CN102709875B - 欠压、过压双向脱扣器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及脱扣器领域，尤其涉及一种欠压、过压双向脱扣器。包括滤波电路、启动电源电路、用于脱扣控制的电磁铁、开关电路、用于控制开关电路通断的控制电路，以及用于给开关电路和控制电路提供电源的稳压电源电路，所述的滤波电路的电源输入端与电网相连，所述的滤波电路的电源输出端与启动电源电路的电源输入端相连，所述的启动电源电路的电源输出端、开关电路与电磁铁线圈构成串联回路。本发明欠压、过压双向脱扣器，电路简单、启动力矩大、吸合可靠，线圈发热量小、能够实现欠压与过压双向脱扣。

Description

欠压、过压双向脱扣器

技术领域

本发明涉及脱扣器领域，尤其涉及一种欠压、过压双向脱扣器。

背景技术

欠压脱扣器是断路器，尤其是框架式断路器的重要元件之一。欠电压脱扣器是在它的端电压降至某一规定范围时，使断路器有延时或无延时断开的一种脱扣器，当电源电压下降，甚至缓慢下降到额定工作电压的70％至35％范围内，欠电压脱扣器应运作，欠电压脱扣器在电源电压等于脱扣器额定工作电压的35％时，欠电压脱扣器应能防止断路器闭全，脱扣器线圈失电，线圈内活动衔铁有复位弹簧顶出—脱扣；电源电压等于或大于85％欠电压脱扣器的额定工作电压时，在热态条件下，应能保证断路器可靠闭合，脱扣器线圈得电，线圈内活动衔铁有线圈电磁力克服弹簧力吸入并保持一定力矩—吸合。欠压脱扣的本质，是防止断路器下级电器设备工作在欠压状态下电流过大后，电器设备自身发热加重的有效措施。

现有电磁型欠压脱扣器普遍存在线圈发热量高，欠压脱扣器启动力矩小或电路过于复杂等问题；并且现有的“欠压”脱扣器，都无“过压”脱扣功能。然而在较多场合，如工业企业的夜间，小型水利发电的小电网以及自发电、舰船等场合，常常存在过压现象。过压状态下使用电气设备，会严重影响其使用寿命、性能及安全性等等。所以，过压脱扣是有效保护断路器下级电器设备安全的重要手段。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有电磁型欠压脱扣器正常工作时线圈发热量大、启动力矩小、常有不吸合现象、电路过于复杂等问题，尤其是不能实现过压脱扣等的技术问题，本发明提供一种欠压、过压双向脱扣器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种欠压、过压双向脱扣器，其特征在于：包括滤波电路、启动电源电路、用于脱扣控制的电磁铁、开关电路、用于控制开关电路通断的控制电路，以及用于给开关电路和控制电路提供电源的稳压电源电路，所述的滤波电路的电源输入端与电网相连，所述的滤波电路的电源输出端与启动电源电路的电源输入端相连，所述的启动电源电路的电源输出端、开关电路与电磁铁线圈构成串联回路；

所述的控制电路包括用于采集启动电源电路中输出电源电压的SB信号采样电路、用于采集电网电压的SA信号采样电路和微处理器电路；所述的微处理器电路具有用于控制开关电路通断的第一信号发送端；

所述的SB信号采样电路的SB信号发送端和SA信号采样电路的SA信号发送端均与微处理器电路连接，所述的第一信号发送端与开关电路连接；

所述的微处理器电路包括微处理器：当SA信号大于电网额定电压的80%，且SB满足预定值时，使开关电路接通，即开关电路与电磁铁构成串联回路；当SA信号低于电网额定电压的50%或高于电网额定电压的120%时，使开关电路断路。

为了实现大力矩高可靠强启动，又使得脱扣器整体发热量小，所述的启动电源电路包括与滤波电路的电源输出端相连的降压电容、与降压电容的电源输出端相连的整流电路、正极与整流电路的直流输出端相连且负极接地的启动电容；启动电容的正极为所述启动电源电路的电源输出端。

为了避免当输入电压过高时，启动电容上的电压也很高，从而导致启动电容过电压而爆炸损坏。还包括继电器，所述的继电器的常闭触点分别与整流电路的直流输出端和启动电容的正极相连，所述的继电器的线圈与微处理器电路连接，所述的微处理器电路包括微处理器：

当SA信号大于电网额定电压的80%，且SB满足预定值时，使开关电路接通，即开关电路与电磁铁构成串联回路；

当SA信号小于电网额定电压的50%时，使开关电路断路；

当SA信号大于电网额定电压的120%时，使继电器得电，其常闭触点断开；

当SA信号小于电网额定电压的120%时，使继电器失电，其常闭触点闭合。

为了确定延时时间，以及保证电磁铁可靠吸合，所述的微处理器电路包括

BCD拨码开关：在需要延时脱扣的场合，设置不同的拨码开关组合，所述的微处理器读取此信号后，确定延时脱扣的延时时间；

微处理器：如果BCD拨码开关表示的延时时间不为零，且当SA信号小于电网额定电压的50%后开始延时，直到延时时间结束，使开关电路断路。

作为优选，所述的滤波电路为EMC电路，双向抑制来自电网与脱扣器内部产生的干扰信号。

进一步地，所述的SB信号采样电路包括依次串联后设于启动电容的正极和地之间的第三分压电阻和第四分压电阻串联，所述的第四分压电阻两端并联有第二稳压管，所述的SB信号为第三分压电阻和第四分压电阻之间引出的电压。

为了降低功耗，滤波电路后连接有半波整流二极管，所述的半波整流二极管的正极与滤波电路的电源输出端连接。所述的稳压电源电路的电源输入端与半波整流二极管的负极连接。SA信号采样电路包括依次串联后设于半波整流二极管的负极和地之间的第一分压电阻和二分压电阻，所述的第二分压电阻两端并联有滤波电容或第一稳压管，所述的SA信号为第一分压电阻和第二分压电阻之间引出的电压。

一般地，所述的稳压电源电路可以是开关形式的电源电路、串联降压形式的电路或脉冲宽度调制形式的降压电路。所述的开关电路可以是功率MOS管组成的电路、继电器电路、晶闸管电路或三极管电路。

所述的微处理器电路中的微处理器可以是单片机（MCU）、片上系统（SOC）、CPLD、FPGA或DSP。

所述的充电电路可以是三极管、MOS管或晶闸管组成的快速充电电路。所述的放电电路可以是三极管或MOS管组成的恒电流放电电路。所述的后备电容为电解电容或无极限电容。

本发明的有益效果是，

1、设置启动电源电路，开关电路接通后，启动电容上电荷全部释放于电磁线圈，电磁线圈上的电压，由降压电容容量的大小决定，且降压电容不产生有功功率，既实现了大力矩启动，又使得脱扣器整体发热量小；

2、本发明中先行判断SA信号是否满足吸合条件，然后判断SB信号是否达到了预充值。仅当二个条件同时满足后，才有单片机电路控制开关电路接通电磁铁，确保了百分之百吸合；

3、启动电源电路中设有EMC电路，双向抑制来自电网与脱扣器内部产生的干扰信号；

4、稳压电源电路和SA信号采样电路连接于半波整流电路之后，可显著降低功耗；

5、当输入电压过高时，启动电容上的电压也很高，容易导致启动电容过电压而爆炸损坏，增加了一个继电器，当输入电压过高时，微处理器电路控制继电器断开常闭触点，可以有效保护启动电容；

综上所述，本发明欠压、过压双向脱扣器，电路简单、启动力矩大、吸合可靠，线圈发热量小、能够实现欠压与过压双向脱扣，并且控制思路清晰。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明欠压、过压双向脱扣器实施例1的电路原理图。

图2是本发明欠压、过压双向脱扣器实施例2的电路原理图。

图中1、EMC电路，2、稳压电源电路，3、微处理器电路，4、电磁铁，5、开关电路。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明欠压、过压双向脱扣器实施例1的电路原理图。由EMC电路1、降压电容CK、桥式整流电路BG、启动电容CS1、检测启动电容CS1电压的SB信号采样电路、检测电网电压的SA信号采样电路、稳压电源电路2、单片机电路3以及控制电磁铁4通断的开关电路5组成。EMC电路1双向抑制来自电网与脱扣器内部产生的干扰信号。电容CK在电磁铁4被接通动作之前，通过桥式整流电路BG整流后向启动电容CS1充电。

SB信号采样电路由依次设于启动电容CS1的正极和地之间的第三分压电阻R3、第四分压电阻R4串联组成。

SA信号采样电路包括依次串联后设于半波整流二极管D0的负极和地之间的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，还包括一个与第二分压电阻R2并联的滤波电容CD1。单片机接收采样信号SA后，采用上升沿触发捕获电网周期并利用Hanning窗插值FFT方法计算出电网过零点后，当前电网电压的有效值。接于半波整流之后的SA信号采样电路，电路简单，自身功耗可以显著降低。

电网电压接于本发明的一种零电压延时脱扣器的输入端L与N之间。经EMC电路1滤波后L1接降压电容CK，降压电容CK的另一端接到接桥式整流电路BG的一输入端，N1接桥式整流电路BG的另一输入端。桥式整流电路BG的正输出端定义为VH，负输出端接地。

上电后，桥式整流电路BG将交流电路整流为脉动直流向启动电容CS1充电，启动电源电路电源输出端VH的充电电压为输入交流电压的倍，一般为80%的电网额定电压Ue的倍，如248V。充电电压VH由SB信号采样电路，产生采样信号SB送入单片机电路3。充电电压VH同时接到电磁铁4的一端。

由整流二极管D0半波整流后的电压，加载到稳压电源电路2以及SA信号采样电路。稳压电源电路2产生的15V（12V）电压为开关电路5提供电源，产生的5V（3.3V）电压为单片机电路3工作提供电源。SA信号采样电路产生的采样信号SA，设计有效监测范围为0～130%Ue，则可满足欠压、过压监控的要求。

单片机电路3首先判断SA信号的大小，当SA信号达到80%Ue时，进一步判断SB信号是否达到预充值，一旦达到，单片机控制开关电路5接通电磁铁4，启动电容CS1上电荷全部释放于电磁线圈，实现了高可靠强启动。接着，单片机读取BCD拨码开关状态，确定是否延时脱扣或延时多长时间脱扣。开关电路5接通电磁铁4后，工作于交流回路中的电容CK承担降压任务，为工作在直流回路中的电磁铁4提供一合适的工作电压，例如为50V，此时，CS1转变为滤波电容。当SA信号小于50%Ue，或大于120%Ue时，单片机控制开关电路5瞬时或延时断开电磁铁4，实现断路器的分闸。延时脱扣一般在SA信号为30%Ue～50%Ue之间时进行，一旦低于30%，无论延时长短，立即进行瞬时脱扣。

单片机电路3中可以设置拨码开关，在需要延时脱扣的场合，设置不同的拨码开关组合，单片机读取此信号后，确定延时脱扣的延时时间。

如图2所示，本发明欠压、过压双向脱扣器实施例2的电路原理图。为了防止启动电容CS1过电压而爆炸损坏，还包括继电器J1继电器J1的常闭触点分别与整流电路BG的直流输出端和启动电容CS1的正极相连，继电器J1的线圈与微处理器电路3连接，微处理器电路3包括微处理器：

当SA信号大于电网额定电压的80%，且SB满足预定值时，使开关电路5接通，即开关电路5与电磁铁4构成串联回路；

当SA信号小于电网额定电压的50%时，使开关电路5断路；

当SA信号大于电网额定电压的120%时，使继电器J1得电，其常闭触点断开；

当SA信号小于电网额定电压的120%时，使继电器J1失电，其常闭触点闭合。

开关电路5接通后，启动电容CS1上电荷全部释放于电磁线圈，电磁线圈上的电压，约为50V，由降压电容CK容量的大小决定，且降压电容CK不产生有功功率，既实现了大力矩启动，又使得脱扣器整体发热量小。

将实施例1中第二分压电阻R2两端并联的滤波电容CD1更换为第一稳压管Z1，在第四分压电阻R4两端增加并联第二稳压管Z2。当电网电压超过额定值的120%时，第一稳压管Z1和第二稳压管Z2起到限幅作用。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种欠压、过压双向脱扣器，其特征在于：包括滤波电路、启动电源电路、用于脱扣控制的电磁铁（4）、开关电路（5）、用于控制开关电路（5）通断的控制电路，以及用于给开关电路（5）和控制电路提供电源的稳压电源电路（2），所述的滤波电路的电源输入端与电网相连，所述的滤波电路的电源输出端与启动电源电路的电源输入端相连，所述的启动电源电路的电源输出端、开关电路（5）与电磁铁（4）线圈构成串联回路；

所述的控制电路包括用于采集启动电源电路中输出电源电压的SB信号采样电路、用于采集电网电压的SA信号采样电路和微处理器电路（3）；所述的微处理器电路（3）具有用于控制开关电路（5）通断的第一信号发送端；

所述的SB信号采样电路的SB信号发送端和SA信号采样电路的SA信号发送端均与微处理器电路（3）连接，所述的第一信号发送端与开关电路（5）连接；

所述的启动电源电路包括与滤波电路的电源输出端相连的降压电容（CK）、与降压电容（CK）的电源输出端相连的整流电路（BG）、正极与整流电路（BG）的直流输出端相连且负极接地的启动电容（CS1）；启动电容（CS1）的正极为所述启动电源电路的电源输出端（VH）；

还包括继电器（J1），所述的继电器（J1）的常闭触点分别与整流电路（BG）的直流输出端和启动电容（CS1）的正极相连，所述的继电器（J1）的线圈与微处理器电路（3）连接，所述的微处理器电路（3）包括微处理器：

当SA信号大于电网额定电压的80%，且SB信号满足预定值时，使开关电路（5）接通，即开关电路（5）与电磁铁（4）构成串联回路；

当SA信号小于电网额定电压的50%时，使开关电路（5）断路；

当SA信号大于电网额定电压的120%时，使继电器（J1）得电，其常闭触点断开；

当SA信号小于电网额定电压的120%时，使继电器（J1）失电，其常闭触点闭合。

2.如权利要求1所述的欠压、过压双向脱扣器，其特征在于：所述的微处理器电路（3）包括微处理器：

当SA信号大于电网额定电压的80%，且SB信号满足预定值时，使开关电路（5）接通，即开关电路（5）与电磁铁（4）构成串联回路；

当SA信号小于电网额定电压的50%或高于电网额定电压的120%时，使开关电路（5）断路。

3.如权利要求1或2所述的欠压、过压双向脱扣器，其特征在于：所述的微处理器电路（3）包括

BCD拨码开关：在需要延时脱扣的场合，设置不同的拨码开关组合，所述的微处理器读取此信号后，确定延时脱扣的延时时间；

微处理器：如果BCD拨码开关表示的延时时间不为零，且当SA信号小于电网额定电压的50%后开始延时，直到延时时间结束，使开关电路（5）断路。

4.如权利要求1所述的欠压、过压双向脱扣器，其特征在于：所述的滤波电路为EMC电路（1）。

5.如权利要求1所述的欠压、过压双向脱扣器，其特征在于：所述的SB信号采样电路包括依次串联后设于启动电容（CS1）的正极和地之间的第三分压电阻（R3）和第四分压电阻（R4），所述的第四分压电阻（R4）两端并联有第二稳压管（Z2），所述的SB信号为第三分压电阻（R3）和第四分压电阻（R4）之间引出的电压。

6.如权利要求1所述的欠压、过压双向脱扣器，其特征在于：滤波电路后连接有半波整流二极管（D0），所述的半波整流二极管（D0）的正极与滤波电路的电源输出端连接。

7.如权利要求6所述的欠压、过压双向脱扣器，其特征在于：所述的稳压电源电路（2）的电源输入端与半波整流二极管（D0）的负极连接。

8.如权利要求6所述的欠压、过压双向脱扣器，其特征在于：SA信号采样电路包括依次串联后设于半波整流二极管（D0）的负极和地之间的第一分压电阻（R1）和第二分压电阻（R2），所述的第二分压电阻（R2）两端并联有滤波电容（CD1）或第一稳压管（Z1），所述的SA信号为第一分压电阻（R1）和第二分压电阻（R2）之间引出的电压。