具有自动重合闸的预付费电表专用断路器的原理及设计

范建国（１９７８—），男，工程师，主要从事低压电器电子技术的开发及研究。

预付费电能表用断路器控制器的关键设计范建国（上海良信电器股份有限公司，上海　２０１２０６）摘　要：针对预付费电能表用断路器控制器的设计，提出电机驱动阶段模型的理念。

通过对电源设计、驱动设计及与负载匹配设计的分析，在功能指标满足要求的前提下，实现了可靠性的提升。

电源采用内置通断控制型ＤＣ／ＤＣ，功率参数重点考虑断路器闭合和断开的峰值功率；驱动采用体积、成本更具优势的Ｈ桥芯片，内置的刹车功能提供精准定位的需求。

通过国家标准、企业标准的测试及实际应用，所设计的产品功能、可靠性均可得到满足，并从根本上解决了低温产品动作不稳定的问题。

关键词：电能表用断路器控制器；电源设计；驱动设计；负载匹配设计中图分类号：ＴＭ５６１　文献标志码：Ａ　文章编号：２０９５ ８１８８（２０２２）０１ ００４３ ０４ＤＯＩ：１０．１６６２８／ｊ．ｃｎｋｉ．２０９５ ８１８８．２０２２．０１．００９ＫｅｙＤｅｓｉｇｎｏｆＣｉｒｃｕｉｔＢｒｅａｋｅｒＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒＰｒｅｐａｙｍｅｎｔＷａｔｔＨｏｕｒＭｅｔｅｒＦＡＮＪｉａｎｇｕｏ（ＳｈａｎｇｈａｉＬｉａｎｇｘｉｎＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１２０６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒｔｈｅｐｒｅｐａｙｍｅｎｔｗａｔｔｈｏｕｒｍｅｔｅｒ，ｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｍｏｔｏｒｄｒｉｖｉｎｇｓｔａｇｅｍｏｄｅｌｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｄｅｓｉｇｎ，ｄｒｉｖｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｌｏａｄｍａｔｃｈｉｎｇｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｏｎｔｈｅｐｒｅｍｉｓｅｔｈａｔｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｎｄｅｘｅｓｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｄｏｐｔｓｂｕｉｌｔ ｉｎｏｎ ｏｆｆｃｏｎｔｒｏｌｔｙｐｅＤＣ ＤＣ，ａｎｄｔｈｅｐｏｗｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅｐｅａｋｐｏｗｅｒｏｆｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒｃｌｏｓｉｎｇａｎｄｏｐｅｎｉｎｇ．ＴｈｅｄｒｉｖｅａｄｏｐｔｓＨ ｂｒｉｄｇｅｃｈｉｐｗｉｔｈｍｏｒｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｖｏｌｕｍｅａｎｄｃｏｓｔ，ａｎｄｔｈｅｂｕｉｌｔ ｉｎｂｒａｋｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｄｅｍａｎｄｆｏｒａｃｃｕｒａｔｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｔｅｓｔｏｆｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｓａｎｄｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓｔａｎｄａｒｄｓａｎｄｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｕｎｓｔａｂｌｅａｃｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｏｄｕｃｔｓｉｓｓｏｌｖｅｄｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒｗａｔｔｈｏｕｒｍｅｔｅｒ；ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｄｅｓｉｇｎ；ｄｒｉｖｅｄｅｓｉｇｎ；ｌｏａｄｍａｔｃｈｉｎｇｄｅｓｉｇｎ０　引　言随着智能费控系统的推广普及，作为配套产品的预付费电能表用断路器也被大量应用。

自动重合闸原理自动重合闸是一种用于电力系统中的保护装置，其原理是在电力系统发生故障时，能够自动切断电路，保护设备和人员的安全。

在电力系统中，自动重合闸扮演着非常重要的角色，下面我们就来详细了解一下自动重合闸的原理。

自动重合闸的原理主要包括两个方面，故障检测和动作执行。

首先，我们来看一下故障检测的原理。

在电力系统中，当发生短路、过载或其他故障时，电流和电压会发生异常变化。

自动重合闸通过监测电流和电压的变化，能够及时检测到故障的发生。

其次，自动重合闸会根据检测到的故障信号，执行相应的动作，切断电路，防止故障蔓延，保护电力设备和人员的安全。

在实际应用中，自动重合闸通常由故障检测单元、逻辑控制单元和执行机构组成。

故障检测单元负责监测电流和电压的变化，当检测到异常信号时，会向逻辑控制单元发出信号。

逻辑控制单元根据接收到的信号，判断故障的类型和位置，并下达执行机构动作的命令。

执行机构根据逻辑控制单元的命令，进行刀闸或断路器的操作，切断电路，实现故障隔离和保护。

自动重合闸的原理可以简单总结为，检测故障信号，执行动作保护。

通过这一原理，自动重合闸能够在电力系统发生故障时，迅速切断电路，保护设备和人员的安全。

同时，自动重合闸还能够减少故障对电力系统的影响，提高系统的可靠性和稳定性。

总的来说，自动重合闸原理的核心是故障检测和动作执行。

通过监测电流和电压的变化，及时检测到故障的发生，并通过执行机构进行切断电路，实现故障隔离和保护。

自动重合闸在电力系统中起着至关重要的作用，能够有效保护设备和人员的安全，提高电力系统的可靠性和稳定性。

希望通过本文的介绍，能够让大家对自动重合闸的原理有一个更加深入的了解。

自动重合闸原理
自动重合闸是电力系统中常用的一种保护装置，它能够在电力系统发生故障时快速切断故障电路，保护电力设备的安全运行。

自动重合闸工作的原理是通过监测电流、电压和其他参数的变化来判断电力系统是否存在故障。

当监测到电力系统出现故障时，自动重合闸会发出信号，切断故障电路。

同时，自动重合闸还会进行故障诊断，确定并记录故障信息，以便维修人员进行进一步分析和修复。

自动重合闸主要包括三个部分：故障检测、信号传输和刀闸控制。

在故障检测方面，自动重合闸会通过电流互感器和电压互感器监测电力系统的电流和电压，并将检测到的信号传输到信号传输部分。

在信号传输方面，自动重合闸会将检测到的信号传输到控制器，通过处理器进行信号处理和判断。

最后，在刀闸控制方面，自动重合闸会根据信号判断结果控制刀闸的开合，以实现故障切除和系统重合。

自动重合闸的优点在于其快速反应、准确判断故障和自动操作的能力。

它能够在电力系统发生故障时迅速切断故障电路，减少故障对电力设备的损害程度。

同时，自动重合闸的自动操作能力能够减轻维修人员的工作负担，提高电力系统的可靠性和安全性。

总之，自动重合闸是电力系统中一种重要的保护装置，通过监测和判断电力系统的故障情况，实现快速切断故障电路，保护电力设备的安全运行。

它的工作原理主要包括故障检测、信号
传输和刀闸控制。

自动重合闸的应用能够提高电力系统的可靠性和安全性，减少故障对电力设备的损害。

自动重合闸的工作原理自动重合闸的工作原理适用范围SCOPE OF APPLICATION电能表外置断路器（重合闸），具有电表控制和反馈信号等功能，可欠费自动断开并防合闸，付费自动合闸供电。

同时具有故障防合闸及过载和短路保护功能。

适用于交流50Hz/60Hz额定工作电压AC230V/400V，额定电流6A-125A的电路中对线路进行远程操作分、合闸控制。

本产品广泛用于与IC卡预付费电度表配套使用，以及用于远程、互联网、物联网信号控制，实现远程分励脱扣和自动重合闸功能。

也可以作为线路不频繁操作转换之用。

参数及技术性能TECHNICAL SPECIFICATION ADN PERFORMANCE结构特点STRUCTURAL FEATURES1.故障防合闸更安全，所有极都有带过载保护、短路保护；2.防止窃电，具有抗强磁干扰功能；3.带远程控制全自动分合闸预付费功能；4.拥有三项发明专利更放心；5.节能环保、低功耗；6.安装便捷，外形尺寸宽度单极18mm，控制部分与断路器部分高度尺寸一致；7.断路器有快速合闸功能且分断能力强。

避免断路器在自动重合闸、分闸中因手枘带动速度快慢带来的不利影响，从而延长产品的使用寿命。

WB8-PV光伏自动重后闸适用范围SCOPE OF APPLICATION光伏自动重合闸，具有有电情况下自动合闸，停电情况下自动分闸。

同时具有故障防合闸及过载和短路保护功能。

适用于交流50Hz,额定工作电压AC230V，额定电流6A-125A的电路中对线路进行自动分、合闸控制。

本产品广泛用于光伏与市电并网系统，当市电供电断路器自动重合实现市电与光伏发电并联使用，当市电断电后断路器自动断开阻断市电与光伏电并联（通俗说法：有电合闸，无电断开），以及用于人员难以接近的场合，维护人员不能及时到位的场合。

也可以作为线路不频繁操作转换之用。

参数及技术性能TECHNICAL SPECIFICATION ADN PERFORMANCE结构特点STRUCTURAL FEATURES1.故障防合闸更安全，所有极都有带过载保护、短路保护；2.具有抗强磁干扰功能；3.有电合闸，无电分闸；4.拥有三项发明专利更放心；5.安装便捷，外形尺寸宽度单极18mm，控制部分与断路器部分高度尺寸一致；6.断路器有快速合闸功能且分断能力强。

单相预付费电子式电能表原理及性能分析工作原理单相预付费电能表是在单相电子式电能表上增加了表内跳闸继电器、IC卡接口、微处理器等部分重新组合而成。

它通过继电器自动实现欠费跳闸功能，通过IC卡进行电能表电量数据以及预购电费数据的传输，从而更有效地解决了抄表计费问题。

1.1 基本原理单相预付费电能表原理框图如图1所示。

测量模块是电能表计量的核心，与普通电子式单相电能表相比，其采用了相同的技术输出功率脉冲到微处理器端。

微处理器则接收来自测量部分的功率脉冲进行电能的累加，并存储在存储器中；同时还要进行剩余电费的递减操作，在用户欠费时发出报警信息并控制跳开用户供电开关。

微处理器随时监测IC卡接口，保证插入卡的购电数据的合法性和有效性，读入购电数据并做相应处理，同时在相应的显示器中显示相关数据信息。

该仪表采用数码管（LED）或液晶显示器（LCD）进行数据信息的显示。

继电器一般为磁保持继电器，可开断和闭合较大电流。

电能表中可扩展RS485接口，进行数据的抄读。

1.2 IC卡技术IC卡技术是预付费电能表中的关键技术之一。

IC卡是集成电路卡（Integrated Circuit Card）的简称，它是镶嵌在塑料卡片上的一种集成电路。

与磁卡相比，其接口电路简单，储容量大，保密性好，不易损坏，寿命长。

在电能表上使用的IC卡主要分为存储卡、加密卡和CPU卡3种，接口往往采用串行方式。

各种卡的构成及使用特点如下。

1）存储卡。

目前使用的存储卡可以分为以下3种：①只读型。

数据一次性写入存储器，不可更改。

只读型卡往往由ROM或PROM存储器构成，价格低廉，数据内容不可改变，适用于游戏卡、特定标识卡等。

②计数型。

芯片采用存储单元锁死的电路或熔丝式的电路，单元初始状态为1（未熔断或未锁死），当需要改写时，把相关单元熔丝烧断，单元状态变为0。

计数型卡简单、可靠，数据内容亦不可改写，具有很高的安全性，成本也较低，缺点是卡不可以改写，不能重复充值使用，适用于电话卡、加油收费卡等。

浅谈自动重合闸的原理及应用科技论坛本文主要讲述了重合闸的功能，类型，重合及启动方式与保护的配合方式。

１自动重合闸的作用１．１当输电线路发生瞬时性的故障时自动重合闸可以快速恢复供电，保证对用户连续供电，提高供电的可靠性，减少负荷损失。

１．２可以纠正断路器的误动作（包括断路器操作机构失灵、工作人员误碰断路器操作机构、继电保护的误动等原因造成的断路器误跳闸）。

１．３重合闸重合成功以后系统恢复到原来的运行状态高了电力系统的暂态稳定水平。

１．４自动重合闸和继电保护配合可以加速切除故障。

２对重合闸的要求对输电线路自动重合闸有以下基本要求：２．１动作要迅速。

自动重合闸要躲过故障点去游离所需的时间、断路器机构准备再次动作时间之和，在此前提下自动重合闸装置的时间应尽可能短以减少停电时间。

一般采用０．５ｓ￣１．５ｓ。

２．２为了防止合于永久性故障，自动重合闸装置一般不允许任意多次重合。

２．３自动重合闸装置动作后应能自动复归，以便为下一次动作做准备。

２．４当手动跳闸时重合闸不应动作，由运行人员手动断开开关或在后台及测控装置断开开关时，自动重合闸不应动作。

当断路器处于不正常状态时如压力低闭锁重合闸等，此时应将自动重合闸装置闭锁。

２．５当手动合闸时合于故障线路上时自动重合闸不应动作。

２．６自动重合闸多用不对应原则启动或者保护启动。

２．７自动重合闸应与继电保护动作配合。

３自动重合闸的方式及其动作过程１１０ｋＶ及以下线路开关机构为三相操作机构，重合闸只有一种方式，线路发生任何类型的故障保护动作跳开三相开关，重合三相开关，如果重合在永久性故障上保护跳开三相不再重合。

２２０ｋＶ及以上线路开关为分相操作机构，断路器可以分相分、合闸，所以２２０ＫＶ及以上电压等级的输电线路的自动重合闸可以由用户按需求选择重合闸方式，一般在这些电压等级的线路保护装置中的重合闸可由屏上的转换开关或定值控制字来选择所需要的方式。

综合重合闸有四种工作方式，分别如下：ａ．三相重合闸方式；ｂ．单相重合闸方式；ｃ．综合重合闸方式；ｄ．重合闸停用方式。

智能控制预付费电能表用断路器的设计与测试摘要本文基于智能控制预付费电能表的需求，设计了一种新型的电路保护装置——断路器，并进行了测试。

该断路器可以实现短路保护和过载保护功能，并且具有自动复位和掉电保护等特点。

通过实验表明，该断路器具有良好的性能，可以满足预付费电能表的要求，为提高电能表的可靠性和安全性提供了新思路。

关键词：智能控制，预付费电能表，断路器，短路保护，过载保护正文1.引言预付费电能表是一种新型的电能测量仪表，它可以通过存储电量的方式让用户预付费用，具有节能、节约成本等优点。

然而，在使用过程中，由于各种原因可能会引起电路故障，导致电路中出现短路和过载等问题，为了保护设备和保障人身安全，需要加装一定的电路保护装置。

2.断路器的设计2.1 短路保护当电路出现短路时，电流会急剧增大，这时需要断路器及时切断电路。

断路器采用热敏触发方式，当电路电流超过设定值时，断路器内部的热敏电阻会被加热，从而使触发机构动作，切断电路。

2.2 过载保护当电路出现过载时，电流会逐渐增大，这时需要断路器适当延迟一段时间后再断开电路。

断路器采用时间延迟触发方式，当电路电流超过设定值后，断路器内部的薄膜电容开始充电，当充电达到一定程度时，断路器触发机构才会动作，切断电路。

2.3 自动复位和掉电保护当电路故障被解除后，需要断路器自动复位，恢复电路供电。

断路器采用机械复位和掉电保护方式，当电路故障被解除后，断路器内部的复位弹簧会将触发机构恢复至原位，同时断路器内部带有超级电容，可以一定程度上保证在瞬断的情况下电路不会失电。

3.测试结果通过实验表明，短路保护和过载保护功能都能够良好地实现，并且自动复位和掉电保护等特点也得到了验证。

在电路故障解除后，断路器自动复位，恢复电路供电。

在掉电的情况下，断路器内部带有超级电容，可以保证在一定时间内保持供电状态，确保电路不会失电。

4.结论本文设计的断路器可以满足预付费电能表的要求，具有良好的性能和可靠性，为提高电能表的可靠性和安全性提供了新思路。

预付费电表原理概述预付费电表是一种先进的电能计量设备，广泛应用于家庭、商业和工业等领域。

这种电表采用先进的电子技术，实现了电能的高精度测量和预付费功能。

本文将详细介绍预付费电表的工作原理，主要从电能计量部分、微处理器控制部分和跳电设备三个方面进行阐述。

一、电能计量部分预付费电表的电能计量部分主要由电压采样电路、电流采样电路、乘法器、积分器等组成。

当电能表接入电路后，电压采样电路会采集线路上的电压信号，电流采样电路会采集线路上的电流信号。

乘法器将采集到的电压和电流信号相乘，得到瞬时功率。

积分器则将瞬时功率进行积分，得到电能计量值。

为了提高计量精度，预付费电表通常采用以下技术措施：采用高精度ADC（模数转换器）进行信号采样和转换，以保证采集到的电压和电流信号的精度。

通过数字滤波技术对采集到的信号进行处理，以减小干扰对计量精度的影响。

采用双向计量技术，既可以测量正向电能，也可以测量反向电能，提高了电能计量的全面性。

二、微处理器控制部分预付费电表的微处理器控制部分是实现预付费功能的核心部分。

微处理器通过读写IC卡或其他存储介质，实现用户信息的存储和读取。

同时，微处理器还负责处理电能计量部分的信号，将计量值转化为数字信号，并通过通信接口将数据传输给上级管理系统。

微处理器控制部分的工作流程如下：微处理器上电后，首先进行初始化操作，包括设置工作参数、读取IC卡信息等。

微处理器通过ADC接口接收电能计量部分的计量值，并进行数据处理。

微处理器将处理后的数据存储到IC卡或其他存储介质中。

用户通过刷卡或插卡等方式进行充值，微处理器读取用户充值信息，并对电量进行更新。

微处理器通过通信接口将电能计量值和用户信息上传给上级管理系统。

三、跳电设备跳电设备是预付费电表的一个重要组成部分，它负责在线路发生异常情况时自动切断电源，以保护线路和设备的安全。

预付费电表的跳电设备主要由断路器、接触器、继电器等组成。

断路器：断路器是一种能够自动切断电流的设备，它可以根据线路中的电流和电压情况判断是否需要切断电源。

自动重合闸原理自动重合闸是一种用于电力系统的保护装置，它的作用是在电路发生故障时，迅速切断故障部分，保护电力设备和人身安全。

那么，自动重合闸的原理是什么呢？本文将从自动重合闸的工作原理、结构组成和应用特点三个方面来详细介绍。

首先，我们来了解一下自动重合闸的工作原理。

自动重合闸的工作原理是利用电磁吸引力来实现的。

当电路发生故障时，电流会突然增大，这时会产生电磁场，使得电磁铁受到吸引力，触发机构被吸引，从而实现自动重合闸的动作。

在动作之后，自动重合闸会自动进行复位，为下一次的保护动作做好准备。

其次，自动重合闸的结构组成主要包括电磁铁、触发机构、复位机构和控制电路。

电磁铁是自动重合闸的核心部件，它能够产生强大的吸引力；触发机构是连接电磁铁和断路器的机构，它能够将电磁铁的动作传递给断路器；复位机构是用于自动复位的部件，它能够在动作之后将自动重合闸复位到初始位置；控制电路是用于监控电流和控制自动重合闸动作的电路，它能够实现自动重合闸的智能化控制。

最后，我们来看一下自动重合闸的应用特点。

自动重合闸具有动作速度快、可靠性高、使用方便等特点。

它能够在电路发生故障时，迅速切断故障部分，保护电力设备和人身安全；同时，它还能够实现自动复位，减少了维护成本和维护工作量。

因此，自动重合闸在电力系统中得到了广泛的应用，成为了电力系统中不可或缺的重要装置。

总之，自动重合闸是一种用于电力系统的重要保护装置，它的工作原理是利用电磁吸引力，结构组成包括电磁铁、触发机构、复位机构和控制电路，应用特点是动作速度快、可靠性高、使用方便。

通过本文的介绍，相信读者对自动重合闸的原理有了更深入的了解，对于电力系统的保护装置有了更全面的认识。

自动重合闸原理 Last updated on the afternoon of January 3, 2021自动重合闸原理一、自动重合闸原理及原理图本保护器是采用互感器采样放大运算驱动电力继电器实现短路、过载、漏电、过压及欠压保护脱扣的。

采用全隔离采样。

由电流互感器、漏电互感器和电压互感器组成。

脱扣后不断检测电压、电流、漏电等供电情况，若故障消失，控制模块驱动电力继电器实现重合供电（即自恢复供电）。

经控制模块运算判断为永久性故障时，控制模块不在驱动电力继电器，从而实现闭锁，此时需要工作人员排除现场故障解除闭锁恢复供电。

二、过载及短路脱扣保护1、过载短路脱扣原理及原理图供电环路电流经过互感器（CT）检测，送至控制模块运算判断，当电流超过安全值时，控制模块驱动磁保持电力继电器断电，从而确保供电线路和负载设备的安全。

经控制模块判断为瞬时性故障后，控制模块驱动磁保持电力继电器接通电源，从而确保负载设备持续工作。

2、出现过载短路的几种情况1、1设备开启时的瞬间过流；1、2瞬间雷击浪涌的泄放电流；1、3设备加载时的瞬间过电流；1、4供电线路加载时过电流；1、5供电线路短路时的短路电流（短路电流由环路阻扰决定）。

3、动作时间1、1过载故障动作时间：2s1、2短路故障动作时间：≤30WS4、分断能力、短路承载能力1、1符合接通和短路时承载3000A和4500A的故障电流或短路电流。

1、2符合IEC62055-31、IEC62053-21和IEC62053-11相关要求。

1、3符合CU1、CU2、CU3和CU4、要求。

三、漏电保护功能1、漏电保护原理及原理图进线端电源经过漏电互感器（CT-F）检测送至控制模块运算判断，当负载端无漏电时，零线电流（ⅠN）等于火线电流（ⅠL）且电流方向相反。

经电磁转换抵消后，电流互感器输出U1为“0”，当负载端有漏电时，零线电流（ⅠN）不等于火线电流（ⅠL）。

经电磁转换后无法抵消，电流互感器根据漏电流大小输出漏电信号为U1，当U1大于安全值时，控制模块驱动磁保持电力继电器断电，从而保护供电线路设备及人身安全。