CN106505640B - 断路器、供电装置及供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种断路器、供电装置及供电方法，所述供电装置包括：一电流互感器，其包括一磁环和一一次侧绕组，一次侧绕组缠绕于磁环上；一电流传感器，用于感测一次侧绕组的电流；一控制电路，其包括一控制单元及一二次侧绕组，控制单元与电流传感器及二次侧绕组电连接，二次侧绕组缠绕于磁环上，且与一次侧绕组相对设置；当电流传感器感测到一次侧绕组内电流的数值大于一第一预设阀值或者一次侧绕组内电流的变化率大于一第二预设阀值时，控制单元控制二次侧绕组内电流的大小。本发明的断路器、供电装置及供电方法有利于降低生产成本和减小供电装置的体积，可稳定供电性能及延长供电装置寿命。

Description

断路器、供电装置及供电方法

技术领域

本发明涉及电力设备领域，特别是一种断路器、一种供电装置及一种供电方法。

背景技术

供电装置是电力供应中常用到的设备之一，在供电过程中起到至关重要的作用。图1为现有技术的一种供电装置的立体示意图。请参见图1，供电装置10为电流互感器，其包括铁芯12、一次侧绕组(图未示)及二次侧绕组13，一次侧绕组和二次侧绕组13绕设于铁芯12上，且位于铁芯12的相对侧。二次侧绕组13可为电子设备供电。

当供电装置10发生短路时，由于一次侧绕组内电流变化率过大，铁芯12内的磁通量跟着变大，铁芯12会出现饱和，并大量发热，容易导致供电装置10损坏。为了避免铁芯12过热，供电装置10还包括导磁铁片14，导磁铁片14配置于铁芯12的下方，用于导出铁芯12内的部分磁场，从而避免铁芯12饱和的情况发生。

然而，加设导磁铁片14会导致供电装置10的体积过大，或在供电装置10体积不变的情况下，一次侧绕组的尺寸受到限制；另外，铁芯12和导磁铁片14由不同的材料制成，材料成本较高，且不同的控制范围需要不同的控制电路，造成整个供电装置10结构复杂，进一步增加了成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种供电装置和一种断路器，具有较低的生产成本、较小的体积、稳定的供电性能和较长的寿命。

本发明的另一目的是提出一种供电方法，其有利于降低生产成本和减小供电装置的体积，可稳定供电性能及延长供电装置寿命。

本发明提供了一种供电装置，其包括：一电流互感器，其包括一磁环和一一次侧绕组，所述一次侧绕组缠绕于所述磁环上；一电流传感器，用于感测所述一次侧绕组的电流；一控制电路，其包括一控制单元及一二次侧绕组，所述控制单元与所述电流传感器及所述二次侧绕组电连接，所述二次侧绕组缠绕于所述磁环上，且与所述一次侧绕组相对设置；当所述电流传感器感测到所述一次侧绕组内电流的数值大于一第一预设阀值或者所述一次侧绕组内电流的变化率大于一第二预设阀值时，所述控制单元控制所述二次侧绕组内电流的大小。

在供电装置的一种示意性实施例中，所述二次侧绕组还电连接至一电子设备，以为所述电子设备供电。

在供电装置的一种示意性实施例中，所述电流互感器还包括一二次侧供电绕组，所述二次侧供电绕组缠绕于所述磁环上，且与所述一次侧绕组相对设置，所述二次侧供电绕组用于为一电子设备供电。

在供电装置的一种示意性实施例中，所述电流传感器直接为所述控制单元和所述二次侧绕组供电。

在供电装置的一种示意性实施例中，所述控制电路还包括一负载，所述负载串接于所述电流传感器、所述控制单元和所述二次侧绕组的电路回路中。

在供电装置的一种示意性实施例中，所述控制单元还包括一电流源电路，所述电流源电路连接于所述电流传感器和所述二次侧绕组之间，用于为所述二次侧绕组提供所述电流I₂。

本发明还提供一种断路器，所述断路器包括上述任意一种供电装置。

本发明还提供一种供电方法，其利用一供电装置实现供电，所述供电装置包括一电流互感器、一电流传感器及一控制电路，电流互感器包括一磁环和一一次侧绕组，所述控制电路包括一控制单元和一二次侧绕组，所述一次侧绕组和所述二次侧绕组分别缠绕于所述磁环的相对端，所述供电方法包括以下步骤：

利用所述电流传感器感测所述电流互感器的所述一次侧绕组的电流；

判断所述电流I₀的数值是否大于一第一预设阀值或所述电流I₀的变化率是否大于一第二预设阀值；

若是，所述控制单元控制所述二次侧绕组内的电流I₂的大小。

在供电方法的一种示意性实施例中，所述电流传感器直接为所述控制单元和所述二次侧绕组供电。

在供电方法的一种示意性实施例中，所述控制单元利用一电流源电路为所述二次侧绕组提供所述电流I₂。

从上述方案中可以看出，在本发明的断路器、供电装置及供电方法中，有效利用供电装置原本自带的电流传感器，有利于降低生产成本和减小供电装置的体积；另外，当一次侧绕组内电流发生异常时，控制单元可控制二次侧绕组内电流的大小，达到调整磁环内励磁电流的目的，减小磁环内的磁通量，避免磁环因饱和而发热，有利于稳定供电性能和延长供电装置寿命。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为现有技术的一种供电装置的立体示意图。

图2为本发明的第一实施例的供电装置的结构示意图。

图3为图2的供电装置的电流源电路的电路图。

图4为本发明的第二实施例的供电装置的结构示意图。

图5为本发明的供电方法的步骤流程图。

在上述附图中，所采用的附图标记如下：

现有技术

10 供电装置

12 铁芯

13 二次侧绕组

14 导磁铁片

本发明

200 供电装置

20 电流互感器

21 磁环

22 一次侧绕组

23 二次侧供电绕组

201 电子设备

30 电流传感器

31 非磁环

32 传感器一次侧绕组

33 传感器二次侧绕组

341 功率运算放大器

40 控制电路

41 控制单元

42 二次侧绕组

I₀ 一次侧绕组内电流

I₁ 二次侧供电绕组内电流

I₂ 二次侧绕组内电流

N₁ 二次侧供电绕组的匝数

N₂ 二次侧绕组的匝数

C₁ 第一电容

C₂ 第二电容

C₃ 第三电容

C₄ 第四电容

R₁ 第一电阻

R_SET 第二电阻

Vin 功率运算放大器的非反相输入端

V₊、V_- 电源供给端

Iout 功率运算放大器的输出电流

I_LIM 功率运算放大器输出电流的最大值

S21、S22、S23、S24 供电方法的步骤

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

图2为本发明的第一实施例的供电装置的结构示意图。请参见图2，供电装置200包括电流互感器20、电流传感器30和控制电路40，电流互感器20包括磁环21和一次侧绕组22，一次侧绕组22缠绕于磁环21上。电流传感器30用于感测一次侧绕组22的电流I₀。控制电路40包括控制单元41及二次侧绕组42，控制单元41与电流传感器30及二次侧绕组42电连接，二次侧绕组42缠绕于磁环21上，且与一次侧绕组22相对设置。当电流传感器30感测到一次侧绕组22内电流I₀的数值大于一第一预设阀值或者一次侧绕组22内电流I₀的变化率大于一第二预设阀值时，控制单元41控制二次侧绕组42内电流I₂的大小。

具体地，在本实施例中，磁环21例如为铁芯，但不以此为限。一次侧绕组22内电流为I₀。电流互感器20还包括二次侧供电绕组23，二次侧供电绕组23缠绕于磁环21上，且与一次侧绕组22相对设置。二次侧供电绕组23与电子设备201电连接，以为电子设备201供电。二次侧供电绕组23的匝数为N₁，其内的电流为I₁。

电流传感器30可为空心线圈电流互感器，但不此为限，在其他实施例中，电流传感器30为其他可感测电流大小的装置即可。电流传感器30包括非磁环31、传感器一次侧绕组32及传感器二次侧绕组33，传感器一次侧绕组32和传感器二次侧绕组33绕设于非磁环31上，且分别位于非磁环31的两个相对侧。传感器一次侧绕组32与电流互感器20的一次侧绕组22电连接，且其内的电流值也为I₀。传感器二次侧绕组33与控制单元41及二次侧绕组42电连接。

在本实施例中，控制单元41还包括一电流源电路，电流源电路连接于电流传感器30和二次侧绕组42之间，用于为二次侧绕组42提供电流I₂。二次侧绕组42和一次侧绕组22分别缠绕于磁环21的相对端，二次侧绕组42的匝数为N₂，其内的电流为I₂。

图3为图2的供电装置的电流源电路的电路图。请一并参见图3，电流源电路是基于一功率运算放大器341的供电电路。电流源电路包括第一电阻R₁、功率运算放大器341、第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃、第四电容C₄及第二电阻R_SET，其中，功率运算放大器341例如为OPA564功率放大器，但不以此为限。功率运算放大器341的非反相输入端Vin电连接传感器二次侧绕组33，其反相输入端通过第一电阻R₁接地电位。二次侧绕组42的串接于功率运算放大器341的反相输入端和输出端之间。功率运算放大器341还电连接至电源供给端V₊、V_-。第一电容C₁和第四电容C₄例如为4.7μF，第二电容C₂和第三电容C₃例如为0.1μF。功率运算放大器341的输出电流Iout即为二次侧绕组42内的电流I₂。功率运算放大器341输出电流Iout的最大值I_LIM满足以下公式(1)：

功率运算放大器341输出的电流I_out(即电流I₂)满足以下公式(2)：

当第二电阻R_SET的阻值为11K时，功率运算放大器341能够输出的最大电流为1.5A。功率运算放大器341实际输出的电流I_out可根据公式(3)作调整。

磁环21内的励磁电流I_m与一次侧绕组22内的电流I₀、二次侧供电绕组23的匝数N₁及电流I₁、二次侧绕组42的匝数N₂及电流I₂的关系满足以下公式(3)：

I_m＝I₀-N₁I₁-N₂I₂

当电流传感器20感测到一次侧绕组22内的电流I₀的数值大于所述第一预设阀值或一次侧绕组22内的电流I₀的变化率大于所述第二预设阀值时，控制单元41控制二次侧绕组42内电流I₂的大小。例如，使得电流I₂变大，在一次侧绕组22内的电流I₀不变的情况下，根据上述的公式(3)，磁环21内的励磁电流I_m会变小，磁环21内的磁通量变小，可避免磁环21因饱和而大量发热，从而实现保护供电装置200和延长供电装置200寿命。另外，励磁电流I_m变小，二次侧供电绕组23内的电流I₁也相应变小。具体要将励磁电流I_m调整至哪个数值或哪个区间范围，可根据实际需求任意设定。

需要说明的是，供电装置200中电子元器件(例如二次侧绕组42的匝数N₂及功率运算放大器341型号)具体参数可基于磁环21内励磁电流I_m控制需求而设定，例如，当一次侧绕组22内电流I₀为1000A时，为减少磁环21内的磁通量，基于图3所示的电流源电路及公式(1)至公式(3)，可将二次侧绕组42的匝数N₂设为1000，电流源电路输出的电流Iout和二次侧绕组42内的电流I₂为1A(安培)。

在本实施例中，由于控制单元41的电流源电路可为二次侧绕组42提供电流I₂，可有效避免磁芯21因谐波作用而大量发热，例如，由于一次侧绕组22内电流I₀的作用，磁环21内产生一沿顺时针方向的磁场，通过电流源电路对二次侧绕组42内电流I₂的控制，可使磁环21内再产生一沿逆时针方向的磁场，两个磁场相互抵消可避免磁芯21因谐波作用而发热。

图4为本发明的第二实施例的供电装置的结构示意图。请参见图4，第二实施例的供电装置200与第一实施例的供电装置200相似，不同之处在于，在第二实施例的供电装置200中，电流传感器30直接为控制单元41和二次侧绕组42供电。

具体地，控制电路40还包括负载Z和控制开关S₁，负载Z和控制开关S₁串接于电流传感器30、控制单元41和二次侧绕组42的电路回路中，其中，控制单元41可控制开关S₁的打开及闭合。

工作时，当传感器二次侧绕组33感测到一次侧绕组22内电流I₀处于正常状态时，控制单元41控制开关S₁断开；当传感器二次侧绕组33感测到一次侧绕组22内电流I₀的大小或变化率，当电流I₀的数值大于所述第一预设阀值时，或电流I₀的变化率大于所述第二预设阀值时，控制单元41控制开关S₁闭合，传感器二次侧绕组33与控制单元41及二次侧绕组42的电路回路接通，可通过调节负载Z的大小实现对电流I₂的调整。当负载Z为零时，二次侧绕组42的电路回路短路，当负载Z的数值变大，电流I₂的数值相应变小，负载Z的数值可根据实际需求任意设置。根据上述的公式(3)，当将电流I₂调大时，磁环21内的励磁电流I_m会变小，磁环21内的磁通量变小，从而可以避免磁环21因饱和而发热。

在第二实施例中，电流传感器30直接为控制单元41和二次侧绕组42提供供电电流I₂，而省去电流源电路，可简化供电装置200的结构，降低生产成本。

需要说明的是，在第一实施例和第二实施例中，二次侧供电绕组23和二次侧绕组42分开设置，二者可实现不同的功能，二次侧供电绕组23用于为电子设备201供电，二次侧绕组42用于接受控制单元41的调控。在其他实施例中，若二次侧供电绕组23的匝数N₁和二次侧绕组42的匝数N₂相近，二次侧供电绕组23和二次侧绕组42可以合并，换言之，通过单一绕组实现供电和电流控制的功能，二次侧供电绕组23和二次侧绕组42是否合并取决于实际的设计需求。

另外，本发明还提供一种断路器，所述断路器包括上述任意一种供电装置200。所述断路器具有较佳的安全性能和较长的寿命。

图5为本发明的供电方法的步骤流程图。请参见图5，本发明的供电方法利用上述的供电装置200实现供电，其包括以下步骤：

步骤S21，利用电流传感器30感测电流互感器20内一次侧绕组22内电流I₀的大小或电流I₀的变化率；

步骤S22，判断一次侧绕组22内的电流I₀的数值是否大于第一预设阀值或电流I₀的变化率是否大于第二预设阀值；若是，执行步骤S23；若否，执行步骤S24；

步骤S23，控制单元41控制二次侧绕组42内电流I₂的大小；

步骤S24，结束，即不对二次侧绕组42内的电流I₂作调整。

需要说明的是，第一实施例的供电装置200和第二实施例的供电装置200执行步骤S23的具体方法略有不同。对于第一实施例的供电装置200，在步骤S23中，控制单元41利用电流源电路为二次侧绕组42提供电流I₂。对于第二实施例的供电装置200，在步骤S23中，电流传感器30直接为控制单元41和二次侧绕组42供电，且电流传感器30和控制单元41及二次侧绕组42的电路回路中串接有负载Z，通过调整负载Z的大小可实现对二次侧绕组42内电流I₂的调整。

本发明的断路器、供电装置及供电方法至少具有以下的优点：

1.在本发明的断路器、供电装置及供电方法中，有效利用供电装置原本自带的电流传感器，有利于降低生产成本和减小供电装置的体积；另外，当一次侧绕组内电流发生异常时，控制单元可控制二次侧绕组内电流的大小，达到调整磁环内励磁电流的目的，减小磁环内的磁通量，避免磁环因饱和而发热，有利于稳定供电性能和延长供电装置寿命。

2.在本发明的断路器、供电装置及供电方法中的一个实施例中，二次侧供电绕组和二次侧绕组分开设置，二次侧供电绕组用于为电子设备供电，二次侧绕组用于接受控制单元的调控，在减小磁环内励磁电流及避免磁环饱和的同时，可满足不同电子设备的不同供电需求。

3.在本发明的断路器、供电装置及供电方法中的一个实施例中，当二次侧绕组和二次侧供电绕组的匝数相近时，二次侧绕组和二次侧供电绕组可合并，有利于简化供电装置的结构。

4.在本发明的断路器、供电装置及供电方法中的一个实施例中，电流传感器直接为控制单元和二次侧绕组供电，且根据调整负载的大小达到调整所述电流的目的，使用的电子元器件较少，可降低生产成本。

5.在本发明的断路器、供电装置及供电方法中的一个实施例中，相对于现有技术，本发明的供电装置具有较低的材料成本，以及可实现磁芯内磁通量较为弹性的控制范围。

6.在本发明的断路器、供电装置及供电方法中的一个实施例中，由于控制单元的电流源电路可为二次侧绕组提供电流，可有效避免磁芯因谐波作用而大量发热。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种供电装置(200)，其包括：

一电流互感器(20)，其包括一磁环(21)和一一次侧绕组(22)，所述一次侧绕组(22)缠绕于所述磁环(21)上；

一电流传感器(30)，用于感测所述一次侧绕组(22)的电流(I₀)；

其特征在于，所述供电装置(200)还包括：

一控制电路(40)，其包括一控制单元(41)及一二次侧绕组(42)，所述控制单元(41)与所述电流传感器(30)及所述二次侧绕组(42)电连接，所述二次侧绕组(42)缠绕于所述磁环(21)上，且与所述一次侧绕组(22)相对设置；当所述电流传感器(30)感测到所述一次侧绕组(22)内电流(I₀)的数值大于一第一预设阀值或者所述一次侧绕组(22)内电流(I₀)的变化率大于一第二预设阀值时，所述控制单元(41)控制所述二次侧绕组(42)内电流(I₂)的大小。

2.如权利要求1所述的供电装置(200)，其特征在于，所述二次侧绕组(42)还电连接至一电子设备(201)，以为所述电子设备(201)供电。

3.如权利要求1所述的供电装置(200)，其特征在于，所述电流互感器(20)还包括一二次侧供电绕组(23)，所述二次侧供电绕组(23)缠绕于所述磁环(21)上，且与所述一次侧绕组(22)相对设置，所述二次侧供电绕组(23)用于为一电子设备(201)供电。

4.如权利要求1所述的供电装置(200)，其特征在于，所述电流传感器(30)直接为所述控制单元(41)和所述二次侧绕组(42)供电。

5.如权利要求4所述的供电装置(200)，其特征在于，所述控制电路(40)还包括一负载(Z)和控制开关(S₁)，所述负载(Z)和控制开关(S₁)串接于所述电流传感器(30)、所述控制单元(41)和所述二次侧绕组(42)的电路回路中。

6.如权利要求1所述的供电装置(200)，其特征在于，所述控制单元(41)还包括一电流源电路，所述电流源电路连接于所述电流传感器(30)和所述二次侧绕组(42)之间，用于为所述二次侧绕组(42)提供所述电流(I₂)。

7.一种断路器，其特征在于，所述断路器包括权利要求1至6任意一项所述的供电装置(200)。

8.一种供电方法，其利用一供电装置(200)实现供电，所述供电装置(200)包括一电流互感器(20)、一电流传感器(30)及一控制电路(40)，电流互感器(20)包括一磁环(21)和一一次侧绕组(22)，所述控制电路(40)包括一控制单元(41)和一二次侧绕组(42)，所述一次侧绕组(22)和所述二次侧绕组(42)分别缠绕于所述磁环(21)的相对端，所述供电方法包括以下步骤：

利用所述电流传感器(30)感测所述电流互感器(20)的所述一次侧绕组(22)的电流(I₀)；

判断所述电流(I₀)的数值是否大于一第一预设阀值或所述电流(I₀)的变化率是否大于一第二预设阀值；

若是，所述控制单元(41)控制所述二次侧绕组(42)内的电流(I₂)的大小。

9.如权利要求8所述的供电方法，其特征在于，所述电流传感器(30)直接为所述控制单元(41)和所述二次侧绕组(42)供电。

10.如权利要求8所述的供电方法，其特征在于，所述控制单元(41)利用一电流源电路为所述二次侧绕组(42)提供所述电流(I₂)。