CN103166176B - 用于低压断路器的欠压保护脱扣器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于低压断路器的欠压保护脱扣器，所述的低压断路器设置在供电线路上，所述的欠压保护脱扣器包括电源模块、采样比较模块和执行模块，所述的电源模块分别与供电线路、采样比较模块、执行模块连接，所述的采样比较模块与执行模块连接，采样比较模块分别采集供电线路的三相电压并与阈值电压比较，当任意一相电压低于阈值电压时，输出比较信号至执行模块，断开断路器。与现有技术相比，本发明可对供电线路三相电源进行欠电压保护，只要任一相电源出现故障，都会跳闸，弥补了原有欠压保护脱扣器的缺陷，起到了标准规定的安全保护作用，而且通过合理的电路设置，使本发明的可靠性好，抗干扰能力强，成本较低。

Description

用于低压断路器的欠压保护脱扣器

技术领域

本发明涉及一种欠压保护脱扣器，尤其是涉及一种可以对设有低压断路器的三相电源进行欠电压保护的欠压保护脱扣器。

背景技术

低压断路器是配电系统的重要电器。实现欠压保护，是低压断路器的一个重要功能。国标GB/T16895-2010《建筑物电气装置》第445章欠电压保护中规定：在电压下降或失压以后随后电压恢复会对人员和财产造成危险的情况下，应当采取适当的预防措施。同样，在电压下降能造成电气装置和用电设备的某一部份损坏的情况下，也应采取预防措施。

目前，低压断路器(包括塑料外壳式和框架式)所用的用于低压断路器的欠压保护脱扣器，均为单相或二相欠压保护，标志为工作电压220V的仅对所连接相线的欠压起保护作用，标志为工作电压380V的对所连接二根相线的欠压起保护作用。这样，如果未连接的相线发生断线或欠电压，断路器就不会跳闸，此时，负载侧线路并无警示，随后，电压恢复将对人员和财产造成危险。这个缺陷将是致命的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于低压断路器的欠压保护脱扣器，该欠压保护脱扣器对三路相线均做检测，只要任一相出现故障，都会控制断路器跳闸，可对供电线路三相电源均进行欠电压保护。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于低压断路器的欠压保护脱扣器，所述的低压断路器设置在供电线路上，所述的欠压保护脱扣器包括电源模块、采样比较模块和执行模块，所述的电源模块分别与供电线路、采样比较模块、执行模块连接，将供电线路输入的交流电压转换成直流低电压后，输出至采样比较模块和执行模块，所述的采样比较模块与执行模块连接，采样比较模块分别采集供电线路的三相电压并与阈值电压比较，当任意一相电压低于阈值电压时，输出一比较信号至执行模块，断开断路器。

所述的采样比较模块包括分别用于采集供电线路三相电压的三个采样比较电路，每个采样比较电路包括用于进行整流、分压、滤波的预处理单元和比较单元，所述的预处理单元的输入端分别连接供电线路的零线和一路相线，输入的电压信号经预处理单元处理后，输出至比较单元与阈值电压进行比较。

所述的预处理单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一二极管、第二二极管、第一电容和第二电容，所述的第一电容为电解电容，所述的第一电阻一端连接一路相线，另一端连接第一二极管的阴极和第二二极管的阳极，所述的第二二极管的阴极分别连接第二电阻的一端、第一电容的正极和第三电阻的一端，所述的第三电阻的另一端连接第二电容的一端，供电线路的零线连接第一二极管的阳极、第一电容的负极以及第二电阻和第二电容的另一端，所述的第三电阻和第二电容的公共端为预处理单元的输出端。

所述的比较单元包括比较器、电位器和第四电阻，所述的电位器的一个固定端连接电源模块的输出端，并通过第四电阻连接比较器的输出端，另一固定端接地，调节端连接比较器的负向输入端，所述的比较器的正向输入端连接预处理单元的输出端。

所述的执行模块包括脱扣线圈和控制电路，所述的脱扣线圈通过电源模块连接供电线路，所述的控制电路与脱扣线圈连接，通过脱扣线圈控制断路器的开关。

所述的控制电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第三电容、第四电容、第五电容、可控硅、光电耦合器和三极管，所述的光电耦合器的一个输入端通过第八电阻连接三极管的集电极，另一个输入端连接电源模块的输出端，所述的三极管的基极连接采样比较模块的输出端，发射极接地，基极与发射极之间设有第五电容，所述的光电耦合器的一个输出端连接第七电阻的一端，该第七电阻的另一端连接第六电阻和第四电容的一端，所述的第六电阻的另一端连接可控硅的阳极，所述的第四电容的另一端连接光电耦合器的的另一个输出端以及可控硅的控制极，所述的可控硅的阴极连接供电线路的零线，阳极通过脱扣线圈连接电源模块，可控硅的阳极和阴极之间连接有串联的第五电阻和第三电容，当三极管截止时，光电耦合器不输出信号，可控硅关断，使脱扣线圈释放，断开断路器。

所述的电源模块包括电源管理芯片、MOSFET和稳压芯片，MOSFET的漏极连接供电线路的三路相线，栅极和源极连接电源管理芯片，所述的稳压芯片的输入端连接MOSFET的源极，输出端连接采样比较模块和执行模块连接。

所述的电源模块还包括保护电路，该保护电路包括电压保护单元和抗干扰单元，所述的电压保护单元包括三个压敏电阻，分别设在三路相线和零线之间，用于吸收浪涌电压，所述的抗干扰单元包括第六电容、第七电容、第八电容和电感，所述的第六电容为电解电容，所述的电感的一端连接MOSFET的源极和第六电容的正极，电感的另一端连接稳压芯片输入端和第七电容的一端，所述的第七电容的另一端和第六电容的负极接地，所述的第八电容一端连接稳压芯片输出端，另一端接地。

与现有技术相比，本发明通过对设有低压断路器的供电线路三相电源进行欠电压保护，只要任一相电源出现故障，都会跳闸，弥补了原有欠压保护脱扣器的缺陷，起到了标准规定的安全保护作用，而且通过合理的电路设置，使本发明的可靠性好，抗干扰能力强，成本较低。

附图说明

图1为本发明的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种用于低压断路器的欠压保护脱扣器，包括电源模块、采样比较模块和执行模块。电源模块分别与供电线路、采样比较模块、执行模块连接，将供电线路输入的交流电压转换成直流低电压后，输出至采样比较模块和执行模块，采样比较模块与执行模块连接，采样比较模块分别采集供电线路的三相电压并与阈值电压比较，当任意一相电压低于阈值电压时，输出一比较信号至执行模块，断开断路器。

其中，采样比较模块包括分别用于采集供电线路三相电压的三个采样比较电路，每个采样比较电路包括用于进行整流、分压、滤波的预处理单元和用于将供电线路电压和阈值电压进行比较的比较单元。

每个采样比较电路的预处理单元包括第一电阻R1A、R1B、R1C，第二电阻R2A、R2B、R2C，第三电阻R3A、R3B、R3C，第一二极管D1A、D1B、D1C，第二二极管D2A、D2B、D2C，第一电容C1A、C1B、C1C以及和第二电容C2A、C2B、C2C，其中，第一电容C1A、C1B、C1C为电解电容。比较单元包括比较器IC1A、IC1B、IC1C，电位器VR和第四电阻R4。

以供电线路的A相为例，第一电阻R1A一端连接A相线，另一端连接第一二极管D1A的阴极和第二二极管D2A的阳极，第二二极管D2A的阴极分别连接第二电阻R2A的一端、第一电容C1A的正极和第三电阻R3A的一端，第三电阻的另一端R3A连接第二电容C2A的一端，供电线路的零线N连接第一二极管D1A的阳极、第一电容C1A的负极以及第二电阻R2A和第二电容C2A的另一端，第三电阻R3A和第二电容C2A的公共端为预处理单元的输出端，连接比较器IC1A的正向输入端，电位器VR的一个固定端连接电源模块的输出端，并通过第四电阻R4连接比较器IC1A的输出端，另一固定端接地，其调节调节端连接比较器IC1A的负向输入端。

其工作原理为：A相的电源信号UA经第二二极管D2A整流，第二电阻R2A和第一电阻R1A分压，再经过由第一电容C1A、第二电容C2A、第三电阻R3A组成的滤波网络滤波之后送到比较器IC1A进行比较，其比较的阈值电压的大小可由电位器VR调节，当电压低于阈值电压时，比较器IC1A的输出端输出低电平至执行模块，控制断路器断开；当电压超过阈值电压时，比较器IC1A的输出端输出高电平，保持断路器接通。

B相和C相的连接结构和工作原理均与A相相同，由此组成的采样比较模块可以同时采集供电线路中各相电压，只要其中一相出现故障，均会输出低电平至执行模块，仅当三相电压均高于阈值电压时，才保持断路器接通。

执行模块包括脱扣线圈TRIP和控制电路，该控制电路由第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、可控硅SCR、光电耦合器GU和三极管Q2构成。

光电耦合器GU的一个输入端通过第八电阻R8连接三极管Q2的集电极，另一个输入端连接电源模块的输出端，三极管Q2的基极连接采样比较模块中比较器IC1A、IC1B、IC1C的输出端，发射极接地，基极与发射极之间设有第五电容C5。光电耦合器GU的一个输出端连接第七电阻R7的一端，该第七电阻R7的另一端连接第六电阻R6和第四电容C4的一端，而第六电阻R6的另一端连接可控硅SCR的阳极，第四电容C4的另一端连接光电耦合器GU的的另一个输出端以及可控硅SCR的控制极，可控硅SCR的阴极连接供电线路的零线N，阳极通过脱扣线圈TRIP连接电源模块中MOSFET Q1的漏极，可控硅SCR的阳极和阴极之间连接有串联的第五电阻R5和第三电容C3。

执行模块的工作原理为：当采集比较模块内的三个比较器有一个输出低电平时，三极管Q2截止，光电耦合器GU输出端无信号，则可控硅SCR关断，使得脱扣线圈TRIP释放，控制断路器断开。反之仅当三相电压均超过阈值电压时，三个比较器的输出端的公共点才为高电平，此时三极管Q2导通，光电耦合器GU输出信号，触发可控硅SCR导通，脱扣线圈TRIP吸合，保持断路器接通。在执行模块中，第四电容C4和第五电容C5的作用是滤除干扰，避免有干扰引起的错误动作。

欠压保护脱扣器的电源模块直接从供电线路接入，包括了电源管理芯片IC2、MOSFET Q1、稳压芯片IC3、三个二极管D3A、D3B、D3C、由三个压敏电阻YM1、YM2、YM3构成的电压保护单元以及由第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8和电感L1组成的抗干扰单元。

连接供电线路的三路相线分别通过三个二极管D3A、D3B、D3C后接入MOSFET Q1的漏极D，MOSFET Q1的栅极G和源极S连接电源管理芯片IC2，稳压芯片IC3的输入端连接MOSFET的源极S，输出端连接采样比较模块和执行模块连接，为比较模块和执行模块提供9V的直流电压。三个压敏电阻YM1、YM2、YM3分别设在三路相线和零线N之间，用于吸收浪涌电压，保护电源模块不受过电压的损坏。第六电容C6为电解电容，电感L1的一端连接MOSFET Q1的源极S和第六电容C6的正极，电感L1的另一端连接稳压芯片IC3的输入端和第七电容C7的一端，而第七电容C7的另一端和第六电容C6的负极接地，第八电容C8一端连接稳压芯片IC3的输出端，另一端接地。

该电源模块采用SR037芯片，是一款不需要任何磁性组件、具有双输出的新型DC/DC电源管理芯片，其不同于传统的变压器降压或开关电源，无需变压器或电感，也不需要高压输入电容，从供电线路中即可获得的18V直流电压，然后经稳压芯片IC3稳压得到9V电压，供其他模块使用。

Claims (6)

1.一种用于低压断路器的欠压保护脱扣器，所述的低压断路器设置在供电线路上，其特征在于，所述的欠压保护脱扣器包括电源模块、采样比较模块和执行模块，所述的电源模块分别与供电线路、采样比较模块、执行模块连接，将供电线路输入的交流电压转换成直流低电压后，输出至采样比较模块和执行模块，所述的采样比较模块与执行模块连接，采样比较模块分别采集供电线路的三相电压并与阈值电压比较，当任意一相电压低于阈值电压时，输出一比较信号至执行模块，断开断路器；

所述的采样比较模块包括分别用于采集供电线路三相电压的三个采样比较电路，每个采样比较电路包括用于进行整流、分压、滤波的预处理单元和比较单元，所述的预处理单元的输入端分别连接供电线路的零线和一路相线，输入的电压信号经预处理单元处理后，输出至比较单元与阈值电压进行比较；

所述的预处理单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一二极管、第二二极管、第一电容和第二电容，所述的第一电容为电解电容，所述的第一电阻一端连接一路相线，另一端连接第一二极管的阴极和第二二极管的阳极，所述的第二二极管的阴极分别连接第二电阻的一端、第一电容的正极和第三电阻的一端，所述的第三电阻的另一端连接第二电容的一端，供电线路的零线连接第一二极管的阳极、第一电容的负极以及第二电阻和第二电容的另一端，所述的第三电阻和第二电容的公共端为预处理单元的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种用于低压断路器的欠压保护脱扣器，其特征在于，所述的比较单元包括比较器、电位器和第四电阻，所述的电位器的一个固定端连接电源模块的输出端，并通过第四电阻连接比较器的输出端，另一固定端接地，调节端连接比较器的负向输入端，所述的比较器的正向输入端连接预处理单元的输出端。

3.根据权利要求1所述的一种用于低压断路器的欠压保护脱扣器，其特征在于，所述的执行模块包括脱扣线圈和控制电路，所述的脱扣线圈通过电源模块连接供电线路，所述的控制电路与脱扣线圈连接，通过脱扣线圈控制断路器的开关。

4.根据权利要求3所述的一种用于低压断路器的欠压保护脱扣器，其特征在于，所述的控制电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第三电容、第四电容、第五电容、可控硅、光电耦合器和三极管，所述的光电耦合器的一个输入端通过第八电阻连接三极管的集电极，另一个输入端连接电源模块的输出端，所述的三极管的基极连接采样比较模块的输出端，发射极接地，基极与发射极之间设有第五电容，所述的光电耦合器的一个输出端连接第七电阻的一端，该第七电阻的另一端连接第六电阻和第四电容的一端，所述的第六电阻的另一端连接可控硅的阳极，所述的第四电容的另一端连接光电耦合器的的另一个输出端以及可控硅的控制极，所述的可控硅的阴极连接供电线路的零线，阳极通过脱扣线圈连接电源模块，可控硅的阳极和阴极之间连接有串联的第五电阻和第三电容，当三极管截止时，光电耦合器不输出信号，可控硅关断，使脱扣线圈释放，断开断路器。

5.根据权利要求1所述的一种用于低压断路器的欠压保护脱扣器，其特征在于，所述的电源模块包括电源管理芯片、MOSFET和稳压芯片，MOSFET的漏极连接供电线路的三路相线，栅极和源极连接电源管理芯片，所述的稳压芯片的输入端连接MOSFET的源极，输出端连接采样比较模块和执行模块连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于低压断路器的欠压保护脱扣器，其特征在于，所述的电源模块还包括保护电路，该保护电路包括电压保护单元和抗干扰单元，所述的电压保护单元包括三个压敏电阻，分别设在三路相线和零线之间，用于吸收浪涌电压，所述的抗干扰单元包括第六电容、第七电容、第八电容和电感，所述的第六电容为电解电容，所述的电感的一端连接MOSFET的源极和第六电容的正极，电感的另一端连接稳压芯片输入端和第七电容的一端，所述的第七电容的另一端和第六电容的负极接地，所述的第八电容一端连接稳压芯片输出端，另一端接地。