CN102611290A - 一种机车低压测试系统电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机车低压测试系统电源电路，包括漏电保护断路器、开关、交流负载、电源模块、直流负载，漏电保护断路器、开关、电源模块、直流负载依次连接，交流负载并联接入开关和电源模块之间，还包括限流电阻和接触器，限流电阻接入开关和电源模块之间，接触器并联接入电源模块和直流负载之间，接触器的常开触点开关与限流电阻并联，本发明结构简单，在不改变原有电路系统结构的基础上，增加了限流电阻和接触器，解决了上电瞬间由于冲击电流过大而导致漏电保护断路器误动作的问题，保证电路正常工作。

Description

一种机车低压测试系统电源电路

技术领域

本发明涉及断路器，特别是一种机车低压测试系统电源电路。

背景技术

如图1所示，虚框内为安装有漏电保护断路器的低压测试系统电源电路，主要包括漏电保护断路器QF、开关KK1、开关KK2、DC110V电源、直流负载、交流负载，正常工作时，测试系统从外部获得AC220V电源，首先电流经过漏电保护断路器QF，然后通过闭合开关KK1使交流负载进行工作，再通过闭合开关KK2使DC110V电源工作，DC110V电源将AC220V电转换为DC110V直流电，供后续的直流负载电路使用。

按照一般的使用顺序，是先闭合开关KK1，开关KK2为断开状态，此时交流负载(如AC220V电源指示灯、工控机等)开始工作，因为闭合开关KK1时并无较大的冲击电流，因此对电路影响不大，不会使漏电保护断路器误动作。当闭合开关KK2时，由于DC110V电源模块的电容特性，会产生瞬间的冲击电流，此冲击电流超过漏电保护断路器的所能承受值后，漏电保护断路器就会动作，切断外部AC220V与测试电路的连接，但是漏电保护断路器的此种动作为误动作，会造成交流负载的非正常断电(如工控机的非正常断电而关机等)。

理论上，闭合开关KK2一次，会使DC110V电源模块的电容带电量有所增加，虽然理论上可以通过连续多次闭合开关KK2来使DC110V电源模块的电容逐步增加，以减小上电瞬间的冲击电流来避免漏电保护断路器的误动作，但此种方法在实际操作中行不通。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种机车低压测试系统电源电路，减小上电瞬间的冲击电流，避免漏电保护断路器误动作，保证电路正常工作。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种机车低压测试系统电源电路，包括漏电保护断路器、开关、交流负载、电源模块、直流负载，漏电保护断路器、开关、电源模块、直流负载依次连接，还包括限流电阻和接触器，限流电阻接入开关和电源模块之间，接触器并联接入电源模块和直流负载之间，接触器的常开触点开关与限流电阻并联，交流负载并联接入开关和限流电阻之间。

所述电源模块包括变压器、整流桥、电容支路，电容支路由两个以上电容并联组成，变压器与整流桥连接，整流桥与电容支路连接。

本发明结构简单，在不改变原有电路系统结构的基础上，增加了限流电阻和接触器，解决了上电瞬间由于冲击电流过大而导致漏电保护断路器误动作的问题，有效地保证了电路正常工作。

附图说明

图1为安装有漏电保护断路器的测试系统电路原理图；

图2为本发明一实施例电路原理图；

图3为本发明一实施例电源模块电路原理图；

图4为本发明一实施例加入限流电阻后电源模块经电容耦合变换后的电路原理图。

具体实施方式

如图2所示，本发明一实施例包括漏电保护断路器QF、两个开关KK1和KK2、交流负载、电源模块、直流负载，漏电保护断路器QF、第一个开关KK1、第二个开关KK2、电源模块、直流负载依次连接，交流负载并联接入第一个开关KK1和第二个开关KK2之间，还包括限流电阻R和接触器KM，限流电阻R接入第二个开关KK2和电源模块之间，接触器KM并联接入电源模块和直流负载之间，接触器KM的常开触点开关与限流电阻R并联；电源模块包括变压器T、整流桥、电容支路，电容支路由两个以上电容并联组成，变压器T与整流桥连接，整流桥与电容支路连接；整流桥为由四个二极管组成的全桥。

接触器KM的线圈的控制电压为DC77V～DC137V，如图2所示，限流电阻R增加在开关KK2和DC110V电源模块之间的火线L上，接触器KM常开触点开关与限流电阻R并联，即也接在KK2和DC110V电源模块之间的火线L上，同时，DC110V的“+、-”输出电压作为接触器KM线圈的控制电压，分别与接触器KM线圈的“+、-”输入端相连接。

在开关KK1已闭合、交流负载已工作的工况下，闭合开关KK2给DC110V电源模块供电，此时，由于限流电阻R的作用，会抑制上电瞬间电路中的冲击电流的最大值，该电流值在漏电保护断路器所允许的范围内，就不会引起漏电保护断路器的误动作，同时DC110V电源模块内电容迅速充电并正常启动，当DC110V电源模块启动完毕后，会输出DC110V左右的直流电，由于接触器KM线圈的“+、-”输入端得电后，会将触点吸合，接触器吸合后，即将限流电阻R在电路系统中短接，由于接触器触点短接后，其电阻值近似为0，即远远小于限流电阻的阻值，故电流将全部通过接触器流向DC110V电源，同时流经限流电阻的电流则为0，使限流电阻R不会影响后续电路系统的正常使用。

关于器件参数计算示例如下：

一般而言，首先选定的是漏电保护断路器的规格和型号，例如选用某厂商生产的5SU1356-1KK16型漏电保护断路器，其额定通过电流为16A，漏电流参数为30mA，脱扣特性为C等级，即上电瞬间的冲击电流超过漏电保护断路器额定电流的5～10倍，漏电保护断路器就会动作。根据理论计算，限制上电瞬间的冲击电流低于80A(16A*5)均可，但根据实际情况，所选限流电流越大，则限流电阻功率也就越大，相应电阻的体积也就越大，对实际应用造成一定的不便，因此此处以最大为5A电流值进行计算，则根据式(1)欧姆定律可计算出限流电阻的阻值，

$R=U_m/I=220V*\sqrt{2}/5A=62\mathrm{\Ω}---\left(1\right)$

其中，U_m为交流电的最大值；

则电阻的功率大小由式(2)可算出电阻功率：

P＝UI＝220V*5A＝1100W            (2)

其中，U为交流电的有效值；

下面估算电源模块内电容充电时间。

如图3所示，虚框内为电源模块电路示意图，其中，U为接入电源模块变压器T原边线圈的交流电有效值，n为原边线圈匝数，U1为电源模块内变压器T副边线圈的交流电有效值，n1为副边线圈匝数，D1～D4为4个整流二极管，C为电容，一般情况，电源模块内电容构成是由2-3个电容并联组成，为简化电路，图中用一个电容等效示出。电源模块工作原理是，变压器T将输入的交流电按照匝数变比成一定幅值的交流电，再通过4个二极管整流成直流电，再通过电容的调理，输出较为平稳的直流电，供后续电路使用。

电容充电公式为：

u_c＝U[1-e^-t/(RC)]        (3)

若根据公式(3)估算电源模块内电容充电时间，其前提电阻R与电容C处于统一回路当中，因此需要将图4中电容C藕合变换成电容C’，使限流电阻R和电容C’处于同一回路，以便利用公式(3)计算充电时间。

如图4所示为经过电容藕合变化后的电路示意图，根据图4和式4计算C′；

$\frac{C^{\′}}{C}=\frac{n}{n1}=\frac{U}{U1}---\left(4\right)$

其中，U取值AC220V；

因为电源转换模块输出为DC110V供后续电路使用，根据桥式整流电路相关知识，可知U1＝110V/1.2＝91.7V；

C取值为2200μF，带入式4可得出

C′＝5278μF；

由此，可进一步根据式3计算充电时间，

其中，u_c为电容端电压；U为充电电压，此处取交流电的有效值；e为自然对数，此处取值为2.7183；R为电路系统中电阻值，此处取值为62Ω；C′为经过藕合计算后电容值，此处取值为5278μF；t为电容充电时间；

一般而言，当电容端电压u_c为充电电压U的95％时，可近似认为充电完成，因此将上述值带入式3，可估算出充电时间，t≈3RC′＝3×62Ω×5278μF＝0.9817s。

即近似认为经过0.9817秒后，电源模块电容充电完成，则电源模块正常输出DC110V，同时接触器线圈得电并吸合触点。由计算结果可知，充电时间较短，对电路系统的应用不产生影响。

根据以上计算可选择适当的功率电阻，如某厂商生产的型号为RXQB-H-1000W/50R-J的线绕电阻功率为1000W，电阻为50Ω，即可作为合适的限流电阻。

如果上述计算的最大限流值选择为1A，计算方法与5A的一致，只是在应用中会使DC110V电源的启动时间稍长一点而已，限流电阻的功率会减小，故限流电阻的体积也会相应减小，在其它方面不会产生影响，在实际应用过程中可根据设备的安装空间以及散热条件进行综合考虑选择合适的限流值。

Claims (2)

1.一种机车低压测试系统电源电路，包括漏电保护断路器、开关、交流负载、电源模块、直流负载，漏电保护断路器、开关、电源模块、直流负载依次连接，其特征在于还包括限流电阻和接触器，限流电阻接入开关和电源模块之间，接触器并联接入电源模块和直流负载之间，接触器的常开触点开关与限流电阻并联，交流负载并联接入开关和限流电阻之间。

2.根据权利要求1所述的机车低压测试系统电源电路，其特征在于，所述电源模块包括变压器、整流桥、电容支路，电容支路由两个以上电容并联组成，变压器与整流桥连接，整流桥与电容支路连接。

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