CN1617407A - 智能漏电脱扣器 - Google Patents

Abstract

本发明属于低压漏电开关系列，具体涉及一种智能漏电脱扣器。包括有脱扣电源、信号采集放大回路和脱扣驱动电路，其特征在于：脱扣电源采用二极管D1、D2、D3、D4，经过浪涌保护电路后的三相电源分别连接到D1的正极，D2的正极和D4的负极，D3的负极与D2的正极相连，D1的负极与D2的负极相连，D3的正极与D4的正极相连组成脱扣电源电路，开关电源电路由D5、D7、D11、D13，稳压管D6、D17，电阻R4、R5、R8，电容C1、C2、C3、C5，三极管Q1、场效应管Q2、电感L5所组成，信号采集放大电路的零序互感器断线检测电路由电阻R44、R45、R46、三极管Q4和零序互感器J6组成；本发明具有可以精确地控制脱扣动作及脱扣动作时间，不受其它因素影响和一致性好等优点。

Description

智能漏电脱扣器

技术领域

本发明属于低压漏电开关系列，具体涉及一种智能漏电脱扣器。

背景技术

在已有技术中，传统的漏电开关基本上是采用阻容方式，由并联在零序互感感器上电阻将电流转换成电压信号，并经过二极管整流后，供给可控硅触发电路；可控硅触发电路为阻容连接方式；二极管整流后的电信号经过电阻向电容充电，当电容两端的电压达到一定值时，触发可控硅；驱动脱扣；其改变漏电保护电流大小的方法是修改并联在零序互感器两端的电阻；而改变脱扣时间则是调整可控硅触发电路的电阻与电容值，脱扣时间与电阻、电容的乘积成正比。上述技术存在有以下不足：脱扣保护动作电流及脱扣动作时间由阻容决定，受阻容影响大，精度低；无零序互感器及脱扣器断线检测，需要定期测试漏电开关工作是否正常；脱扣保护动作电流及脱扣动作时间不可调，不能根据现场需要调整脱扣保护动作电流及脱扣动作时间；无温度保护。

发明内容

本发明为克服上述不足，提供一种可以精确地控制脱扣动作电流及脱扣动作时间的智能漏电脱扣器。

实现本发明目的的技术方案是：智能漏电脱扣器，包括有脱扣电源、信号采集放大回路和脱扣驱动电路，其特征在于：所述的脱扣电源采用二极管D1、D2、D3、D4，经过浪涌保护电路后的三相电源分别连接到D1的正极，D2的正极和D4的负极，D3的负极与D2的正极相连，D1的负极与D2的负极相连，D3的正极与D4的正极相连，经D1、D2、D3、D4整流后，组成脱扣电源电路，脱扣

电源连接到D7的正极；

所述的开关电源电路由D5、D7、D11、D13，稳压管D6、D17，电阻R4、R5、R8，电容C1、C2、C3、C5，三极管Q1、场效应管Q2、电感L5所组成，脱扣电源与二极管D7的正极相连，经D7的负极对电容C2充电，C2两端电压经R8加于场效应管Q2的控制极，使场效应管Q2导通；脱扣电源连接场效应管Q2的漏极，经场效应管Q2的源极后，连接电感L5后连接电容C3的正极，脱扣电源经过场效应管Q2，电感L5对C3充电，同时，脱扣电源通过R4与R5分压后对C1充电；C1连接到二极管D5的正极，D5的负极连接到三极管Q1的基极，当C1上电压值超过1.4V时，C1通过二极管D5使三极管Q1导通，由于场效应Q2的控制极与三极管Q1的集电极相连接，三极管Q1导通后，场效应管Q2的控制极被三极管Q1钳位到较低电压，迫使场效应管Q2关断；从而使脱扣电源通过场效应管Q2电感L5对C3充电的回路切断；因为流经电感的电流不能突变；D13的正极与电容C3的负极连接后接电源公共端，D13的负极接电感的一端，电感的另一端接电容C3的正极；D13与C3又构成电感L5的续流回路，电感L5再次对C3充电，从而完成一个完整的充电过程；D6的负极与三级管Q1的集电极相连，正极与三极管Q1的发射极相连后接电源的公共端，二极管D11的正极与场效应管的控制极三极管Q1的集电极相连，D11的负极接D17的负极，D17的正极接场效应管的源极；D6、D11、D17为保护元件，D6用于钳位Q1的集电极电压，确保Q1不会因为过压而击穿；同时，在Q1的控制回路失效时，D6与Q2仍能构成一个线性稳压电源，不至于使后级电路部分瞬间被高压损坏；D11与D17用于保护Q2，使Q2的GS端电压钳位在一允许值；

所述的信号采集放大电路的零序互感器断线检测电路由电阻R44、R45、R46、三极管Q4和零序互感器J6组成；信号采集放大回路电阻R44与零序互感器并联后，再与R45串联，接于三极管Q4的集电极上；当需要检测时，驱动信号通过R46加到三极管Q4的基极，Q4导通；Q4的集电极对地；电阻R44、零序互感器及电阻R45对直流偏置电压VREF分压；当零序互感器正常时，由于零序互感器的直流电阻小，与R44并联后，R44分得的电压信号较低；当零序互感器断线时，仅由R44与R45分压；R44分得的电压信号较高；R44两端的电压信号经放大后，由AD回路读入判断；电压值较低时，零序互感器正常，反之断线；

所述的脱扣驱动的脱扣器断线及缺相检测电路组成由脱扣器J2电阻R14、R15及稳压管D12组成；当脱扣器断线时，引入电源信号的回路被切断，检测信号通过R15接地，无电压值；而缺相检测则是利用图所示波形的占空比，在正常三相供电的情况下，t1与t2的占空比为5∶1(t1/t2＝5)；而当发生缺相时，t1与t2的占空比为1∶1(t1/t2＝1)；利用不同的占空比，即可判断是否发生缺相；因此，当检测信号无电压值时，发生脱扣器断线，而当检测信号的占空比为1∶1时，即为缺相。

本发明的工作原理是：由零序互感器采集漏电电流信号，经放大后，送入CPU内部AD采集，并由CPU判断电流大小，并按照设定的保护电流及保护动作时间进行保护，保护时由CPU发出脱扣指令，经脱扣驱动部分后，控制脱扣器脱扣，同时CPU也实时检测脱扣器断线，缺相，零序互感器断线等状态，并用指示灯输出的方式显示检测到的状态。

本发明的优点是：采用工业级微控制器，可以精确地控制脱扣动作及脱扣动作时间，不受其它因素影响，一致性好；具有脱扣器及零序互感器断线检测；脱扣保护动作电流及脱扣动作时间可分级调节，能根据现场需要调整脱扣保护动作电流及脱扣动作时间；内部集成了温度传感器，具有超温保护功能；具有电压缺相保护功能，并可配置为缺相脱扣保护；配备状态指示灯，可以指示漏电电流半电流，脱扣器断线、零序互感器断线、以及缺相等状态，脱扣器状态一目了然，无需定期测试；电源为50HZ开关电源，可单相、三相工作，工作电压范围宽，从50-420V范围均能工作，且体积小。

附图说明

图1本发明的工作原理图

图2本发明的电路结构方框图

图3为整流后的三相电源波形

图4为缺相时整流后的电源波形

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明，如图1和图2所示，智能漏电脱扣器，包括有脱扣电源、信号采集放大回路和脱扣驱动电路，脱扣电源采用二极管D1、D2、D3、D4，经过浪涌保护电路后的三相电源分别连接到D1的正极，D2的正极和D4的负极，D3的负极与D2的正极相连，D1的负极与D2的负极相连，D3的正极与D4的正极相连，经D1、D2、D3、D4整流后，组成脱扣电源电路，脱扣电源波形如图3所示，脱扣电源连接到D7的正极。开关电源电路由D5、D7、D11、D13，稳压管D6、D17，电阻R4、R5、R8，电容C1、C2、C3、C5，三极管Q1、场效应管Q2、电感L5所组成，脱扣电源与二极管D7的正极相连，经D7的负极对电容C2充电，C2两端电压经R8加于场效应管Q2的控制极，使场效应管Q2导通；脱扣电源连接场效应管Q2的漏极，经场效应管Q2的源极后，连接电感L5后连接电容C3的正极，脱扣电源经过场效应管Q2，电感L5对C3充电，同时，脱扣电源通过R4与R5分压后对C1充电；C1连接到二极管D5的正极，D5的负极连接到三极管Q1的基极，当C1上电压值超过1.4V时，C1通过二极管D5使三极管Q1导通，由于场效应Q2的控制极与三极管Q1的集电极相连接，三极管Q1导通后，场效应管Q2的控制极被三极管Q1钳位到较低电压，迫使场效应管Q2关断；从而使脱扣电源通过场效应管Q2电感L5对C3充电的回路切断；因为流经电感的电流不能突变；D13的正极与电容C3的负极连接后接电源公共端，D13的负极接电感的一端，电感的另一端接电容C3的正极；D13与C3又构成电感L5的续流回路，电感L5再次对C3充电，从而完成一个完整的充电过程；D6的负极与三级管Q1的集电极相连，正极与三极管Q1的发射极相连后接电源的公共端，二极管D11的正极与场效应管的控制极三极管Q1的集电极相连，D11的负极接D17的负极，D17的正极接场效应管的源极；D6、D11、D17为保护元件，D6用于钳位Q1的集电极电压，确保Q1不会因为过压而击穿；同时，在Q1的控制回路失效时，D6与Q2仍能构成一个线性稳压电源，不至于使后级电路部分瞬间被高压损坏；D11与D17用于保护Q2，使Q2的GS端电压钳位在一允许值。信号采集放大电路的零序互感器断线检测电路由电阻R44、R45、R46、三极管Q4和零序互感器J6组成；信号采集放大回路电阻R44与零序互感器并联后，再与R45串联，接于三极管Q4的集电极上；当需要检测时，驱动信号通过R46加到三极管Q4的基极，Q4导通；Q4的集电极对地；电阻R44、零序互感器及电阻R45对直流偏置电压VREF分压；当零序互感器正常时，由于零序互感器的直流电阻小，与R44并联后，R44分得的电压信号较低；当零序互感器断线时，仅由R44与R45分压；R44分得的电压信号较高；R44两端的电压信号经放大后，由AD回路读入判断；电压值较低时，零序互感器正常，反之断线。脱扣驱动的脱扣器断线及缺相检测电路组成由脱扣器J2电阻R14、R15及稳压管D12组成；当脱扣器断线时，引入电源信号的回路被切断，检测信号通过R15接地，无电压值；而缺相检测则是利用图3、图4所示波形的占空比，在正常三相供电的情况下，脱扣电源波形如图4所示：t1与t2的占空比为5∶1(t1/t2＝5)；而当发生缺相时，t1与t2的占空比为1∶1(t1/t2＝1)；利用不同的占空比，即可判断是否发生缺相；因此，当检测信号无电压值时，发生脱扣器断线，而当检测信号的占空比为1∶1时，即为缺相。工作过程为：三相50Hz电源经过D1、D2、D3、D4整流后，对C2充电，C2两端电压上升；Q2导通，电源通过Q2对C3充电。当电源电压上升到一定值时，Q1导通，Q2截止。完成一个充电过程。经过线性稳压后，向MCU及信号采集回路提供电源。零序电流信号从J6引入，并在R44两端形成电压，并在加入直流分量VREF后，送入U6-B及U6-C放大。U6-B及U6-C分别对应着不同的量程，放大后的信号送入到MCU中的AD采集模块，进行处理。当无漏电电流信号时，需要判断零序互感器是否断线，采用的方法是：通过R46加入信号使Q4导通，如果零序互感器正常，R44两端电压为R44与零序互感器并联后的电阻与R45分压。由于零序互感器直流电阻小，所以分得的电压相对较小。当零序互感器断开时，则是R44与R45分压，分得的电压较高，R44上的电压信号经放大后送入到MCU处理。MCU就可以根据电压信号的高低判断零序互感器是否断线。MCU内部集成了温度传感器及AD模块，温度信号及电流信号经AD模块转换成数字信号后，由MCU处理。MCU根据当前的温度及电流值进行保护，其中保护动作电流及保护动作时间由整定部分确定。MCU在检测到脱扣器断线、零序互感器断线、缺相、漏电电流半电流时，输出相应的状态指示，另外，当R27无效时，检测到缺相会产生脱扣保护动作。脱扣动作电流及脱扣动作时间整定输入接口设定MCU的脱扣动作时间及保护电流，并为外部提供脱扣器的状态指示。MCU产生的脱扣信号经R11使Q3导通后，接于J2上的脱扣器动作。产生脱扣动作。切断电源。脱扣器断线及缺相检测信号从R14与R15中间点采集，正常三相供电时，R14与R15中间点的信号占空比达到5/6，如图3所示；缺相时，占空比为1/2，如图4所示；如果脱扣器断线，则无信号。MCU根据占空比及信号的有无就可以判断出当前的状态。MCU通过指示灯将零序互感器断线、缺相、脱扣器断线等内部状态显示出来。

实施例2：当电源为缺相方式时，其工作方式为单相电源供电。工作过程同上。

Claims (1)

1、智能漏电脱扣器，包括有脱扣电源、信号采集放大回路和脱扣驱动电路，其特征在于：所述的脱扣电源采用二极管D1、D2、D3、D4，经过浪涌保护电路后的三相电源分别连接到D1的正极，D2的正极和D4的负极，D3的负极与D2的正极相连，D1的负极与D2的负极相连，D3的正极与D4的正极相连，经D1、D2、D3、D4整流后，组成脱扣电源电路，脱扣电源连接到D7的正极；

所述的开关电源电路由D5、D7、D11、D13，稳压管D6、D17，电阻R4、R5、R8，电容C1、C2、C3、C5，三极管Q1、场效应管Q2、电感L5所组成，脱扣电源与二极管D7的正极相连，经D7的负极对电容C2充电，C2两端电压经R8加于场效应管Q2的控制极，使场效应管Q2导通；脱扣电源连接场效应管Q2的漏极，经场效应管Q2的源极后，连接电感L5后连接电容C3的正极，脱扣电源经过场效应管Q2，电感L5对C3充电，同时，脱扣电源通过R4与R5分压后对C1充电；C1连接到二极管D5的正极，D5的负极连接到三极管Q1的基极，当C1上电压值超过1.4V时，C1通过二极管D5使三极管Q1导通，由于场效应Q2的控制极与三极管Q1的集电极相连接，三极管Q1导通后，场效应管Q2的控制极被三极管Q1钳位到较低电压，迫使场效应管Q2关断；从而使脱扣电源通过场效应管Q2电感L5对C3充电的回路切断；因为流经电感的电流不能突变；D13的正极与电容C3的负极连接后接电源公共端，D13的负极接电感的一端，电感的另一端接电容C3的正极；D13与C3又构成电感L5的续流回路，电感L5再次对C3充电，从而完成一个完整的充电过程；D6的负极与三级管Q1的集电极相连，正极与三极管Q1的发射极相连后接电源的公共端，二极管D11的正极与场效应管的控制极三极管Q1的集电极相连，D11的负极接D17的负极，D17的正极接场效应管的源极；D6、D11、D17为保护元件，D6用于钳位Q1的集电极电压，确保Q1不会因为过压而击穿；同时，在Q1的控制回路失效时，D6与Q2仍能构成一个线性稳压电源，不至于使后级电路部分瞬间被高压损坏；D11与D17用于保护Q2，使Q2的GS端电压钳位在一允许值；

所述的信号采集放大电路的零序互感器断线检测电路由电阻R44、R45、R46、三极管Q4和零序互感器J6组成；信号采集放大回路电阻R44与零序互感器并联后，再与R45串联，接于三极管Q4的集电极上；当需要检测时，驱动信号通过R46加到三极管Q4的基极，Q4导通；Q4的集电极对地；电阻R44、零序互感器及电阻R45对直流偏置电压VREF分压；当零序互感器正常时，由于零序互感器的直流电阻小，与R44并联后，R44分得的电压信号较低；当零序互感器断线时，仅由R44与R45分压；R44分得的电压信号较高；R44两端的电压信号经放大后，由AD回路读入判断；电压值较低时，零序互感器正常，反之断线；

所述的脱扣驱动的脱扣器断线及缺相检测电路组成由脱扣器J2电阻R14、R15及稳压管D12组成；当脱扣器断线时，引入电源信号的回路被切断，检测信号通过R15接地，无电压值；而缺相检测则是利用图所示波形的占空比，在正常三相供电的情况下，t1与t2的占空比为5∶1(t1/t2＝5)；而当发生缺相时，t1与t2的占空比为1∶1(t1/t2＝1)；利用不同的占空比，即可判断是否发生缺相；因此，当检测信号无电压值时，发生脱扣器断线，而当检测信号的占空比为1∶1时，即为缺相。