CN104681370A - 一种双线圈分励脱扣器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双线圈分励脱扣器，包括用于双向抑制来自电网和内部电路产生的干扰信号的EMC滤波电路，还包括整流电路、取样电路、比较电路、微分电路、第一开关电路、PWM电路、第二开关电路、电源电路和双线圈分励电磁铁；所述双线圈分励电磁铁包括强力绕组、维持绕组和动铁芯。本发明的双线圈分励脱扣器既保证了电网电压在低于额定电压的70％时无脱扣动作，又保证了大于70％时高可靠脱扣，且脱扣之后始终维持脱扣状态直至电网电压降到低于30％，有效杜绝了重合闸的可能性。并且脱扣时，电磁铁强力绕组功率较大以实现可靠分励脱扣但通电时间极短，维持绕组功率较小以维持脱扣状态，两者相结合既可有效避免电磁铁发热烧毁又可长通电。

Description

一种双线圈分励脱扣器

技术领域

本发明涉及低压断路器脱扣技术，尤其涉及一种双线圈分励脱扣器。

背景技术

分励脱扣器是一种远距离操纵分闸的附件，根据GB14148.1-2006《低压开关设备和控制设备总则》和GB14048.2—2008《低压开关设备和控制设备第2部分：断路器》的规定，当分励脱扣器的电源电压(在脱扣动作期间测得)保持在额定电网电压的70％和110％之间时，在电器的所有工作条件下分励脱扣器应脱扣使电器断开。参考上述总则，要求当施加的电源电压为额定电压70％和110％之间时分励脱扣器可以可靠动作。当施加的电源电压在低于额定电压的70％时，分励脱扣器不能动作。

理想的分励过程，通常是远动控制的分闸过程。对断路器远控分励(分励脱扣器得电)，断路器应分闸并保持处于分励状态，以避免重合闸，直至远控指令撤除(分励脱扣器失电)为止。

现有分励脱扣器存在的几大技术缺陷，一是电源电压直接连接电磁铁、触点控制电磁铁的工作方式，电磁铁的动作依靠按钮或辅助触点的通断来实现，一旦按钮或者辅助触点失效，将导致电磁铁线圈无法断电而烧毁；二是用简单电路控制电磁铁的工作方式，这种简单电路得电即可动作，输入电源电压低电磁铁动作力小，不能可靠分励脱扣分闸；三是类似CN201320072566.6(分励脱扣器)所公开的技术方案，分励过程仅是一个脉冲时段过程。脉冲时段结束，分励动作同时结束(尽管分励脱扣器仍然有电)，这就为“重合闸”提供了可能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有的分励脱扣器容易因为通断触点的失灵导致电磁铁线圈无法断电而烧毁，以及一般电路在控制断路器分闸以后，不能保持“分励状态”，可能重合闸的问题。本发明提供的一种双线圈分励脱扣器，分励电磁铁设有二组线圈，一组为强力脱扣线圈，另一组为维持线圈。利用强力脱扣与脱扣维持各自优点解决上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双线圈分励脱扣器，包括用于双向抑制来自电网和内部电路产生的干扰信号的EMC滤波电路，还包括整流电路、取样电路、比较电路、微分电路、第一开关电路、PWM电路、第二开关电路、电源电路和双线圈分励电磁铁；所述双线圈分励电磁铁包括强力绕组、维持绕组和动铁芯。

所述的整流电路将电网输入的交流电压整流为直流电压，所述的取样电路对直流电压进行分压取样，所述的比较电路将电网电压取样信号和基准电压信号进行比较后输出电平信号，所述微分电路将电平信号转换为脉冲信号，所述第一开关电路驱动双线圈分励电磁铁中的强力绕组，所述的PWM电路根据取样电压的大小输出占空比随变的方波信号，所述的第二开关电路驱动双线圈分励电磁铁中的维持绕组并向电源电路供电，所述的电源电路将第二开关电路中的主功率器件导通时段内的电流整定为直流电压供比较电路及PWM电路使用。

进一步，所述的双线圈分励电磁铁的强力绕组线圈匝数少，线径粗，工作电流大，在电网电压大于额定电压的70％时，单独通电60ms以上的脉冲，确保电磁铁的动铁芯“弹出”，即分励脱扣；维持绕组线圈匝数多，线径细，工作电流小，通电状态，在强力绕组作用下，可靠维持分励电磁铁动铁芯保持分励脱扣状态，直至电网电压小于额定电压的30％时，维持绕组因所获得的功率不足，磁场力不足以克服电磁铁复位弹簧力，动铁芯自动复位；维持绕组仅单独工作时，所生产的电磁力不足以克服动铁芯的弹簧力，不会导致动铁芯弹出。

进一步，所述电网电压小于额定电压的70％时，电网电压取样信号小于基准电压信号，所述比较电路输出低电平信号，所述电网电压大于额定电压的70％时，电网电压取样信号大于基准电压信号，所述比较电路输出高电平信号，经所述微分电路输出周期为100ms左右的脉冲信号，所述第一开关电路接收到正的脉冲信号控制电磁铁强力线圈导通，实现强分励；所述电网电压从大于额定电压的70％降到额定电压的30％时，所述比较电路复位，为下一次动作准备。

进一步，所述PWM电路在电源建立之后开始以一频率振荡工作，其电路输出方波的占空比与电网电压成反比，第二开关电路接受方波驱动电磁铁维持绕组工作。

进一步，所述电源电路串联在第二开关电路之后，第二开关电路导通期间的电流，被整定为电源电流并储能。

进一步，维持绕组线圈的直流电阻及感抗均较大，当电网电压下降到35％并继续降低时，电源电压随之同步下降；逐步下降的电源电压，导致PWM输出的脉冲信号的幅度降低，降低了的脉冲信号不足以驱动开关电路完全导通，也即，对维持绕组的控制信号逐步消失，因而维持绕组所提供的电磁力也逐步消失，继而动铁芯在复位弹簧力的作用下，自动缩进复位。

本发明的有益效果是：

本发明的双线圈分励脱扣器既保证了电网电压在低于额定电压的70％时无脱扣动作，又保证了大于70％时高可靠脱扣，且脱扣之后始终维持脱扣状态直至电网电压降到低于30％，有效杜绝了重合闸的可能性。并且脱扣时，电磁铁强力绕组功率较大以实现可靠分励脱扣但通电时间极短，维持绕组功率较小以维持脱扣状态，两者相结合既可有效避免电磁铁发热烧毁又可长通电。此外，这种双线圈分励脱扣器的电源电路串联于第二开关电路中之后，在充分简化整体电路的前提下，有效提高了电路能效。

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是本发明双线圈分励脱扣器的电路组成模块示意图。

图2是本发明双线圈分励脱扣器的实施例一的电路原理图。

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，本发明提供了一种双线圈分励脱扣器，包括用于双向抑制来自电网和内部电路产生的干扰信号的EMC滤波电路，还包括整流电路、取样电路、比较电路、微分电路、第一开关电路、PWM电路、第二开关电路、电源电路和双线圈分励电磁铁。所述的整流电路将电网输入的交流电压整流为直流电压，所述的取样电路对直流电压进行分压取样，所述的比较电路将电网电压取样信号和基准电压信号进行比较后输出电平信号，所述微分电路将电平信号转换为脉冲信号，所述第一开关电路驱动双线圈分励电磁铁中的强力绕组—实现强脱扣，所述的PWM电路根据取样电压的大小输出占空比随变的方波信号，所述的第二开关电路驱动双线圈分励电磁铁中的维持绕组—脱扣维持并向电源电路供电，所述的电源电路将第二开关电路中的主功率器件导通时段内的电流整定为直流电压供比较电路及PWM电路使用，所述的双线圈分励电磁铁由强力绕组、维持绕组和动铁芯等相关部件组成。

所述的双线圈分励电磁铁由强力绕组、维持绕组和动铁芯等相关部件组成。强力绕组线圈匝数少，线径粗，工作电流大，在电网电压大于额定电压的70％时，单独通电60ms以上的脉冲，可确保电磁铁之动铁芯“弹出”——分励脱扣；维持绕组线圈匝数多，线径细，工作电流小，通电状态，在强力绕组作用下，能可靠维持分励电磁铁动铁芯保持分励脱扣状态，直至电网电压小于额定电压的30％时，维持绕组因所获得的功率不足，磁场力不足以克服电磁铁复位弹簧力，动铁芯自动复位(缩进)。维持绕组仅单独工作时，所生产的电磁力不足以克服动铁芯的弹簧力，不会导致动铁芯弹出(分励脱扣)。

所述电网电压小于额定电压的70％时，电网电压取样信号小于基准电压信号，所述比较电路输出低电平信号，所述电网电压大于额定电压的70％时，电网电压取样信号大于基准电压信号，所述比较电路输出高电平信号，经所述微分电路输出周期为100ms左右的脉冲信号，所述第一开关电路接收到正的脉冲信号控制电磁铁强力线圈导通，实现强分励。所述电网电压从大于额定电压的70％降到额定电压的30％时，所述比较电路复位，为下一次动作准备。

所述PWM电路在电源建立之后便开始以一频率振荡工作，其电路输出方波的占空比与电网电压成反比。第二开关电路接受方波驱动电磁铁维持绕组工作。

所述电源电路串联在第二开关电路之后，第二开关电路导通期间的电流，被整定为电源电流并储能。

因维持绕组线圈的直流电阻及感抗均较大，当电网电压下降到35％左右继续降低时，电源电压随之同步下降。逐步下降的电源电压，导致PWM输出的脉冲信号的幅度降低，降低了的脉冲信号不足以驱动开关电路完全导通，也即，对维持绕组的控制信号逐步消失，因而维持绕组所提供的电磁力也逐步消失，继而动铁芯在复位弹簧力的作用下，自动缩进复位。

实施例一，如图2所示：

C1、L1与C2组成EMC滤波电路，双向抑制来自电网与电路内部产生的干扰信号。输入电源连接L、N，经EMC滤波电路连接于全波整流桥BG1，整流后的全波电压定义为VH。VH经R1、R2和C3组成的分压取样电路滤波，形成取样电压定义为VS。

VS经同相跟随器U1C隔离，传送到由R8、R9、R10、R11、C5和U1D组成的PWM电路，PWM电路输出方波信号的占空比与VS成反比，即VS越高，占空比越小，以期使得维持绕组的运行功率为一恒定值。

方波信号经R12限流控制三极管T2、NMOS管T3、稳压管Z1和上拉电阻R13组成的第二开关电路。当方波信号为高电平时，T2导通，T2集电极电压(VD)为低，流经R13中的电流，经T2集电极至发射极到地，T3无栅极电压而截止。当方波信号为低电平时，T2截止，T2集电极电压(VD)为高，流经R13中的电流被稳压管Z1钳位，T3获得栅极电压而导通，维持绕组流过工作电流。在PWM电路作用下，经第二开关电路驱动，周而复制，维持绕组获得一较为平均的工作电压。

由二极管D2、电容器C6及稳压管Z2组成的电源电路，在T3导通期间，流过维持绕组中的电流通过二极管D2隔离向电容器C6充电，C6上的电压即为工作电压VCC。Z2用于限幅C6上的充电电压，从而保证VCC的稳定性。

上电阶段，PWM电路无工作电源，T2处于截止态，T3处于导通态，故C6被充电，VCC电压被建立。在脉宽调制阶段中的每个低电平阶段，T2截止、T3导通，故能可靠地获得VCC电压。

VS经同相跟随器U1A隔离，传送到由R3、R4、R5、R6和U1B组成的比较电路，当VS小于额定值的70％时，比较器VA小于VR，输出低电平。当VS大于额定值的70％时，比较器VA大于VR，输出高电平VB，并通过R4反馈进一步抬高VA。

高电平VB经由C4与R7组成的微分电路微分，形成一脉冲信号VC。脉冲信号控制MOS管T1导通，强力绕组得电工作一个脉冲周期，实现“强分励脱扣”动作。

在强脱扣动作完成之下，由于维持绕组已开始工作，故维持了“脱扣保持”状态，避免重合闸。

当电网电压低于额定值的30％时，比较电路中的VA小于VR，比较电路复位，为下一次动作做准备。维持绕组，一方面，所获得的电功率不足，其生产的电磁力不足以克服弹簧力，另一方面，由于电源电压降低后导致的以U1D为核心的PWM输出的脉冲幅度降低，不足以使得T2完全导通，维持绕组的控制脉冲(VD)逐步消失，两者结合，动铁芯在复位弹簧力的作用下，自动复位(缩进)。

综合上所述，本发明的一种双线圈分励脱扣器既保证了电网电压在低于额定电压的70％时无脱扣动作，又保证了大于70％时高可靠脱扣，且脱扣之后始终维持脱扣状态直至电网电压降到低于30％，有效杜绝了重合闸的可能性。并且脱扣时，电磁铁强力绕组功率较大以实现可靠分励脱扣但通电时间极短，维持绕组功率较小以维持脱扣状态，两者相结合既可有效避免电磁铁发热烧毁又可长通电。此外，这种双线圈分励脱扣器的电源电路串联于第二开关电路中之后，在充分简化整体电路的前提下，有效提高了电路能效。

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 (6)

1.一种双线圈分励脱扣器，其特征在于：包括用于双向抑制来自电网和内部电路产生的干扰信号的EMC滤波电路，还包括整流电路、取样电路、比较电路、微分电路、第一开关电路、PWM电路、第二开关电路、电源电路和双线圈分励电磁铁；所述双线圈分励电磁铁包括强力绕组、维持绕组和动铁芯；

所述的整流电路将电网输入的交流电压整流为直流电压，所述的取样电路对直流电压进行分压取样，所述的比较电路将电网电压取样信号和基准电压信号进行比较后输出电平信号，所述微分电路将电平信号转换为脉冲信号，所述第一开关电路驱动双线圈分励电磁铁中的强力绕组，所述的PWM电路根据取样电压的大小输出占空比随变的方波信号，所述的第二开关电路驱动双线圈分励电磁铁中的维持绕组并向电源电路供电，所述的电源电路将第二开关电路中的主功率器件导通时段内的电流整定为直流电压供比较电路及PWM电路使用。

2.如权利要求1所述的双线圈分励脱扣器，其特征在于：所述的双线圈分励电磁铁的强力绕组线圈匝数少，线径粗，工作电流大，在电网电压大于额定电压的70％时，单独通电60ms以上的脉冲，确保电磁铁的动铁芯“弹出”，即分励脱扣；维持绕组线圈匝数多，线径细，工作电流小，通电状态，在强力绕组作用下，可靠维持分励电磁铁动铁芯保持分励脱扣状态，直至电网电压小于额定电压的30％时，维持绕组因所获得的功率不足，磁场力不足以克服电磁铁复位弹簧力，动铁芯自动复位；维持绕组仅单独工作时，所生产的电磁力不足以克服动铁芯的弹簧力，不会导致动铁芯弹出。

3.如权利要求1所述的双线圈分励脱扣器，其特征在于：所述电网电压小于额定电压的70％时，电网电压取样信号小于基准电压信号，所述比较电路输出低电平信号，所述电网电压大于额定电压的70％时，电网电压取样信号大于基准电压信号，所述比较电路输出高电平信号，经所述微分电路输出周期为100ms左右的脉冲信号，所述第一开关电路接收到正的脉冲信号控制电磁铁强力线圈导通，实现强分励；所述电网电压从大于额定电压的70％降到额定电压的30％时，所述比较电路复位，为下一次动作准备。

4.如权利要求1所述的双线圈分励脱扣器，其特征在于：所述PWM电路在电源建立之后开始以一频率振荡工作，其电路输出方波的占空比与电网电压成反比，第二开关电路接受方波驱动电磁铁维持绕组工作。

5.如权利要求1所述的双线圈分励脱扣器，其特征在于：所述电源电路串联在第二开关电路之后，第二开关电路导通期间的电流，被整定为电源电流并储能。

6.如权利要求1所述的双线圈分励脱扣器，其特征在于：维持绕组线圈的直流电阻及感抗均较大，当电网电压下降到35％并继续降低时，电源电压随之同步下降；逐步下降的电源电压，导致PWM输出的脉冲信号的幅度降低，降低了的脉冲信号不足以驱动开关电路完全导通，也即，对维持绕组的控制信号逐步消失，因而维持绕组所提供的电磁力也逐步消失，继而动铁芯在复位弹簧力的作用下，自动缩进复位。