CN102158066B - 确保断路器和负荷开关的储能电机储能到位的直流电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种确保断路器和负荷开关的储能电机储能到位的直流电源，所述直流电源包括：交流输入滤波电路串联恒流充电电路和储能电路；储能电路输出端一条线路依次串联有：DC/DC变换器、采样电阻R1、开关按钮K1、弹簧操作机构；另一条线路连接检测及控制电路第一输入端A1，检测及控制电路第二输入端A2连接输出电流采样电路输出端，输出电流采样电路并联采样电阻R1两端，检测及控制电路第一输出端B1连接DC/DC变换器，检测及控制电路的第二输出端B2连接监控装置。本发明有益效果是：检测及控制电路和输出电流采样电路控制DC/DC变换器，抑制电源能量不足时导致断路器或负荷开关中弹簧操作机构储能不到位，降低事故发生，满足弹簧操作机构工作需要。
Description
技术领域
本发明涉及的是直流电源，特别涉及的是确保断路器和负荷开关的储能电机储能到位的直流电源。
背景技术
断路器和负荷开关是输配电的关键设备之一。断路器或负荷开关合闸，电能通过断路器或负荷开关向外输送；断路器或负荷开关分闸，电能停止输送，可以检修断路器或负荷开关及线路。10-35kV的断路器或负荷开关一般采用电磁操作机构或弹簧操作机构。近年来，10-35kV具有弹簧操作机构的断路器或负荷开关越来越普及。
弹簧机构的工作原理是：依靠储能电机将合闸弹簧拉开或压缩——给合闸弹簧储能，利用合闸弹簧的能量释放带动断路器或负荷开关合闸，同时给分闸弹簧储能，分闸弹簧能量释放时带动断路器分闸。即弹簧操作机构是需要电源给储能电机提供足够的能量才能够动作的。
现有技术中，经常出现供电电源能量不足，电源的能量不足以维持储能电机对弹簧的完整储能而造成储能不到位的现象，即储能弹簧没有被完全拉开或压缩。这样不但当时的操作不能完成，当电源恢复再次储能时，合闸弹簧是从已拉开或压缩一部分这时的位置开始继续拉开或压缩，因冲击电流过大会导致电机回路的过载保护元件——熔断器动作而断开电机回路电源，停止电能供应。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种在供电电源电量不足的情况下确保断路器和负荷开关的储能电机储能到位的直流电源。
解决上述技术问题的技术方案：一种确保断路器和负荷开关的储能电机储能到位的直流电源，所述直流电源包括：连接220V交流电源的交流输入滤波电路依次串联恒流充电电路和储能电路；储能电路输出端分两条如下线路连接：一条线路依次串联有：DC/DC变换器、采样电阻R1、开关按钮K1、弹簧操作机构；另一条线路连接检测及控制电路的第一输入端A1，检测及控制电路的第二输入端A2连接输出电流采样电路的输出端，输出电流采样电路并联在采样电阻R1两端，检测及控制电路的第一输出端B1连接DC/DC变换器，检测及控制电路的第二输出端B2连接监控装置；所述输出电流采样电路包括：差分放大器IC4、电阻R18、电阻R17、电容C26；差分放大器IC4的两个输入端IN+和IN-之间连接电容C26，差分放大器IC4的输入端IN+串联电阻R17后接在采样电阻R1和开关按钮K1之间节点上；差分放大器IC4的输入端IN-串联电阻R18后接在采样电阻R1另一端；差分放大器IC4的输出端OUT连接检测及控制电路的第二输入端A2，差分放大器IC4的电源端VDD连接检测及控制电路的基准电压VREF，差分放大器IC4的接地端GND接地。
优选方案是：所述储能电路包括：多个电容串联构成电容组，再由多个电容组并联构成超级电容器组储能电路。
优选方案是：所述检测及控制电路包括：检测及控制电路的第一输入端A1分两条线路：其中一条线路串联电阻R24后通过第二输出端B2连接监控装置；另一条线路依次串联电阻R6和电阻R7后接地，电阻R6和电阻R7之间的节点A连接第一比较器的正向输入端，在节点A和接地之间并联电容C11；第一比较器的反向输入端连接电阻R14和基准电压VREF，第一比较器的反向输入端串联电容C13后接地；第一比较器的输出端和其正向输入端之间连接电阻R16后再连接两个共阴极二极管D4，两个共阴极二极管D4中的一个二极管经第一输出端B1连接DC/DC变换器的遥控端REM；两个共阴极二极管D4中的另一个二极管连接第二比较器的反向输入端后串联电容C29后接地；第一比较器上端管脚分两条线路，一条线路连接供电电压VCC，另一条线路串联电容C23后接地；第一比较器下端管脚接地；第二比较器正向输入端连接电阻R19和电阻R15之间节点B，电阻R15另一端接地，电阻R19另一端连接基准电压VREF，基准电压VREF串联电容C24后接地；第二比较器输出端和第一比较器反向输入端之间连接二极管D3，第二比较器输出端和其正向输入端之间连接电阻R21；第二比较器反向输入端连接电阻R20一端，电阻R20另连接第二输入端A2，第二输入端A2连接输出电流采样电路。
优选方案是：所述监控装置是可视显示屏。
本发明的有益效果是：本发明通过检测及控制电路以及输出电流采样电路来控制DC/DC变换器工作，从而抑制当出现电源能量不足时导致断路器或负荷开关中弹簧操作机构储能不到位的现象，降低了事故发生率，满足弹簧操作机构的工作需要。
附图说明
图1是本发明电路方框图；
图2是图1中检测及控制电路和输出电流采样电路的连接示意图。
《附图中序号说明》
1：交流输入滤波电路；2：恒流充电电路；3：储能电路；4：DC/DC变换器；7：检测及控制电路；9：输出电流采样电路；10：监控装置；12：弹簧操作机构；13：第一比较器；14：第二比较器；A、B：节点；A1：第一输入端、A2：第二输入端；B1：第一输出端、B2：第二输出端；K1：开关按钮；VREF：基准电压；D3：二极管；D4：两个共阴极二极管；IN+、IN-：差分放大器IC4的输入端；R1：采样电阻；VCC：供电电压；VDD：电源端；GND：接地端；C13、C11、C23、C24、C26、C29：电容；R6、R7、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R24：电阻。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进一步详述。
图1是本发明电路方框图；图2是图1中检测及控制电路和输出电流采样电路的连接示意图。
如图1、图2所示，本发明提供一种确保断路器和负荷开关的储能电机储能到位的直流电源，所述直流电源包括：连接220V交流电源的交流输入滤波电路1依次串联恒流充电电路2和储能电路3；储能电路3输出端分两条如下线路连接：一条线路依次串联有：DC/DC变换器4、采样电阻R1、开关按钮K1、弹簧操作机构12；另一条线路连接检测及控制电路7的第一输入端A1，检测及控制电路7的第二输入端A2连接输出电流采样电路9的输出端，输出电流采样电路9并联在采样电阻R1两端，检测及控制电路7的第一输出端B1连接DC/DC变换器4，检测及控制电路7的第二输出端B2连接监控装置10。
所述储能电路3包括：多个电容串联构成电容组，再由多个电容组并联构成超级电容器组储能电路。
所述检测及控制电路7包括：检测及控制电路7的第一输入端A1分两条线路：其中一条线路串联电阻R24后通过第二输出端B2连接监控装置10；另一条线路依次串联电阻R6和电阻R7后接地，电阻R6和电阻R7之间的节点A连接第一比较器13的正向输入端，在节点A和接地之间并联电容C11；第一比较器13的反向输入端连接电阻R14和基准电压VREF；第一比较器13的反向输入端串联电容C13后接地；第一比较器13的输出端和其正向输入端之间连接电阻R16后再连接两个共阴极二极管D4，两个共阴极二极管D4中的一个二极管经第一输出端B1连接DC/DC变换器4的遥控端REM；两个共阴极二极管D4中的另一个二极管连接第二比较器14的反向输入端后串联电容C29后接地。第一比较器13上端管脚分两条线路，一条线路连接供电电压VCC(8.0v)，另一条线路串联电容C23后接地；第一比较器13下端管脚接地。
第二比较器14正向输入端连接电阻R19和电阻R15之间节点B，电阻R15另一端接地，电阻R19另一端连接基准电压VREF，基准电压VREF串联电容C24后接地；第二比较器14输出端和第一比较器13反向输入端之间连接二极管D3，第二比较器14输出端和其正向输入端之间连接电阻R21；第二比较器14反向输入端连接电阻R20一端，电阻R20另连接第二输入端A2，第二输入端A2连接输出电流采样电路9。
所述输出电流采样电路9包括：差分放大器IC4、电阻R18、电阻R17、电容C26；差分放大器IC4的两个输入端IN+和IN-之间连接电容C26，差分放大器IC4的输入端IN+串联电阻R17后接在采样电阻R1和开关按钮K1之间节点上；差分放大器IC4的输入端IN-串联电阻R18后接在采样电阻R1另一端；差分放大器IC4的输出端OUT连接检测及控制电路7的第二输入端A2，差分放大器IC4的电源端VDD连接检测及控制电路7的基准电压VREF，差分放大器IC4的接地端GND接地。
所述监控装置10是可视显示屏，显示储能模块3工作状态、DC/DC变换器4输出是否正常以及可以提供交流输入、直流输出的失电及欠压报警信号。
更具体地说，如图1所示，本发明的是交流输入220V电压经交流输入滤波电路1连接到恒流充电电路2的输入端，恒流充电电路2输出直流电流为储能电路3充电，储能电路3的电压逐渐上升。当储能电路3电压达到DC/DC变换器4设置的(启动/关断)阀值时，此时若按动开关按钮K1，弹簧操作机构12运转，采样电阻R1有电流通过，并通过输出电流采样电路9、检测及控制电路7发出控制信号，强制DC/DC4变换器工作，储能电路3电压随能量的消耗开始下降，其储存的剩余能量能够保证弹簧操作机构进行一次完整的弹簧储能操作。操作完成后强制DC/DC变换器4工作的控制信号消失，DC/DC变换器4停止输出，等待储能电路3电压回升到DC/DC变换器4设置的(启动/关断)阀值时才能再次启动。如此时不按动开关按钮K1，DC/DC变换器4处于空载状态，消耗能量十分微小，储能电路3的电压随充电时间逐渐上升，到充满电时停止。
如图2所示，检测及控制电路7是两个输入端：第一输入端A1、第二输入端A2；有两个输出端：第一输出端B1、第二输出端B2。
储能电路3电压采样信号通过第一输入端A1有两条线路，一条由电阻R24接第二输出端B2至监控电路10；另一条由电阻R6，电阻R7分压后连接到第一比较器13的正向输入端。第一比较器13的反向输入端由电阻R14连接至基准电压VREF。电阻R16是正反馈电阻，连接在第一比较器13的输出端和正向输入端之间，能够形成类似于施密特触发器的滞回特性，防止误动作。两个共阴极二极管D4其中一个二极管经第一输出端B1连接到DC/DC变换器4的遥控端REM；两个共阴极二极管D4中另一个二极管连接到第二比较器14的反向输入端。在第一比较器13输出低电平时，将DC/DC变换器4的遥控端REM拉低使其停止输出，同时还将接收输出电流采样信号的输入端(第二比较器14的反向输入端)拉低，防止干扰信号引起误动作。电阻R20经第二输入端A2连接到输出电流采样电路9，将电流采样信号信号传递到第二比较器14的反向输入端。第二比较器14的正向输入端的电压由基准电压VREF经电阻R19和R15分压得到。这个电压同连接到第二比较器14反向输入端的输出电流采样信号相比较。R21是防止误动作的正反馈电阻。第二比较器14在储能电机运转时输出低电平通过二极管D3将第一比较器13的反向输入端拉低，第一比较器13因正向输入端电压高于反向输入端而输出高电平，强制DC/DC变换器4处于工作状态，直到完成弹簧操作机构12储能。
输出电流采样电路9由差分放大器IC4及电阻R18、电阻R17、电容C26组成。为了不影响输出电路阻抗，采样电阻R1选用一个阻值很小的电阻器，当有电流流过时它两端会产生微小的电压差，这个微小的电压差就是初始的电流采样信号。但由于这个初始的信号电压幅值太低需要先进行放大后才能送到检测及控制电路进行处理。差分放大器IC4能够将微小的电压信号放大20倍。采样电阻R1上得到的初始信号经电阻R17差分放大器IC4把IN+和IN-之间的电压差放大20倍后从输出端OUT输出。，R18和电容C26进行RC滤波后输送到差分放大器IC4的两个输入端IN+和IN-。
本发明与现有技术相比，优点在于交流电源停电时随着待机时间的延长和操作次数的增加，储能电路3的电压逐渐下降，下降到DC/DC变换器4设置的(启动/关断)阀值时，检测及控制电路7使DC/DC变换器4停止工作。如果在DC/DC变换器4即将停止工作前按动了开关按钮K1，检测及控制电路7会强制DC/DC变换器4完成这次弹簧储能操作，保证断路器或负荷开关完整的动作一次。
Claims (4)
1.一种确保断路器和负荷开关的储能电机储能到位的直流电源，其特征在于，所述直流电源包括：连接220V交流电源的交流输入滤波电路(1)依次串联恒流充电电路(2)和储能电路(3)；储能电路(3)输出端分两条如下线路连接：一条线路依次串联有：DC/DC变换器(4)、采样电阻R1、开关按钮K1、弹簧操作机构(12)；另一条线路连接检测及控制电路(7)的第一输入端A1，检测及控制电路(7)的第二输入端A2连接输出电流采样电路(9)的输出端，输出电流采样电路(9)并联在采样电阻R1两端，检测及控制电路(7)的第一输出端B1连接DC/DC变换器(4)，检测及控制电路(7)的第二输出端B2连接监控装置(10)；
所述输出电流采样电路(9)包括：差分放大器IC4、电阻R18、电阻R17、电容C26；差分放大器IC4的两个输入端IN+和IN-之间连接电容C26，差分放大器IC4的输入端IN+串联电阻R17后接在采样电阻R1和开关按钮K1之间节点上；差分放大器IC4的输入端IN-串联电阻R18后接在采样电阻R1另一端；差分放大器IC4的输出端OUT连接检测及控制电路(7)的第二输入端A2，差分放大器IC4的电源端VDD连接检测及控制电路(7)的基准电压VREF，差分放大器IC4的接地端GND接地。
2.根据权利要求1中所述的确保断路器和负荷开关的储能电机储能到位的直流电源，其特征在于，所述储能电路(3)包括：多个电容串联构成电容组，再由多个电容组并联构成超级电容器组储能电路。
3.根据权利要求1中所述的确保断路器和负荷开关的储能电机储能到位的直流电源，其特征在于，所述检测及控制电路(7)包括：检测及控制电路(7)的第一输入端A1分两条线路：其中一条线路串联电阻R24后通过第二输出端B2连接监控装置(10)；另一条线路依次串联电阻R6和电阻R7后接地，电阻R6和电阻R7之间的节点A连接第一比较器(13)的正向输入端，在节点A和接地之间并联电容C11；第一比较器(13)的反向输入端连接电阻R14和基准电压VREF，第一比较器(13)的反向输入端串联电容C13后接地；第一比较器(13)的输出端和其正向输入端之间连接电阻R16后再连接两个共阴极二极管D4，两个共阴极二极管D4中的一个二极管经第一输出端B1连接DC/DC变换器(4)的遥控端REM；两个共阴极二极管D4中的另一个二极管连接第二比较器(14)的反向输入端后串联电容C29后接地；第一比较器(13)上端管脚分两条线路，一条线路连接供电电压VCC，另一条线路串联电容C23后接地；第一比较器(13)下端管脚接地；
第二比较器(14)正向输入端连接电阻R19和电阻R15之间节点B，电阻R15另一端接地，电阻R19另一端连接基准电压VREF，基准电压VREF串联电容C24后接地；第二比较器(14)输出端和第一比较器(13)反向输入端之间连接二极管D3，第二比较器(14)输出端和其正向输入端之间连接电阻R21；第二比较器(14)反向输入端连接电阻R20一端，电阻R20另连接第二输入端A2，第二输入端A2连接输出电流采样电路(9)。
4.根据权利要求1中所述的确保断路器和负荷开关的储能电机储能到位的直流电源，其特征在于，所述监控装置(10)是可视显示屏。
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