CN104054152B - 用于增加机电式保护继电器的速度的方法及电路 - Google Patents
用于增加机电式保护继电器的速度的方法及电路 Download PDFInfo
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Abstract
一种增加机电式继电器的速度的方法提供具有线圈和至少一个触头的机电式继电器。第一电阻器和第二电阻器均与线圈串联，而第二电阻器与第一开关并联。提供电压至第一开关，第一开关导通，由此短路第二电阻器并且提供通过第一电阻器并且至线圈的第一电流，以将触头移动至闭合位置。在一定时间量之后，关断第一开关，使得提供通过第一和第二电阻器并且至线圈的第二电流，将触头维持在闭合位置。
Description
技术领域
本发明涉及对配电系统中电气装置进行保护的保护继电器的二进制输出，并且更特别地，涉及一种用于增加保护继电器中的机电式继电器的速度的方法及电路。
背景技术
在自动输配电领域中，保护继电器的基本功能就是在发生过电流或接地故障情况时通过脱扣断路器并且中断电力线路来保护电气装置。保护继电器上的输出通常是机电式继电器。当向继电器的线圈施加电流时，便会产生磁力。该磁力由电流值乘以线圈的匝数来决定。匝数越多或者向线圈施加的电流越大(或两者)，则产生磁力越大。该磁力然后将继电器内部的杠杆拉至线圈。杠杆转而将继电器的输出触头移动至断开或闭合(或既断开又闭合)，这取决于继电器的构造。当机电式继电器上的触头闭合时，由于触头闭合的力，它们会发生反弹。触头闭合的越快，力就越大，并且触头反弹就越大。
这些机电式继电器具有从电压施加到相应线圈起的在从2至10mS中的任何处的接通时间。触头反弹通常是2mS。在保护继电器的大部分应用中，该延迟的接通时间是容许的。但也存在某些应用，其中需要对输出作出更快速的响应，例如用于电弧闪光保护。
因此，需要提供一种方法电路结构以增加机电式继电器的闭合时间，而触头闭合时不会增加反弹量。
发明内容
本发明的目的是满足上述需求。根据本发明的原理，该目标是通过增加机电式继电器的速度的方法来实现的。该方法提供一种具有线圈和至少一个触头的机电式继电器。第一电阻器和第二电阻器均与线圈串联，而第二电阻器与第一开关并联。提供电压至第一开关，第一开关导通，由此短路了第二电阻器并且提供通过第一电阻器并且至线圈的第一电流，以将触头移动至闭合位置。在一定时间量之后，关断第一开关，使得提供通过第一电阻器和第二电阻器并且至线圈的第二电流，将触头维持在闭合位置。
根据一个实施例的另一方面，用于增加机电式继电器的速度的电路结构包括具有线圈和至少一个触头的机电式继电器。第一电阻器和第二电阻器均被提供与线圈串联，而第二电阻器与第一开关并联。电压源被构造并且设置为当第一开关导通时向第一开关提供电压，以短路第二电阻器并且提供第一电阻器并且至线圈的第一电流，以将触头移动至闭合位置。第二开关被构造并被设置为关断第一开关，使得提供通过第一电阻器和第二电阻器并且至线圈的第二电流，将触头维持在闭合位置。
本发明的其它目的、特征和特性，以及结构相关元件的操作方法及功能、部件的组合及制造的经济性，将在参考附图考虑以下详细描述及随附的权利要求之后变得更加清楚，所有的这些构成了本说明书的一部分。
附图说明
从结合附图而采用的本发明的优选实施例的以下详细描述中，将更好地理解本发明，附图中相同的标记指代相同的部件，其中：
图1是根据本发明的用于增加机电式继电器的闭合时间的电路结构的示意图。
图2是示出被利用作为保护继电器的输出继电器的图1电路结构的框图。
具体实施方式
参考图1，示出了根据的一个实施例的、总体上用10来标记的、用于增加机电式继电器的闭合时间的电路结构。电路结构10包括输出继电器12(L1)，优选地连接至如图2所示的用于保护例如断路器17的保护继电器14的微处理器13。
当至电路结构10的电压源或输入16为低时，继电器12不工作。当输入16经由电压脉冲V1为高(有效)时，第一开关或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)18(M1)会由于电阻器19(R4)的存在而默认地导通。第一电阻器20(R1)和第二电阻器22(R2)均与继电器12的线圈24串联，而第二电阻器 22与第一开关18并联。由于MOSFET或第一开关18导通，电阻器22(R2)被短路或者被旁路，并提供通过输出继电器12的第一电流，其由晶体管26(Q1)的Vbe(从基极至射极之间的电压)除以电阻器20(R1)的阻值来确定。电阻器20被设置用于大量级的电流。因此，第一电流是大电流并被施加至继电器12的线圈24，产生了大的磁力。该磁力的增加使得继电器12的触头(多个)28开始更快速地闭合而不短路第二电阻器22。
一旦继电器12的触头28开始移动，至继电器12的线圈24的电流得以减小，由此减小了磁力，使触头(多个)减速。因此，在由定时电路30设置的预定时间之后，MOSFET18由第二开关或MOSFET32(M2)关断。这提供了通过继电器12的第二电流，其等于晶体管26的Vbe除以电阻器20(R1)的阻值加上电阻器22(R2)的阻值。因此，第二电流低于流经继电器12的第一电流。电路30的定时由电阻器34(R6)和电容器36(C1)来确定。
提供二极管38(D1)以当继电器12断开时来消除继电器12的反电动势。
由此，电路结构10将机电式继电器12的闭合时间增加至大约1mS，而触头的反弹时间仍大约为2mS。
还有实现电路结构10的相同操作的其它的方式。例如，可使用固态继电器，但很难找到满足用于保护继电器输出继电器的需求(高电压和高电流)的固态继电器部件。此外，固态设备需要额外的电路装置，因为它们需要与保护继电器隔离。电路结构10通过不使用它们而克服了输出固态的问题，因为只使用机电式继电器12。电路结构10的所有部件都位于继电器12的非隔离、低电压/电流侧。
可以预期，取代使用用于定时电路的分立部件，可以使用定时集成电路(IC)。此外，取代使用恒定电流源，可以使用PWM信号。
已经出于说明本发明的结构性和功能性原理、以及说明采用优选实施例的方法的目的对前述优选实施例进行了示出和描述，并且其在不脱离这样的原理的情况下可以作出改变。因此，本发明包括包含在下述权利要求精神范围内的所有变型。
Claims (16)
1.一种增加机电式继电器的速度的方法，所述方法包括步骤：
提供具有线圈和至少一个触头的机电式继电器，
提供第一电阻器和第二电阻器，每个电阻器均与所述线圈串联，其中所述第二电阻器与第一开关并联，
提供电压至所述第一开关，所述第一开关导通，由此短路所述第二电阻器并且提供通过所述第一电阻器并且至所述线圈的第一恒定电流，以将所述触头移动至闭合位置，因而建立所述触头的闭合时间为大约1mS，以及
在一定时间量之后，关断所述第一开关，使得提供通过所述第一电阻器和所述第二电阻器并且至所述线圈的第二恒定电流，将所述触头维持在所述闭合位置，因而最小化所述触头的反弹。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一开关为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
3.如权利要求1所述的方法，其中关断所述第一开关的步骤包括使用第二开关。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述第二开关为MOSFET。
5.如权利要求1所述的方法，进一步提供晶体管，使得所述第一电流为所述晶体管的Vbe除以所述第一电阻器的阻值。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述第二电流为所述晶体管的Vbe除以所述第二电阻器的阻值加上所述第一电阻器的阻值。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述机电式继电器被提供作为用于保护断路器的保护继电器的输出继电器。
8.一种用于增加机电式继电器的速度的电路结构，所述电路包括：
机电式继电器，其具有线圈和至少一个触头，
第一电阻器和第二电阻器，每个电阻器均与所述线圈串联，其中所述第二电阻器与第一开关并联，
电压源，其被构造并且设置为当所述第一开关导通时提供电压至所述第一开关以短路所述第二电阻器并且提供通过所述第一电阻器并且至所述线圈的第一恒定电流，以将所述触头移动至闭合位置，因而建立所述触头的闭合时间为大约1mS，以及
第二开关，其被构造并且设置为关断所述第一开关，使得提供通过所述第一电阻器和所述第二电阻器并且至所述线圈的第二恒定电流，将所述触头维持在所述闭合位置，因而最小化所述触头的反弹。
9.如权利要求8所述的电路结构，其中所述第一开关为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
10.如权利要求8所述的电路结构，其中所述第二开关为MOSFET。
11.如权利要求8所述的电路结构，进一步包含晶体管，并且其中所述第一电流为所述晶体管的Vbe除以所述第一电阻器的阻值。
12.如权利要求11所述的电路结构，其中所述第二电流为所述晶体管的Vbe除以所述第二电阻器的阻值加上所述第一电阻器的阻值。
13.如权利要求8所述的电路结构，其中所述机电式继电器为保护继电器的输出继电器，所述保护继电器被构造和设置成保护断路器。
14.如权利要求13所述的电路结构，与所述断路器组合。
15.如权利要求8所述的电路结构，其中所述第二开关是定时电路的一部分并且被构造和设置为在所述第一开关已经导通之后的一定时间关断所述第一开关以将所述第二电阻器短路。
16.如权利要求15所述的电路结构，其中所述定时电路包括被构造和设置为确定所述一定时间的电阻器和电容器。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13/300,706 | 2011-11-21 | ||
| US13/300,706 US8605405B2 (en) | 2011-11-21 | 2011-11-21 | Method and circuit for increasing the speed of electromechanical output on a protective relay |
| PCT/US2012/063483 WO2013077990A1 (en) | 2011-11-21 | 2012-11-05 | A method and circuit for increasing the speed of an electromagnetic protective relay |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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Family
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Citations (4)
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| EP0535844A1 (en) * | 1991-09-30 | 1993-04-07 | Eaton Corporation | Remote control residential circuit breaker |
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| US5784244A (en) * | 1996-09-13 | 1998-07-21 | Cooper Industries, Inc. | Current limiting circuit |
| CN201204447Y (zh) * | 2008-06-04 | 2009-03-04 | 青岛海信电器股份有限公司 | 具有浪涌电流抑制作用的电源 |
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