CN101546905B - 基于储能电容的接触器断电持续保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于储能电容的接触器断电持续保护电路，包括经整流电路整流后分别为被保护接触器的接触器电磁线圈进行供电且为储能电容进行充电的交流电源、交流电源断电情况下对接触器电磁线圈进行持续供电的备用电源即储能电容和将储能电容所提供的直流电压转换为接触器电磁线圈工作电压的DC-DC变换器，以及根据交流电源断电与否相应接通或切断储能电容的供电电路的电磁切换装置。本发明电路简单合理且性能可靠，能有效解决对激励电流源的电流激励极性和激励位置进行切换的接触器突然失去交流电源，但此时激励电流源所输出的激励电流强度不为零时，所导致的烧毁接触器触点、损坏激励电流源等实际问题。

Description

基于储能电容的接触器断电持续保护电路

技术领域

本发明属于接触器安全运行技术领域，尤其是涉及一种基于储能电容的接触器断电持续保护电路。

背景技术

接地网是用扁铁制成的网格状结构设备，它是电力系统保护电力设备正常工作的重要设施之一，其性能优越直接影响电力系统的正常运行。由于接地网埋于地下，土壤的腐蚀等因素的影响使得接地网的导体支路往往会发生腐蚀断裂，使得接地网的性能随之下降，从而严重影响电力设备的正常运行和人身安全。因接地网埋于地下，因而如何能够在不开挖的情况下即可以对接地网即地网的腐蚀故障状况进行诊断，多年来一直是学者们致力研究解决的问题。

故障诊断过程中，一般采用恒流源作为激励源，施加在地网的一些可及节点处，同时在其它相应的可及节点进行电压测试。接地网的面积一般和电厂、变电站等地上建筑物等同，因此规模较大，相应地对地网腐蚀故障状况进行测试的测试工作量也较大。为了提高测试数据精度，一般在测试中，将电流源施加在某激励位置(即激励源具体的加载位置)后，调节电流源由小至大依次递增，同时记录某几个电流档时在其它可及节点的对应测试电压值，然后改变电流源极性，重复上述过程，将上述数据进行处理作为可用的测试数据，这样工作量较大，存在极性换线等问题，为减小工作量和提高工作效率，采用了激励位置和激励极性均能采用接触器进行程控切换的装置。上述程控切换装置具体是通过分别串接在激励源的两端和多个被激励节点之间激励线上的多个接触器，来实现对电流激励极性和电流源激励位置进行切换的。

上述对电流激励极性和电流激励位置进行切换的多个接触器的触点，都必须在激励源输出的激励电流强度为零时才可以动作，否则强大的电弧会烧毁接触器的触点。实际使用过程中，但是当因各种原因导致程控切换装置突然失去电源时，即造成上述多个接触器失电时，接触器则有可能会因此而返回其常开(或常闭)状态而使触点动作，但是此时由于激励源所输出的激励电流并不能立即减小到零，因此可能烧毁接触器的触点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于储能电容的接触器断电持续保护电路，其电路简单合理且性能可靠，能有效解决对激励电流源的电流激励极性和激励位置进行切换的接触器突然失去交流电源，但此时激励电流源所输出的激励电流强度不为零时，所导致的烧毁接触器触点、损坏激励电流源等实际问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于储能电容的接触器断电持续保护电路，其特征在于：包括经整流电路整流后分别为被保护接触器的接触器电磁线圈进行供电且为储能电容进行充电的交流电源、交流电源断电情况下对接触器电磁线圈进行持续供电的备用电源即储能电容和将储能电容所提供的直流电压转换为接触器电磁线圈工作电压的DC-DC变换器，以及根据交流电源断电与否相应接通或切断储能电容的供电电路的电磁切换装置；

所述交流电源及其整流电路以及储能电容组成对接触器电磁线圈进行供电的供电系统，所述电磁切换装置串接在所述供电系统与接触器电磁线圈间的供电电路中。

所述储能电容的容量 $C>\frac{{2W}_L}{U^2{\mathrm{\γ}}_A\mathrm{\η}},$ 式中η为DC-DC变换器的转换效率，γ_A为储能电容的储能利用率，U为交流电源对储能电容进行充电的充电电压；WL＝W₀+W_C＝V_EI₀T₀+mV_EI_CT_C，其中V_E、I₀和T₀分别为接触器电磁线圈正常工作时的供电电压、工作电流和待机时间，I_C和T_C分别为交流电源断电期间维持DC-DC变换器和电磁切换装置工作所需要的工作电流和持续时间。

所述DC-DC变换器的下限工作电压U_min与其转换效率η之间的关系为： ${\mathrm{\γ}}_A=1-\frac{U_{\min }^2}{U^2},$ U为交流电源对储能电容进行充电的充电电压。

本发明与现有技术相比具有以下优点：1、本发明电路简单合理且使用操作简便。2、设计新颖合理、性能可靠且使用效果好、实用价值高，在突然失去交流电源即当交流电源突然断电情况下，通过电磁切换装置自动切换至由备用电源对储能电容利用其内部此时所存储能量继续为接触器电磁线圈进行持续供电的状态，使得接触器电磁线圈在突然失去交流电源后再持续工作一段时间，即使得接触器的触点延时动作一段时间。当交流电源恢复正常供电后，电磁切换装置再自动切换至由交流电源为接触器电磁线圈进行供电的状态。因而，本发明利用储能电容所储存的能量，在失去交流电源时为接触器电磁线圈进行持续供电，防止接触器触点立即恢复原态，损坏接触器触点。综上，本发明能有效解决对恒流源即激励电流源的电流激励极性和激励位置进行切换的接触器工作过程中，当接触器突然断电即突然失去交流电源，但此时恒流源所输出的激励电流强度不为零时，所导致的烧毁接触器触点、损坏信号源即激励电流源等实际问题。采用本发明后，当接触器突然断电即突然失去交流电源时，利用储能电容所储存的能量，能够使接触器触点保持原态且不发生失电复位，并且能够在断电时通过电磁切换装置向激励电流源发出报警信号，使得激励电流源进入自动保护状态，即使得激励电流源所输出的电流值不断减小，直至激励电流源的输出电流为零后，才不再保持接触器原态。所用的激励源为智能型激励电流源，其具有在接受命令后能自动调节(逐渐减小或逐渐增大)输出电流的自动调节和保护功能。3、适用范围广，本发明能有效适用于各种类型的继电器。综上所述，本发明能有效解决对恒流源的电流激励极性和激励位置进行切换的接触器，在突然失去交流电源但恒流源的输出电流值较大时，可能导致接触器触点复位，继而引起其它带电电路发生故障、烧毁接触器触点或损坏信号源等多种实际问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的电路框图。

附图标记说明：

1-交流电源；    2-整流电路；   3-接触器电磁线圈；

4-储能电容；    5-DC-DC变换器；6-电磁切换装置。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括经整流电路2整流后分别为被保护接触器的接触器电磁线圈3进行供电且为储能电容4进行充电的交流电源1、交流电源1断电情况下对接触器电磁线圈3进行持续供电的备用电源即储能电容4和将储能电容4所提供的直流电压转换为接触器电磁线圈3工作电压的DC-DC变换器5，以及根据交流电源1断电与否相应接通或切断储能电容4的供电电路的电磁切换装置6。本实施例中，所述被保护接触器为对激励电流源即恒流源的电流激励极性和激励位置进行切换的接触器，所述激励电流源为智能型激励电流源，其具有自动逐渐减小输出电流的自动保护功能。实际使用过程中，所述电磁切换装置6接所述激励电流源并能在交流电源1断电情况下向所述激励电流源发出报警信号，使得所述激励电流源进入自动保护状态(即不断减小输出电流的自动保护状态)。

所述交流电源1及其整流电路2以及储能电容4组成对接触器电磁线圈3进行供电的供电系统，所述电磁切换装置6串接在所述供电系统与接触器电磁线圈3间的供电电路中。也就是说，交流电源1为对接触器的接触器电磁线圈3进行供电的主电源，在交流电源1突然断电即突然失去交流电源1时，电磁切换装置6自动将接触器电磁线圈3的供电电源切换至由储能电容4进行供电的状态，即自动接通储能电容4与接触器电磁线圈3间的供电电路，使得储能电容4利用其内部储存的能量为接触器电磁线圈3供电一定时间，即使接触器电磁线圈3能持续工作一定时间。综上，突然失去交流电源1的情况下，通过储能电容4能够使接触器的触点保持或维持原状态一段时间，相当于使得接触器的触点延时动作一段时间。

所述DC-DC变换器5的下限工作电压U_min(即表示失去交流电源1期间，当储能电容4的电压下降到U_min后，DC-DC变换器5就不能正常工作)与储能电容4的能量利用率γ_A之间的关系为： ${\mathrm{\γ}}_A=1-\frac{U_{\min }^2}{U^2},$ U为交流电源1对储能电容4进行充电的充电电压。经研究得出：γ_A、U_min和U之间的对应关系如表1：

表1

由表1可见，γ_A并不随着U_min下降而线性增加，当U_min下降到一定程度后，γ_A的增加很平缓，因此没有必要将U_min设计的太低，因为U_min越小，DC-DC变换器5的输入电压V_i的范围越宽，制作难度也越大。但是当U_min低到一定程度时，对于储能利用率γ_A的改善作用已经很小，因而一般可以取U_min＝0.25U，对应储能利用率γ_A＝93.75％；或U_min＝0.33U，对应储能利用率γ_A＝88.89％。

实际操作过程中，所述储能电容4的容量 $C>\frac{{2W}_L}{U^2{\mathrm{\γ}}_A\mathrm{\η}},$ 式中η为DC-DC变换器5的转换效率，γ_A为储能电容4的储能利用率，U为交流电源1对储能电容4进行充电的充电电压；WL＝W₀+W_C＝V_EI₀T₀+mV_EI_CT_C，其中V_E、I₀和T₀分别为接触器电磁线圈3正常工作时的供电电压、工作电流和待机时间，I_C和T_C分别为交流电源1断电期间维持DC-DC变换器5和电磁切换装置6工作所需要的工作电流和持续时间。

综上所述，本发明的工作过程是：在交流电源1正常工作时，交流电源1经整流电路2整流后为被保护接触器的接触器电磁线圈3进行供电，同时为储能电容4进行充电；当突然失去交流电源1，即当交流电源1突然断电情况下，通过电磁切换装置6自动切换至由备用电源对储能电容4利用其内部此时所存储能量继续为接触器电磁线圈3进行持续供电，使得接触器电磁线圈3在突然失去交流电源1后再持续工作一段时间，即使得接触器的触点延时动作一段时间。当交流电源1恢复正常供电后，电磁切换装置6再自动切换至由交流电源1为接触器电磁线圈3进行供电的状态。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于储能电容的接触器断电持续保护电路，其特征在于：包括经整流电路(2)整流后分别为被保护接触器的接触器电磁线圈(3)进行供电且为储能电容(4)进行充电的交流电源(1)、交流电源(1)断电情况下对接触器电磁线圈(3)进行持续供电的备用电源即储能电容(4)和将储能电容(4)所提供的直流电压转换为接触器电磁线圈(3)工作电压的DC-DC变换器(5)，以及根据交流电源(1)断电与否相应接通或切断储能电容(4)的供电电路的电磁切换装置(6)；

所述交流电源(1)及其整流电路(2)以及储能电容(4)组成对接触器电磁线圈(3)进行供电的供电系统，所述电磁切换装置(6)串接在所述供电系统与接触器电磁线圈(3)间的供电电路中；

所述储能电容(4)的容量

式中η为DC-DC变换器(5)的转换效率，γA为储能电容(4)的储能利用率，U为交流电源(1)对储能电容(4)进行充电的充电电压；W_L＝W₀+W_C＝V_EI₀T₀+mV_EI_CT_C，其中V_E、I₀和T₀分别为接触器电磁线圈(3)正常工作时的供电电压、工作电流和待机时间，I_C和T_C分别为交流电源(1)断电期间维持DC-DC变换器(5)和电磁切换装置(6)工作所需要的工作电流和持续时间；W_L为接触器电磁线圈(3)、电磁切换装置(6)和DC-DC变换器(5)正常工作所需消耗的总能量，W₀为接触器电磁线圈(3)正常工作时的所需消耗的能量，W_C为交流电源(1)断电期间维持DC-DC变换器(5)和电磁切换装置(6)正常工作所需要的总能量，m为系数且其为交流电源(1)断电期间维持DC-DC变换器(5)和电磁切换装置(6)工作所需要的工作电压与接触器电磁线圈(3)正常工作时的供电电压V_E之间的比值。

2.按照权利要求1所述的基于储能电容的接触器断电持续保护电路，其特征在于：所述DC-DC变换器(5)的下限工作电压U_min与储能电容(4)的能量利用率γ_A之间的关系为：

U为交流电源(1)对储能电容(4)进行充电的充电电压。

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