本发明涉及低压电器技术领域， 更具体地说， 涉及一种低压电器的控 制及保护装置，该低压电器的控制及保护装置 具有二次回路连接检测装置。 背景技术

断路器可用于线路的不频繁转换及电动机的不 频繁起动。 在配电网络 中用来分配电能， 用于线路及电源设备的过载、 短路和欠电压保护。 也可 用于电动机的不频繁起动和运转中分断以及过 载、 短路和欠电压保护。 接 触器可用于频繁接通、 分断电路及接通、 分断和承载规定的过载电流。 接 触器一般均具有频繁操作的能力和高的机电寿 命。

对于用电设备的控制与保护一般可通过断路器 、 接触器和热继电器或 电动机保护器、 起动器等多个分立器件的组合来实现， 也可用集控制与保 护于一体的多功能电器来实现。 由多个分立器件组成的控制与保护装置存 在着各组成器件间的协调配合问题， 并且其安装、 连接繁杂， 多种分立器 件占用的空间较大， 使制造和使用成本增加， 不适合在体积较小的有限空 间使用。

授权公告号 CN 1258798C , 题为 "具有接触器和断路器功能的装置" 的中国专利申请揭示了一种具有接触器和断路 器功能的装置的电气设备， 包括控制磁铁和保护装置， 他们各自能够通过一个多极装置分别响应人为 控制和电气故障探测而作用在动触头上。 电磁跳闸装置加 'J触头控制机构 上。 优选地是， 可互换的保护装置通过控制线路连接到继电器 磁铁上， 通 过跳闸线路连接到控制机构上， 从而将电磁铁的电源输出到控制线路上， 并在出现故障情况下， 将一个跳闸信号输出到跳闸线路上。 电磁铁是 DC 型， 保护装置调节其电源电压。 CN 1258798C揭示的方案中， 在触头控制 机构中添加电磁跳闸装置， 保护装置通过控制线路连接到电磁铁上， 并通 过跳闸线路连接到控制机构上。 由于其跳闸装置在保护装置外， 跳闸装置 与保护装置处于不同的模块中， 故其电气连接需通过外接电气接头进行连 接。 通过连接件和电气线路传递电信号会由于连接 的质量和电气干扰等因 素而引起可靠性的降低。 CN 1258798C中还提及， 保护装置包括探测流过 电源导体的电流的装置， 因为要探测流过电源导体的电流， 电源导体必须 通过检测装置， 其使用时产生的较高热量， 会大大降低保护装置中电子元 器件的性能和使用寿命。

公开号为 CN 101494143 , 题为 "具有控制和保护功能的开关电器" 的中国专利申请揭示了一种具有控制和保护功 能的开关电器， 采用交、 直 流可互换式模块化结构磁系统， 脱扣器、 辅助触头和通信模块分别为可互 换的模块， 而且多个辅助触头模块和通信模块可根据用户 需要有选择地接 入， 既具有接触器的可频繁操作和寿命长的特点和 功能， 又具有断路器的 控制、 保护和快速分断的特点和功能。 该发明的开关电器不仅具有可根据 电压类型和额定电流选配脱扣器的功能， 而且还具有可在现场自行设定过 载和短路保护整定倍数、 脱扣等级和负载电机极数的功能， 适配性能极佳， 附件接入具有极好的互换性， 所需的产品型号少和附件的品种、 类型少， 开关整体结构紧凑、 体积小、 寿命长， 大大方便了用户的使用和管理， 提 高了产品的适用范围和可靠性。 CN 101494143 提及的具有控制与保护功 能的开关电器， 在控制电源端子与电磁铁之间串接一开关， 通过对串接开 关的控制来控制电磁铁的通 /断。 控制电源的电压类型为交流电压或直流电 压， 电磁铁的电压类型根据控制电源端子的电压类 型选配； 或者反之， 电 磁铁的电压类型为交流电压或直流电压， 控制电源端子的电压类型根据电 磁铁的电压类型配置。 这样增加了产品使用时的限制条件， 或为满足不同 场合的使用要求使产品生产的种类增加， 大大增加了生产和管理成本， 并 且缩小了使用范围。

公开号为 CN 101924344 , 题为 "一种多功能控制与保护开关电器" 的中国专利申请揭示了一种多功能控制与保护 开关电器， 包括含主电路、 控制电磁铁、 脱扣电磁铁和操作机构的动力模块， 所述操作机构通过机械 控制触头通断控制电磁铁的电源回路， 所述操作机构与信报触头模块和脱 扣电磁铁机械关联，所述操作机构通过传动机 构实现主电路的分断与闭合； 含脱扣电磁铁驱动电路、 电流传感器和信号处理控制单元的控制及保护 模 块； 以及分别提供电源给控制电磁铁驱动电路、 脱扣电磁铁驱动电路和信 号处理控制单元的电源模块。 该发明提供的多功能控制与保护开关电器， 通过采用一体式模块化的结构设计， 提供兼具接触器的控制功能、 断路器 的短路分断功能以及过载继电器的过载保护功 能的开关电器。

CN 101924344 提出的控制及保护模块包括脱扣电磁铁驱动电 路和电流传 感器； 电流传感器的一次回路通过线夹或插头与主电 路连接， 电流传感器 的二次回路的感应信号和信号处理控制单元相 连， 从而实现对主电路电流 的检测和判断。 由于控制及保护模块包括电流传感器， 电流传感器在使用 过程中的发热， 会影响相邻元器件的使用性能和寿命； 并且由于电流传感 器的一次回路通过线夹或插头与主电路连接， 其连接方式使得连接处的电 阻和温升增加， 其连接的可靠性会直接影响到电流传感器的测 量精度， 进 而对整个产品产生影响。

公开号为 CN 101923988 , 题为 "一种模块化的多功能电器" 的中国 专利申请揭示了一种模块化的多功能开关电器 ， 包括： 底座 1、 驱壳 2、 电磁传动机构 5、 操作机构 4、 主电路接触组 3。 主电路接触组 3后端装有 接线端子， 可以通过导线或导电排连接到负载； 驱壳 2后端内表面与主电 路接触组后 3端的内表面相贴合。 还可包括辅助模块、 热磁脱扣器、 数字 化控制器、 隔离机构。 该模块化多功能电器采用模块化结构设计， 选用不 同的模块可以组成不同种类的产品构成， 且体积小， 产品内部实现控制与 保护的协调配合， 接线方便、 可靠性较高、 并且具有节能节材的特点， 具 有较高的经济效益和社会效益。 CN 101923988 揭示的模块化多功能电器 的过载保护采用热磁脱扣， 缺点是由于不同规格电流等级的保护需要不同 电流规格的热磁脱扣器， 使产品的数量增加， 增加生产和管理成本。 另外， 数字化控制器除了需与热磁脱扣器相连外， 还需通过螺钉的连接方式与接 触组端子相连， 这种连接方式除了使模块化的组装不直接、 不方便外， 还 会影响连接的可靠性。

现有的保护装置为机械式的具有接触器和断路 器功能的开关电器， 因 所需保护范围的电源电压和电流的不同， 需要大量的开关。 另外通过电磁 铁控制主触头， 具有接触器和断路器功能的开关电器， 因电磁铁不能满足 其作断路器功能时快速分断主触头的要求， 因此其保护的范围有限， 不能 达到断路器的高分断性能。

此外， 对于置于保护模块外的电流检测装置， 其二次回路与保护模块 之间相互接插的可靠性关系到控制与保护开关 电器的工作可靠性及其所 属的一次回路的安全性。 一种可能出现的情况是： 整个控制与保护开关电 器处于闭合状态， 但电流检测装置二次回路未与保护模块接插可 靠， 保护 模块无法获取电流互感器对初级电流的反映， 一旦此时一次回路发生短路 故障， 保护模块将无法检测到短路电流， 从而无法发出用于分断一次回路 的信号， 引起破坏性事故。 因此， 还需要对电流检测装置二次回路的连接 可靠性进行检测。 发明内容

本发明旨在提出一种模块化、 可互换、 一体式的具有控制与保护功能 的电器装置， 并且该电器装置具有二次回路连接检测装置。

根据本发明的一实施例， 提出一种低压电器的控制及保护装置， 包括 底座和控制及保护模块， 控制及保护模块能够插拔并具有互换性， 控制及 保护模块插接在底座上。

底座包括基座和罩壳， 底座内设置：

动触头、 静触头和流经主回路电流的电流导体；

控制电磁铁和操作机构， 依据控制信号控制电磁铁和操作机构控制动 触头和静触头的分合， 并维持动触头和静触头的分合状态；

手动操作旋鈕， 提供控制动触头和静触头的分合的控制信号； 控制触点， 连接到手动操作旋鈕；

电流传感器， 检测流经主回路电流导体的电流， 生成感应信号； 控制及保护模块内设置：

信号处理单元， 依据所述感应信号通过电气线路控制控制电磁 铁的状 态；

脱扣跳闸装置， 响应所述信号处理单元， 以机械连接控制所述操作机 构动作。 在一个实施例中， 在基座内设置：

多极触头， 多极触头包括静触头和动触头；

接触桥， 动触头设置在接触桥上；

弹簧， 接触桥连接到弹簧， 弹簧向接触桥施加弹簧力使接触桥与动触 头向静触头运动并使得动触头与静触头闭合；

触头支持件连接到接触桥， 触头支持件使静触头与动触头分开； 流经主回路的第一电流导体和第二电流导体， 静触头设置在流经主回 路的第一电流导体和第二电流导体上， 第一电流导体上设置电源端子， 第 二电流导体上设置负载端子；

灭弧室， 灭弧室布置在动触头和静触头的两侧。

在一个实施例中， 在基座内还设置隔板， 隔板布置在第一电流导体和 第二电流导体上， 隔板将动触头、 静触头、 接触桥、 触头支持件、 灭弧室、 第一电流导体和第二电流导体隔离在基座内。

在一个实施例中， 罩壳连接到基座， 罩壳与基座通过隔板互相隔离， 罩壳内设置有：

电流传感器， 电流传感器固定在隔板上， 电流传感器连接到第二电源 导体形成一次回路， 电流传感器的二次回路输出感应信号传至信号 处理控 制单元；

控制电磁铁， 控制电磁铁包括线圈和反力弹簧， 反力弹簧通过传动件 连接到触头支持件， 反力弹簧通过传动件向触头支持件施加弹簧力 使动触 头和静触头分离；

操作机构， 操作机构经由连杆通过传动件连接到触头支持 件， 操作机 构通过连杆和传动件向触头支持件施加维持力 维持动触头和静触头的分 离；

控制触点， 控制触点连接到手动操作旋鈕， 控制触点的状态与手动操 作旋鈕的状态位置相关联；

在一个实施例中， 罩壳内还设置有辅助触头、 信号触头和报警触头， 辅助触头、 信号触头和报警触头输出状态信号。

在一个实施例中， 基座上置有控制电源电压的接线端子， 接线端子的 一端连接到控制触点。

在一个实施例中， 手动操作旋鈕能顺时针或逆时针转动， 手动操作旋 鈕通过传动机构连接到操作机构， 手动操作旋鈕的状态位置与动触头和静 触头的位置相关；逆时针转动手动操作旋鈕使 操作机构中的脱扣部件复位； 手动操作旋鈕的状态位置与控制及保护模块相 关， 手动操作旋鈕的状态位 置处于使动触头和静触头分离的位置时，控制 及保护模块处于能插拔状态， 手动操作旋鈕处于使动触头和静触头的闭合的 位置时， 控制及保护模块处 于锁定状态。

在一个实施例中， 手动操作旋鈕卡接在控制及保护模块中； 或者手动 操作旋鈕包括一手柄， 当手动操作旋鈕使动触头和静触头闭合时， 手动操 作旋鈕的手柄卡在控制及保护模块上， 使得控制及保护模块锁定， 当手动 操作旋鈕使动触头和静触头打开时， 手动操作旋鈕的与控制及保护模块分 离， 使得控制及保护模块能被插拔。

在一个实施例中， 在控制及保护模块内设置：

信号输入端， 信号输入端连接到电流传感器， 接收电流传感器输出的 感应信号；

信号处理单元， 连接到信号输入端， 从信号输入端接收电流传感器的 感应信号， 并输出脱扣指令；

脱扣跳闸装置， 通过机械构件连接到操作机构， 脱扣跳闸装置根据所 述脱扣指令通过机械构件致动操作机构中的脱 扣部件， 进而打开动触头和 静触头。

在一个实施例中， 信号处理单元包括：

电子保护装置， 电子保护装置保护脱扣跳闸装置；

电子控制装置， 电子控制装置连接到控制电磁铁， 电子控制装置通过 连接线路连接到控制电磁铁的线圈， 转换控制电磁铁的状态。

在一个实施例中， 电流传感器包括二次回路连接检测装置， 该二次回 路连接检测装置包括：

三相电流互感器， 设置在电流检测装置内部， 三相电流互感器中每一 个互感器的第二端互相连接形成公共端， 三相电流互感器中每一个电流互 感器的第一端各自独立；

第一验证端子， 设置在电流检测装置内部， 第一验证端子彼此相连； 公端子， 公端子由所述公共端、 三相电流互感器的第一端以及第一验 证端子共同形成；

接收端子， 设置在保护模块内部， 接收端子包括三相电流互感器的接 收端子和公共端的接收端子；

第二验证端子， 设置在保护模块内部， 第二验证端子彼此不相连； 母端子， 母端子由所述公共端的接收端子、 三相电流互感器的接收端 子和第二验证端子共同形成；

其中母端子与公端子匹配， 公共端的接收端子匹配公共端， 三相电流 互感器的接收端子匹配三相电流互感器的第一 端， 第一验证端子匹配第二 险证端子。

在一个实施例中， 二次回路连接检测装置中：

第一验证端子为两个， 设置在所述公共端和三相电流互感器的第一端 的两侧；

第二验证端子为两个， 设置在所述公共端的接收端子和三相电流互感 器的接收端子的两侧。

在一个实施例中， 二次回路连接检测装置中：

第一验证端子的长度短于所述公共端和三相电 流互感器的第一端的长 度；

第二验证端子的长度短于所述公共端的接收端 子和三相电流互感器的 接收端子的长度。

在一个实施例中， 二次回路连接检测装置中：

对彼此不相连的第二验证端子进行导通检测， 以改变保护模块中微处 理器的 I/O端口的电平状态， 微处理器判断该 I/O端口的电平状态：

在一次回路断开的情况下， 当该电平为高时， 微处理器发出用于闭合 一次回路的信号； 当该电平为低时， 微处理器禁止发出用于闭合一次回路 的信号；

在一次回路闭合的情况下， 当该电平为高时， 微处理器维持当前状态； 当该电平为低时， 微处理器发出用于分断一次回路的信号； 通过检测电流检测装置二次回路的连接， 改变一次回路的通断状态。 在一个实施例中， 二次回路连接检测装置中：

三相电流互感器的各二次绕组线圈之间还包括 电阻， 所述电阻的阻值 满足：

在正常接插状态下的位置采样电流；

在非正常接插状态下维持三相电流互感器的二 次侧回路的连通。

本发明的低压电器的控制及保护装置能充分协 调装置的接触器和断路 器的功能， 具有高的分断能力和高的机电寿命， 适用不同的控制电源电压 和多种保护种类的场合， 增加电气连接和使用的可靠性。 其中的二次回路 连接检测装置能够避免由于电流检测装置与保 护模块接插不可靠产生的开 关电器的可靠性及其所属的一次回路的安全性 的潜在危害。 该二次回路连 接检测装置要求的元器件数量少， 结构简单， 可靠性高， 在控制与保护开 关电器内使用具有体积小、 成本低的特点。 附图说明

本发明上述的以及其他的特征、 性能和优势将通过下面结合附图和实 施例的描述而变的更加明显， 在附图中相同的附图标记始终表示相同的特 征， 其中：

图 1揭示了根据本发明的一实施例的低压电器的� �制及保护装置的结 构示意图。

图 2揭示了根据本发明的一实施例的低压电器的� �制及保护装置的结 构示意图。

图 3揭示了根据本发明的一实施例的低压电器的� �制及保护装置的外 部示意图。

图 4 揭示了根据本发明的一个实施例的二次回路连 接检测装置中使 用的三相电流互感器二次绕组线圈的原理图。

图 5 揭示了根据本发明的一个实施例的二次回路连 接检测装置中电 流检测装置与保护模块连接检测电路的原理图 。 图 6 揭示了根据本发明的一个实施例的 次回路连接检测装置中所 执行的检测程序的流程图。

图 7 揭示了根据本发明的一个实施例的 次回路连接检测装置中使 用的保护电路的原理图。

图 8 揭示了根据本发明的一个实施例的 次回路连接检测装置中使 用的电流互感器信号处理电路的原理图。 具体实施方式

本发明的主要设计思想如下：

提出一种模块化、 可互换、一体式的具有控制与保护功能的电器 装置。 检测流经导体的电流检测装置采用电流传感器 的形式， 由主回路电流导体 直接通过电流传感器构成一次回路， 电流传感器的二次回路的感应信号和 信号处理控制单元相连， 所述的信号处理控制单元包括电子保护装置与 电 子控制装置。 电子保护装置包括用于保护的脱扣跳闸装置， 用于控制的电 磁铁控制装置通过连接线路与电子控制装置相 连。

该具有控制与保护功能的电器装置包括： 底座； 可插拔， 具有互换性 的控制及保护模块。 底座包括一个基座和罩壳， 设置有可分离的动、 静触 头和流经主回路电流的电流导体； 一个用于控制可分离的动、 静触头分合 的控制电磁铁， 控制电磁铁可响应人为控制信号； 一个操作机构， 用于控 制可分离的动、 静触头的分合， 操作机构可响应人为控制信号使动、 静触 头分合； 一个手动操作旋鈕， 可通过手动操作控制动、 静触头的分合； 一 个控制触点， 可通过手动操作旋鈕控制其开闭； 一个电流传感器， 可检测 流经主回路电流导体的电流， 并将检测到的信号传至信号处理控制单元。 控制及保护模块内设置一个用于保护的脱扣跳 闸装置， 脱扣跳闸装置响应 控制及保护模块中的信号处理控制单元发出的 信号， 并通过机械致动机构 致动底座中的操作机构使动、 静触头分离； 一个信号处理控制单元， 信号 处理控制单元可通过电气线路提供控制电磁铁 的电源和操控控制电磁铁的 状态。

控制及保护模块为可插拔， 具有互换性。 控制及保护模块的信号输入 端与电流传感器的输出信号相连， 输入流经导体的电流检测的电信号； 其 输出端可输出两种方式的状态转换， 一种状态为机械动作的状态转换， 用 于控制操作机构的机械构件的状态， 另一种是电信号的状态转换， 用于控 制控制电磁铁的状态转换。 本发明的电流传感器置于底座中， 使得主回路 的电流导体直接通过电流传感器， 引出的是电流传感器二次回路的感应信 号，而感应的弱电信号的引入不会引起控制及 保护模块内周边温升的升高， 进而不会影响相关元器件的性能和寿命， 而且可大大降低插拔模块的插拔 力， 有利于结构布局及机械性能的提高。

由于模块为可插拔， 具有互换性， 因此可根据使用的场合和类别设置 不同的控制及保护模块。优选的是控制及保护 模块可根据保护功能的不同， 设置有不同形式的模块， 例如具有短路保护、 过载保护、 断相保护、 直接 起动等基本保护功能的设置为标准型模块； 将带有通讯和液晶显示的、 具 有双电源保护等多功能的设置为多功能型模块 。

本发明还提出一种具有控制与保护功能的电器 装置， 包括设置在底座 的下端基座， 通过一个绝缘隔板将其隔离， 基座中设置有可分离的动、 静 触头和电源导体以及与可分离的动、 静触头和电源导体相关联的灭弧室； 操作机构设置有传动机构，传动机构一方面传 递机械信号至手动操作旋鈕， 另一方面传递机械信号至动触头； 动触头通过触头支持与操作机构的传动 机构相关联； 在基座和绝缘隔板以上在所述装置的操作机构 两端， 一端设 置有控制电磁铁， 另一端设置有电流传感器， 优选的是将控制电磁铁设置 在电源导体的上进线端， 将电流传感器设置在电源导体的下进线端。 通过 一个罩壳单元将设有动、 静触头、 灭弧室、 主回路电源导体的基座， 与操 作机构、 控制电磁铁和电流传感器以及相关的传动机构 和隔离件、 连接件 相关联， 形成一个封闭的底座。

本发明还提出一种具有控制与保护功能的电器 装置， 优选的是在底座 中设置一隔离结构， 无需在装置外额外增加一个隔离模块， 通过手动控制 机构可靠地使动、 静触头处于断开状态， 且其动静触头间的开距能够满足 隔离要求。

本发明还提出一种具有控制与保护功能的电器 装置， 提供带有通讯功 能的通讯模块； 带有剩余电流保护的剩余电流控制及保护模块 ； 外接辅助 模块， 外接信号和报警模块。 优选的是： 通讯模块设置在多功能型的控制 及保护模块中； 在所述的具有控制与保护功能的电器装置中， 内置一对辅 助触点和一对信报触点； 外接辅助模块和信号、 报警模块可设置在电器装 置的上端或两端。

依据上述的设计思想， 本发明提出如下的技术方案：

一种低压电器的控制及保护装置， 包括底座和控制及保护模块， 控制 及保护模块能够插拔并具有互换性， 控制及保护模块插接在底座上。

底座包括基座和罩壳， 底座内设置： 动触头、 静触头和流经主回路电 流的电流导体、 控制电磁铁和操作机构、 手动操作旋鈕、 控制触点和电流 传感器。

按照一个实施例， 在底座的基座内设置如下的部件：

多极触头， 多极触头包括静触头和动触头。

接触桥， 动触头设置在接触桥上。

弹簧， 接触桥连接到弹簧， 弹簧向接触桥施加弹簧力使接触桥与动触 头向静触头运动并使得动触头与静触头闭合。

触头支持件连接到接触桥， 触头支持件使静触头与动触头分开。

流经主回路的第一电流导体和第二电流导体， 静触头设置在流经主回 路的第一电流导体和第二电流导体上， 第一电流导体上设置电源端子， 第 二电流导体上设置负载端子。

灭弧室， 灭弧室布置在动触头和静触头的两侧。

隔板， 布置在第一电流导体和第二电流导体上， 隔板将动触头、 静触 头、 接触桥、 触头支持件、 灭弧室、 第一电流导体和第二电流导体隔离在 基座内。

按照一个实施例， 罩壳连接到基座， 罩壳与基座通过隔板互相隔离， 在罩壳内设置有如下的部件：

电流传感器， 电流传感器固定在隔板上， 电流传感器连接到第二电源 导体形成一次回路， 电流传感器的二次回路输出感应信号传至信号 处理控 制单元。 控制电磁铁， 控制电磁铁包括线圈和反力弹簧， 反力弹簧通过传动件 连接到触头支持件， 反力弹簧通过传动件向触头支持件施加弹簧力 使动触 头和静触头分离。

操作机构， 操作机构经由连杆通过传动件连接到触头支持 件， 操作机 构通过连杆和传动件向触头支持件施加维持力 维持动触头和静触头的分 离。

控制触点， 控制触点连接到手动操作旋鈕， 控制触点的状态与手动操 作旋鈕的状态位置相关联。 在一个实施例中， 基座上置有控制电源电压的 接线端子， 接线端子的一端连接到控制触点。

辅助触头、 信号触头和报警触头， 辅助触头、 信号触头和报警触头输 出状态信号。

控制电磁铁和操作机构， 依据控制信号控制电磁铁和操作机构控制动 触头和静触头的分合， 并维持动触头和静触头的分合状态。

手动操作旋鈕， 提供控制动触头和静触头的分合的控制信号。 手动操 作旋鈕能顺时针或逆时针转动， 手动操作旋鈕通过传动机构连接到操作机 构， 手动操作旋鈕的状态位置与动触头和静触头的 位置相关； 逆时针转动 手动操作旋鈕使操作机构中的脱扣部件复位； 手动操作旋鈕的状态位置与 控制及保护模块相关， 手动操作旋鈕的状态位置处于使动触头和静触 头分 离的位置时， 控制及保护模块处于能插拔状态， 手动操作旋鈕处于使动触 头和静触头的闭合的位置时， 控制及保护模块处于锁定状态。 为了实现上 述的功能， 手动操作旋鈕可以具有如下的结构： 手动操作旋鈕卡接在控制 及保护模块中； 或者手动操作旋鈕包括一手柄， 当手动操作旋鈕使动触头 和静触头闭合时， 手动操作旋鈕的手柄卡在控制及保护模块上， 使得控制 及保护模块锁定， 当手动操作旋鈕使动触头和静触头打开时， 手动操作旋 鈕的与控制及保护模块分离， 使得控制及保护模块能被插拔。

电流传感器， 检测流经主回路电流导体的电流， 生成感应信号。

控制及保护模块内设置信号处理单元和脱扣跳 闸装置。 信号处理单元 依据感应信号通过电气线路控制控制电磁铁的 状态。 脱扣跳闸装置响应所 述信号处理单元， 以机械连接控制所述操作机构动作。 在一个实施例中， 在控制及保护模块内设置如下的部件： 信号输入端， 信号输入端连接到电流传感器， 接收电流传感器输出的 感应信号。

信号处理单元， 连接到信号输入端， 从信号输入端接收电流传感器的 感应信号， 并输出脱扣指令。 信号处理单元包括电子保护装置和电子控制 装置。 电子保护装置保护脱扣跳闸装置。 电子控制装置连接到控制电磁铁， 电子控制装置通过连接线路连接到控制电磁铁 的线圈， 转换控制电磁铁的 状态。

脱扣跳闸装置， 通过机械构件连接到操作机构， 脱扣跳闸装置根据所 述脱扣指令通过机械构件致动操作机构中的脱 扣部件， 进而打开动触头和 静触头。

下面结合图 1〜图 3介绍根据本发明的一实施例的低压电器的控� �及 保护装置的具体实例。 其中图 1 揭示了根据本发明的一实施例的低压电 器的控制及保护装置的结构示意图。 图 2也揭示了根据本发明的一实施例 的低压电器的控制及保护装置的结构示意图。 图 3揭示了根据本发明的一 实施例的低压电器的控制及保护装置的外部示 意图。

如图 1〜图 3所示， 该低压电器的控制及保护装置包括底座 100和可 插拔、 可互换的控制及保护模块 200。

底座 100包括基座 70， 基座 70设置有多极触头， 这些多极触头配置 有动触头 10和静触头 1 1。 动触头 10布置在接触桥上， 动触头 10可在弹 簧 16的弹簧力作用下， 与静触头 1 1 闭合， 并通过施加在触头支持 17上 力的作用下， 与静触头 1 1分开。 静触头 1 1布置在流经主回路的第一电源 导体 13和第二电源导体 14上。电源端子 135连接在第一电源导体 13上， 负载端子 246连接在第二电源导体 14 上。 灭弧室 12与动触头 10和静触 头 1 1相关联， 布置在基座 70的腔体中。 在基座 70中的第一电源导体 13 和第二电源导体 14上布置隔板 18、 19 , 隔板 18、 19将动触头 10、 静触 头 1 1和灭弧室 12及与其相关联的部件隔离在基座 70之中。

底座 100还包括罩壳 71 , 罩壳 71与基座 70相关联。 罩壳 71 中设置 有电流传感器 15 ,第二电源导体 14直接从电流传感器 15穿过形成一次回 路， 电流传感器 15的二次回路的感应信号通过连接件 101 与控制及保护 模块 200中的信号处理控制单元相连，电流传感器 15可固定在隔板 19上。 罩壳 71 中设置有控制电磁铁 20 , 控制电磁铁 20包括线圈 21和反力弹簧 22 , 反力弹簧 22的作用力通过传动件 42施加到触头支持 17上， 可使动 触头 10与静触头 1 1 分离， 控制电磁铁 20设计成为所需的电源电压与额 定控制电源电压无关， 也就是说， 额定控制电源电压可选用交流或直流， 如额定控制电源电压为 24V或 220V, 只要选配不同电压等级的控制及保 护模块 2 , 无需更换线圈 21。 罩壳 71 中还设置有操作机构 30 , 操作机构 30上的连杆 32通过传动件 42施加一个维持力到触头支持 17上， 可使动 触头 10与静触头 1 1 分离并维持分离状态。 罩壳 71 中还设置有一个控制 触点 63 , 控制触点 63的状态与手动操作旋鈕 40的状态位置相关联。 罩壳 71 中还可设置一对辅助触头 60， 一对信号触头 61 和一对 4艮警触头 62， 可供装置输出状态信号。 罩壳 71 中还可设置一隔离结构， 隔离结构位置 与动触头 10和静触头 1 1 的状态位置相关联， 通过手动操作机构， 改变隔 离结构的状态位置。

底座 100还包括手动操作旋扭 40， 手动操作旋扭 40可作顺时针和逆 时针转动。 在一个实施例中， 手动操作旋鈕 40 也可用两个按鈕来替代， 手动操作旋鈕 40通过传动机构 41 与操作机构 30相关联。 手动操作旋鈕 40的状态位置与动触头 10和静触头 1 1 的状态位置相关联。手动操作旋鈕 40的状态位置还与控制触点 63的状态位置相关联， 可通过手动操作旋鈕 40来控制所述装置的开、 关。 手动操作旋鈕 40的状态位置还可与控制及 保护模块 200相关联， 当手动操作旋鈕 40的状态位置处于使动触头 10和 静触头 1 1 的状态相分离的位置时， 控制及保护模块 200处于可插拔状态； 当手动操作旋鈕 40处于使动触头 10和静触头 1 1的状态相闭合的位置时， 控制及保护模块 200处于被锁定状态。 实现上述功能， 可通过手动操作旋 鈕 40 中的结构件卡接在控制及保护模块 200 中实现； 也可通过将手动操 作旋鈕 40的手柄设置成一定长度， 当手动操作旋鈕 40使动触头 10和静 触头 1 1 的状态处于闭合时， 手动操作旋鈕 40的手柄的一部分卡在控制及 保护模块 200上，使得控制及保护模块 200在动触头 10和静触头 1 1处于 闭合状态时不可插拔； 还可以联合使用上述两种结构， 使卡接更牢固。 底座 100设置有控制电源电压的接线端子 80， 接线端子 80可以设置 为一组， 也可以设置为两组。 接线端子 80的一端设置有一控制触点 63， 将电源电压通过连接件 102 提供给控制及保护模块 200。 当接线端子 80 设置为一组时， 例如此时接线端子 80由 A1/A2端子组成， 其在 A1/A2端 子外可接入一控制触点， 例如在 A1/A2端子外连接一个控制按鈕， 通过操 控控制按鈕来控制电源电压的状态。 接线端子还可设置为两组， 例如可以 由 A1/A2、 A3/A4两组端子组成， 其中一组端子如 A3/A4接入的电源电压 直接供给控制及保护模块 200 , 另一组端子 A1/A2的使用方法与只设置一 组端子时的使用方法相同， 此时当外接控制触点关断时， 保证控制及保护 模块 200的状态可不受外接触点状态的影响， 与 A3/A4保持一致。

控制及保护模块 200 为可插拔， 具有互换性， 包括与电流传感器 15 的输出信号相连的信号输入端 101 , 输入流经主回路的第二电流导体 14 的电流的电信号至信号处理控制单元。 信号处理控制单元包括电子保护装 置 51 与电子控制装置 52。电子保护装置 51 包括用于保护的脱扣跳闸装置 50。 脱扣跳闸装置 50用于检测信号的信号处理单元， 脱扣跳闸装置 50与 操作机构 30相关联的机械构件 31 , 在信号处理单元检测到故障信号后， 转换脱扣跳闸装置 50的状态， 由脱扣跳闸装置 50上的机械构件 31 致动 操作机构 30中的脱扣部件， 通过相关联的传动机构 41 和触头支持 17使 动触头 10和静触头 1 1 快速打开。 通过手动操作旋扭 40逆时针转动， 使 操作机构 30中的脱扣部件复位； 电子控制装置 52包括， 用于控制电磁铁 20的控制单元， 并通过连接线路 103与控制电磁铁的线圈 21相连， 通过 信号处理控制单元中的控制部件发出信号指令 ， 转换控制电磁铁 20 的状 态。 为减少强弱电信号的干扰， 信号处理控制单元通常可至少做成强弱电 分开设置的两部分， 通过连接件 501传递电源和信号。

控制及保护模块 200为可插拔， 具有互换性， 可根据使用的场合和类 别设置不同的控制及保护模块 200。 控制及保护模块 200设置有适配不同 的电源电压的模块， 例如 DC24V、 AC24V, DC48V、 AC48V, DC1 10V、 AC1 10V, DC220V、 AC220V, 在本实施例中将控制及保护模块 200做成 交直流通用型， 即只需选配不同的电压等级， 而无需考虑电压的交直流类 型。 还设置有可根据保护功能的不同类型， 选配不同形式的控制及保护模 块 200 , 例如具有短路保护、 过载保护、 断相保护、 直接起动等基本保护 功能的设置为标准型的控制及保护模块 200; 将带有通讯和液晶显示的、 具有双电源保护等多功能的设置为多功能型控 制及保护模块 200; 还可以 根据特殊场合的使用要求定制特殊功能保护的 控制及保护模块 200 , 例如 适合消防场合使用的。 为有利于生产管理， 降低生产和管理成本， 有利的 方式是将信号处理控制单元中除基本功能以外 的拓展功能单独做成一部分 53， 电源和信号可通过连接件 502实现。

在本发明的低压电器的控制及保护装置中，可 以内置一对辅助触点 60 和一对信报触点 61、 62; 还可以外接辅助模块和信号、 报警模块以及可逆 模块、 电压控制及保护模块等拓展模块， 并且可将这些模块设置在电器装 置的上端或左右两端， 也可设置在装置的前后两端或分立并行安装。

上述的电流传感器 15中包括二次回路连接检测装置， 二次回路连接 检测装置包括：

三相电流互感器， 设置在电流检测装置内部， 三相电流互感器中每一 个互感器的第二端互相连接形成公共端，三相 电流互感器中每一个电流互 感器的第一端各自独立。

第一验证端子， 设置在电流检测装置内部， 第一验证端子彼此相连。 第一验证端子通常为两个，布置在公共端和三 相电流互感器的第一端的两 侧。

公端子， 公端子由公共端、 三相电流互感器的第一端以及第一验证端 子共同形成。

接收端子， 设置在保护模块内部， 接收端子包括三相电流互感器的接 收端子和公共端的接收端子。

第二验证端子， 设置在保护模块内部， 第二验证端子彼此不相连。 第 二验证端子通常为两个，布置在公共端的接收 端子和三相电流互感器的接 收端子的两侧。

母端子， 母端子由公共端的接收端子、 三相电流互感器的接收端子和 第二验证端子共同形成。 母端子与公端子匹配， 公共端的接收端子匹配公 共端， 三相电流互感器的接收端子匹配三相电流互感 器的第一端， 第一验 证端子匹配第二验证端子。

在通常情况下， 公端子由 6个端子组成， 同样的母端子也由 6个端 子组成。 这 6对端子在定义上应视为一个整体而存在， 但需要说明的是， 本发明的方案并不局限于 6对端子，只要能够准确反映电流检测装置与� � 护模块的接插状况， 都应该被视为在本发明的范围内。

第一验证端子的长度可以短于公共端和三相电 流互感器的第一端的 长度。 相应的， 第二验证端子的长度可以短于公共端的接收端 子和三相电 流互感器的接收端子的长度。 这样， 当位于两侧的验证端子接插良好时， 能够保证中间 4对端子接插良好 （中间 4对端子更加长） , 同时能够保 证电流检测装置二次回路的连接良好。

检测是在第二验证端子上进行，检测在保护模 块内部的以彼此不相连 的方式布置的第二验证端子的连通状况， 以改变保护模块中微处理器的 I/O端口的电平状态， i处理器判断该 I/O端口的电平状态： 在一次回路 断开的情况下，当该电平为高时，微处理器发 出用于闭合一次回路的信号； 当该电平为低时， 微处理器禁止发出用于闭合一次回路的信号。 在一次回 路闭合的情况下， 当该电平为高时， 微处理器维持当前状态； 当该电平为 低时， 微处理器发出用于分断一次回路的信号。 通过检测电流检测装置二 次回路的连接， 改变一次回路的通断状态， 以保证整个控制与保护开关电 器的安全运行。

在一个实施例中， 在三相电流互感器的各二次绕组线圈之间布置 电 阻， 电阻的阻值满足： 在正常接插状态下的位置采样电流； 在非正常接插 状态下维持三相电流互感器的二次侧回路的连 通。 设置电阻之后， 选择合 适的阻值，使得电阻既不会对电流检测装置与 保护模块正常接插状态下的 电流采样产生影响，又能在非正常接插状态下 确保电流互感器的二次侧回 路的连通， 从而避免二次绕组线圈上感应出很高的电压， 对电流检测装置 及人身造成安全威胁。 下面结合附图介绍该二次回路连接检测装置的 具体实现。需要说明的 是， 这些具体实现的目的是为了更加有助于理解本 发明， 并且使该二次回 路连接检测装置的积极效果更加体现，但这些 具体实现不应视为对本发明 方案的限制。

该二次回路连接检测装置包括电流检测装置与 保护模块连接检测电 路。

图 4 揭示了二次回路连接检测装置中使用的三相电 流互感器二次绕 组线圈的原理图。 三相电流互感器设置在电流检测装置内， 电流检测装置 设置在动力底座内， 其中， CT1、 CT2、 CT3分别为三相电流互感器的三 个二次绕组， Signal— L1、 Signal— L2、 Signal— L3与 Signal— Common为 三相电流互感器的二次绕组的四个端子， Signal— Common为其中的公共 端。

图 5 揭示了二次回路连接检测装置中电流检测装置 与保护模块连接 检测电路的原理图。 该检测电路包括： 微控制器 M、 晶振 Y, 连接端子 Pmale (公端子） , 连接端子 Pfemale (母端子） , 电阻 R1、 R2， N沟 道 MOS管 Q , 电容 C。

电阻 R1 的 2号脚与电源 Vcc连接， 1 号脚与连接端子 Pmale的 1 号脚连接。 Pmale的 2号脚与 Pfemale的 2号脚连接， Pmale的 3号脚 与 Pfemale的 3号脚连接， Pmale的 4号脚与 Pfemale的 4号脚连接， Pmale的 5号脚与 Pfemale的 5号脚连接， Pmale的 6号脚与电阻 R2 的 2号脚、 N沟道 MOS管 Q的 2号脚连接， 电阻 R2的 1号脚与 N沟 道 MOS管 Q的 3号脚连接并接地， N沟道 MOS管 Q的 1号脚与电容 C 的 1号脚、 控制器 M的 2号脚连接， 电容 C的 2号脚与控制器 M的 1 号脚连接并接电源 Vcc, 晶振 Y的 1号脚与控制器 M的 6号脚连接， 晶 振丫的 2号脚与控制器 M的 7号脚连接 Pfemale的 1号脚， Pfemale的 1号脚与 Pfemale的 6号脚连接。 连接端子 Pfemale 位于动力底座内， 其余元器件均位于保护模块内，需要说明的是 ，元件的放置位置可以改变， 也可以将连接端子 Pfemale放置在保护模块中而将其余元件放置在� �力 底座内。 微控制器 M 由开关电源输出信号供电， Vcc与 GND为开关电 源输出的信号。 当连接端子 Pfemale与连接端子 Pmale的 1号脚与 6号 脚可靠接插时， Pmale的 1号脚与 6号脚连通， 电压 Vcc经电阻 R1、 R2 分压后， 在电阻 R2的 2号脚产生高电平， N沟道 MOS管 Q导通， 其导 通压降在 0.02V 以下， 与 Vcc相比可忽略不计。 这样， 信号 SGN D 与 GN D连通， 即微控制器 M的 GN D与开关电源输出的 GN D连通， 微控 制器 M 得电， 正常工作， 能够完成各种控制与保护功能； 当连接端子 Pfemale与连接端子 Pmale的 1 号脚与 6号脚未可靠接插时， Pmale的 1号脚与 6号脚断开， 电压 Vcc无法通过电阻 R1、 R2分压， 电阻 R2的 2号脚为低电平， N沟道 MOS管 Q关断， 微控制器 M的 GN D与开关电 源输出的 GND断开， 微控制器 M失电， 无法工作， 不能完成任何种控制 与保护功能， 从而控制与保护开关电器无法闭合， 一次回路无法工作， 避 免了由于电流互感器与保护模块接插不可靠产 生的控制与保护开关电器 的可靠性及其所属的一次回路的安全性的潜在 危害。

图 6揭示了二次回路连接检测装置中所执行的检� �程序的流程图。图 6揭示了进行检测的过程：

首先， 微处理器中的程序判断该 I/O端口的电平状态： 当该电平为高 时， 二次回路连接可靠， 微处理器中的程序维持当前状态； 当该电平为低 时， 二次回路连接不可靠。

此时， 当微处理器检测到一次回路断开时， 程序禁止发出用于闭合一 次回路的信号； 当微处理器检测到一次回路闭合时， 程序发出用于分断一 次回路的信号。

这样， 一次回路无法工作， 避免了由于电流互感器与保护模块接插不 可靠产生的控制与保护开关电器的可靠性及其 所属的一次回路的安全性 的潜在危害。

图 7揭示了二次回路连接检测装置中使用的保护� �路的原理图。 图 7 是进一步保护电路的原理图。该电路由连接端 子 Pet及电阻 R— L1 , R— L2 , R_L3组成。 端子 Pet的 1 号脚与电阻 R— L1 的 1 号脚连接， 2号脚与电 阻 R— L2的 1号脚连接， 3号脚与电阻 R— L3的 1号脚连接， 4号脚与 R— L1 的 2号脚， R— L2的 2号脚， R— L3的 2号脚连接。 所有元件均位于动力 底座内，连接端子 Pet与图 1 中三相电流互感器二次绕组的四个端子相连 接。 电阻 R— L1 , R— L2 , R— L3的阻值满足： 在正常接插状态下的位置采 样电流； 在非正常接插状态下维持三相电流互感器的二 次侧回路的连通。 设置电阻之后， 选择合适的阻值，使得电阻既不会对电流检测 装置与保护 模块正常接插状态下的电流采样产生影响，又 能在非正常接插状态下确保 电流互感器的二次侧回路的连通，从而避免二 次绕组线圈上感应出很高的 电压， 对电流检测装置及人身造成安全威胁。

图 8 揭示了二次回路连接检测装置中使用的电流互 感器信号处理电 路的原理图。 该电路由电阻 Ra、 Rb、 Rc,二极管 Da1、 Da2、 Da3、 Da4、 Da5、 Da6组成。 电阻 Ra的 1号脚与二极管 Da1的 2号脚、二极管 Da2 的 1号脚、 电阻 Rb的 1号脚、 二极管 Db1的 2号脚、 二极管 Db2的 1 号脚、 电阻 Rc的 1号脚、 二极管 Del的 2号脚、 二极管 Dc2的 1号脚 连接， 2号脚与二极管 Da1的 1号脚、 二极管 Da2的 2号脚连接。 电阻 Rb的 2号脚与二极管 Db1的 1号脚、 二极管 Db2的 2号脚连接。 电阻 Rc的 2号脚与二极管 Del的 1号脚、 二极管 Dc2的 2号脚连接。 所有 元件均位于保护模块内。 当图 5中连接端子 Pfemale与连接端子 Pmale 的所有脚可靠接插时， 这样， 位于动力底座内的连接端子 Pet 上的信号 Signal— L1、 Signal— L2、 Signal— L3、 Signal— Common , 即三相电流互感 器的信号能够可靠传送到保护模块内。 此时， Signal— L1、 Signal— L2、 Signal— L3分别与 Signal— Common间电阻值为 R— L1 * Ra/(R_L1 + Ra)、 R— L2* Rb/(R— L2+ Rb)、 R— L3* Rc/(R— L3+ Rc)， 上述电阻值均能够保证 符合电流采样设计目标， 上述 Signal— L1、 Signal— L2、 Signal— L3信号经 过后续处理电路传送给微控制器 M , 微控制器 M能够借此完成任何种控 制与保护功能。 当图 5中的连接端子 Pfemale与连接端子 Pmale的 2~5 号脚未可靠接插时， 位于动力底座内的接插件 Pet上的信号 Signal— L1、 Signal— L2、 Signal— L3、 Signal— Common不能够传送到保护模块内。 此 时， 若没有电阻 R— L1、 R— L2、 R_L3 , 这样， Signal— L1、 Signal— L2、 Signal— L3与 Signal— Common之间开路， 即电流互感器的二次侧回路不 连通， 如前述会对电流互感器和人身造成安全威胁。 本实施例中， Signal— L1、 Signal— L2、 Signal— L3分别与 Signal— Common间力口入电阻 R—L1、 R—L2、 R_L3 , 这样， 三相电流互感器的二次绕组间电阻值分别 为 R— L1、 R— L2、 R_L3 , 上述电阻值均能够保证符合电流互感器和人身 安全性的设计目标，从而避免了由于电流检测 装置与保护模块接插不可靠 产生的控制与保护开关电器的电流检测装置和 人身的安全性的潜在危害。

本发明的低压电器的控制及保护装置能充分协 调装置的接触器和断 路器的功能， 具有高的分断能力和高的机电寿命， 适用不同的控制电源电 压和多种保护种类的场合， 增加电气连接和使用的可靠性。 其中的二次回 路连接检测装置能够避免由于电流检测装置与 保护模块接插不可靠产生 的开关电器的可靠性及其所属的一次回路的安 全性的潜在危害。该二次回 路连接检测装置要求的元器件数量少， 结构简单， 可靠性高， 在控制与保 护开关电器内使用具有体积小、 成本低的特点。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实 现或使用本发明的， 熟 悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想 的情况下， 对上述实施例做 出种种修改或变化， 因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限 ， 而应 该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大 范围。