CN113949031A - 电机保护器的电源装置及其供电方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种电机保护器的电源装置及其供电方法。电机保护器通过经由供电线圈感应电机的供电线路中的交流电并利用整流装置将所感应的交流电转变为直流电来接收电能，所述电源装置包括：第一供电单元，接收和储存所述电能，并向所述电机保护器的脱扣装置供电；第二供电单元，接收所述电能，并向所述电机保护器的计算及控制装置供电；第三供电单元，接收和储存所述电能，并向所述电机保护器的重合闸装置供电；以及控制单元，控制所述第一供电单元、所述第二供电单元、所述第三供电单元接收所述电能的顺序，以使得首先由所述第一供电单元接收所述电能，然后由所述第二供电单元接收所述电能，最后由所述第三供电单元接收所述电能。

Description

电机保护器的电源装置及其供电方法
技术领域
本公开涉及一种电机保护器的电源装置及其供电方法，尤其涉及能够更快速地实现接地故障保护功能、同时兼顾自动重合闸功能的电机保护器的电源装置及其供电方法。
背景技术
通常使用电机保护器来实现电机的启动和保护。电机保护器的保护功能可包括热过载保护、接地故障保护、缺相保护等。在电机发生绝缘失效、从而产生对地电流时，需要执行接地故障保护。接地故障保护的目的是防止绝缘进一步失效而最终造成短路故障，所以该保护要求响应时间短。例如，在国际电工委员会(International ElectrotechnicalCommission，IEC)制定的关于低压开关设备和控制设备的标准IEC 60947-1中，要求A类设备在1.1倍接地故障保护阈值下，需在1秒内脱扣。
提供接地故障保护功能的电机保护器可由辅助电源供电或自供电。由辅助电源供电的电机保护器需要客户在现场提供额外电源，并增加额外接线。自供电的电机保护器通常采用电流供电，其所能接收的电能、启动并完成保护功能的时间受电机的负载电流的影响。
发明内容
本公开涉及一种电机保护器的电源装置及其供电方法，能够更快速地启动及并实现接地故障保护功能、同时兼顾该电机保护器在热过载情况下的自动重合闸功能。
根据本公开的一方面，提供了一种电机保护器的电源装置，所述电机保护器通过经由供电线圈感应电机的供电线路中的交流电并利用整流装置将所感应的交流电转变为直流电来接收电能，所述电源装置包括：第一供电单元，接收和储存所述电能，并向所述电机保护器的脱扣装置供电；第二供电单元，接收所述电能，并向所述电机保护器的计算及控制装置供电；第三供电单元，接收和储存所述电能，并向所述电机保护器的重合闸装置供电；以及控制单元，控制所述第一供电单元、所述第二供电单元、所述第三供电单元接收所述电能的顺序，以使得首先由所述第一供电单元接收所述电能，然后由所述第二供电单元接收所述电能，最后由所述第三供电单元接收所述电能。
根据本公开的再一方面，提供了一种电机保护器的电源装置的供电方法，所述电机保护器通过经由供电线圈感应电机的供电线路中的交流电并利用整流装置将所感应的交流电转变为直流电来接收电能，所述电源装置包括第一供电单元、第二供电单元、第三供电单元和控制单元，所述供电方法包括：由第一供电单元接收和储存所述电能，并向所述电机保护器的脱扣装置供电；由第二供电单元接收所述电能，并向所述电机保护器的计算及控制装置供电；由第三供电单元接收和储存所述电能，并向所述电机保护器的重合闸装置供电，其中所述控制单元控制所述第一供电单元、第二供电单元、第三供电单元接收所述电能的顺序，以使得首先由所述第一供电单元接收所述电能，然后由所述第二供电单元接收所述电能，最后由所述第三供电单元接收所述电能。
根据本公开的实施例，设置了第一、第二、第三供电单元以分别向电机保护器的脱扣装置、计算及控制装置以及重合闸装置供电。通过控制第一、第二、第三供电单元接收电能的顺序，能够给予与实现接地故障保护功能的脱扣装置相关联的第一供电单元最高的储能优先级，从而使得即使在额定电流较小的情况下，也能够更快速地启动及并实现接地故障保护功能；同时，根据本公开的实施例，考虑了与电机保护器在热过载情况下的自动重合闸功能相关联的重合闸装置的储能，从而能够在实现接地故障保护功能的情况下还兼顾自动重合闸功能。
附图说明
通过下面结合附图对实施例的描述，本公开的方面、特征和优点将变得更加清楚和容易理解，其中：
图1是根据本公开实施例的自供电的电机保护器的示意电路模块图；
图2是根据本公开实施例的电源装置的示意电路模块图；
图3是根据本公开另一实施例的电源装置的示意电路模块图；
图4示出根据本公开实施例的电源装置的示意电路图；
图5示出根据本公开实施例的电源装置的工作流程图；以及
图6示出了根据本公开实施例的电机保护器的电源装置的供电方法的流程图。
具体实施方式
下面将参考本公开的示例性实施例对本公开进行详细描述。然而，本公开不限于这里所描述的实施例，其可以以许多不同的形式来实施。所描述的实施例仅用于使本公开彻底和完整，并全面地向本领域的技术人员传递本公开的构思。所描述的各个实施例的特征可以互相组合或替换，除非明确排除或根据上下文应当排除。
自供电的电机保护器经由供电线圈接收电能，从而为电机保护器内的各个电路或装置供电。具体地，由电机保护器的三相电流互感器(即，供电线圈)感应电机的供电线路中的三相交流电，然后由电机保护器的整流装置将所感应的交流电转变为直流电，继而利用该直流电为电机保护器内的各个电路或装置供电。因此，自供电的电机保护器所能接收的电能、启动并完成保护功能的时间与电机的负载电流有关。例如，在负载电流是最小额定电流条件下，供电线圈的输出功率仅为100mW，而电机保护器内的脱扣装置所需的驱动功率约为600mW，从而无法保证发生接地故障的时候完成脱扣。
本公开的实施例提出一种电机保护器的电源装置，设置了第一、第二、第三供电单元以分别向电机保护器的脱扣装置、计算及控制装置以及重合闸装置供电。第一供电单元与实现接地故障保护功能的脱扣装置相关联，并且能够预先存储用于脱扣的电能。通过控制第一、第二、第三供电单元接收电能的顺序，能够给予第一供电单元最高的储能优先级，从而使得即使在额定电流较小的情况下，也能够更快速地(例如1秒内)启动及并实现接地故障保护功能。此外，根据本公开的实施例，第三供电单元与实现电机保护器在热过载情况下的自动重合闸功能的重合闸装置相关联，并且能够预先存储用于自动重合闸的电能，从而能够在实现接地故障保护功能的情况下还兼顾自动重合闸功能。
图1是根据本公开实施例的自供电的电机保护器100的示意电路模块图。如图1所示，电机保护器100包括供电线圈110、整流装置120、电源装置 130、脱扣装置140、计算及控制装置150和重合闸装置160。供电线圈110 感应电机的供电线路中的三相交流电，然后整流装置120将所感应的交流电转变为直流电。电源装置130接收该直流电，继而为电机保护器100内的脱扣装置140、计算及控制装置150和重合闸装置160分别供电。脱扣装置140 用于在故障或过载等情况下实现脱扣功能。计算及控制装置150例如可以是微控制单元(MCU)，用于计算接地故障电流、判断是否发生故障、控制是否驱动脱扣装置140等计算和控制逻辑处理。重合闸装置160用于在由于热过载而脱扣的情况下，在经过预定时间后，实现自动重合闸功能。
图2是根据本公开实施例的电机保护器的电源装置200的示意电路模块图。电源装置200可以包括第一供电单元210，接收和储存电能，并向电机保护器的脱扣装置140供电。如上所述，在负载电流是最小额定电流条件下，供电线圈的输出功率可能无法满足电机保护器内的脱扣装置所需的驱动功率，从而无法保证发生接地故障的时候完成脱扣。因此，需要预先存储用于脱扣的电能。在一实施例中，如图2所示，第一供电单元210可以包括第一储能子单元2101，用于接收电能以储存电能，并利用所储存的电能向电机保护器的脱扣装置140供电，从而保证发生接地故障时，有足够的驱动功率用以驱动脱扣装置140。
电源装置200还可以包括第二供电单元220，接收电能，并向电机保护器的计算及控制装置150供电。如上所述，计算及控制装置150可以是微控制单元(MCU)，对于MCU而言，其供电电压通常为3.3V。因此需要将输入电压降压为3.3V左右以提供给MCU。在一实施例中，如图2所示，第二供电单元220可以包括第一电源子单元2201，用于接收电能，并以计算及控制装置150所需的第一输出电压(例如，3.3V)向计算及控制装置150供电。该第一输出电压可以根据电路的实际配置而设置。
如上所述，根据本公开的电机保护器能够在实现接地故障保护功能的情况下还兼顾自动重合闸功能。因此，电源装置200还可以包括第三供电单元 230，接收和储存电能，并向电机保护器的重合闸装置160供电。在脱扣装置 140脱扣后，电机停止运转，供电线圈110无法感应到电流，从而电机保护器无供电电流。因此，需要预先存储用于自动重合闸的电能。在一实施例中，如图2所示，第三供电单元230可以包括第二储能子单元2302，用于储存电能，并利用所储存的电能向重合闸装置160供电。此外，由于重合闸装置160 所需驱动功率较大，因此第二储能子单元2302需要较大的输入电压。在此情况下，第三供电单元230还可以包括第二电源子单元2301，用于接收电能，并以第二储能子单元2302所需的第二输出电压(例如30V或更大)向第二储能子单元2302供电，该第二输出电压可以根据电路的实际配置而设置。在又一实施例中，为了避免流入第二电源子单元2301的瞬时电流过大，如图2所示，第三供电单元230还可以包括限流电路2303。限流电路2303连接在第二电源子单元2301和整流装置120之间(例如经由控制单元240连接到整流装置120)，以使得从整流装置120流入第二电源子单元2301的电流小于或等于第一电流阈值Cth1。该第一电流阈值Cth1可以根据电路的实际配置而设置。
根据本公开的实施例，电源装置200中分别设置了第一供电单元210、第二供电单元220、第三供电单元230以分别向电机保护器的脱扣装置140、计算及控制装置150以及重合闸装置160供电。然而，如上所述，在例如标准IEC 60947-1中，对于脱扣时间也进行了要求(例如，1秒内)。如果对于脱扣装置140、计算及控制装置150以及重合闸装置160的供电时间不加限制，例如使它们同时被供电，则势必会影响第一储能子单元2101的储能时间，从而影响启动并实现接地故障保护的时间。
为了能够更快速地实现接地故障保护功能，根据本公开实施例的电源装置对于第一供电单元210、第二供电单元220、第三供电单元230接收电能的时序也进行了控制。
如上所述，接地故障保护功能要求短的脱扣时间，因此从供电角度来说，应给予第一供电单元210最高的优先级，使其尽快接收并储满电能。这里的储满电能是指即使供电线圈完全不提供电流，所储存的电能也足以驱动脱扣装置。
其次，只有计算及控制装置150运转起来，才能计算接地故障电流、判断是否发生故障、控制是否驱动脱扣装置140等，因此从供电角度来说，应给予第二供电单元220仅次于第一供电单元210的优先级。
最后，只有由于热过载导致脱扣的情况下才允许执行自动重合闸功能，只发生接地故障时不需要执行自动重合闸功能。对于过载保护来说，过载电流较小(例如1.2倍额定电流)情况下，冷态脱扣时间大致为30分钟至2小时,热态脱扣时间也大于1分钟，因此允许延迟给第三供电单元230供电。而过载电流较大(例如7.2倍额定电流)情况下，供电线圈的供电能力强，足以使第一供电单元210迅速完成储能以及给第二供电单元220供电，并使第三供电单元230开始接收电能。此外，在执行自动重合闸功能之前，还需由例如MCU判断例如实时电流大小、当前热容值、上电时间等条件，在满足各项条件的情况下，才执行自动重合闸。因此从供电角度，第三供电单元230 的优先级最低。
因此，如图2所示，电源装置200还可以包括控制单元240，用于控制第一供电单元210、第二供电单元220、第三供电单元230接收电能的顺序，以使得首先由第一供电单元210接收电能，然后由第二供电单元220接收电能，最后由第三供电单元230接收电能，从而使得即使在额定电流较小的情况下，也能够更快速地启动及并实现接地故障保护功能，同时还兼顾自动重合闸功能。
在一实施例中，如图2所示，通过在控制单元中设置第一控制子单元2401 和第二控制子单元2402来实现上述时序控制。第一控制子单元2401连接在整流装置120和第二供电单元220之间。具体地，第一控制子单元2401的第一输入端连接整流装置120的输出端，输出端连接第二供电单元220。只有当第一控制子单元2401的第一输入端的电压大于第一电压阈值Vth1时，第一控制子单元2401才控制第二供电单元220开始接收电能。当第一控制子单元2401的第一输入端的电压大于第一电压阈值Vth1时，表示第一供电单元 210已完成储能，从而第二供电单元220可以开始接收电能，由此保证第一供电单元210先于第二供电单元220接收电能。
第二控制子单元2402连接在整流装置120和第三供电单元230之间。具体地，第二控制子单元2402的第一输入端连接整流装置120的输出端，输出端连接第三供电单元230。只有当第二控制子单元2402的第一输入端的电压大于第二电压阈值Vth2时，第二控制子单元2402才控制第三供电单元230 开始接收电能。第二电压阈值Vth2可以大于第一电压阈值Vth1，从而保证第二供电单元220先于第三供电单元230接收电能。
在第二供电单元220和/或第三供电单元230已经开始接收电能的情况下，供电线圈的供电能力也可能由于某种原因而下降，从而可能影响第一供电单元的正常工作。例如，由于供电线圈的供电能力下降而不足以向第二供电单元220和/或第三供电单元230供电时，第二供电单元220和/或第三供电单元 230可能会从第一供电单元210所储存的电能中汲取电能，从而影响第一供电单元210的正常工作。为了避免这种情况，控制单元240还可以对第二供电单元220和第三供电单元230停止接收电能的时机进行限定。在一实施例中，当第一控制子单元2401的第一输入端的电压小于第三电压阈值Vth3时，第一控制子单元2401控制第二供电单元220停止接收电能。第三电压阈值 Vth3可以小于或等于第一电压阈值Vth1，即，用于控制第二供电单元220开始和停止接收电能的电压阈值可以相同或不同。相对于第三电压阈值Vth3等于第一电压阈值Vth1的情况，在第三电压阈值Vth3小于第一电压阈值Vth1 的情况下，可以延长控制第二供电单元220接收电能的时间。在又一实施例中，当第二控制子单元2402的第一输入端的电压小于第四电压阈值Vth4时，第二控制子单元2402控制第三供电单元230停止接收电能。第四电压阈值 Vth4可以小于或等于第二电压阈值Vth2，即，用于控制第三供电单元230开始和停止接收电能的电压阈值可以相同或不同。相对于第四电压阈值Vth4等于第二电压阈值Vth2的情况，在第四电压阈值Vth4小于第二电压阈值Vth2 的情况下，可以延长控制第三供电单元230接收电能的时间。第四电压阈值 Vth4可以大于第三电压阈值Vth3，从而在供电线圈的供电能力不足时，首先使得第三供电单元230停止接收电能，在供电线圈的供电能力继续恶化时，使得第二供电单元220停止接收电能。
在另一实施例中，为了保证第一、第三供电单元能够分别储存电能，减小第一至第三供电单元相互间的影响(即，防反接功能)，还可以加入防反接单元，如图3所示。图3是根据本公开另一实施例的电源装置300的示意电路模块图，图3与图2的区别在于图3中的电源装置300还包括第一防反接单元350、第二防反接单元360和第三防反接单元370。第一防反接单元350 的输入端连接整流装置120的输出端，第一防反接单元350的输出端分别连接第二防反接单元360的输入端和第三防反接单元370的输入端，用于为整个电源装置提供防反接。第二防反接单元360的输出端连接第一供电单元210，用于为其提供进一步的防反接。第三防反接单元370的输入端和输出端分别连接控制单元240，具体地，第三防反接单元370的输出端分别连接第一控制子单元2401的第一输入端和第二输入端，从而为后续的第二供电单元220 提供进一步的防反接。此外，在一个实施例中，可以在第三供电单元230包含的限流电路2303中设置额外的防反接单元，以为第三供电单元230提供进一步的防反接。在又一实施例中，第三防反接单元370的输出端也可以分别连接第二控制子单元2402的第一输入端和第二输入端，从而为后续的第三供电单元230提供进一步的防反接。在再一实施例中，可以在第一至第三供电单元的每个中都设置额外的防反接单元，以为其提供进一步的防反接。此外，如图3所示，在设置了各个防反接单元的情况下，第二控制子单元2402的第一输入端可以连接第三防反接单元370的输出端，并且第二控制子单元2402 第二输入端可以连接第三防反接单元370的输入端，从而控制第三供电单元 230对电能的接收。
在又一实施例中，为了避免从供电线圈流入电源装置的电流电压过大从而造成电源装置内的元件损坏，还可以加入保护单元380，如图3所示。保护单元380的第一输入端连接第一防反接单元350的输出端，第二输入端连接整流装置120的输出端，保护单元380的输出端连接参考地，在从供电线圈流入电源装置的电流电压过大而导致保护单元380的第一输入端的电压大于第五电压阈值Vth5时，保护单元380可以将过大的电流电压泄放至参考地，从而使得第一供电单元210、第二供电单元220、第三供电230单元停止接收电能。在第一供电单元210、第二供电单元220、第三供电230单元停止接收电能的情况下，当由于第一、第三供电单元储存的电能的释放而导致保护单元380的第一输入端的电压小于第六电压阈值Vth6时，第一供电单元210、第二供电单元220、第三供电230单元可以恢复接收电能。也就是说，当保护单元380的第一输入端的电压小于第六电压阈值Vth6时，保护单元380可以使得第一供电单元210开始接收电能，从而第二供电单元220、第三供电单元230也可以后续基于控制单元240的控制而接收电能。第六电压阈值Vth6 可以小于第五电压阈值Vth5，从而保证电源装置内的元件免受损坏。
根据本公开的上述实施例，在自供电的电机保护器的电源装置中设置了第一、第二、第三供电单元以分别向电机保护器的脱扣装置、计算及控制装置以及重合闸装置供电。通过控制第一、第二、第三供电单元接收电能的顺序，能够给予第一供电单元最高的储能优先级，从而使得即使在额定电流较小的情况下，也能够更快速地(例如1秒内)启动及并实现接地故障保护功能。此外，第三供电单元能够预先存储用于自动重合闸的电能，从而能够在实现接地故障保护功能的情况下还兼顾自动重合闸功能。
本公开的电源装置的各个单元可以通过各种具体电路实现。图4示出根据本公开实施例的电源装置400的示意电路图。需要说明的是图4中的各个单元的具体结构可以分别单独适用或被其它合适的结构替换。
如图4所示，第一防反接单元450、第二防反接单元460、第三防反接单元470可以分别是第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3，第一二极管D1的阳极连接整流装置120，阴极分别连接第二二极管D2、第三二极管D3的阳极，用于为整个电源装置提供防反接。第二二极管D2的阴极连接第一供电单元410，用于为其提供进一步的防反接。第三二极管D3的阴极分别连接第一控制子单元4401的第一和第二输入端，从而为后续的第二供电单元420提供进一步的防反接。第三二极管D3的阴极还连接第二控制子单元 4402的第一输入端，并且第三二极管D3的阳极还连接第二控制子单元4402 的第二输入端。
第一供电单元410中包括的第一储能子单元可以是电容器C1，连接在第二防反接单元460和脱扣装置140之间，用以接收电能并储存电能，利用所储存的电能向脱扣装置140供电。电容器C1的电容值可以根据电路的实际配置而设置。需要说明的是，虽然图4中将第一储能子单元示出为电容器C1，然而第一储能子单元并不限于电容器，在一实施例中，第一储能子单元也可以是储能电池。
第二供电单元420中包括的第一电源子单元可以是降压电路BUCK，连接在第一控制子单元4401和计算及控制装置150之间，用以接收电能，并以计算及控制装置450所需的第一输出电压向其供电。该第一输出电压可以根据电路的实际配置而设置。
第三供电单元430中包括的限流电路可以是常见的限流器CL，连接在第二控制子单元4402和第二电源子单元之间，使得从整流装置120流入第二电源子单元的电流小于或等于第一电流阈值Cth1。该第一电流阈值Cth1可以根据电路的实际配置而设置。如上所述，在一个实施例中，第三供电单元430 中包括的限流电路也可以是限流器CL与防反接单元的组合。
第三供电单元430中包括的第二电源子单元可以是升压电路BOOST，连接在限流电路和第二储能子单元之间，用以接收电能，并以第二储能子单元所需的第二输出电压向第二储能子单元供电，该第二输出电压可以根据电路的实际配置而设置。
第三供电单元430中包括的第二储能子单元可以是电容器C2，连接在第二电源子单元和重合闸装置160之间，用以接收电能并储存电能，利用所储存的电能向重合闸装置160供电。电容器C2的电容值可以根据电路的实际配置而设置。需要说明的是，虽然图4中将第二储能子单元示出为电容器C2，然而第二储能子单元并不限于电容器，在一实施例中，第二储能子单元也可以是储能电池。
第一控制子单元4401可以包括第一滞回电压比较电路VC1和第一电子开关SW1。第一电子开关SW1连接于第三防反接单元470的输出端和第二供电单元420之间，第一滞回电压比较电路VC1的输入端连接第三防反接单元470的输出端，第一滞回电压比较电路VC1的输出端连接第一电子开关 SW1的控制端。第一滞回电压比较电路VC1的输入端对应于第一控制子单元 4401的第一输入端，第一电子开关SW1连接于第三防反接单元470的输出端的一端对应于第一控制子单元4401的第二输入端，第一电子开关SW1连接于第二供电单元420的一端对应于第一控制子单元4401的输出端。
滞回电压比较电路是一种特殊的电压比较电路，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。滞回电压比较电路具有不相等的两个阈值。例如，当输入电压逐渐增大至第一阈值时，滞回电压比较电路可以输出高电平；而当输入电压逐渐减小至第二阈值时，滞回电压比较电路可以输出低电平。在本公开实施例中，当第一滞回电压比较电路VC1的输入端的电压大于第一电压阈值Vth1 时，第一滞回电压比较电路VC1的输出端输出控制信号使第一电子开关SW1 闭合，以使第二供电单元420开始接收电能；当第一滞回电压比较电路VC1 的输入端的电压小于第三电压阈值Vth3时，第一滞回电压比较电路的输出端输出控制信号使第一电子开关SW1断开，以使第二供电单元420停止接收电能。第一电压阈值Vth1大于第三电压阈值Vth3。
常用的电子开关具有多种，例如IGBT，GTO(可关断晶闸管)，三极管， MOS(金属氧化物半导体)管等，本领域的技术人员可以根据实际应用场景选择，例如，在本公开实施例中，当第一电子开关SW1为MOS管时，其栅极为控制端，连接至第一滞回电压比较电路VC1的输出端；其源极和漏极分别连接至第二供电单元420(降压电路BUCK的输入端)和第三防反接单元 470(第三二极管D3)的输出端。
第二控制子单元4402包括第二滞回电压比较电路VC2和第二电子开关 SW2，第二电子开关SW2连接于第三防反接单元470的输入端和第三供电单元430之间，第二滞回电压比较电路VC2的输入端连接第三防反接单元470 的输出端，第二滞回电压比较电路VC2的输出端连接第二电子开关SW2的控制端。第二滞回电压比较电路VC2的输入端对应于第二控制子单元4402 的第一输入端，第二电子开关SW2连接于第三防反接单元470的输入端的一端对应于第二控制子单元4402的第二输入端，第二电子开关SW2连接于第三供电单元430的一端对应于第二控制子单元4402的输出端。在本公开实施例中，当第二滞回电压比较电路VC2的输入端的电压大于第二电压阈值Vth2 时，第二滞回电压比较电路VC2的输出端输出控制信号使第二电子开关SW2 闭合，以使第三供电单元430开始接收电能；当第二滞回电压比较电路VC2 的输入端的电压小于第四电压阈值Vth4时，第二滞回电压比较电路VC2的输出端输出控制信号使第二电子开关SW2断开，以使第三供电单元430停止接收电能。第二电压阈值Vth2大于第四电压阈值Vth4。
在本公开实施例中，当第二电子开关SW2为MOS管时，其栅极为控制端，连接至第二滞回电压比较电路VC2的输出端；其源极和漏极分别连接至第三供电单元430(限流器CL的输入端)和第三防反接单元470(第三二极管D3)的输入端。
保护单元480可以包括第三滞回电压比较电路VC3和第三电子开关SW3，第三电子开关SW3连接于整流装置120的输出端和参考地之间，第三滞回电压比较电路VC3的输入端连接第一防反接单元450的输出端，第三滞回电压比较电路VC3的输出端连接第三电子开关SW3的控制端。第三滞回电压比较电路VC3的输入端对应于保护单元480的第一输入端，第三电子开关SW3 连接于整流装置120的输出端的一端对应于保护单元480的第二输入端，第三电子开关SW3连接于参考地的一端对应于保护单元480的输出端。
在本公开实施例中，当第三滞回电压比较电路VC3的输入端的电压大于第五电压阈值Vth5时，第三滞回电压比较电路VC3的输出端输出控制信号使第三电子开关SW3闭合，将过大的电流电压泄放至参考地，使第一供电单元410、第二供电单元420、第三供电单元430停止接收电能；当第三滞回电压比较电路VC3的输入端的电压小于第六电压阈值Vth6时，第三滞回电压比较电路VC3的输出端输出控制信号使第三电子开关SW3断开，以使第一供电单元410可以开始接收电能，从而第二供电单元420、第三供电单元430 也可以后续基于控制单元440的控制而接收电能。第五电压阈值Vth5大于第六电压阈值Vth6。
在本公开实施例中，当第三电子开关SW3为MOS管时，其栅极为控制端，连接至第三滞回电压比较电路VC3的输出端；其源极和漏极分别连接至参考地和整流装置120的输出端。
图5示出根据本公开实施例的电源装置的工作流程图。下面参照图4中电源装置的结构对图5的流程图做简单说明。在S5010，电机启动，开始有电能输入电源装置。在S5020，电源装置的保护单元380持续确定第一防反接单元450的输出端的电压是否大于第五电压阈值Vth5。如果确定该电压不大于第五电压阈值Vth5，则在S5040，第一供电单元210开始接收电能；否则，如果确定该电压大于第五电压阈值Vth5，则保护单元380使得第一供电单元210、第二供电单元220、第三供电单元230都无法接收电能，从而避免过大的电流电压对电源装置造成损害。此外，如果第一供电单元210、第二供电单元220、第三供电单元230都没有接收电能，保护单元380持续监测第一防反接单元450的输出端的电压。在S5030，如果第一防反接单元450 的输出端的电压小于第六电压阈值Vth6，则在S5040，保护单元380使得第一供电单元210可以开始接收电能。需要说明的是，这里的S5020和S5030 在电源装置的整个工作过程中持续执行，与S5040～S5120相比并没有先后顺序。
在S5050，第一控制子单元2401确定其第一输入端的电压是否大于第一电压阈值Vth1，如果该电压大于第一电压阈值Vth1，则在S5060，第一控制子单元2401使得第二供电单元220开始接收电能。
在S5070，第二控制子单元2402确定其第一输入端的电压是否大于第二电压阈值Vth2，如果该电压大于第二电压阈值Vth2，则在S5080，第二控制子单元2402使得第三供电单元230开始接收电能。
此外，在第二供电单元220接收电能的情况下，第一控制子单元2401 持续监测其第一输入端的电压，如果在S5090，第一控制子单元2401确定该电压小于第三电压阈值Vth3，则在S5100，第一控制子单元2401使得第二供电单元220停止接收电能。
此外，在第三供电单元230接收电能的情况下，第二控制子单元2402 持续监测其第一输入端的电压，如果在S5110，第二控制子单元2402确定该电压小于第四电压阈值Vth4，则在S5120，第二控制子单元2402使得第三供电单元230停止接收电能。
图6示出了根据本公开实施例的电机保护器的电源装置的供电方法600 的流程图。该电机保护器通过经由供电线圈感应电机的供电线路中的交流电并利用整流装置将所感应的交流电转变为直流电来接收电能。该供电方法600 可以应用于自供电的电机保护器的电源装置，例如上述图1-图4所描述的电源装置。供电方法600包括步骤S610-S630。在步骤S610中，电源装置接收电能，并向电机保护器的脱扣装置供电；在步骤S620中，电源装置接收电能，并向电机保护器的计算及控制装置供电；在步骤S630中，电源装置接收电能，并向电机保护器的重合闸装置供电。上述步骤可以通过电源装置的任何合适的硬件或硬件结合软件执行。例如，电源装置可以包括上述第一供电单元、第二供电单元、第三供电单元。步骤S610可以由上述第一供电单元执行，即，在步骤S610，由第一供电单元接收和储存电能，并向电机保护器的脱扣装置供电。例如，步骤S620可以由上述第二供电单元执行，即，在步骤S620，由第二供电单元接收电能，并向电机保护器的计算及控制装置供电。例如，步骤S630可以由上述第三供电单元执行，即，在步骤S630，由第三供电单元接收和储存电能，并向电机保护器的重合闸装置供电。此外，电源装置还控制第一供电单元、第二供电单元、第三供电单元接收电能的顺序，以使得首先由第一供电单元接收电能，然后由第二供电单元接收电能，最后由第三供电单元接收电能，从而使得首先向电机保护器的脱扣装置供电，然后向电机保护器的计算及控制装置供电，最后向电机保护器的重合闸装置供电。上述时序控制也可以通过电源装置的任何合适的硬件或硬件结合软件执行，例如，通过电源装置内包括的上述控制单元执行。
根据本公开的实施例的供电方法，通过控制第一、第二、第三供电单元接收电能的顺序，能够给予第一供电单元最高的储能优先级，从而使得即使在额定电流较小的情况下，也能够更快速地(例如1秒内)启动及并实现接地故障保护功能。此外，第三供电单元能够接收电能并向重合闸装置供电，从而在实现接地故障保护功能的情况下还兼顾自动重合闸功能。
本公开所描述的硬件计算装置的整体或其部件可以通过各种合适的硬件手段实现，包括但不限于FPGA、ASIC、SoC、离散门或晶体管逻辑、离散的硬件组件、或它们之间的任意组合。
本公开中涉及的电路、器件、装置、设备、系统的方框图仅作为示例性的例子并不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些电路、器件、装置、设备、系统，只要能够实现所期望的目的即可。
本领域技术人员应该理解，上述的具体实施例仅是例子而非限制，可以根据设计需求和其它因素对本公开的实施例进行各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在所附权利要求或其等同的范围内，即属于本公开所要保护的权利范围。

Claims (16)

1.一种电机保护器的电源装置，所述电机保护器通过经由供电线圈感应电机的供电线路中的交流电并利用整流装置将所感应的交流电转变为直流电来接收电能，所述电源装置包括：
第一供电单元，接收和储存所述电能，并向所述电机保护器的脱扣装置供电；
第二供电单元，接收所述电能，并向所述电机保护器的计算及控制装置供电；
第三供电单元，接收和储存所述电能，并向所述电机保护器的重合闸装置供电；以及
控制单元，控制所述第一供电单元、所述第二供电单元、所述第三供电单元接收所述电能的顺序，以使得首先由所述第一供电单元接收所述电能，然后由所述第二供电单元接收所述电能，最后由所述第三供电单元接收所述电能。
2.如权利要求1所述的电源装置，其中，所述控制单元包括：
第一控制子单元，连接在所述整流装置和所述第二供电单元之间，所述第一控制子单元的第一输入端连接所述整流装置的输出端，输出端连接所述第二供电单元，当所述第一控制子单元的第一输入端的电压大于第一电压阈值时，所述第一控制子单元控制所述第二供电单元开始接收所述电能；以及
第二控制子单元，连接在所述整流装置和所述第三供电单元之间，所述第二控制子单元的第一输入端连接所述整流装置的输出端，输出端连接所述第三供电单元，当所述第二控制子单元的第一输入端的电压大于第二电压阈值时，所述第二控制子单元控制所述第三供电单元开始接收所述电能，
其中，所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值。
3.如权利要求2所述的电源装置，其中
当所述第一控制子单元的第一输入端的电压小于第三电压阈值时，所述第一控制子单元控制所述第二供电单元停止接收所述电能，所述第三电压阈值小于或等于所述第一电压阈值；
当所述第二控制子单元的第一输入端的电压小于第四电压阈值时，所述第二控制子单元控制所述第三供电单元停止接收所述电能，所述第四电压阈值小于或等于所述第二电压阈值，
所述第四电压阈值大于所述第三电压阈值。
4.如权利要求1-3中任一项所述的电源装置，其中
所述第一供电单元包括第一储能子单元，所述第一储能子单元接收所述电能以储存电能，并利用所储存的电能向所述电机保护器的脱扣装置供电。
5.如权利要求1-3中任一项所述的电源装置，其中
所述第二供电单元包括第一电源子单元，所述第一电源子单元接收所述电能，并以所述电机保护器的计算及控制装置所需的第一输出电压向所述计算及控制装置供电。
6.如权利要求1-3中任一项所述的电源装置，其中
所述第三供电单元包括第二电源子单元和第二储能子单元，
所述第二电源子单元接收所述电能，并以所述第二储能子单元所需的第二输出电压向所述第二储能子单元供电；
所述第二储能子单元接收所述第二电源子单元所提供的电能以储存电能，并利用所储存的电能向所述重合闸装置供电。
7.如权利要求6所述的电源装置，其中
所述第三供电单元还包括连接在所述第二电源子单元和所述整流装置之间的限流电路，以使得从所述整流装置流入所述第二电源子单元的电流小于或等于第一电流阈值。
8.如权利要求2或3所述的电源装置，还包括第一防反接单元、第二防反接单元和第三防反接单元，其中
所述第一防反接单元的输入端连接所述整流装置的输出端，所述第一防反接单元的输出端分别连接所述第二防反接单元的输入端和第三防反接单元的输入端；
所述第二防反接单元的输出端连接所述第一供电单元；
所述第三防反接单元的输出端分别连接所述第一控制子单元的第一输入端和第二输入端以及所述第二控制子单元的第一输入端，所述第三防反接单元的输入端连接所述第二控制子单元的第二输入端。
9.如权利要求8所述的电源装置，还包括保护单元，其中
所述保护单元的第一输入端连接所述第一防反接单元的输出端，所述保护单元的第二输入端连接所述整流装置的输出端，所述保护单元的输出端连接参考地，在所述保护单元的第一输入端的电压大于第五电压阈值时，所述保护单元使得所述第一供电单元、所述第二供电单元、所述第三供电单元停止接收所述电能；以及
在所述保护单元的第一输入端的电压小于第六电压阈值时，所述保护单元使得所述第一供电单元开始接收所述电能，所述第六电压阈值小于所述第五电压阈值。
10.如权利要求8所述的电源装置，其中
所述第一控制子单元包括第一滞回电压比较电路和第一电子开关，所述第一电子开关连接于所述第三防反接单元的输出端和所述第二供电单元之间，所述第一滞回电压比较电路的输入端连接所述第三防反接单元的输出端，所述第一滞回电压比较电路的输出端连接所述第一电子开关的控制端；
所述第二控制子单元包括第二滞回电压比较电路和第二电子开关，所述第二电子开关连接于所述第三防反接单元的输入端和所述第三供电单元之间，所述第二滞回电压比较电路的输入端连接所述第三防反接单元的输出端，所述第二滞回电压比较电路的输出端连接所述第二电子开关的控制端，
其中，当所述第一滞回电压比较电路的输入端的电压大于第一电压阈值时，所述第一滞回电压比较电路的输出端输出控制信号使所述第一电子开关闭合，以使所述第二供电单元开始接收所述电能；
当所述第一滞回电压比较电路的输入端的电压小于第三电压阈值时，所述第一滞回电压比较电路的输出端输出控制信号使所述第一电子开关断开，以使所述第二供电单元停止接收所述电能；
当所述第二滞回电压比较电路的输入端的电压大于第二电压阈值时，所述第二滞回电压比较电路的输出端输出控制信号使所述第二电子开关闭合，以使所述第三供电单元开始接收所述电能；
当所述第二滞回电压比较电路的输入端的电压小于第四电压阈值时，所述第二滞回电压比较电路的输出端输出控制信号使所述第二电子开关断开，以使所述第三供电单元停止接收所述电能。
11.如权利要求4所述的电源装置，其中
所述第一储能子单元是电容器。
12.如权利要求5所述的电源装置，其中
所述第一电源子单元是降压电路。
13.如权利要求6或7所述的电源装置，其中
第二电源子单元是升压电路，所述第二储能子单元是电容器。
14.如权利要求8所述的电源装置，其中
所述第一防反接单元、所述第二防反接单元、所述第三防反接单元分别是二极管，所述第一防反接单元、所述第二防反接单元、所述第三防反接单元的输入端分别是所述二极管的阳极，所述第一防反接单元、所述第二防反接单元、所述第三防反接单元的输出端分别是所述二极管的阴极。
15.如权利要求9所述的电源装置，其中
所述保护单元包括第三滞回电压比较电路和第三电子开关，所述第三电子开关连接于所述整流装置的输出端和所述参考地之间，所述第三滞回电压比较电路的输入端连接所述第一防反接单元的输出端，所述第三滞回电压比较电路的输出端连接所述第三电子开关的控制端，
其中，在所述第三滞回电压比较电路的输入端的电压大于第五电压阈值时，所述第三滞回电压比较电路的输出端输出控制信号使所述第三电子开关闭合，以使所述第一供电单元、所述第二供电单元、所述第三供电单元停止接收所述电能，
并且，其中在所述第三滞回电压比较电路的输入端的电压小于第六电压阈值时，所述第三滞回电压比较电路的输出端输出控制信号使所述第三电子开关断开，以使所述第一供电单元开始接收所述电能。
16.一种电机保护器的电源装置的供电方法，所述电机保护器通过经由供电线圈感应电机的供电线路中的交流电并利用整流装置将所感应的交流电转变为直流电来接收电能，所述电源装置包括第一供电单元、第二供电单元、第三供电单元和控制单元，所述供电方法包括：
由第一供电单元接收和储存所述电能，并向所述电机保护器的脱扣装置供电；
由第二供电单元接收所述电能，并向所述电机保护器的计算及控制装置供电；
由第三供电单元接收和储存所述电能，并向所述电机保护器的重合闸装置供电，其中
所述控制单元控制所述第一供电单元、第二供电单元、第三供电单元接收所述电能的顺序，以使得首先由所述第一供电单元接收所述电能，然后由所述第二供电单元接收所述电能，最后由所述第三供电单元接收所述电能。
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