智能空开控制器
阅读说明：本技术 智能空开控制器 (Intelligent air switch controller ) 是由 费战波 任家顺 常鹏 于 2021-06-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种外接在传统式空气开关出线端的空气开关控制器,不改变原有空气开关的结构及原有控电柜的布局布线,可直接安装到被控空气开关的出线端子,且内置调节机构,可匹配不同厂家的空气开关；内置电机螺杆装置及其驱动电路,可推动外部机械结构以控制空气开关手柄动作,实现控制空气开关分合闸的目的；具备无极性两线制携能通信总线,可同时完成数据通信和设备供电功能内置电流互感器及其采样电路,可对所接负载线路上的电流大小进行检测；内置热敏电阻及其采样电路,可对空气开关出线端子即所接负载线路进行温度检测。(The invention provides an air switch controller externally connected to a lead-out terminal of a conventional air switch, which can be directly installed to the lead-out terminal of a controlled air switch without changing the structure of the original air switch and the layout and wiring of the original electricity control cabinet, is internally provided with an adjusting mechanism and can be matched with air switches of different manufacturers; the built-in motor screw device and the driving circuit thereof can push an external mechanical structure to control the action of the air switch handle, thereby realizing the purpose of controlling the opening and closing of the air switch; the current transformer and the sampling circuit thereof are arranged in the non-polar two-wire system energy-carrying communication bus, can simultaneously complete data communication and equipment power supply functions, and can detect the current on a connected load line; the built-in thermistor and the sampling circuit thereof can detect the temperature of the outlet terminal of the air switch, namely the connected load circuit.)
技术领域
本发明涉及智能控制领域，具体地说涉及到一种远程控制空气开关的智能空开控制器。
背景技术
空气开关，又名空气断路器，是断路器的一种，只要电路中电流超过额定电流就会自动断开，空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。对于传统的空气开关，空气开关的分、合闸均需要人为手动操作。例如，当检修电路或停止电路中设备工作时，需要人为近距离拨动空气开关用于控制跳、合闸的手动操作杆，使空气开关完成分闸动作；当检修完成或需要启动电路中某一路电力设备时，需要再次人为近距离拨动手动操作杆，才可使空气开关完成合闸动作。
传统空气开关存在以下弊端：（1）合闸需在现场由人工手动拨动手柄完成，存在人员去往现场的响应时延，针对检修场合以及无人、少人控制场合具有很大的不便性；（2）传统空气开关的操作要求工作人员具有一定基础的电力学知识基础，控电柜环境对一般工作人员的安全性产生隐患；（3）传统空气开关的分闸为达到分闸条件后的自动动作，对于保电要求较高的生产厂区来说，突然掉电会造成一定经济损失。
为了解决传统空气开关的以上弊端问题，市场上出现了智能空开控制器，现有的智能空开控制器存在以下问题：（1）大部分的空开控制器需要将原有的空气开关拆除之后再安装，属于替换式安装，成本高，为实现自动分合闸功能，传动控制机构复杂，且需要增加宽度，1P至少加宽至2P，且需替换原有空气开关，改变空开原有布局；（2）将空开控制器加装到原有空气开关上，但是需要增加宽度，改变控电柜的原有布线，安装较为繁琐，加装式空开控制器往往只具备自动分闸功能，不具备自动合闸功能；（3）空开控制器一般都具有数据通信功能，市面上已有的带控制的空气开关由于需要较大电流驱动电机控制，因此除通信用电需额外供电。根据供电方式可分为直接从线路上取电和外加电源两种。其中，直接从线路上取电的由于不可避免地存在电源转换部分，导致整体结构较大、电路消耗较高；外加电源则在通信接线外增加了两根供电线，且4根线序不可混乱，一方面增加了走线量，另一方面增加了接线难度。
发明内容
本发明提供一种外接在传统式空气开关出线端的空气开关控制器，不改变原有空气开关的结构，可直接安装到被控空气开关的出线端子，且内置调节机构，可匹配不同厂家的空气开关；内置电机螺杆装置及其驱动电路，可推动外部机械结构以控制空气开关手柄动作，实现控制空气开关分合闸的目的；具备无极性两线制携能通信总线，可同时完成数据通信和设备供电功能内置电流互感器及其采样电路，可对所接负载线路上的电流大小进行检测；内置热敏电阻及其采样电路，可对空气开关出线端子即所接负载线路进行温度检测。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下所述：
智能空开控制器，含有主壳体、移动滑台、推杆、总线接口、PCB电路板、盖板、ST3固定螺钉、调节螺钉、减速机构、丝杆、光杆、温度传感器、固定极片、M3固定螺钉、互感器、位置传感器，其特征是：
所述的智能空开控制器与通过被控空气开关的出线端子固定于其下方；
所述的智能空开控制器的宽度不超过被控空气开关的宽度；
所述移动滑台与所述丝杆螺纹连接，用于传递推力，
所述移动滑台与所述光杆采用过孔连接，用于导向；
所述丝杆与所述光杆通过螺钉与所述减速机构连接；
所述推杆配合所述调节螺钉可上下移动，用于适配不同厂家空气开关的手柄高度；
所述推杆与所述移动滑台经所述推杆上设的方孔配合连接且采用调节螺钉固定，用于传递推力；
所述推杆一端为弯曲结构，弯曲结构的后臂接触空开手柄， 执行合闸动作，弯曲结构的前臂接触空开手柄，执行分闸动作；
所述推杆中部为异形结构，方便人工手动固定空开下端的负载接线；
所述固定极片通过M3固定螺钉可上下移动，用于适配不同空开的接线端子的位置，固定极片与负载导线一起固定于被控空气开关的接线端子；
所述主壳体与固定极片装配的位置设有一L型滑轨，可实现固定极片移动位置的精度，又可提供承力；
所述固定极片一端设有一折弯凸起，穿过主壳体用于固定温度传感器，并为其提供热源；
所述互感器与所述主壳体采用主壳体所的定位筋固定，所述互感器可检测负载线路的电流大小；
所述减速机构与所述主壳体采用主壳体所的定位筋及螺钉固定；
所述PCB电路板上设有位置传感器，通过位置传感器用于检测推杆的精确位置；
所述PCB电路板经主壳体的定位柱、盖板采用螺钉固定；
所述内置互感器可检测负载线路的电流大小，所述温度传感器可检测出线端子的温度；
所述总线接口焊接于所述PCB电路板；
所述总线接口为无极性两线制携能通信总线接口，以此接口同时完成供电和通信；该总线使用两根线，且不区分极性，可正反接，总线接口经整流桥整流后的直流电压直接供给电机驱动，在主机强供电模式下可提供达单节点至少200mA的驱动电流，也可调整供电强度兼顾通信，其后直流电压经稳压芯片输出主MCU及其他功能电路的工作电压。
本发明的有益效果：
（1）本发明智能空开控制器可远程实现对空气开关的分合闸，不改变原有空气开关的结构及原有控电柜的布局布线，不需要拆除或替换原有空气开关，可直接安装到被控空气开关的出线端子，且内置调节机构，可匹配不同厂家的空气开关。
（2）本发明智能空开控制器采用无极性两线制携能通信总线接口，以此接口同时完成供电和通信，主要优势有：与标准M-Bus单节点只有2mA左右供电相比，该总线单节点供电能力可达200mA以上，能够直驱内置电机，电路简单可靠，整体结构较小，节省安装空间；与常规通信线加供电线的方式相比，该总线接线量少，且不区分极性和线序，接线方便。
（3）本发明智能空开控制器配合网关可实现远程控制，操作安全便捷；且一个控电柜内放置一台网关，网关通过上述总线一对多个智能空开控制器，避免了无线信道信号竞争。
（4）本发明智能空开控制器具有电流和温度检测，通过通信传递相关信息，可对所接负载线路状态进行实时监控，一旦出现数据异常可预先报警，为空气开关自动分闸前的故障排查争取了时间，避免直接断电带来的经济损失。
附图说明
附图1为本发明智能空开控制器结构示意图。
附图2为本发明智能空开控制器总线供电、通信原理框图。
附图3为本发明智能空开控制器安装状态结构示意图。
附图4为本发明智能空开控制器初始状态结构示意图。
附图5为本发明智能空开控制器合闸态结构示意图。
附图6为本发明智能空开控制器分闸态结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图说明对本发明的技术方案作进一步详细的描述。
如附图1所示：智能空开控制器，主壳体（1）、移动滑台（2）、推杆（3）、总线接口（4）、PCB电路板（5）、盖板（6）、ST3固定螺钉（7）、调节螺钉（8）、减速机构（9）、丝杆（10）、光杆（11）、温度传感器（12）、固定极片（13）、M3固定螺钉（14）、互感器（15）、位置传感器（16），其中，
所述移动滑台与所述丝杆螺纹连接，用于传递推力，
所述移动滑台与所述光杆采用过孔连接，用于导向；
所述丝杆与所述光杆通过螺钉与所述减速机构连接；
所述推杆配合所述调节螺钉可上下移动，用于适配不同厂家空气开关的手柄高度；
所述推杆与所述移动滑台经所述推杆上设的方孔配合连接且采用调节螺钉固定，用于传递推力；
所述推杆一端为弯曲结构，弯曲结构的后臂接触空开手柄， 执行合闸动作，弯曲结构的前臂接触空开手柄，执行分闸动作；弯曲结构的前臂、后臂在初始位置（弯曲结构的前臂、后臂与被控空气开关分闸及合闸状态下的手柄均不接触视为初始状态）时，可方便手动拉合闸操作。弯曲结构的特点：承力效果比其它结构好。
所述推杆中部为异形结构，方便人工手动固定空气开关下端的负载接线；
所述固定极片通过M3固定螺钉可上下移动，用于适配不同空开的接线端子的位置，固定极片与负载导线一起固定于被控空气开关的接线端子；
所述主壳体与固定极片装配的位置设有一L型滑轨，可实现固定极片移动位置的精度，又可提供承力；
所述固定极片一端设有一折弯凸起，穿过主壳体用于固定温度传感器，并为其提供热源，主要用于检测负载接线的温度；
所述互感器与所述主壳体采用主壳体所的定位筋固定，所述互感器可检测负载线路的电流大小；
所述减速机构与所述主壳体采用主壳体所的定位筋及螺钉固定；
所述PCB电路板上设有位置传感器，通过位置传感器检测推杆的精确位置；
所述PCB电路板经主壳体的定位柱、盖板采用螺钉固定；
所述总线接口焊接于所述PCB电路板；
所述内置互感器可检测负载线路的电流大小，所述温度传感器可检测出线端子的温度。
如附图2所示：所述总线接口为无极性两线制携能通信总线接口，以此接口同时完成供电和通信；该总线使用两根线，且不区分极性，可正反接，总线接口经整流桥整流后的直流电压直接供给电机驱动，在主机强供电模式下可提供达单节点至少200mA的驱动电流，也可调整供电强度兼顾通信，其后直流电压经稳压芯片输出主MCU及其他功能电路的工作电压。
智能空开控制器的安装如下：
第一步：将固定极片插入于主壳体，向下滑入主壳体L型滑轨，根据被控空气开关的型号接线端子的位置，选择合适的档位，并用螺钉固定。
第二步：温度传感器固定于固定极片的折弯凸起。
第三步：电流互感器固定于主壳体定位筋。
第四步：丝杆、光杆通过螺钉与减速机构连接，移动滑台与丝杆螺纹连接，移动滑台与光杆采用过孔连接，推杆的方形孔套装于移动滑台的定位凸起上，根据被控空气开关的型号选择合适档位，螺钉固定。
第五步：把装配好的推杆、移动滑台、丝杆、光干、减速结构装配于主壳体的定位筋，用螺钉固定。
第六步：将温度传感器、减速机构、互感器的控制线经插接件连接于PCB电路板的对应接口，将焊接有总线接口的PCB电路板装配于主壳体的四个定位柱。
第七步：盖板与主壳体采用螺钉连接。
智能空开控制器有以下四种状态：
附图3为安装状态：控制器安装时需保证空气开关为分闸状态。
附图4为初始状态：通过初次安装及程序确定（推杆弯曲结构的前臂与后臂在空气开关分闸及合闸状态下的手柄均不接触设为初始状态）。
附图5为合闸状态：减速机构驱动推杆弯曲结构的后臂向前与空气开关手柄接触，继续往前推，直至合闸，如果出现堵转电流和通过位置传感器的位置信号判断是否合闸成功，若合闸成功，减速机构驱动推杆后退至初始状态。
附图6为分闸状态：减速机构驱动推杆弯曲结构的前臂向后与空气开关手柄接触，继续往后拉动手柄，直至分闸，根据互感器的电流信号及位置传感器的位置信号判断是否分闸成功，若分闸成功，减速机构驱动推杆前进至初始状态。
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