CN105514935B - 一种带延时功能的欠压控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带延时功能的欠压控制器，属于低压电器技术领域。该欠压控制器包括控制单元、欠压脱扣器、储能电路；欠压脱扣器在主回路电压正常情况下保持吸合状态，其所需的电能从主回路获取；储能电路在主回路电压正常情况下从主回路获取电能进行充电，当主回路出现欠压或失压时，储能电路可在控制单元控制下在预设延时时间内向欠压脱扣器提供保持吸合状态所需电能，所述储能电路包括储能元件及充电电路、放电电路；该欠压控制器还包括储能电压回采电路，用于检测所述储能元件输出电压并将检测结果传输至控制单元。本发明还公开了一种断路器及所述欠压控制器的控制方法。本发明无需额外增加附件模块，也不改变欠压脱扣器尺寸，即可使欠压脱扣器可控。

Description

一种带延时功能的欠压控制器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种欠压控制器，尤其涉及一种带延时功能的欠压控制器，属于低压电器技术领域。

背景技术

欠压脱扣器在受保护电路的电源电压发生一定的电压降时，能自动断开断路器切断电源，使该断路器负载侧的电气设备免受欠电压的损坏。欠压脱扣器对保障设备和人身安全起重要作用，近年得到了大量应用。使用时，欠压脱扣器线圈接在断路器的电源侧，断路器只有在欠压脱扣器通电后才能合闸。随着新能源技术的发展，光伏发电得到大力推广，在光伏发电并网场合，按照Q GDW 1972-2013 《分布式光伏并网专用低压断路器技术规范》，需要断路器所用的欠压脱扣器带延时功能。延时功能的实现需要储能元件，储能元件一般采用锂电池或者电解电容，在正常工作时充电储能，在欠压或失压时释能。然而，欠压脱扣器往往长时间处于工作状态，当采用电容储能时，随着时间的推移，储能电容容量会产生一定的变化，若当电容容量变小而用户设定的延时时间较长时，可能会出现这样的情况，在主回路发生短暂欠压或失压时，由于容量变小,储能电容的放电过程变短，而导致欠压脱扣器未达到延时时间而提前释放，致使断路器脱扣，引起用户使用的不便。另外，当欠压脱扣器还带有检有压自动合闸功能时，由于储能电容放电时间变短，导致欠压脱扣器线圈可能不受控释放而使断路器分闸，但电压在延时时间内恢复，此时会出现断路器在断开状态而未重合的情况，导致使用上的不便。这些状况会对正常的生产工作带来不良的影响。当然，可以采用判断断路器位置的方法来判定，但需要增加位置的检测，增加附件的安装，其往往会占用附件腔的位置，导致可安装附件数量的减少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种带延时功能的欠压控制器，无需额外增加附件模块，也不改变欠压脱扣器尺寸，即可使欠压脱扣器可控。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种带延时功能的欠压控制器，包括控制单元、欠压脱扣器、储能电路；所述欠压脱扣器在主回路电压正常情况下保持吸合状态，其所需的电能从主回路获取；所述储能电路包括储能元件及充电电路、放电电路，在主回路电压正常情况下储能电路通过充电电路从主回路获取电能对储能元件进行充电，当主回路出现欠压或失压时，储能电路可在控制单元控制下在预设延时时间内通过放电电路向欠压脱扣器提供保持吸合状态所需电能，该欠压控制器还包括储能电压回采电路，用于检测所述储能元件输出电压并将检测结果传输至控制单元。

优选地，所述储能电压回采电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1，电阻R2与电容C1并联而成的并联电路与电阻R1串联后接入所述储能元件的两端，电阻R1与所述并联电路的连接点与控制单元的AD采样端口连接。

优选地，所述欠压控制器还包括用于设置所述延时时间的延时设定电路。

优选地，控制单元通过由光耦及MOS管所组成的控制开关来控制储能电路向欠压脱扣器提供电能。

根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：

一种断路器，包括欠压控制器及合分闸操作机构，所述欠压控制器为以上任一技术方案所述带延时功能的欠压控制器；所述欠压控制器中的欠压脱扣器与合分闸操作机构机械耦合，当欠压脱扣器吸合时，合分闸操作机构可执行合闸动作，当欠压脱扣器释放时，合分闸操作机构不能成功执行合闸动作。

以上任一技术方案所述欠压控制器的控制方法，在主回路出现欠压或失压时，首先控制单元控制储能电路向欠压脱扣器及电源供电，接着判断储能电压回采电路所检测到的储能元件输出电压是否大于预设电压阈值，如否，则不经延时控制单元直接发出控制信号控制欠压脱扣器释放，如是，则在储能电容供电期间，控制单元持续将储能电压回采电路所检测到的储能元件输出电压与欠压脱扣器保持吸合所需的最低电压进行比较，如在达到所述预设延时时间之前储能元件输出电压已小于或等于欠压脱扣器保持吸合所需的最低电压，控制单元控制欠压脱扣器释放，如在达到所述预设延时时间之前储能元件输出电压始终大于欠压脱扣器保持吸合所需的最低电压，则在达到所述预设延时时间后控制单元控制欠脱扣器释放；所述电压阈值大于欠压脱扣器保持吸合所需的最低电压。

优选地，所述电压阈值的取值范围为所述储能元件正常充满电情况下输出电压的60%～90%。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明通过对储能元件输出电压进行实时检测，并根据储能元件的实际输出电压对欠压脱扣器进行控制，有效克服了由于储能元件容量变化所导致的欠压脱扣器不受控的问题，提高了系统可靠性；

本发明无需额外增加附件模块，既不需要占用断路器附件腔空间，也不改变欠压脱扣器尺寸，结构简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为本发明欠压控制器的控制流程示意图；

图3为储能电路及储能电压回采电路的一种具体实现电路；

图4为控制单元及延时设定电路的一种具体实现电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

针对现有带延时功能的欠压控制器所存在的由于储能元件容量变化所导致的欠压脱扣器不受控的问题，本发明的思路是利用储能电压回采电路对储能元件的实际输出电压进行实时检测，从而可根据检测结果对欠压脱扣器的吸合、释放进行灵活控制。

图1显示了本发明欠压控制器的基本原理。如图1所示，该欠压控制器（图中虚线框中部分）包括整流电路、电源电路、电压采样电路、MCU电路、储能电路、欠压脱扣器、电机控制电路以及延时设定电路，所述的欠压脱扣器包括线圈、电磁铁以及执行机构，所述整流电路从主回路取电，其输出端分别与电源电路、储能电路（包括储能元件及充、放电电路）、电压采样电路及欠压脱扣器的线圈连接，MCU电路与电压采样电路、储能电路、延时设定电路及电机控制电路连接，储能电路与电源电路、欠压脱扣器的线圈连接，主回路正常供电时由整流电路向电源电路、储能电路、欠压脱扣器线圈供电，主回路发生欠压或失压时，由储能电路在MCU电路的控制下向电源电路以及欠压脱扣器线圈供电，延时设定电路用于设定储能电路向欠压脱扣器线圈延时供电的延时时间，电机控制电路用于在MCU电路控制下控制电机带动断路器的合分闸操作机构进行合闸动作。欠压脱扣器与断路器的合分闸操作机构机械耦合，当欠压脱扣器吸合时，合分闸操作机构可执行合闸动作，当欠压脱扣器释放时，合分闸操作机构不能成功执行合闸动作。如图1所示，该欠压控制器还包括用于对储能电路中储能元件的输出电压进行实时采样检测的储能电压回采电路，其输入端、输出端分别与储能电路以及MCU电路连接。

如图1所示，该欠压控制器安装于断路器上，MCU电路作为欠压控制器的控制核心，假设主回路的额定电压为Un，断路器上电后MCU电路进行主回路电压检测、储能电路电压检测、线圈控制和延时控制等工作，当检测到主回路电压达到85%Un时使欠压脱扣器得电，允许断路器合闸，通过电机控制电路输出合闸控制信号，控制电机完成断路器的分闸再扣和合闸操作。当主回路电压降到70%Un以下时，MCU电路控制欠压脱扣器在设置的延时时间后释放，分断断路器。

如图2所示，断路器主回路通电后，电压采样电路将电压信号传送给MCU电路， MCU对电压信号进行有效值计算与处理，当电压信号的有效值U0大于吸合电压（例如可设定为85%Un）时，MCU发出控制信号，控制欠压脱扣器吸合，为了降低线圈功耗，所述的控制方式可采用PWM控制方式。MCU再发出重合闸信号，电机控制电路通过电机对断路器执行重合闸操作。在此期间储能电路的储能元件（图中为储能电容，也可采用可充电电池）通过充电回路充电。储能电压回采电路将储能元件的电压U1实时反馈给MCU。当MCU电路检测到电压采样电路送来的电压信号进行处理后的有效值小于释放电压（例如可设定为70%Un）时，MCU电路控制储能电路的储能元件通过放电回路给欠压脱扣器及电源电路供电，接着MCU电路将储能电压回采电路采集的储能元件的实时电压U1与预定的阈值V1做一次比较，若U1≤V1，则不经延时MCU直接发出控制信号控制欠压脱扣器释放，V1可设置为储能电容正常充满电电压值的60%～90%，优选70%。若U1>V1，在储能电路供电期间， MCU发出控制信号保持欠压脱扣器的吸合，且MCU电路持续将储能电容的实时电压U1与预定的阈值V2比较，其中V2的取值为维持欠压脱扣器保持吸合所需电压的下限；一旦检测到U1≤V2，说明储能电容目前的电量不足以维持欠压脱扣器保持吸合至预设的延时时间，则直接停止储能电路对欠压脱扣器的供电，释放欠压脱扣器，或不停止储能电路对欠压脱扣器的供电，由MCU电路控制欠压脱扣器的释放。若U1>V2,则进行延时时间的累积，直至达到延时时间后，停止储能电路对欠压脱扣器的供电，释放欠压脱扣器，或不停止储能电路对欠压脱扣器的供电，由MCU电路控制欠压脱扣器的释放。若主回路电压在延时时间内恢复，则维持欠压脱扣器吸合，重新检测主回路的电压。在此需要说明的是，在主回路电压产生一次欠压期间，MCU电路将实时电压U1与预定的阈值V1只做一次比较，当主回路电压恢复后再次产生欠压时，MCU电路再将实时电压U1与预定的阈值V1做一次比较。

图3显示了储能电路及储能电压回采电路的一种具体实现电路。如图3所示，储能电压回采电路包括电阻R1、R2以及电容C1，电阻R2与电容C1并联后再与电阻R1串联，采样信号AD1直接送入MCU处理。储能电路包括充电回路和放电回路，电阻R5、二极管D1、储能电容C2组成充电回路。MOS管V1、光耦N1组成放电回路的控制开关。MCU发出YS信号为高电平时，触发光耦导通，MOS管V1截止，使储能电容充电；MCU发出YS信号为低电平时，光耦不导通，MOS管工作，储能电容C2通过MOS管V1，电阻R6、二极管D2放电，给电源电路和欠压脱扣器供电。

图4显示了MCU电路及延时设定电路的一种具体实现电路。如图4所示，电压采样信号AD0送入MCU芯片N2的输入端P21脚，储能电压回采信号AD1送入MCU芯片N2的输入端P22脚，进行信号的A/D转换，所述MCU芯片N2采用RL78/G12。延时设定电路采用DIP开关S1进行时间设定，延时时间的设定范围可根据需要选用不同位数的DIP开关来调节，另外，也可以通过电位器等方式来调节，特殊的，在延时时间固定的应用场合，也可以不使用时间设定开关。在本实施例中，DIP开关S1的1、2、3、4脚分别连接N2的输入端P10、P11、P12、P13脚，MCU芯片N2根据输入端P10、P11、P12、P13脚的电平变化读取设定的延时时间。MCU芯片N2的输出端P41脚连接所述储能电路，输出YS信号。MCU芯片N2的输出端P14脚连接MCU电路中的驱动电路，输出PWM信号，本实施例中，驱动电路包括电阻R12、电阻R13，MOS管V2，MCU芯片N2输出PWM信号控制MOS管V2工作，从而控制与MOS管V2连接的欠压脱扣器的线圈L1得电与失电，由此控制欠压脱扣器的吸合与释放。MCU芯片N2的输出端P60脚、P61脚连接所述电机控制电路，分别输出FZ信号、HZ信号控制断路器重合闸。

Claims (8)

1.一种带延时功能的欠压控制器，包括控制单元、欠压脱扣器、储能电路；所述欠压脱扣器在主回路电压正常情况下保持吸合状态，其所需的电能从主回路获取；所述储能电路包括储能元件及充电电路、放电电路，在主回路电压正常情况下储能电路通过充电电路从主回路获取电能对储能元件进行充电，当主回路出现欠压或失压时，储能电路可在控制单元控制下在预设延时时间内通过放电电路向欠压脱扣器提供保持吸合状态所需电能，其特征在于，该欠压控制器还包括储能电压回采电路，用于检测所述储能元件输出电压并将检测结果传输至控制单元；在主回路出现欠压或失压时，首先控制单元控制储能电路向欠压脱扣器及电源供电，接着判断储能电压回采电路所检测到的储能元件输出电压是否大于预设电压阈值，如否，则不经延时控制单元直接发出控制信号控制欠压脱扣器释放，如是，则在储能电容供电期间，控制单元持续将储能电压回采电路所检测到的储能元件输出电压与欠压脱扣器保持吸合所需的最低电压进行比较，如在达到所述预设延时时间之前储能元件输出电压已小于或等于欠压脱扣器保持吸合所需的最低电压，则控制单元控制欠压脱扣器释放，如在达到所述预设延时时间之前储能元件输出电压始终大于欠压脱扣器保持吸合所需的最低电压，则在达到所述预设延时时间后控制单元控制欠压脱扣器释放；所述电压阈值大于欠压脱扣器保持吸合所需的最低电压。

2.如权利要求1所述欠压控制器，其特征在于，所述储能电压回采电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1，电阻R2与电容C1并联而成的并联电路与电阻R1串联后接入所述储能元件的两端，电阻R1与所述并联电路的连接点与控制单元的AD采样端口连接。

3.如权利要求1所述欠压控制器，其特征在于，还包括用于设置所述延时时间的延时设定电路。

4.如权利要求1所述欠压控制器，其特征在于，控制单元通过由光耦及MOS管所组成的控制开关来控制储能电路向欠压脱扣器提供电能。

5.如权利要求1所述欠压控制器，其特征在于，所述储能元件为储能电容或可充电电池。

6.如权利要求1所述欠压控制器，其特征在于，所述电压阈值的取值范围为所述储能元件正常充满电情况下输出电压的60%～90%。

7.一种断路器，包括欠压控制器及合分闸操作机构，其特征在于，所述欠压控制器为权利要求1～6任一项所述带延时功能的欠压控制器；所述欠压控制器中的欠压脱扣器与合分闸操作机构机械耦合，当欠压脱扣器吸合时，合分闸操作机构可执行合闸动作，当欠压脱扣器释放时，合分闸操作机构不能成功执行合闸动作。

8.如权利要求7所述断路器，其特征在于，还包括电动操作机构，可在所述控制单元控制下驱动所述合分闸操作机构执行合闸动作。