警模块进行警报。标准储能电机的工作参数可以由多次合格产品的试验取平均值得出，也可以由大数据分析得出。

进一步，控制电路单元可以根据储能电机的运行电流和/或运行温度来判断储能电机的现有寿命，储能电机运行一定时间后，漆包线绝缘性能的下降和轴承的老化都会导致储能电机的运行电流比正常电机电流大，且导致储能电机运行时温度增加，控制电路单元通过采集正常标准储能电机正常工作时的起动电流、运行电流和运行温度作为数据储存在控制电路单元的芯片内。

控制电路单元通过电机电流采集电路单元采集储能电机的运行电流，当储能电机的运行电流大于预设倍数的标准储能电机的运行电流时，则说明储能电机的现有寿命不足，控制电路单元可以通过报警单元发出警报，提醒更换储能电机；或者，通过起动电流判断时，如果采集模块所采集的储能电机的起动电流大于预设倍数的的标准储能电机的起动电流，则说明储能电机的现有寿命不足，控制电路单元可以通过报警单元发出警报，提醒更换储能电机，预设倍数优选为1.2倍。

控制电路单元可以通过电机温度采集电路单元采集储能电机的运行温度，当储能电机的温度高于预设的高温时，则说明储能电机的现有寿命不足，控制电路单元可以通过报警单元发出警报，提醒更换储能电机，预设的高温优选为标准储能电机的运行温度10度以上。

进一步，所述储能保护装置还包括与控制电路单元连接的通讯模块，通讯模块包括远程发送单元，当储能电机有故障发生时，控制电路单元通过通讯模块输出储能电机故障的原因。故障原因包括触点粘连或操作机构卡滞、操作机构滑扣、电压异常、或电流值超出预计值、或温度高于预定值等。此外，控制电路单元能够通过通讯模块输出储能电机的现有寿命。

进一步，储能保护装置还包括与控制电路单元连接的运行指示单元，通过运行指示单元指示储能电机的工作状态，操作机构能够闭合开关装置的触点为储能电机供电，使控制电路单元通过运行指示单元指示储能电机的通电状态；操作机构能够断开开关装置的触点停止为储能电机供电，使控制电路单元通过运行指示单元指示储能电机的断电状态。运行指示单元可以是继电器输出、晶体管输出、无线信号输出或指示灯指示等方式。参阅图2，如果用户误将报警单元的报警输出端子或运行指示单元的运行输出端子误接入电源，则储能保护系统不会工作，也不会出现短路的问题。

作为触发装置的优选实施例，所述开关装置为微动开关，所述操作机构为与微动开关相邻设置的凸轮，凸轮圆周能够压动微动开关的按钮使微动开关的触点闭合，在凸轮圆周上设有与微动开关的按钮配合的凹口，且凹口与储能电机停止储能位置对应，凹口能够避让微动开关的按钮使微动开关的触点断开，结构简单且占用空间小。当然，开关装置也可以是行程开关、光电开关、位置开关等，都属于本发明创造的保护范围。

作为采集模块的优选实施例，电机电压采集电路单元为电压互感器或电阻分压电路，电机电流采集电路单元为电阻采样或互感器采样或霍尔传感器，电机温度采集电路单元为正温度系数热敏电阻或负温度系数热敏电阻或温度传感器等，都属于本发明创造的保护范围。

作为通讯模块的优选实施例，所述通讯模块包括远程发送单元，远程发送单元可以是WIFI模块或蓝牙模块或频段发射模块。此外，通讯模块还可以包括输入单元，通过输入单元对控制电路单元的工作参数进行设定，便于进行管理和维护，输入单元可以是远程通讯的方式也可以是按钮输入的方式，都属于本发明创造的保护范围。

作为控制电路单元的优选实施例，控制电路单元为单片机或数字电路。

具体工作时，控制电路单元在上电后分别对各个单元进行检测，没有故障出现时，当操作机构在停止位置时，微动开关触发点伸出，微动开关输出常开信号提供给控制电路单元，由控制单元发出关闭电机信号给驱动单元关闭储能电机，同时关闭运行指示单元和报警单元，运行指示单元和报警单元继电器输出为断开状态；

当操作机构开始储能时，转动到储能位置并触发微动开关的按钮缩回，微动开关输出常闭信号提供给控制电路单元，由控制单元发出起动电机信号给驱动单元起动储能电机，同时通过运行指示单元输出闭合信号；

控制电路单元检测到微动开关触发后，使驱动单元运行驱动并驱动储能电机运行储能，并驱动运行指示单元进行工作状态指示，同时电压采样电路单元、电流采样单元和温度采集单元分别对储能电机进行数据处理并送给控制电路单元进行计算，当输入储能电机的电压异常、或电流值超出预计值、或温度高于预定值时控制电路单元使报警单元发出故障报警，同时通过远程发送单元把故障信息发出。储能完成后操作机构复位微动开关，控制电源单元检测到微动开关复位后，通过驱动单元关闭储能电机，运行指示单元输出停止状态指示。

微动开关粘连或操作机构卡滞时，微动开关的闭合时间会变长，需要判断微动开关闭合时间是否大于规定闭合阈值。控制电路通过对微动开关在储能位置的时间进行判断，如果连续大于最长闭合时间，即规定闭合阈值，则控制电路单元关闭驱动单元，同时打开报警单元并通过远程发送单元把故障信息发出。

操作机构滑扣时，快要储能完成后就自动释能了，操作机构很快又触发微动开关闭合，断开时间(停止时间)会变短，操作机构会频率触发微动开关，微动开关的断开时间会变短，需判断微动开关的断开时间是否小于预设断开阈值时间。控制电路通过对微动开关在停止位置的时间进行判断，如果连续小于最短停止时间，即连续小于预设断开阈值，则控制电路单元关闭驱动单元，同时打开报警单元并通过远程发送单元把故障信息发出。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明创造所作的进一步详细说明，不能认定本发明创造的具体实施只局限于这些说明。对于本发明创造所属技术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，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明创造的保护范围。