CN102638024A - 中线断线保护器 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种保护电路，具体公开一种中线断线保护器，它包括辅助电源、电压检测电路、电压比较电路、驱动电路、接触器，辅助电源分别与电压检测电路、电压比较电路、驱动电路的输入端连接，电压检测电路的输出端与电压比较电路的另一个输入端连接，电压比较电路的输出端与驱动电路的另一个输入端连接，驱动电路的输出端与接触器的输入端连接；辅助电源为电压检测电路、电压比较电路、驱动电路供电；电压检测电路检测负载中线与虚拟中线之间的电压、并分压；电压比较电路将电压检测电路的输出电压与基准电压进行比较，输出高低电平；驱动电路将电压比较电路输出的高低电平信号进行处理后，通过控制继电器触点实现对主电路接触器的控制。

Description

中线断线保护器

技术领域

本发明属于一种保护电路，具体涉及一种中线断线保护器。

背景技术

军用地面28V直流稳压电源多使用Vicor或LAMBDA电源模块并联而成，而现有的Vicor或LAMBDA电源模块多为DC/DC，允许输入的最大工作电压通常不超过375VDC。在需多路输出且功率较大的组合电源中，必须使用三相交流电作为其输入，在电源内部，每路相电压经整流、滤波后作为电源模块的输入电压。该用电方式在三相交流电中线断开时，由于三相负载不可能完全平衡，极易导致轻载相电压升高，造成电源模块因过压而烧毁。

在民用领域，配电变压器的低压侧经过电线送到居民区，居民单相用电分别接到三相交流电A，B，C与中线N之间，正常时中线N与变压器接地点E之间的电压降很小，火线A，B，C对中线N之间的电压接近220V，电网工作正常。但中线N因人为或自然因素断线，而三相负载严重不平衡时，用户中线N对地就有较高的电压，三相中某些相的相电压就会升高，导致家用电器成批烧毁。

目前，国内有关中线断线保护器的专利有“CN101192746”、“CN201149992”、“CN101242088”、“CN201149986”。在“CN101192746”和“CN201149992”中，中线断线时，如果C相负载较轻，变压器并不失电，继电器仍然有电，常闭触头不闭合，继电器不得电，常开触点不闭合，电磁铁不得电，断路保护器不动作，无法实现保护；且继电器靠变压器的副边半波交流电供电，在中线未断时，通常不能保证常闭触头处于断开状态，导致保护器易误动作。在“CN101242088”和“CN201149986”中，中线N对地有回路，存在漏电流，无论中线断否，在装有漏电保护的设备中，易触发漏电保护；在中线断开后，由于负载情况不同，中线N与地之间电压从0到100多伏都有可能，继电器难以选择；继电器通过N与地之间的交流电供电，保护阈值难以设定，且经过二极管整流，在中线断线后，继电器得电正常工作时间最长可能多达20ms，严重制约了保护动作时间。

发明内容

针对现有技术在保护动作可靠性、反应时间上存在不足，本发明提供一种中线断线保护器，从保护器内部供电方式、保护阈值的设置、动作时间、动作可靠性等方面入手，克服了现有产品的不足，达到了有效保护用电设备的目的。

实现本发明目的的技术方案：一种中线断线保护器，它包括辅助电源、电压检测电路、电压比较电路、驱动电路、接触器，辅助电源分别与电压检测电路、电压比较电路、驱动电路的输入端连接，电压检测电路的输出端与电压比较电路的另一个输入端连接，电压比较电路的输出端与驱动电路的另一个输入端连接，驱动电路的输出端与接触器的输入端连接；辅助电源为电压检测电路、电压比较电路、驱动电路供电；电压检测电路检测负载中线与虚拟中线之间的电压、并分压；电压比较电路将电压检测电路的输出电压与基准电压进行比较，输出高低电平；驱动电路将电压比较电路输出的高低电平信号进行处理后，通过控制继电器触点实现对主电路接触器的控制。

所述的辅助电源包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容和第一稳压管；辅助电源通过第一电阻、第二电阻、第三电阻分压，第一二极管、第二二极管、第三二极管整流，第一电容滤波，第一稳压管稳压，为电压检测电路、电压比较电路、驱动电路提供电源。

所述的电压比较电路包括第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻R、第三运放和第八二极管，实时检测负载中线与虚拟中线之间的正负半周电压，当负载中线的电位比虚拟中线的电位高时，第四二极管导通，负载中线与虚拟中线之间的电压经第七电阻、第八电阻分压，经第二稳压管对电压进行嵌位、第二电容滤波，经第一运放、第九电阻和第十电阻构成的跟随器进行信号处理后，再经第六二极管输出采样电压。

所述的当负载中线的电位比虚拟中线的电位低时，第五二极管导通，负载中线与虚拟中线之间的电压经第十一电阻、第十二电阻分压，经第三稳压管对电压进行嵌位、第三电容滤波，经运放第二运放、电阻第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻构成的反相器进行信号处理后，再经第七二极管输出采样电压。

所述的驱动电路包括第一三极管、第九二极管、第一继电器，接触器包括第一接触器，由辅助电源提供的电压经第十六电阻、第十七电阻分压得到基准电压，采样电压与基准电压进行比较，当采样电压高于基准电压时，电压比较电路的高低电平信号为高电平，说明电源输入中线断开了，由第三运放、第二十一电阻、第八二极管构成的正反馈电路锁定高低电平信号的状态；此时，驱动电路中的第一三极管导通，驱动电路中的第一继电器的主触点从常闭状态切换成常开状态，接触器中的第一接触器线包失电，第一接触器的主触点断开，进而实现对负载的保护。

本发明中利用变压器直接从任意两根火线间取电，再经过整流、滤波、稳压等环节，为保护器内部电路供电，该方式不受中线影响，可靠性高；在电压检测电路中，负载中线N与虚拟中线N’之间上下半周电压均被检测，大大缩短了中线断线时保护器动作时间，同时，可以根据负载不平衡程度以及各相负载能够承受的电压范围，设置合适的保护阈值，避免误动作；利用三相平衡负载虚拟出中线N’，并以此为保护器的参考地，避免了现有技术中漏电情况的发生。本发明中的中线断线保护器具有可靠性高、动作快速的优点。为解决上述问题，本发明具有成本低廉、安全可靠、动作迅速等优点，可起到自动保护三相四线用电设备的作用。

附图说明

图1为本发明所提供的一种中线断线保护器的原理框图；

图2为本发明所提供的一种中线断线保护器的电路原理图；

图3为本发明所提供的辅助电源的电路原理图；

图4为本发明所提供的电压检测电路的电路原理图；

图5为本发明所提供的电压比较电路的电路原理图；

图6为本发明所提供的驱动电路和接触器的电路原理图。

图1中，1为辅助电源，2为电压检测电路，3为电压比较电路，4为驱动电路，5为接触器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明所提供的一种中线断线保护器，包括辅助电源1、电压检测电路2、电压比较电路3、驱动电路4、接触器5。辅助电源1分别与电压检测电路2的输入端、电压比较电路3的输入端、驱动电路4的输入端连接，电压检测电路2的输出端与电压比较电路3的另一个输入端连接，电压比较电路3的输出端与驱动电路4的另一个输入端连接，驱动电路4的输出端与接触器5的输入端连接。辅助电源1为电压检测电路2、电压比较电路3、驱动电路4供电；电压检测电路2检测负载中线N与虚拟中线N’之间的电压，并分压；电压比较电路3将电压检测电路2的输出电压与基准电压进行比较，输出高低电平；驱动电路4将电压比较电路3输出的高低电平信号进行处理后，通过控制继电器常闭(开)触点实现对主电路接触器5的控制。

利用三相平衡负载(电阻R1～R6)构建虚拟中线N’，实时检测负载中线N与虚拟中线N’之间正负半周电压，当该电压高于保护阈值时，说明中线一定断开了，通过驱动电路4关断主回路中的接触器5，实现对负载的保护；正常情况下，接触器5吸合，对负载正常供电。

如图2所示，辅助电源1包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一二极管V1、第二二极管V2、第三二极管V3、第一电容C1和第一稳压管VD1。第一电阻R1和第四电阻R4串联，第一电阻R1的输入端与三相交流电的第一根火线A连接，第四电阻R4的输出端接地，第一电阻R1与第四电阻R4的连线与第一二极管V1的阳极连接。第二电阻R2和第五电阻R5串联，第二电阻R2的输入端与三相交流电的第二根火线B连接，第五电阻R5的输出端接地，第二电阻R2与第五电阻R5的连线与第二二极管V2的阳极连接。第三电阻R3和第六电阻R6串联，第三电阻R3的输入端与三相交流电的第三根火线C连接，第六电阻R6的输出端接地，第三电阻R3与第六电阻R6的连线与第三二极管V2的阳极连接。第一二极管V1的阴极、第二二极管V2的阴极、第三二极管V3的阴极并联，并联的第一二极管V1、第二二极管V2、第三二极管V3的阴极分别与第一电容C1的一端、第一稳压管VD1的阴极连接，第一电容C1的另一端和第一稳压管VD1的阳极接地。辅助电源1通过第一稳压管VD1的阴极给电压检测电路2、电压比较电路、驱动电路4提供+12V电源。

辅助电源1通过第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3分压，第一二极管V1、第二二极管V2、第三二极管V3整流，第一电容C1滤波，第一稳压管VD1稳压，为电压检测电路2、电压比较电路3、驱动电路4提供+12V电源。利用三相平衡负载第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6，构建虚拟中线N’，以此点作为本发明的中线断线保护器的参考地。

如图2所示，电压检测电路2包括第四二极管V4、第七电阻R7、第八电阻R8、第二稳压管VD2、第二电容C2、第一运放N1A、第九电阻R9、第十电阻R10、第六二极管V6以及第五二极管V5、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第三稳压管VD3、第三电容C3、第二运放N1B、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第七二极管V7。第四二极管V4的阳极与负载中线N连接，第四二极管V4的阴极与第七电阻R7的一端连接，第八电阻R8、第二稳压管VD2、第二电容C2并联，该并联电路的一端分别与第七电阻R7的另一端、第九电阻R9的一端连接，该并联电路的另一端接地，第二稳压管VD2的阴极与第七电阻R7连接。第九电阻R9的另一端与第一运放N1A的正向输入端+连接，第一运放N1A的反向输入端-与输出端之间并联有第十电阻R10，第一运放N1A的电源端8与辅助电源1的第一稳压管VD1的阴极连接，辅助电源1通过第一稳压管VD1、第一运放N1A给电压检测电路2提供+12V电源。第一运放N1A的接地端4接地。第一运放N1A的输出端与第六二极管V6的阳极连接。第五二极管V5的阴极与负载中线N连接，第五二极管V5的阳极与第十一电阻R11的一端连接，第十二电阻R12、第三稳压管VD3、第三电容C3并联，该并联电路的一端分别与第十一电阻R11的另一端、第十三电阻R13的一端连接，该并联电路的另一端接地，第三稳压管VD3的阳极与第十一电阻R11连接。第十三电阻R13的另一端与第二运放N1B的正向输入负端-连接，第二运放N1B的反向输入端-与输出端之间并联有第十五电阻R15。第二运放N1B的正向输入端+与第十四电阻R14的一端连接，第十四电阻R14的另一端接地。第二运放N1B的输出端与第七二极管V7的阳极连接。第六二极管V6的阴极与第七二极管V7的阴极并联后与电压比较电路3的第十九电阻R19的一端、第二十电阻20的一端连接。

实时检测负载中线N与虚拟中线N’之间正负半周电压：当负载中线N的电位比虚拟中线N’的电位高时，第四二极管V4导通，负载中线N与虚拟中线N’之间的电压经第七电阻R7、第八电阻R8分压，经第二稳压管VD2对电压进行嵌位、第二电容C2滤波，经第一运放N1A、第九电阻R9和第十电阻R10构成的跟随器进行信号处理后，再经第六二极管V6输出采样电压U1；当负载中线N的电位比虚拟中线N’的电位低时，第五二极管V5导通，负载中线N与虚拟中线N’之间的电压经第十一电阻R11、第十二电阻R12分压，经第三稳压管VD3对电压进行嵌位、第三电容C3滤波，经运放第二运放N1B、电阻第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15构成的反相器进行信号处理后，再经第七二极管V7输出采样电压U1。

如图2所示，电压比较电路3包括第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第三运放N2A、第八二极管V8。第十六电阻R16的一端与辅助电源1的第一稳压管VD1的阴极连接，第十六电阻R16的另一端分别与第十七电阻R17的一端、第十八电阻R18的一端连接，第十七电阻R17的另一端接地。第十八电阻R18的另一端与第三运放运放N2A反向输入端-连接。第十九电阻R19的一端、第二十电阻20的一端共同与电压检测电路2的第六二极管V6的阴极、第七二极管V7的阴极连接。第十九电阻R19的另一端接地。第二十电阻20的另一端与第三运放运放N2A正向输入端+连接，第三运放运放N2A的正向输入端+依次与第二十一电阻R21、第八二极管V8、第三运放运放N2A输出端连接。第三运放运放N2A的电源端8与辅助电源1的第一稳压管VD1的阴极连接。第三运放运放N2A的接地端4接地。第三运放运放N2A的输出端与第二十二电阻R22的一端连接，第二十二电阻R22的另一端与驱动电路4的第一三极管VT1的基极连接。

驱动电路4包括第一三极管VT1、第九二极管V9、第一继电器K1。第一三极管VT1的发射极接地，第一三极管VT1的集电极分别与第九二极管V9的阳极、第一继电器K1的线圈输入端2连接。第九二极管V9的阴极与第一继电器K1的线圈输出端1连接，第九二极管V9的阴极和第一继电器K1的线圈输出端1共同与辅助电源1的第一稳压管VD1的阴极连接。第一继电器K1的主触点4与接触器5连接。

接触器5包括第一接触器KM1，第一接触器KM1控制线包的一端与第一继电器K1的主触点4连接，第一接触器KM1控制线包的另一端与辅助电源1中的三相火线B连接，第一接触器KM1的输入端与辅助电源1的三相火线A、B、C连接，第一接触器KM1的输出端与负载的三相火线A′、B′、C′连接。

由辅助电源1提供的+12V电压经第十六电阻R16、第十七电阻R17分压得到基准电压，采样电压U1与基准电压进行比较，当采样电压U1高于基准电压时，电压比较电路3的高低电平信号U2为高电平，说明配电电网输入中线(配电电网输入中线是指配电电网中线至负载中线N之间的连线)一定断开了，由第三运放N2A、第二十一电阻R21、第八二极管V8构成的正反馈电路锁定高低电平信号U2的状态。此时，驱动电路4中的第一三极管VT1导通，驱动电路4中的第一继电器K1的主触点4从常闭状态3切换成常开状态5，接触器5中的第一接触器KM1线包失电，第一接触器KM1的主触点断开，进而实现对负载的保护。

正常情况下，高低电平信号U2为低电平，第一三极管VT1截止，第一继电器K1的主触点4处在常闭状态，第一接触器KM1线包有电，第一接触器KM1吸合，对负载正常供电。

其中，第十八电阻R18、第二十电阻R20、第二十二电阻R22为限流电阻；第十九电阻R19为下拉电阻，确保上电初始第三运放N2A输出为低电平；第九二极管V9为继电器K1控制线包续流二极管。

本发明中，第一接触器KM1线包采用线电压U_BC进行供电，不受负载中线N状态影响，能够确保接触器安全、可靠的工作。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (5)

1.一种中线断线保护器，其特征在于：它包括辅助电源(1)、电压检测电路(2)、电压比较电路(3)、驱动电路(4)、接触器(5)，辅助电源(1)分别与电压检测电路(2)、电压比较电路(3)、驱动电路(4)的输入端连接，电压检测电路(2)的输出端与电压比较电路(3)的另一个输入端连接，电压比较电路(3)的输出端与驱动电路(4)的另一个输入端连接，驱动电路(4)的输出端与接触器(5)的输入端连接；辅助电源(1)为电压检测电路(2)、电压比较电路(3)、驱动电路(4)供电；电压检测电路(2)检测负载中线(N)与虚拟中线(N’)之间的电压、并分压；电压比较电路(3)将电压检测电路(2)的输出电压与基准电压进行比较，输出高低电平；驱动电路(4)将电压比较电路(3)输出的高低电平信号进行处理后，通过控制继电器触点实现对主电路接触器(5)的控制。

2.根据权利要求1所述的一种中线断线保护器，其特征在于：所述的辅助电源(1)包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第一二极管(V1)、第二二极管(V2)、第三二极管(V3)、第一电容(C1)和第一稳压管(VD1)；辅助电源(1)通过第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)分压，第一二极管(V1)、第二二极管(V2)、第三二极管(V3)整流，第一电容(C1)滤波，第一稳压管(VD1)稳压，为电压检测电路(2)、电压比较电路(3)、驱动电路(4)提供电源。

3.根据权利要求1或2所述的一种中线断线保护器，其特征在于：所述的电压比较电路(3)包括第十六电阻(R16)、第十七电阻(R17)、第十八电阻(R18)、第十九电阻(R19)、第二十电阻(R20)、第二十一电阻(R21)、第二十二电阻R(22)、第三运放(N2A)和第八二极管(V8)，实时检测负载中线(N)与虚拟中线(N’)之间的正负半周电压，当负载中线(N)的电位比虚拟中线(N’)的电位高时，第四二极管(V4)导通，负载中线(N)与虚拟中线(N’)之间的电压经第七电阻(R7)、第八电阻(R8)分压，经第二稳压管(VD2)对电压进行嵌位、第二电容(C2)滤波，经第一运放(N1A)、第九电阻(R9)和第十电阻(R10)构成的跟随器进行信号处理后，再经第六二极管(V6)输出采样电压(U1)。

4.根据权利要求3所述的一种中线断线保护器，其特征在于：所述的当负载中线(N)的电位比虚拟中线(N’)的电位低时，第五二极管(V5)导通，负载中线(N)与虚拟中线(N’)之间的电压经第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)分压，经第三稳压管(VD3)对电压进行嵌位、第三电容(C3)滤波，经运放第二运放(N1B)、电阻第十三电阻(R13)、第十四电阻(R14)、第十五电阻(R15)构成的反相器进行信号处理后，再经第七二极管(V7)输出采样电压(U1)。

5.根据权利要求4所述的一种中线断线保护器，其特征在于：所述的驱动电路(4)包括第一三极管(VT1)、第九二极管(V9)、第一继电器(K1)，接触器(5)包括第一接触器(KM1)，由辅助电源(1)提供的电压经第十六电阻(R16)、第十七电阻(R17)分压得到基准电压，采样电压(U1)与基准电压进行比较，当采样电压(U1)高于基准电压时，电压比较电路(3)的高低电平信号(U2)为高电平，说明电源输入中线断开了，由第三运放(N2A)、第二十一电阻(R21)、第八二极管(V8)构成的正反馈电路锁定高低电平信号(U2)的状态；此时，驱动电路(4)中的第一三极管(VT1)导通，驱动电路(4)中的第一继电器(K1)的主触点从常闭状态切换成常开状态，接触器(5)中的第一接触器(KM1)线包失电，第一接触器(KM1)的主触点断开，进而实现对负载的保护。

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