CN104078926A - 断路器和过电压-欠电压跳闸装置 - Google Patents

Abstract

一种用于断路器的过电压-欠电压跳闸装置，包括延时设定低电压检测器、延时设定过电压检测器和开关电路。延时设定低电压检测器在商用电源电压是欠电压时输出低电压检测信号，并且在低电压检测信号被输出预定时间或更长时间时输出第一激励电流中断信号。延时设定过电压检测器在商用电源电压是过电压时输出过电压检测信号，并且在过电压检测信号被输出预定时间或更长时间时输出第二激励电流中断信号。开关电路基于第一和第二激励电流中断信号中断供应给线圈的激励电流。

Description

断路器和过电压-欠电压跳闸装置

技术领域

本发明涉及断路器和过电压-欠电压跳闸装置。

背景技术

当商用电源的电源电压变得低于预定电压时，断路器的欠电压跳闸装置中断从商用电源向负载装置供应电源电压。

图8示出传统的过电压-欠电压跳闸装置的示例。单相两线制商用电源AC通过开关2连接到电源电路1。电源电路1从商用电源电压VAC产生DC电源电压Vc。DC电源电压Vc被供应给延时设定过电压检测器3和低电压检测器4。

商用电源电压VAC还被供应给信号产生器5。例如，信号产生器5对商用电源电压VAC进行全波整流，以产生比较电压Vrec。比较电压Vrec被供应给延时设定过电压检测器3和低电压检测器4。

低电压检测器4将比较电压Vrec与低电压阈值进行比较，以确定商用电源电压VAC的电压电平是否大于不能被负载装置容忍作为电源电压的欠电压。

低电压检测器4被连接到低压跳闸线圈6。低压跳闸线圈6被连接到电容器，该电容器具有大容量并起到延时设定装置7的功能。当比较电压Vrec大于或等于低电压阈值时，低压跳闸线圈6被激励。当低压跳闸线圈6被激励时，中断机构10继续向负载装置供应电力。

当比较电压Vrec小于低电压阈值时，即，当商用电源电压VAC为欠电压时，低压跳闸线圈6被去激励，中断机构10中断向负载装置供应电力。此外，开关2变为关断(OFF)。这中断了向电源电路1和信号产生器5供应商用电源电压VAC。

延时设定过电压检测器3将比较电压Vrec和过电压阈值进行比较，以确定该商用电源的电压VAC的电压电平是否小于不能被负载装置容忍作为电源电压的过电压。

延时设定过电压检测器3被连接到开关电路8。开关电路8连接到过电压跳闸线圈9的一端。过电压跳闸线圈9的另一端通过开关2连接到商用电源AC。

当比较电压Vrec小于或等于欠电压阈值时，延时设定过电压检测器3输出激励电流中断信号S，以启动开关电路8并去激励过电压跳闸线圈9。当过电压线圈9被去激励时，中断机构11继续向负载装置供应电力。

当比较电压Vrec大于过电压阈值，即当商用电源电压AC是过电压时，激励电流中断信号S使开关电路8停用(deactivate)。这激励了过电压跳闸线圈9，并且中断机构11中断向负载装置供应电力。此外，开关2断开，并中断向电源电路1和信号产生器5供应商用电源电压VAC。

日本特许公开专利公开号2006-40651描述了当检测到电源电压是欠电压或过电压时使主电源电路停用的电源电路。

在如上所述的传统过电压-欠电压跳闸装置中，除了在过电压发生时中断电源供应的中断机构11和过电压跳闸线圈9之外，还需要在欠电压发生时中断电源供应的中断机构10和低电压跳闸线圈6。这扩大了断路器，并且提高了成本。

发明内容

本发明提供了一种断路器和过电压-欠电压跳闸装置，其减少了尺寸，降低了成本，并稳定了电压灵敏度。

本发明的一个方面是一种用于断路器的过电压-欠电压跳闸装置，所述断路器包括中断机构，该中断机构在流向线圈的激励电流被中断时中断供应到负载装置的电力。过电压-欠电压跳闸装置包括延时设定低电压检测器，其在商用电源电压是欠电压时输出低电压检测信号，并且在所述低电压检测信号被输出预定时间或更长时间时输出第一激励电流中断信号。延时设定过电压检测器在商用电源电压是过电压时输出过电压检测信号，并且在过电压检测信号被输出预定时间或更长时间时，输出第二激励电流中断信号。开关电路基于第一激励电流中断信号和第二激励电流中断信号来中断供应至线圈的激励电流。

本发明的另一方面是一种断路器，其包括延时设定低电压检测器、延时设定过电压检测器、线圈、开关电路和中断机构。延时设定低电压检测器在商用电源电压是欠电压时输出低电压检测信号，并且在低电压检测信号被输出预定时间或更长时间时输出第一激励电流中断信号。延时设定过电压检测器在商用电源电压是过电压时输出过电压检测信号，并且在过电压检测信号被输出预定时间或更长时间时输出第二激励电流中断信号。开关电路基于第一和第二激励电流中断信号来中断供应给线圈的激励电流。当激励电流被中断时，中断机构中断供应至负载装置的电力。

根据本发明，提供一种断路器和过电压-欠电压跳闸装置，其减少了尺寸，降低了成本，并稳定了电压灵敏度。

根据以下结合附图的描述，本发明的其它方面和优点将变得明显，通过示例来说明本发明的原理。

附图说明

参照当前的优选实施例的以下描述及其附图，本发明及其目的和优点将被最好地理解，其中：

图1是示出了包括过电压-欠电压跳闸装置的断路器的一个实施例的示意框图；

图2是图1所示的延时设定低电压检测器的电路图；

图3是图1所示的延时设定过电压检测器的电路图；

图4是图1所示的延时设定低电压检测器和延时设定过电压检测器的操作的时序图；

图5是图1所示的开关电路的电路图；

图6是示出了低电压阈值和过电压阈值的视图；

图7是图1所示的开关电路的另一示例的电路图；以及

图8是示出过电压-欠电压跳闸装置的传统示例的示意框图。

具体实施方式

现在将参照附图来描述断路器和过电压-欠电压跳闸装置的一个实施例。如图1所示，断路器12包括中断机构14、过电压-欠电压跳闸装置16和线圈36。单相两线商用电源AC通过开关31连接至电源电路32和电压信号产生器33。电源电路32从商用电源电压VAC产生DC电源电压Vc。DC电源电压Vc被供应给延时设定过电压检测器34和延时设定低电压检测器35。

电压信号产生器33对商用电源电压VAC进行全波整流，以产生全波整流电压Vrec。全波整流电压Vrec被供应给延时设定过电压检测器34和延时设定低电压检测器35。

另外，商用电源AC通过开关31连接到线圈36的一端。线圈36的另一端通过开关电路37连接到地。因此，当开关电路37被停用时，激励电流Ic流向线圈36。

线圈36绕在固定柱塞(未示出)周围。当激励电流Ic被供应给线圈36时，可移动柱塞(未示出)被吸引到固定柱塞。当线圈36被激励时，中断机构14继续向负载装置(未示出)供应电力。当至线圈36的激励电流Ic被中断时，可移动柱塞通过例如弹簧的作用力与固定柱塞分离开。由此，中断机构14起到中断向负载装置供应电力的功能。

现在对延时设定低电压检测器35的构造进行描述。

如图2所示，延时设定低电压检测器35包括低电压检测电路19和延时输出电路20。

低电压检测电路19利用串联连接的电阻器R1和R2划分全波整流电压Vrec和接地电压Vg的差分电压，以产生比较电压Vx。低电压检测电路19包括比较器21，其将比较电压Vx与阈值电压Vt1(低电压阈值)进行比较，以产生低电压检测信号Vd。当比较电压Vx低于阈值电压Vt1时，比较器21输出具有高电平的低电压检测信号Vd。

延时输出电路20包括晶体管Tr1和Tr2、电容器C2、反相器22、恒流源23和比较器24。晶体管Tr1与Tr2例如是npn型晶体管。低电压检测信号Vd被提供给晶体管Tr1的基极，由反相器22进行反相并提供给晶体管Tr2的基极。

恒流源23基于DC电源电压Vc为晶体管Tr1的集电极供应恒定的电流。晶体管Tr1的发射极通过电容器C2连接到地。

晶体管Tr1的发射极连接到晶体管Tr2的集电极和比较器24的负输入端。晶体管Tr2的发射极连接到地。

在延时输出电路20中，当低电压检测信号Vd具有低电平时，晶体管Tr1被停用，而晶体管Tr2被启动。这通过晶体管Tr2使电容器C2放电。由此，电容器C2的电位，即将作为晶体管Tr2的集电极电压而获得的延时信号S1被保持在低电平。

当低电压信号Vd具有高电平时，晶体管Tr1被启动，而晶体管Tr2被停用。这利用晶体管Tr1的集电极电流为电容器C2充电。由此，通过晶体管Tr1的集电极和发射极之间的电压减小，延时信号S1的电压电平至多上升到小于DC电源电压Vc的电压。

在延时输出电路20中，晶体管Tr1起给电容器C2充电的充电电路的功能，并且晶体管Tr2起给电容器C2放电的放电电路的功能。

比较器24基于延时信号S1与阈值电压Vt2(延时输出阈值)的比较，输出激励电流中断信号S2。更具体地，当延时信号S1大于阈值电压Vt2时，比较器24产生低电平的激励电流中断信号S2。激励电流中断信号S2被提供给开关电路37。

图5示出开关电路37的一个示例。开关电路37包括晶体管Tr3和二极管D。晶体管Tr3例如是npn晶体管。激励电流中断信号S2经由二极管D被提供给晶体管Tr3的基极。晶体管Tr3的集电极连接到线圈36，而晶体管Tr3的发射极连接到地。

因此，当激励电流中断信号S2具有高电平时，晶体管Tr3被启动，并且线圈36被提供有激励电流Ic。当激励电流中断信号S2具有低电平时，晶体管Tr3被停用，并且激励电流Ic被中断。

如图3所示，延时设定过电压检测器34包括过电压检测电路38和延时输出电路39。除了基于晶体管Tr1和电容器C2所设定的充电特性之外，延时输出电路39具有与延时设定低电压检测器35的延时输出电路20相同的构造。因此，延时输出电路39也包括晶体管Tr1(其起充电电路的功能)以及晶体管Tr2(其起放电电路的功能)。

除了阈值电压Vt3(过电压阈值)被提供给比较器21的负输入端，以及比较电压Vx被提供给比较器21的正输入端之外，电压检测电路38具有与延时设定低电压检测器35的低电压检测电路19相同的构造。

在过电压检测电路38中，当比较电压Vx大于阈值电压Vt3时，过电压检测信号Vd2间歇性地上升到高电平。具有高电平的过电压检测信号Vd2提高了延时输出电路39中的延时信号S3的电压电平。当延时信号S3的电压电平超过阈值电压Vt4(延时输出阈值)时，激励电流中断信号S4下降到低电平。这中断了向线圈36供应激励电流Ic。

当激励电流Ic被中断时，中断机构14中断向负载装置供应电力。激励电流Ic的中断改变流向线圈36的激励电流Ic，并断开开关31。这中断了向电源电路32和电压信号产生器33供应商用电源AC。

激励电流中断信号S2和S4经由接口电路(未示出)提供给开关电路37。在将激励电流中断信号S2和S4提供给开关电路37时，接口电路为具有低电平的激励电流中断信号S2和S4之一提供优先级。

现在将参考图4来描述过电压-欠电压跳闸装置的操作。

当商用电源电压VAC具有正常电压电平时，则从全波整流电压Vrec产生的比较电压Vx的峰值超过阈值电压Vt1(低电压阈值)。因此，低电压检测电路19输出低电压检测信号Vd作为脉冲信号。

在这种情况下，延时输出电路20的晶体管Tr1和Tr2被交替启动和停用。因此，延时信号S1的电压电平不超过阈值电压Vt2。由此，激励电流中断信号S2被保持在高电平，并且开关电路37继续为线圈36供应激励电流Ic。这可以使可移动柱塞被吸引到固定柱塞。由此，中断机构14继续为负载装置供应电力，并且开关31保持闭合。

当商用电源电压VAC减小，并且比较电压Vx的峰值变得小于阈值电压Vt1时，从低电压检测电路19输出的低电压检测信号的Vd保持在高电平。

在这种情况下，在延时输出电路20中，晶体管Tr1保持启动，并且晶体管Tr2保持停用。这给电容器C2充电，并且提高延时信号S2的电压电平。当延时信号S2的电压电平超过阈值电压Vt2时，从延时输出电路20输出的激励电流中断信号S2降低到低电平。因此，开关电路37起到中断流向线圈36的激励电流Ic的功能。这将可移动柱塞与固定柱塞分离开。由此，中断机构14起到中断向负载装置供应电流的功能。此外，开关31断开。

当商用电源电压VAC增加，并且比较电压Vrec的峰值超过阈值电压Vt3时，商用电源电压VAC成为过电压。由此，从过电压检测电路38输出的低电压检测信号Vd2保持在高电平。

在这种情况下，在延时输出电路39中，晶体管Tr1保持启动，并且晶体管Tr2保持停用。这给电容器C2充电，并且提高延时信号S3的电压电平。当延时信号S3的电压电平超过阈值电压Vt4时，从延时输出电路39输出的激励电流中断信号S4下降到低电平。因此，开关电路37起到中断流向线圈36的激励电流Ic的功能。这将可移动柱塞与固定柱塞分离开。由此，中断机构14起到中断向负载装置供应电流的功能。此外，开关31断开。

参照图6，阈值电压Vt1(低电压阈值)被设定成高于电压Vf1，其在由于线圈36的激励电流Ic的减小而导致固定柱塞不再被吸引到可移动柱塞时作为比较电压被供应到比较器21的正输入端。此外，阈值电压Vt1被设定成高于电压Vf2，其由于商用电源电压VAC的降低而造成从电源电路32供应的电压的降低，从而导致延时设定过电压检测器34和延时设定低电压检测器35的操作失效。

本实施例具有下述优点。

(1)当表明商用电源电压VAC为欠电压的低电压检测信号Vd在预定的时间或更长时间内被连续地输出时，或当表明商用电源电压VAC为过电压的过电压检测信号Vd2在预定的时间或更长时间内被连续地输出时，可移动柱塞与固定柱塞分离开，并且中断机构14停止向负载装置供应电力。这避免了由于过电压或欠电压而在负载装置中引起的操作故障。

(2)使用相同的线圈36进行过电压跳闸操作和欠电压跳闸操作。因此，当发生过电压或欠电压时，同一中断机构14可用于中断电力供应。这实现了包括过电压-欠电压跳闸装置16的断路器12尺寸和成本的减小。

(3)阈值电压Vt1设定用于检测商用电源电压VAC是否为欠电压的电压灵敏度。阈值电压Vt3设定用于检测商用电源电压VAC是否为过电压的电压灵敏度。因此，可以以稳定的电压灵敏度进行欠电压的检测和过电压的检测。

(4)延时输出电路20中的晶体管Tr1和电容器C2构造时间常数电路，其设定从商用电源电压VAC下降到欠电压时至激励电流中断信号S2被输出时的延时时间，以中断激励电流Ic。以相同的方式，延时输出电路39中的晶体管Tr1和电容C2构造时间常数电路，其设定从商用电源电压VAC上升到过电压时至激励电流中断信号S4被输出时的延时时间，以中断激励电流Ic。相应地，可以在不使用具有大容量的电容器的情况下设定每个延时时间。由此，可以减小过电压-欠电压跳闸装置16的尺寸和成本。

对本领域技术人员应明显的是，可在不背离本发明的精神或范围的情况下以许多其它特定的形式来体现本发明。特别地，应当理解的是，本发明可以以下述形式来体现。

低电压检测电路19可以对商用电源电压VAC进行积分以计算有效值，并将有效值与阈值电压Vt1(低电压阈值)进行比较。以相同的方式，过电压检测电路38可以对商用电源电压VAC进行积分以计算有效值，并将有效值与阈值电压Vt3(过电压阈值)进行比较。

低电压检测电路19可以对商用电源电压VAC进行积分以计算平均值，并将平均值与阈值电压Vt1进行比较。以相同的方式，过电压检测电路38可以对商用电源电压VAC进行积分以计算平均值，并将平均值与阈值电压Vt3进行比较。

参照图7，开关电路37可以使用pnp型晶体管Tr4来代替npn型晶体管Tr3(参照图5)。在这种情况下，激励电流中断信号S2和S4经由反相器电路40提供给晶体管Tr4的基极。在这样的构造中，激励电流中断信号S2和S4的每个上升到高电平。因此，当激励电流Ic流向线圈36时，晶体管Tr4的基极电压基本上被设定为接地电压Vg。以这种构造，即使当商用电源AC的电压电平由于噪音而降低时，晶体管Tr4仍保持启动。这稳定了对线圈36的激励电流Ic的供应。

本示例和实施例应被认为是说明性而非限制性的，并且，本发明并不旨在限于本文给出的细节，而是可在所附权利要求及其等同范围内进行修改。

Claims (7)

1.一种用于断路器的过电压-欠电压跳闸装置，所述断路器包括中断机构，在流向线圈的激励电流被中断时，所述中断机构中断供应给负载装置的电力，所述过电压-欠电压跳闸装置包括：

延时设定低电压检测器，其在商用电源电压是欠电压时输出低电压检测信号，并且在所述低电压检测信号被输出预定时间或更长时间时输出第一激励电流中断信号；

延时设定过电压检测器，其在所述商用电源电压是过电压时输出过电压检测信号，并且在所述过电压检测信号被输出预定时间或更长时间时输出第二激励电流中断信号；以及

开关电路，其基于所述第一激励电流中断信号和所述第二激励电流中断信号来中断供应给所述线圈的所述激励电流。

2.根据权利要求1所述的过电压-欠电压跳闸装置，其中：

所述延时设定低电压检测器包括：

低电压检测电路，其包括第一比较器，所述第一比较器根据所述商用电源电压产生第一比较电压，并且基于所述第一比较电压与低电压阈值的比较而输出所述低电压检测信号，以及

第一延时输出电路，其包括：

第一电容器，

第一充电电路，其在所述第一比较器输出所述低电压检测信号时给所述第一电容器充电，

第一放电电路，其在所述第一比较器不输出所述低电压检测信号时给所述第一电容器放电，以及

第二比较器，其基于所述第一电容器的电位与第一延时输出阈值的比较而输出所述第一激励电流中断信号；并且

所述延时设定过电压检测器包括：

过电压检测电路，其包括第三比较器，所述第三比较器根据所述商用电源电压产生第二比较电压，并且基于所述第二比较电压与过电压阈值的比较而输出所述过电压检测信号，以及

第二延时输出电路，包括：

第二电容器，

第二充电电路，其在所述第三比较器输出所述过电压检测信号时给所述第二电容器充电，

第二放电电路，其在所述第三比较器不输出所述过电压检测信号时给所述第二电容器放电，以及

第四比较器，其基于所述第二电容器的电位与第二延时输出阈值的比较而输出所述第二激励电流中断信号。

3.根据权利要求1所述的过电压-欠电压跳闸装置，其中所述延时设定低电压检测器包括低电压检测电路，所述低电压检测电路对所述商用电源电压进行积分以计算所述商用电源电压的有效值，并基于所述有效值与低电压阈值的比较而输出所述低电压检测信号。

4.根据权利要求1所述的过电压-欠电压跳闸装置，其中所述延时设定低电压检测器包括低电压检测电路，所述低电压检测电路对所述商用电源电压进行积分以计算所述商用电源电压的平均值，并基于所述平均值与低电压阈值的比较而输出所述低电压检测信号。

5.根据权利要求1所述的过电压-欠电压跳闸装置，其中所述开关电路包括晶体管，在所述第一激励电流中断信号或所述第二激励电流中断信号停用所述晶体管时，所述晶体管中断所述激励电流。

6.根据权利要求1所述的过电压-欠电压跳闸装置，其中

所述延时设定低电压检测器包括低电压检测电路，所述低电压检测电路根据所述商用电源电压产生比较电压，并且基于所述比较电压与低电压阈值的比较而输出所述低电压检测信号，以及

所述低电压阈值被设定成如下值，该值高于所述中断机构由于所述激励电流减小而无法起作用时的比较电压，并高于所述延时设定过电压检测器和所述延时设定低电压检测器无法起作用时的比较电压。

7.一种断路器，包括：

延时设定低电压检测器，其在商用电源电压是欠电压时输出低电压检测信号，并且在所述低电压检测信号被输出预定时间或更长时间时输出第一激励电流中断信号；

延时设定过电压检测器，其在所述商用电源电压是过电压时输出过电压检测信号，并且在所述过电压检测信号被输出预定时间或更长时间时输出第二激励电流中断信号；

线圈；

开关电路，其基于所述第一激励电流中断信号和所述第二激励电流中断信号来中断供应至所述线圈的激励电流；以及

中断机构，其在所述激励电流被中断时，中断供应至负载装置的电力。