CN110098592B - 电气系统过载保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了电气系统过载保护装置，电流检测电路通过串在三相电源线上的电流互感器实时检测接通负载RL的相线中的电流，经转换为0‑5V电压信号、积分器积分，输出电流变化率对应的电压信号，之后进入变化率可控放大电路改变单结管Q1的导通角，改变运算放大器AR2放大信号的大小，经稳压输出后，一路进入并联分流电路，通过场效应管T2导通/截止的漏源间阻值与负载RL并联，以此分流达到保护设备负载的目的，另一路进入过载保护电路，稳压管Z1过载判断、延时0.3S后触发场效应管T1导通，接触器K1线圈得电，使串在三相电源线上的接触器K1常闭触点断开，以此进行过载保护。有效的解决了目前热继电器配合接触器作过载保护，造成动作不够及时及误动作的问题。

Description

电气系统过载保护装置

技术领域

本发明涉及配电技术领域，特别是涉及电气系统过载保护装置。

背景技术

设备与供电线路在运行过程中发生故障或设备负载过大不匹配时，电流(或电压)会超过设备与供电线路允许工作的范围与限度，会发生过载，目前一般采用电气控制系统进行过载保护，具体的将热继电器的热元件串在设备与供电线路之间，热继电器的常闭触头串联在交流接触器的线圈的控制电路中，过流时，热元件发热、常闭触头断开，断开交流接触器线圈电路，使接触器释放、切断设备的供电线路，达到过载保护的目的，这些保护虽然简单，但热继电器的热元件发热弯曲需要一定的时间，会造成动作不够及时的问题，同时瞬时大电流及环境温度影响也易造成热元件误动作，影响设备的正常运行。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供电气系统过载保护装置，具有构思巧妙、人性化设计的特性，有效的解决了目前热继电器配合接触器作过载保护，造成动作不够及时及误动作的问题。

其解决的技术方案是，包括电流检测电路、变化率可控放大电路、并联分流电路、过载保护电路，其特征在于，所述电流检测电路通过串在三相电源线上的电流互感器实时检测接通负载RL的相线中的电流，经电阻R1、R2、电容C1和电位器RP1组成的电流电压转换电路转换为0-5V电压信号，0-5V电压信号经运算放大器AR1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2组成的积分器积分，输出一定时间的电流变化率对应的电压信号，电流变化率对应的电压信号进入变化率可控放大电路中单结管Q3的发射极，电压信号的大小会改变单结管Q1的导通角，改变单结管Q3的第二基极0-5V电压信号耦合到运算放大器AR2同相输入端信号的大小，改变运算放大器AR2、电阻R8、电阻R9组成的放大器的放大倍数，放大后信号经稳压管Z1、电阻R10、电阻R14、三极管Q1、三极管Q2组成的稳压器稳压后输出，所述并联分流电路接收变化率可控放大电路输出信号，经反向串联的稳压管Z2、Z3限幅后加到场效应管T2的栅极，场效应管T2栅极电压的大小会改变场效应管T2漏源间阻值，与电阻RT1、电阻RT2串联后与负载RL并联，以此分流达到保护负载的目的，所述过载保护电路接收变化率可控放大电路输出信号，超过稳压管Z4稳压值4.5V时，稳压管Z4击穿，变化率可控放大电路输出信号经并联的电阻R11和电解电容E1降压限流、电阻R12和电解电容E2延时0.3S后触发场效应管T1导通，接触器K1线圈得电，串在三相电源线上的接触器K1常闭触点断开，达到过载保护的目的。由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；

1，电流互感器TA1实时检测接通负载RL的相线中的电流，转换为0-5V电压信号，经积分器积分输出一定时间的电流变化率对应的电压信号，此电压信号控制运算放大器AR2对0-5V电压信号进行不同程度的放大，以使电流变化快时，过载保护更快速，自动达到反时限的目的，当放大后信号有过载迹象时，信号向后级电路传输；

2，有过载迹象时，为避免因瞬时大电流及环境温度影响，造成过载保护误动作的问题，设置并联分流电路，通过场效应管T2导通/截止漏源间阻值与电阻RT1、电阻RT2串联，串联后阻值与负载RL并联，使大部分电流经串联后阻值释放到地，以此分流达到保护设备负载的目的，同时，放大后信高于电压值4.5V时，稳压管Z4击穿，延时0.3S后触发场效应管T1导通，接触器K1线圈得电，使过载时串在三相电源线上的接触器K1常闭触点断开，以此进行过载保护，避免了过载时动作不够及时的问题。

附图说明

图1为本发明的电路模块图。

图2为本发明的电路原理图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图2对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

实施例一，电气系统过载保护装置，包括电流检测电路、变化率可控放大电路、并联分流电路、过载保护电路，所述电流检测电路通过串在三相电源线上的电流互感器TA1实时检测接通负载RL的相线中的电流(其中选择电流互感器TA1变流比、参数根据三相电源线带负载RL时的负荷电流选择，此为现有技术在此不再详述)，经电阻R1、R2、电容C1和电位器RP1组成的电流电压转换电路转换为0-5V电压信号，其中电阻R1和电容C1组成低通滤波器，用于抑制外界高频干扰，调节电位器RP1可以调节转换的电压范围，之后0-5V电压信号进入运算放大器AR1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2组成的积分器积分，输出一定时间的电流变化率对应的电压信号，所述变化率可控放大电路将接收的电流变化率对应的电压信号加到单结管Q3的发射极，电压信号的大小会改变单结管Q1的导通角，改变单结管Q3的第二基极连接的0-5V电压信号耦合到运算放大器AR2同相输入端信号的大小，改变运算放大器AR2、电阻R8、电阻R9组成的放大器的放大倍数，其中瞬态抑制二极管VD1用于抑制电磁干扰，当放大后信号有过载迹象时（即检测的负荷电流大于额定负荷电流1.2倍时对应的电压3.9V时），稳压管Z1反向击穿，放大后信号经电阻R10、电阻R14、三极管Q1、三极管Q2稳压，即消除0.3V以下微小波动电压，输出稳定变化的电压，以避免过载点电压附近电压变化，造成后级电路频繁工作/不工作的问题，之后一路进入并联分流电路，经反向串联的稳压管Z2、Z3限幅后加到场效应管T2的栅极，变化率可控放大电路输出信号高时，使场效应管T2导通，漏源间阻值很小，改变场效应管T2漏源间阻值与电阻RT1、电阻RT2串联后阻值，串联后阻值与负载RL并联，使大部分电流经串联后阻值释放到地，之后电解电容E3充电，使加到场效应管T2的栅极电压减小，漏源间阻值增大，不进行分流，以此分流达到瞬时保护设备负载的目的，当变化率可控放大电路输出信号正常时，场效应管T2截止，漏源间阻值很大，改变场效应管T2漏源间阻值与电阻RT1、电阻RT2串联后阻值，串联后阻值与负载RL并联，使电流仅流过负载，避免了因瞬时大电流及环境温度影响，造成过载保护误动作的问题，另一路进入过载保护电路，超过稳压管Z4稳压值4.5V时（即检测的负荷电流大于额定负荷电流1.4倍时对应的电压4.5V时），稳压管Z4击穿，变化率可控放大电路输出信号经并联的电阻R11和电解电容E1降压限流、电阻R12和电解电容E2延时0.3S后触发场效应管T1导通，接触器K1线圈得电，使过载（即检测的负荷电流大于额定负荷电流1.5倍时对应的电压5V时）时串在三相电源线上的接触器K1常闭触点断开，以此进行过载保护，避免了过载时动作不够及时的问题。

实施例二，在实施例一的基础上，所述电流检测电路通过串在三相电源线上的电流互感器TA1实时检测接通负载RL的相线中的电流(其中选择电流互感器TA1变流比、参数根据三相电源线带负载RL时的负荷电流选择，此为现有技术在此不再详述)，经电阻R1、R2、电容C1和电位器RP1组成的电流电压转换电路转换为0-5V电压信号，其中电阻R1和电容C1组成低通滤波器，用于抑制外界高频干扰，调节电位器RP1可以调节转换的电压范围，之后0-5V电压信号进入运算放大器AR1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2组成的积分器积分，输出一定时间的电流变化率对应的电压信号，积分器输出电压信号=1/电阻R3乘以电容C2∫积分器输入电压信号（t）dt，一定时间的温升变化率由积分时间常数即电阻R3、电容C2的值大小决定，为避免小的输入失调电压将得到放大，造成输出电压信号误差设置电阻R4为反馈电阻，包括电流互感器TA1，电流互感器TA1的上端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接电容C1的一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端，电阻R2的另一端分别连接电位器RP1的上端和可调端，电流互感器TA1的下端、电容C1的另一端、电位器RP1的下端均连接地，电阻R3的另一端分别连接运算放大器AR1的反相输入端、电阻R4的一端、电容C2的一端，运算放大器AR1的同相输入端通过电阻R5连接地，电阻R4的另一端、电容C2的另一端和运算放大器AR1的输出端为电流检测电路的输出信号；

所述变化率可控放大电路将接收的电流变化率对应的电压信号加到单结管Q3的发射极，电压信号的大小会改变单结管Q1的导通角，改变单结管Q3的第二基极连接的0-5V电压信号耦合到运算放大器AR2同相输入端信号的大小，改变运算放大器AR2、电阻R8、电阻R9组成的放大器的放大倍数，其中瞬态抑制二极管VD1用于抑制电磁干扰，当放大后信号有过载迹象时（即检测的负荷电流大于额定负荷电流1.2倍，如时对应的电压3.9V时），稳压管Z1反向击穿，放大后信号经电阻R10、电阻R14、三极管Q1、三极管Q2稳压，即消除0.3V以下微小波动电压，输出稳定变化的电压，包括单结管Q3，单结管Q3的发射极、电阻R7的一端、电容C3的一端均连接运算放大器AR1的输出端，电阻R7的另一端分别连接单结管Q3的第二基极、电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接电阻R1的另一端，单结管Q3的第一基极分别连接电阻R6的一端、电阻R8的一端、运算放大器AR2的同相输入端、瞬态抑制二极管VD1的右端，电容C3的另一端和电阻R6的另一端连接地，运算放大器AR2的反相输入端通过电阻R9连接地，电阻R8的另一端分别连接瞬态抑制二极管VD1的左端、运算放大器AR1的输出端、稳压管Z1的负极，稳压管Z1的正极分别连接电阻R10的一端、三极管Q1的基极、三极管Q2的发射极，三极管Q1的集电极连接三极管Q2的基极、电阻R14的一端，三极管Q1的发射极连接电阻R10的另一端，三极管Q2的集电极和电阻R14的另一端为变化率可控放大电路的输出信号。

实施例三，在实施例二的基础上，所述并联分流电路接收变化率可控放大电路输出信号，经反向串联的稳压管Z2、Z3限幅后加到场效应管T2的栅极，变化率可控放大电路输出信号高时，使场效应管T2导通，漏源间阻值很小，改变场效应管T2漏源间阻值与电阻RT1、电阻RT2串联后阻值，串联后阻值与负载RL并联，使1/6电流经串联后阻值释放到地，之后电解电容E3充电，使加到场效应管T2的栅极电压减小，漏源间阻值增大，不进行分流，以此分流达到瞬时保护设备负载的目的，当变化率可控放大电路输出信号正常时，场效应管T2截止，漏源间阻值很大，改变场效应管T2漏源间阻值与电阻RT1、电阻RT2串联后阻值，串联后阻值与负载RL并联，使电流仅流过负载，避免了因瞬时大电流及环境温度影响，造成过载保护误动作的问题，包括稳压管Z2、电阻R15、电解电容E3、场效应管T2，稳压管Z2的正极、电阻R15的一端、电解电容E3的正极、场效应管T2的栅极均连接三极管Q2的集电极，稳压管Z2的负极连接稳压管Z3的负极，稳压管Z3的正极、电阻R15的另一端、电解电容E3的负极均连接地，场效应管T2的漏极接负载RL的供电端，场效应管T2的源极连接电阻RT1的一端，电阻RT1的另一端分别连接电容C4的一端、电阻RT2的一端，电阻RT2的另一端连接地，电容C4的另一端连接大地；

所述过载保护电路接收变化率可控放大电路输出信号，超过稳压管Z4稳压值4.5V时（即检测的负荷电流大于额定负荷电流1.4倍时对应的电压4.5V时），稳压管Z4击穿，变化率可控放大电路输出信号经并联的电阻R11和电解电容E1降压限流、电阻R12和电解电容E2延时0.3S后触发场效应管T1导通，接触器K1线圈得电，使过载（即检测的负荷电流大于额定负荷电流1.5倍时对应的电压5V时）时串在三相电源线上的接触器K1常闭触点断开，避免了过载时会动作不够及时的问题，包括稳压管Z4，稳压管Z4的负极连接三极管Q2的集电极，稳压管Z4的正极分别连接电阻R11的一端、电解电容E1的负极，电阻R11的另一端分别连接电解电容E1的正极、电解电容E2的正极、电阻R12的一端、电阻R13的一端、场效应管T1的栅极，场效应管T1的漏极分别连接接触器K1线圈的一端、二极管D1的正极，电阻R13的另一端、接触器K1线圈的另一端、二极管D1的负极均连接电源+12V，场效应管T1的源极、电阻R12的另一端、电解电容E2的负极均连接地，接触器K1常闭触点的上端分别经熔断器RU1、熔断器RU2、熔断器RU2连接在三相电源线上，接触器K1常闭触点的下端为负载RL提供电源。

本发明具体使用时，所述电流检测电路通过串在三相电源线上的电流互感器TA1实时检测接通负载RL的相线中的电流，经电阻R1、R2、电容C1和电位器RP1组成的电流电压转换电路转换为0-5V电压信号，之后进入运算放大器AR1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2组成的积分器积分，输出一定时间的电流变化率对应的电压信号，之后加到变化率可控放大电路中单结管Q3的发射极，电压信号的大小会改变单结管Q1的导通角，改变单结管Q3的第二基极连接的0-5V电压信号耦合到运算放大器AR2同相输入端信号的大小，改变运算放大器AR2、电阻R8、电阻R9组成的放大器的放大倍数，以使电流变化快时，过载保护更快速，自动达到反时限的目的，当放大后信号有过载迹象时（即检测的负荷电流大于额定负荷电流1.2倍时对应的电压3.9V时），稳压管Z1反向击穿，放大后信号经电阻R10、电阻R14、三极管Q1、三极管Q2稳压，即消除0.3V以下微小波动电压，输出稳定变化的电压，以避免过载点电压附近电压变化，造成后级电路频繁工作/不工作的问题，之后一路进入并联分流电路，经反向串联的稳压管Z2、Z3限幅后加到场效应管T2的栅极，变化率可控放大电路输出信号高时，使场效应管T2导通，漏源间阻值很小，改变场效应管T2漏源间阻值与电阻RT1、电阻RT2串联后阻值，串联后阻值与负载RL并联，使大部分电流经串联后阻值释放到地，之后电解电容E3充电，使加到场效应管T2的栅极电压减小，漏源间阻值增大，不进行分流，以此分流达到瞬时保护设备负载的目的，当变化率可控放大电路输出信号正常时，场效应管T2截止，漏源间阻值很大，改变场效应管T2漏源间阻值与电阻RT1、电阻RT2串联后阻值，串联后阻值与负载RL并联，使电流仅流过负载，避免了因瞬时大电流及环境温度影响，造成过载保护误动作的问题，另一路进入过载保护电路，超过稳压管Z4稳压值4.5V时（即检测的负荷电流大于额定负荷电流1.4倍时对应的电压4.5V时），稳压管Z4击穿，变化率可控放大电路输出信号经并联的电阻R11和电解电容E1降压限流、电阻R12和电解电容E2延时0.3S后触发场效应管T1导通，接触器K1线圈得电，使过载（即检测的负荷电流大于额定负荷电流1.5倍时对应的电压5V时）时串在三相电源线上的接触器K1常闭触点断开，以此进行过载保护，避免了过载时动作不够及时的问题。

Claims (2)

1.电气系统过载保护装置，包括电流检测电路、变化率可控放大电路、并联分流电路、过载保护电路，其特征在于，所述电流检测电路通过串在三相电源线上的电流互感器实时检测接通负载RL的相线中的电流，经电阻R1、R2、电容C1和电位器RP1组成的电流电压转换电路转换为0-5V电压信号，0-5V电压信号经运算放大器AR1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2组成的积分器积分，输出一定时间的电流变化率对应的电压信号，电流变化率对应的电压信号进入变化率可控放大电路中单结管Q3的发射极，电压信号的大小会改变单结管Q1的导通角，改变单结管Q3的第二基极0-5V电压信号耦合到运算放大器AR2同相输入端信号的大小，改变运算放大器AR2、电阻R8、电阻R9组成的放大器的放大倍数，放大后信号经稳压管Z1、电阻R10、电阻R14、三极管Q1、三极管Q2组成的稳压器稳压后输出，所述并联分流电路接收变化率可控放大电路输出信号，经反向串联的稳压管Z2、Z3限幅后加到场效应管T2的栅极，场效应管T2栅极电压的大小会改变场效应管T2漏源间阻值，与电阻RT1、电阻RT2串联后与负载RL并联，以此分流达到保护负载的目的，所述过载保护电路接收变化率可控放大电路输出信号，超过稳压管Z4稳压值4.5V时，稳压管Z4击穿，变化率可控放大电路输出信号经并联的电阻R11和电解电容E1降压限流、电阻R12和电解电容E2延时0.3S后触发场效应管T1导通，接触器K1线圈得电，串在三相电源线上的接触器K1常闭触点断开，达到过载保护的目的；

所述电流检测电路包括电流互感器TA1，电流互感器TA1的上端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接电容C1的一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端，电阻R2的另一端分别连接电位器RP1的上端和可调端，电流互感器TA1的下端、电容C1的另一端、电位器RP1的下端均连接地，电阻R3的另一端分别连接运算放大器AR1的反相输入端、电阻R4的一端、电容C2的一端，运算放大器AR1的同相输入端通过电阻R5连接地，电阻R4的另一端、电容C2的另一端和运算放大器AR1的输出端为电流检测电路的输出信号；

所述变化率可控放大电路包括单结管Q3，单结管Q3的发射极、电阻R7的一端、电容C3的一端均连接运算放大器AR1的输出端，电阻R7的另一端分别连接单结管Q3的第二基极、电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接电阻R1的另一端，单结管Q3的第一基极分别连接电阻R6的一端、电阻R8的一端、运算放大器AR2的同相输入端、瞬态抑制二极管VD1的右端，电容C3的另一端和电阻R6的另一端连接地，运算放大器AR2的反相输入端通过电阻R9连接地，电阻R8的另一端分别连接瞬态抑制二极管VD1的左端、运算放大器AR1的输出端、稳压管Z1的负极，稳压管Z1的正极分别连接电阻R10的一端、三极管Q1的基极、三极管Q2的发射极，三极管Q1的集电极连接三极管Q2的基极、电阻R14的一端，三极管Q1的发射极连接电阻R10的另一端，三极管Q2的集电极和电阻R14的另一端为变化率可控放大电路的输出信号。

2.如权利要求1所述电气系统过载保护装置，其特征在于，所述并联分流电路包括稳压管Z2、电阻R15、电解电容E3、场效应管T2，稳压管Z2的正极、电阻R15的一端、电解电容E3的正极、场效应管T2的栅极均连接三极管Q2的集电极，稳压管Z2的负极连接稳压管Z3的负极，稳压管Z3的正极、电阻R15的另一端、电解电容E3的负极均连接地，场效应管T2的漏极接负载RL的供电端，场效应管T2的源极连接电阻RT1的一端，电阻RT1的另一端分别连接电容C4的一端、电阻RT2的一端，电阻RT2的另一端连接地，电容C4的另一端连接大地；

所述过载保护电路包括稳压管Z4，稳压管Z4的负极连接三极管Q2的集电极，稳压管Z4的正极分别连接电阻R11的一端、电解电容E1的负极，电阻R11的另一端分别连接电解电容E1的正极、电解电容E2的正极、电阻R12的一端、电阻R13的一端、场效应管T1的栅极，场效应管T1的漏极分别连接接触器K1线圈的一端、二极管D1的正极，电阻R13的另一端、接触器K1线圈的另一端、二极管D1的负极均连接电源+12V，场效应管T1的源极、电阻R12的另一端、电解电容E2的负极均连接地，接触器K1常闭触点的上端分别经熔断器RU1、熔断器RU2、熔断器RU2连接在三相电源线上，接触器K1常闭触点的下端为负载RL提供电源。

Images