Автоматический выключатель с индикацией отказов и вторичным источником питания

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение безопасности повторного включения. Электронный автоматический выключатель включает в себя управляемые механические контакты, выполненные с возможностью соединения источника питания с нагрузкой, схему управления, содержащую микроконтроллер для контроля протекания электроэнергии к нагрузке, обнаружения разных типов состояний отказов и автоматического размыкания контактов в ответ на отказ. Первичный источник питания выключателя получает питание от источника питающей сети, когда контакты замкнуты, и подает питание в схему управления. Индикаторы отказов в микроконтроллере указывают тип отказа, который вызвал размыкание контактов. Вторичный источник питания обеспечивает питание в схему управления, когда контакты разомкнуты, а переключатель замкнут. 2 н. и 12 з.п.ф-лы, 2 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к электронным автоматическим выключателям, в частности к усовершенствованному автоматическому выключателю, имеющему индикацию отказов и вторичный источник питания для индикации отказов, когда автоматический выключатель разомкнут.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Современные бытовые электронные автоматические выключатели (AFCI) осуществляют контроль и защиту от состояний отказов многих разных типов. Когда автоматический выключатель срабатывает, предпочтительно знать, отказ какого типа вызвал прерывание автоматического выключателя, чтобы точно и быстро устранить состояние отказа. Электронные модули в таких автоматических выключателях выполнены с возможностью указания прервавшего отказа только тогда, когда на электронику подается питание. Обычно это требует повторного включения автоматического выключателя вручную с помощью рукоятки для запитывания электрического модуля. Однако повторное включение автоматического выключателя для указания причины прервавшего отказа также означает повторное возбуждение отказа, если этот отказ еще существует. Для безопасного повторного включения автоматического выключателя электрик должен раскрыть точку приложения нагрузки и отсоединить нагрузку питающей сети и нейтральные провода нагрузки от автоматического выключателя. Было бы желательно иметь вторичное средство питания электронного модуля для индикации прервавшего отказа, не требующее повторного возбуждения отказа на уровнях, которые считались бы опасными, и тем самым исключающее потребность в отсоединении проводов нагрузки от автоматического выключателя.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним вариантом осуществления, электронный автоматический выключатель включает в себя управляемые механические контакты, выполненные с возможностью соединения источника питания переменного тока с, по меньшей мере, одной нагрузкой, и схему управления для контроля протекания электроэнергии от первичного источника питания к нагрузке, обнаружения разных типов состояний отказов и автоматического размыкания контактов в ответ на обнаружение состояния отказа. Первичный источник питания получает питание от источника питания переменного тока, когда контакты замкнуты, и подает питание в схему управления. Индикаторы отказов, управляемые схемой управления, указывают тип состояния отказа, вызывающий размыкание контактов посредством схемы управления, а вторичный источник питания подает питание в схему управления, когда контакты разомкнуты и ручной переключатель замкнут. За счет подачи питания в схему управления из вторичного источника питания при разомкнутых контактах выключателя эта система выключателя позволяет избежать какой бы то ни было потребности в замыкании автоматического выключателя с получением опасного отказа для определения причины отключения автоматического выключателя. Это также позволяет избежать какой бы то ни было потребности в отсоединении ответвляющихся проводов цепи от автоматического выключателя или в повторном отсоединении автоматического выключателя от точки нагрузки, чтобы указать причину отключения, обновить встроенное программное обеспечение или осуществить диагностику.

В одном воплощении ручной переключатель соединен с источником питания переменного тока на стороне источника управляемых механических контактов, а другая сторона переключателя подключена к схеме управления, так что замыкание переключателя подключает источник питания переменного тока к схеме управления, когда контакты разомкнуты. К ручному переключателю и к схеме управления может быть подключен выпрямитель для преобразования питания от источника питания переменного тока в питание постоянного тока для схемы управления.

Схема управления предпочтительно включает в себя микроконтроллер, выполненный с возможностью получения питания через контакты, когда эти контакты замкнуты, или через ручной переключатель, когда контакты разомкнуты. Микроконтроллер запрограммирован на обнаружение состояний отказов, на размыкание контактов в ответ на обнаружение состояния отказа и на автоматическое переключение между режимом работы с защитой от отказов, когда контакты замкнуты, и режимом работы с индикацией отказов, когда контакты разомкнуты. Микроконтроллер может быть запрограммирован на подключение источника питания переменного тока к микроконтроллеру через контакты и на автоматическое переключение в упомянутый режим индикации отказов, когда источник питания переменного тока не подключен к микроконтроллеру через контакты.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Наилучшим образом понять изобретение можно будет, обратившись к нижеследующему описанию, приведенному со ссылками на прилагаемые чертежи, при этом:

на фиг. 1 представлен схематический чертеж участка электрической схемы в автоматическом выключателе, который выполнен с возможностью индикации типа отказа, который вызывает отключение автоматического выключателя;

на фиг. 2 представлена блок-схема алгоритма подпрограммы, исполняемой микроконтроллером в схеме согласно фиг. 1 для активации вторичного источника питания с целью подачи питания в микроконтроллер и индикатор отказов, когда срабатывает автоматический выключатель.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Хотя изобретение будет описано в связи с некоторыми предпочтительными вариантами осуществления, должно быть понятно, что изобретение не ограничивается этими конкретными вариантами осуществления. Наоборот, изобретение следует считать охватывающим все альтернативы, модификации и эквивалентные компоновки, которые могут находиться в рамках сущности и объема изобретения, определяемых прилагаемой формулой изобретения.

На фиг. 1 изображен автоматический выключатель, который осуществляет контроль электроэнергии, подаваемой на одну или более нагрузок 11 из источника 10 питания питающей сети, такого, как источник питания переменного тока с напряжением 120 вольт. Во время нормальной работы, т.е. при отсутствии отказа источник 10 подает питание переменного тока на нагрузку 11 через нормально замкнутые контакты 12 выключателя в схеме 13 отключения, которая автоматически осуществляет размыкание для защиты нагрузки 11, как известно в данной области техники. Кроме того, в микроконтроллер 14 в выключателе подается питание постоянного тока от первичного источника питания, который включает в себя двухполупериодный выпрямитель 15 (такой как диодный мост), предварительную схему 17 для регулятора напряжения и регулятор 18 напряжения. Диодный мост 15 осуществляет выпрямление напряжения питания переменного тока из источника 10 для получения выходного сигнала постоянного тока, подаваемого на предварительную схему 16 для регулятора напряжения. В свою очередь, предварительная схема 16 для регулятора напряжения подает питание в регулятор 17 напряжения, который питает микроконтроллер 14 регулируемым входным напряжением постоянного тока. Кнопка с нажатием для проверки (PTT), обозначенная позицией 18, соединена с PTT-входом микроконтроллера 14 для разрешения инициируемой вручную проверки различных параметров автоматического выключателя, как описано, например, в патенте США № 7151656, который принадлежит правообладателю настоящего изобретения.

Когда автоматический выключатель обнаруживает отказ, микроконтроллер 14 генерирует сигнал отключения, который подается на схему 13 отключения для автоматического размыкания контактов 12 выключателя с целью прерывания протекания электрического тока к нагрузке. Микроконтроллер также хранит информацию, идентифицирующую причину отключения, такую, как обнаружение короткого замыкания на землю или короткого замыкания через дугу. Когда пользователь хочет найти хранимую информацию после отключения, необходимо подать питание на микроконтроллер 14, чтобы дать микроконтроллеру возможность найти хранимую информацию и отобразить или иным образом сообщить эту информацию пользователю. Если источник 10 питания переменного тока повторно соединяют с выпрямителем 15 путем повторного замыкания контактов 12 выключателя, то существует риск повторного возбуждения отказа, обусловившего это отключение. Поэтому запитывание микроконтроллера 14 предпочтительно осуществляют без замыкания контактов 12 выключателя, чтобы избежать повторного возбуждения отказа, обусловившего это отключение в первый раз.

В иллюстрируемой схеме подключение вторичного источника питания к микроконтроллеру 14 возможно, когда контакты 12 выключателя разомкнуты, путем нажатия кнопки 18 с нажатием для проверки для подключения стороны питающей сети источника 10 питания переменного тока к входу регулятора 17 напряжения. В результате того, что PTT-переключатель оказывается замкнутым за счет нажатия PTT-кнопки 18, сигнал переменного тока из источника 10 питания переменного тока проходит через токоограничивающий резистор R1, а потом фиксируется кремниевым стабилитроном Z1. Однополупериодный выпрямитель, образованный диодом D1, обеспечивает протекание тока от узла N1 между диодом D1 и резистором R1 к входу регулятора 17 напряжения, и этот ток достаточен для зарядки входного конденсатора C1 и питания регулятора 17 напряжения. Потом регулятор 17 напряжения снабжает микроконтроллер 14 необходимыми напряжением и током, давая микроконтроллеру 14 возможность найти и отобразить тип отказа, вызвавшего отключение. Тот же сигнал, подаваемый на диод, также подается на PTT-вход микроконтроллера через резистор R2, так что микроконтроллер 14 может обнаружить, когда PTT-переключатель замкнут.

Таким образом, чтобы проверить, каков тип отказа, обусловившего отключение автоматического выключателя, пользователь просто нажимает PTT-кнопку 18, временно подключая источник питания переменного тока к регулятору 17 напряжения через резистор R1 и диод D1. Регулятор 17 подает питание с C1 в микроконтроллер 14, так что информация, идентифицирующая тип отказа, который обусловил отключение, находится микроконтроллером и отображается для пользователя, например, индикаторными лампочками 19 или индикатором любого другого желаемого типа. Пользователь продолжает нажимать PTT-кнопку 18 до тех пор, пока индикация отображаемого отказа не станет понятной, а потом пользователь отпускает PTT-кнопку 18, прекращая питание микроконтроллера 14.

Обращаясь к фиг. 2, отмечаем, что при питании посредством любого источника питания встроенное программное обеспечение инициализируют состояние с малым питанием на этапе 20 до тех пор, пока не определяют, в какой режим работы надо войти. Во время этого состояния с малым питанием встроенное программное обеспечение осуществляют контроль первичного источника питания (т.е. схемы контроля стандартного напряжения) на этапе 21, и этап 22 предусматривает определение того, присутствует ли первичный источник питания. Если ответ является положительным, то микроконтроллер переходит к этапу 23, на котором происходит инициализация режима нормальной работы. Если ответ на этапе 22 является отрицательным, то система переходит к этапу 24 для контроля пользовательского ввода (т.е. замыкания PTT-переключателя), а этап 25 предусматривает определение того, присутствует ли пользовательский ввод. Если ответ на этапе 25 является отрицательным, то система переходит к этапу 23, на котором происходит инициализация режима нормальной работы. Положительный ответ на этапе 25 переводит систему в пару параллельных состояний, представленных этапами 26 и 27 в одной ветви и этапом 27 в параллельной ветви. Этап 26 предусматривает контроль первичного источника питания, а этап 27 предусматривает определение того, присутствует ли первичный источник питания. Если ответ на этапе 27 является отрицательным, то система возвращается к этапу 26, и этот цикл продолжается, пока не обнаруживается первичный источник питания. Кстати, в параллельной ветви этап 28 предусматривает инициализацию альтернативного режима работы, а потом система переходит к этапу 29, оканчивая работу в альтернативном режиме, что нужно для указания типа отказа, который вызвал отключение.

Из фиг. 2 можно заменить, что встроенное программное обеспечение входит в альтернативный режим только тогда, когда (1) не обнаруживается питание от первичного источника питания и (2) обнаруживается замкнутый PTT-переключатель. Встроенное программное обеспечение входит в режим нормальной работы или остается в нем всякий раз, когда обнаруживается питание, поступающее из первичного источника питания, независимо от того, разомкнут или замкнут PTT-переключатель.

Во время режима нормальной работы, в котором в микроконтроллер 14 подается питание из первичного источника питания (через замкнутые контакты 12 выключателя), встроенное программное обеспечение в микроконтроллере 14 записывает причину события отключения электроники во внутренней памяти модуля перед выдачей сигнала отключения, который вызывает размыкание контактов выключателя. Во время альтернативного режима работы, в котором в микроконтроллер 14 подается питание из вторичного источника питания, встроенное программное обеспечение повторно вызывает запись событий отключения из памяти и отображают эту информацию для пользователя. Во время альтернативного режима встроенное программное обеспечение непрерывно осуществляют контроль первичного источника питания и переключение снова в режим нормальной работы, когда обнаруживается питание, поступающее из первичного источника питания. При добавлении порта связи и хранения альтернативный режим работы также может предусматривать воплощение признака самообновления и/или диагностики системы.

За счет подачи питания в микроконтроллер 14 из вторичного источника питания, когда контакты 12 выключателя разомкнуты, вышеописанная система позволяет избежать какой бы то ни было потребности в замыкании автоматического выключателя с получением опасного отказа для определения причины отключения автоматического выключателя. Это также позволяет избежать какой бы то ни было потребности в отсоединении ответвляющихся проводов цепи от автоматического выключателя или в отсоединении автоматического выключателя от точки нагрузки, чтобы обновить встроенное программное обеспечение или осуществить диагностику.

Хотя проиллюстрированы и описаны конкретные варианты осуществления и применения данного изобретения, следует понимать, что изобретение не ограничивается точной конструкцией и составами средств, описанных здесь, и что из вышеизложенного описания очевидны различные модификации, изменения и варианты в рамках сущности и объема изобретения, как задано в прилагаемой формуле изобретения.

1. Электронный автоматический выключатель, содержащий
управляемые механические контакты, выполненные с возможностью соединения и отсоединения источника питания с нагрузкой,
схему управления, содержащую микроконтроллер для контроля протекания электроэнергии от упомянутого источника питания к упомянутой нагрузке и обнаружения разных типов состояний отказов и автоматического размыкания упомянутых контактов в ответ на обнаружение состояния отказа,
первичный источник питания, получающий питание от упомянутого источника питания, когда упомянутые контакты замкнуты, и подающий питание в упомянутую схему управления,
индикаторы отказов, управляемые упомянутой схемой управления, для указания типа состояния отказа, заставляющего упомянутую схему управления размыкать упомянутые контакты, и
вторичный источник питания для подачи питания в упомянутую схему управления, когда упомянутые контакты разомкнуты, причем упомянутый вторичный источник питания включает в себя переключатель, подключенный к упомянутой схеме управления для подачи питания в упомянутую схему управления из упомянутого источника питания, когда упомянутые контакты разомкнуты.

2. Автоматический выключатель по п. 1, в котором упомянутый переключатель подключен к упомянутой схеме управления и дополнительно заставляет упомянутую схему управления проверять заранее выбранные параметры автоматического выключателя, когда упомянутый переключатель замкнут.

3. Автоматический выключатель по п. 1, в котором упомянутый переключатель представляет собой ручной переключатель, соединенный с упомянутым источником питания на стороне источника упомянутых управляемых механических контактов, а другая сторона упомянутого переключателя подключена к упомянутой схеме управления,
так что замыкание упомянутого переключателя может подключать упомянутый источник питания через упомянутый вторичный источник питания к схеме управления, когда упомянутые управляемые механические контакты разомкнуты.

4. Автоматический выключатель по п. 3, в котором упомянутый источник питания является источником переменного тока, и первичный источник питания включает в себя выпрямитель, подключенный как к упомянутому ручному переключателю, так и к упомянутой схеме управления, для преобразования питания от упомянутого источника питания переменного тока в питание постоянного тока для упомянутой схемы управления.

5. Автоматический выключатель по п. 1, в котором упомянутый микроконтроллер выполнен с возможностью получения питания через упомянутые управляемые механические контакты, когда упомянутые контакты замкнуты, или через упомянутый ручной переключатель, когда упомянутые контакты разомкнуты, и
упомянутый микроконтроллер запрограммирован на обнаружение состояний отказов, на размыкание упомянутых контактов в ответ на обнаружение состояния отказа и на автоматическое переключение между режимом работы с защитой от отказов, когда упомянутые контакты замкнуты, и режимом работы с индикацией типа отказа, когда упомянутые контакты разомкнуты.

6. Автоматический выключатель по п. 5, в котором упомянутый микроконтроллер запрограммирован на обнаружение подключения упомянутого источника питания к упомянутому микроконтроллеру через упомянутые управляемые механические контакты и на автоматическое переключение в упомянутый режим индикации отказов, когда упомянутый источник питания не подключен к упомянутому микроконтроллеру через упомянутые контакты.

7. Автоматический выключатель по п. 1, в котором упомянутый ручной переключатель представляет собой переключатель с нажатием для проверки, обычно используемый для инициирования автоматической проверки заранее выбранных параметров автоматического выключателя, когда упомянутые управляемые механические контакты замкнуты.

8. Автоматический выключатель по п. 1, в котором упомянутый источник питания представляет собой источник переменного тока, а упомянутый первичный источник питания включает в себя выпрямитель, подключающий упомянутый ручной переключатель к упомянутой схеме управления, тем самым обеспечивая питание постоянного тока для упомянутой схемы управления.

9. Способ запитывания электронного автоматического выключателя, включающего в себя управляемые механические контакты, выполненные с возможностью соединения и отсоединения источника питания с, по меньшей мере, одной нагрузкой, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых
контролируют из схемы управления в упомянутом автоматическом выключателе протекание электроэнергии от упомянутого источника питания к нагрузке, обнаруживают разные типы состояний отказов и автоматически размыкают упомянутые контакты в ответ на обнаружение состояния отказа,
получают питание из упомянутого источника питания, когда упомянутые контакты замкнуты, и подают питание в упомянутую схему управления,
сохраняют информацию, идентифицирующую тип состояния отказа, заставляющего упомянутую схему управления размыкать упомянутые контакты, и
подают питание в упомянутый микроконтроллер, когда упомянутые контакты разомкнуты, и
вручную замыкают переключатель, чтобы соединить упомянутый источник питания с упомянутым микроконтроллером, для подачи питания в упомянутый микроконтроллер, когда упомянутые контакты разомкнуты.

10. Способ по п. 9, который включает в себя преобразование питания от упомянутого источника питания переменного тока в питание постоянного тока для упомянутой схемы управления.

11. Способ по п. 9, который включает в себя автоматическое переключение упомянутой схемы управления между режимом работы с защитой от отказов, когда упомянутые контакты замкнуты, и режимом работы с индикацией отказов, когда упомянутые контакты разомкнуты.

12. Способ по п. 11, который включает в себя автоматическое переключение в упомянутый режим работы с индикацией отказов, когда (1) упомянутый источник питания не подключен к упомянутому микроконтроллеру через упомянутые контакты, и (2) упомянутый переключатель замкнут вручную.

13. Способ по п. 12, в котором упомянутый переключатель представляет собой переключатель с нажатием для проверки, обычно используемый для инициирования автоматической проверки заранее выбранных параметров автоматического выключателя, причем упомянутый переключатель с нажатием для проверки активирует упомянутый вторичный источник питания.

14. Способ по п. 9, в котором упомянутый источник питания представляет собой источник переменного тока и включает в себя этап преобразования в упомянутом автоматическом выключателе питания переменного тока от упомянутого источника питания в питание постоянного тока для работы упомянутой схемы управления.