CN102474093A - 保护继电器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及保护继电器，其具备：输入电路(12)，通过外部输入电压是否大于预先设定的阈值电压来检测外部设备的状态；以及运算部(13)，取入由输入电路(12)检测出的检测信号，进行保护继电器运算。输入电路(12)具备：开关单元(14)，在外部输入电压为阈值电压以上时，利用由对外部输入电压进行分压的分压电阻获得的分压电压而导通；以及光耦合器(16)，在开关单元(14)导通时，因供给恒定电流的恒定电流输出电路的恒定电流而动作，对运算部(13)输出动作信号。

Description

保护继电器
技术领域
本发明的实施方式涉及具有通过外部输入电压是否大于预先设定的阈值电压来检测外部设备的状态的输入电路的保护继电器。
背景技术
例如，保护电力系统的保护继电器通过输入电流、输入电压的大小、相位关系等来检测系统事故，进行保护控制运算，对电力系统进行保护。在该情况下，外部设备的状态利用触点输入信号进行输入，例如，通过相对于预定的阈值电压的外部输入电压值的大小来检测触点输入(BinaryInput：二进制输入)。
以往的触点输入电路通过作为限流电阻方式而分别串联或并联连接于光耦合器的电阻，对流过光耦合器的电流值进行调节，并对阈值电压进行设定，由此实现触点输入的检测、不检测的判定。各个触点输入电路成为相对于一个电路的一个阈值电压的设定。因此，为了与多个阈值电压相对应，需要对针对外部输入电压的阈值电压的设定进行变更。因此，多是为了变更阈值电压的设定而以准备对电阻常数进行了变更的该电路并安装该电路基板的方式进行应对。
在限流电阻方式的触点输入电路中，存在如下这样的可编程序控制器的输入电路：利用开关元件来对将检测出的触点输入信号发送到运算部的光耦合器输出进行通/断控制，由此以能使占空比可变的方式使发热减少(例如参照日本特开2008-152309号公报(以下称为“专利文献1”))。此外，还有如下方案：使用旁路电流电路来实现触点输入电路的发热减少，并且，利用由电阻分压和齐纳二极管规定的电压值来使两个晶体管成为导通状态，以实现恒定电流电路(例如参照日本特开2005-101781号公报(以下称为“专利文献2”))。
但是，在利用以往的限流电阻方式的触点输入电路中，为了进行阈值电压调整而串联连接的电阻的功耗变大，成为设备温度上升的原因。此外，利用电阻来调整光耦合器发光的正向电流值，由于受光耦合器的性能左右，所以难以利用一个触点输入电路来调整宽范围输入电压下的阈值电压。因此，在欲能利用一个触点输入电路以宽范围进行多个阈值电压的设定的情况下，仅仅通过对电阻常数进行变更，无法进行阈值电压调整。
此外，在专利文献1的方案中，由于仅在读入光耦合器输出时使开关元件导通，所以能减少由限流电阻引起的发热，但却难以利用一个触点输入电路来调整宽范围输入电压下的阈值电压。此外，在专利文献2的方案中，由于设有旁路电流电路，所以虽然能利用一个触点输入电路来调整宽范围输入电压下的阈值电压，但电路构成却变复杂。
发明内容
由此，希望提供一种具有如下这样的输入电路的保护继电器，即，该输入电路能在不成为复杂的电路构成的情况下利用一个触点输入电路来调整宽范围输入电压下的阈值电压，而且能减少发热量。
根据本发明的一个实施方式，提供一种保护继电器，具备：输入电路，通过外部输入电压是否大于预先设定的阈值电压来检测外部设备的状态；以及运算部，取入由所述输入电路检测出的检测信号，进行保护继电器运算，其中，所述输入电路具备：开关单元，在所述外部输入电压为所述阈值电压以上时，利用由对所述外部输入电压进行分压的分压电阻获得的分压电压而导通；以及光耦合器，在所述开关单元导通了时，因供给恒定电流的恒定电流输出电路的恒定电流而动作，对所述运算部输出动作信号。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的保护继电器的构成图。
图2是本发明第一实施方式的保护继电器的输入电路中的进行阈值电压的变更的阈值电压调整单元的说明图。
图3是本发明第二实施方式的保护继电器的构成图。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式进行说明。
图1是本发明第一实施方式的保护继电器的构成图。保护继电器11包括：输入电路12，检测外部设备的状态；以及运算部13，取入由输入电路12检测出的检测信号，进行保护继电器运算。
输入电路12是通过外部输入电压Vi是否大于预先设定的阈值电压来检测外部设备的状态的电路。表示外部设备的状态的外部输入电压Vi输入到输入电路12的正极线与负极线之间并由电阻Rf、Rb、Rs分压。而且，在分压电阻Rf、Rb的连触点的分压电压，输入到作为开关单元14的晶体管的基极。在开关单元14的基极与负极线之间连接有齐纳二极管15，在开关单元14的发射极与负极线之间连接有电阻Rs，此外，在开关单元14的集电极与正极线之间，经由电阻Rx连接有光耦合器16的发光二极管。
另一方面，构成为：利用光耦合器16的发光二极管的光而动作的光敏晶体管在正极线与负极线之间经由电阻Ry连接起来，在光耦合器16的光敏晶体管动作时对运算部13输出输出电压Vo。
即，输入电路12利用针对外部输入电压Vi的电阻Rf与电阻Rb的分压值和齐纳二极管15的齐纳电压，对开关单元14的基极电流进行调整，对开关单元14进行开关控制。因此，能利用电阻Rf与电阻Rb的连触点的分压值，进行检测阈值电压的设定。
在进行开关控制的开关单元14为导通状态的情况下，在光耦合器16中流过恒定电流，使光耦合器16的发光二极管发光。由此，从输入电路12向运算部13发送检测信号。恒定电流值利用开关单元14的基极与发射极之间的电压、齐纳二极管15的齐纳电压、电阻Rs来进行调整，光耦合器16设定为稳定动作的电流值。
因此，开关单元14在外部输入电压Vi为阈值电压以上时，利用对外部输入电压Vi分压的分压电阻Rf、Rb的连触点的分压电压而导通。提供恒定电流的恒定电流输出电路，由开关单元14的基极-发射极间、齐纳二极管15、电阻Rs形成，光耦合器16在开关单元14导通时，因恒定电流输出电路的恒定电流而动作，对运算部13输出动作信号。
由此，与利用以往的限流电阻方式的输入电路相比，能不依赖于光耦合器16的正向电流地利用电阻分压来设定阈值电压，功耗不会集中在1个电阻，能减少发热量。进而，由于是恒定电流动作，所以能进行在例如1.5mA左右的光耦合器16的稳定动作电流下的使用。此外，为了变更阈值电压，变更电阻Rf的常数来进行。例如，具备必要的常数的电阻并利用短路连接器等进行切换，由此，对阈值电压进行变更。
此外，如图2所示那样，也可以设置进行输入电路中的阈值电压的变更的阈值电压调整单元17，来对阈值电压进行变更。在图2中，电阻Rf包括多个电阻Rf1～Rfn，与各个电阻Rf1～Rfn并联设置旁路用开关元件18。而且，利用来自运算部13的阈值电压的变更指令D，控制旁路用开关元件18的通断，对电阻Rf的整体的值进行变更。由此，分压电阻Rf、Rb的连触点的分压电压维持在使开关单元14导通的电压，并且，对分压电阻Rf、Rb的分压比进行调整并对针对外部输入电压Vi的阈值电压进行调整，对阈值电压进行变更。
即，作为电阻Rf的电阻值的调整电路，对多个串联连接的电阻Rf1～Rfn，分别连接旁路用开关元件18。在图2中，示出旁路用开关元件18使用了光耦合器的情况。
通过旁路用开关元件18的通/断控制来调整电阻Rf的整体的电阻值，对输入电路12的阈值电压进行切换。换句话说，对作为旁路用开关元件18的光耦合器，从保护继电器的运算部13发送阈值电压的变更指令D，由此能进行串联电阻的合成电阻值的调整，能在用户不直接接触基板的情况下，利用该运算部13的软件进行阈值电压的切换。
应用光耦合器来作为旁路用开关元件18，例如是为了相对于外部输入电压24V、48V、110V、220V等向输入电路12的输入，与作为3.3V、5V的弱电电路的运算部13实现绝缘。
此外，目的是利用绝缘的开关动作，旁路用开关元件18不限定于光耦合器。如图1所示，由于输入电路12是恒定电流输入电路，利用分压电阻来设定阈值电压，所以例如能对24V、48V、110V、220V这样的宽范围的输入电压设定阈值电压。
由此，在阈值电压的变更时，无需向基板进行短路连接器等的安装、拆卸操作，能利用嵌入保护继电器的运算部13的软件的设定而容易地使该阈值电压可变。
根据第一实施方式，能通过抑制在串联连接的电阻Rf、Rb、Rs的功耗来减少保护继电器11的内部的温度上升，进而能利用一个输入电路12来进行多个宽范围的阈值电压的设定。此外，在设置阈值电压调整单元的情况下，能容易利用一个输入电路12进行多个阈值电压的设定。
接下来，对本发明第二实施方式进行说明。图3是本发明第二实施方式的保护继电器的构成图。该第二实施方式具备设成能利用限流电阻电路进行多个阈值电压的切换的输入电路12。
如图3所示那样，输入电路12将外部输入电压Vi输入到限流电阻电路的串联电阻R1～R4。而且，限流电阻电路的电阻R2～R4分别构成检测多个不同的阈值电压的输入检测部19a～19c。而且，在输入检测部19a～19c的电阻R2～R4上分别并联连接有光耦合器20a～20c。光耦合器20a～20c在外部输入电压Vi成为自我检测出的阈值电压以上时进行动作，经由多路调制器(multiplexer)21对运算部13输出动作信号。
即，限流电阻电路利用串联的电阻R1、各个光耦合器20a～20c和并联的电阻R2～R4，对各个光耦合器20a～20c的正向电流进行调整，对检测出的阈值电压进行调整。
通过利用多个光耦合器20a～20c检测输入信号，从而能利用一个输入电路12(一个输入电压Vi)一次检测出多个要检测的阈值电压。在图3的三个的光耦合器20a～20c中，例如，若以光耦合器20a成为根据阈值48V的判定结果、光耦合器20b成为根据阈值110V的判定结果、光耦合器20c成为根据阈值220V的判定结果的方式，调整好各个光耦合器20a～20c的正向电流时，则能检测出所意图的阈值电压下的输入信号。
例如，在外部输入电压Vi为最小的阈值48V以下的45V时，光耦合器20a～20c均不动作，在外部输入电压Vi是作为最小的阈值48V～中间的阈值110V的范围的50V时，光耦合器20a动作，光耦合器20b、20c不动作。此外，在外部输入电压Vi为中间的阈值110V～最大的阈值220V的范围的120V时，光耦合器20a、20b动作，光耦合器20c不动作，在外部输入电压Vi为最大的阈值以上的230V时，光耦合器20a～20c全部动作。由此，能检测出所意图的阈值电压下的输入信号。
这样，各个输入检测部19a～19c将外部输入电压Vi进行分压后输入，对多个不同的阈值电压进行检测，与输入检测部19a～19c分别并联连接的光耦合器20a～20c在外部输入电压Vi为自我检测出的阈值电压以上时，经由多路调制器21对运算部13输出动作信号。
多路调制器21输入光耦合器20a～20c的动作信号，将由来自运算部13的选择信号S指定的光耦合器20a～20c的动作信号输出到运算部13。即，多路调制器21通过利用来自运算部13的选择信号S选择各个光耦合器20a～20c的输出信号，从而能从在一个输入电路12(一个输入电压Vi)上设定的多个要检测的阈值电压中取得需要的条件的阈值判定结果。
此外，虽然对多路调制器21，从保护继电器11的运算部13发送选择信号S，由此切换成仅是所意图的要检测的阈值电压的输出值，但是也可以省略多路调制器21，将各个光耦合器20a～20c的输出信号全部输出到运算部13。在这种情况下，运算部13从所输入的各个光耦合器20a～20c的输出信号中选择仅是所意图的要检测的阈值电压的输出值。
此外，运算部13还能基于所输入的各个光耦合器20a～20c的输出信号(动作信号以及不动作信号)，判定光耦合器20a～20c的动作以及不动作的组合，对输入电路12的不良进行监视。将光耦合器20a～20c的动作以及不动作的组合示于表1。
表1
Figure BDA0000134929660000061
如表1所示那样，作为阈值电压的条件，设光耦合器20a在34V以上为通，光耦合器20b在77V以上为通，光耦合器20c在154V以上为通。在表1中，对该3个阈值电压的条件示出输入电压Vi为110V的情况。
若图3的输入电路12正常，则在输入电压Vi为110V时，光耦合器20a～20c的输出信号的通/断状态成为表1的状态1的判定。与此相对，例如，当设获得了表1的状态2的结果时，能诊断为34V的阈值的输入检测部19a以及光耦合器20a的输出为异常。
这样，不仅是特定的阈值电压的判定结果，还根据多个阈值电压输入全部的判定结果并判断这些的组合，由此能监视输入电路12。即，利用外部输入电压Vi对各个光耦合器20a～20c的发光的有无等进行判断，能利用运算部13的软件始终相互监视光耦合器20a～20c的发光状态以及其外围电路的健全性。
根据第二实施方式，能使用以往的限流电阻方式，利用一个输入电压值的输入电路12使多个阈值电压的设定成为可能。此外，还能利用各个输入检测部的检测结果进行相互的输入检测部19a～19c以及光耦合器20a～20c等的监视。
如以上所详述的那样，根据本发明的实施方式，能提供一种具有如下这样的输入电路的保护继电器，即，该输入电路在不成为复杂的电路构成的情况下，利用一个触点输入电路对宽范围输入电压下的阈值电压进行调整，而且能减少发热量。
本发明并不直接限定于上述实施方式，在实施阶段中能在不脱离其要旨的范围内对构成要素进行变形来具体化。此外，通过在上述实施方式中公开的多个构成要素的适当组合，能形成各种发明。例如，也可以从实施方式所示的全部构成要素中删除几个构成要素。进而，也可以适当组合跨不同实施方式的构成要素。

Claims (5)

1.一种保护继电器，具备：输入电路(12)，通过外部输入电压是否大于预先设定的阈值电压来检测外部设备的状态；以及运算部(13)，取入由所述输入电路(12)检测出的检测信号，进行保护继电器运算，其特征在于，
所述输入电路(12)具备：开关单元(14)，在所述外部输入电压为所述阈值电压以上时，利用由对所述外部输入电压进行分压的分压电阻获得的分压电压而导通；以及光耦合器(16)，在所述开关单元(14)导通了时，因供给恒定电流的恒定电流输出电路的恒定电流而动作，对所述运算部(13)输出动作信号。
2.根据权利要求1所述的保护继电器，其特征在于，设置有阈值电压调整单元(17)，该阈值电压调整单元(17)将由所述分压电阻获得的分压电压维持在使所述开关单元(14)导通的电压，同时，调整所述分压电阻的分压比，调整对所述外部输入电压的所述阈值电压。
3.一种保护继电器，其具备：输入电路(12)，通过外部输入电压是否大于预先设定的阈值电压来检测外部设备的状态；以及运算部(13)，取入由所述输入电路(12)检测出的检测信号，进行保护继电器运算，其特征在于，
所述输入电路(12)具备：多个输入检测部(19a～19c)，将所述外部输入电压进行分压后输入，对多个不同的阈值电压进行检测；以及光耦合器(16)，与所述输入检测部(19a～19c)分别并联连接，在所述外部输入电压成为了自我检测出的阈值电压以上时，对所述运算部(13)输出动作信号。
4.根据权利要求3所述的保护继电器，其特征在于，所述输入电路(12)具有多路调制器(21)，该多路调制器(21)输入所述光耦合器(16)的动作信号，输出由来自所述运算部(13)的选择信号指定的所述光耦合器(16)的动作信号。
5.根据权利要求3或4所述的保护继电器，其特征在于，所述运算部(13)输入所述光耦合器(16)的动作信号和不动作信号，基于所述光耦合器(16)的动作和不动作的组合，监视所述输入电路(12)的不良。
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