CN201838536U - 自供电型数字继电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自供电型数字继电器，包括断路器执行机构、采集用电流互感器和控制装置，所述控制装置设有整流电路、隔离用电流互感器、低通滤波电路、模/数转换电路、微处理器和电源管理电路，所述采集用电流互感器的输出端连接对应的所述控制装置整流电路的输入端，所述整流电路的输出端连接所述电源管理电路的电源输入端，所述隔离用电流互感器采集对应的整流电路的输入线路上的电流信号，其输出端连接所述模/数转换电路的输入端，所述模/数转换电路与所述微处理器通过串行总线通信，所述微处理器的控制信号输出线路连接所述跳闸电控开关的控制端。本实用新型不需要设置外部电源，对被控线路的控制灵活、精确、可靠。

Description

自供电型数字继电器

技术领域

本实用新型涉及一种自供电型数字继电器。

背景技术

现有继电器装置包括断路器执行机构以及用于控制执行机构动作的控制装置，所述控制装置根据被控线路的电流、电压等信号进行故障分析判断，在发生故障或到达其它跳闸标准时自动控制执行机构动作。其主要缺陷为：用于控制分析的是模拟量，因此影响控制精度；二是需要采用外部电源，不仅供电成本高，维护不便，而且还易于出现因电源失效导致的控制失效。

实用新型内容

为克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种自供电型数字继电器，这种继电器采用数字分析方式进行故障分析，并且不需要设置外部电源。

本实用新型实现上述目的的技术方案是：一种自供电型数字继电器，包括断路器、采集用电流互感器执行机构和控制装置，所述控制装置包括一个或多个采集用电流互感器、一个或多个整流电路、一个或多个隔离用电流互感器、一个或多个低通滤波电路、模/数转换电路、微处理器和电源管理电路，所述采集用电流互感器采集与其对应的被控线路的电流信号，其输出端连接与其对应的所述整流电路的输入端，所述整流电路的输出端连接所述电源管理电路的电源输入端，所述隔离用电流互感器采集与其对应的整流电路的输入线路上的电流信号，其输出端连接所述模/数转换电路的输入端，所述模/数转换电路的输出端连接所述微处理器的信号输入端，所述电源管理电路的输出用作其他各部分的电源，并通过跳闸控制线与所述断路器执行机构的控制端连接，所述跳闸控制线上设有跳闸电控开关，所述微处理器的控制信号输出线路连接所述跳闸电控开关的控制端。

本实用新型的有益效果是：由于通过模/数转换电路将模拟量转换为数字量，并采用微处理器进行数据分析，由此不仅提高了分析处理的能力和速度，而且提高了分析处理的精度，并允许通过程序和参数的设置，采用各种更为灵活和有效的控制方式，使控制更全面、更精确、更准确、更迅速、更灵活；由于通过采集用电流互感器获得感应电流，并经过整流电路和电源管理电路形成可以向其他各部分供电的电源，由此不需要另行设置外部辅助电源，不仅有利于简化产品结构，降低生产成本和运行费用，而且使用寿命长，可以保证长期有效地供电，减少了因电源失效导致的控制失效。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

参见图1，一种自供电型数字继电器，包括断路器执行机构KM、一个或多个采集用电流互感器CT1和控制装置，所述控制装置包括一个或多个整流电路、一个或多个隔离用电流互感器CT2、一个或多个低通滤波电路、模/数转换电路A/D、微处理器uP和电源管理电路，所述采集用电流互感器采集与其对应的被控线路的电流信号，其输出端连接与其对应的所述整流电路的输入端，所述整流电路的输出端连接所述电源管理电路的电源输入端，所述隔离用电流互感器采集与其对应的整流电路的输入线路上的电流信号，其输出端连接所述模/数转换电路的输入端，所述模/数转换电路的输出端连接所述微处理器的信号输入端，所述电源管理电路的输出用作其他各部分的电源，并通过跳闸控制线与所述断路器执行机构的控制端连接，所述跳闸控制线上设有跳闸电控开关K，所述微处理器的控制信号输出线路连接所述跳闸电控开关的控制端。

所述的各种电流互感器可以采用任意适宜的形式，当用于采集相应线路的电流信号时，通常应将该线路作为电流互感器的一次绕组，通过该线路的交变电流在电流互感器的测量线圈(二次绕组)上产生出感应电流，该感应电流在一定范围内与相应线路上的电流具有一定的比例关系，由此可以判断出相应线路上的电流情况，进而判断出是否存在故障以及故障的性质。根据所采用的电流互感器的特点，就可以确定在需要该电流互感器采用某个线路的电流信号时，如何将该电流互感器与该线路进行连接。

所述电控开关可以采用任意适宜的形式，例如各种电路或元件构成的电子开关或接触器，其控制方式可以采用相应的现有技术。

所述采集用电流互感器、整流电路、隔离用电流互感器和低通滤波电路的数量可以均选择为3个，由此适应于对三相交流电线路的控制。所述模/数转换电路、微处理器和电源管理电路的数量可以均选择为1个，以简化产品结构。

所述低通滤波电路的输出端与所述模/数转换电路的输入端可以通过采样和保持电路连接，具体连接方式为所述低通滤波电路的输出端连接所述采样和保持电路的输入端，所述采样和保持电路的输出端连接所述模/数转换电路的输入端。设置所述采样和保持电路后，可以通过微处理器控制采样时间和周期，以更好地适于微处理器的数字化处理。

所述模/数转换电路可以通过高速串行总线与所述微处理器通信连接，并由此实现所述模/数转换电路的输出端与所述微处理器的信号输入端之间的连接。

所述断路器执行机构优选为低能量型的永磁型结构。

所述整流电路可以采用硅桥整流电路，以便在保证整流效果的同时，降低产品成本和运行电耗。

所述电源管理电路可以由顺序连接的升压充电控制电路和稳压控制电路组成，所述升压充电控制电路的输入端构成所述电源管理电路的输入端，所述稳压控制电路的输出端构成所述电源管理电路的输出端。通常，所述电源管理电路连接有一个或多个储能元件，例如，所述升压充电控制电路的输入端可以连接有电能缓存电容，以便对输入的电能进行缓存，稳定输入端电压，所述升压充电控制电路的输出端可以连接有主储能电容，以便进行电能存储，在周期工作方式下或没有感应电流输入的情况下，保持供电的稳定。

优选地，所述电能缓存电容可以采用电解电容，所述主储能电容可以采用超级电容。

这种自供电型数字继电器还可以设有比较电路和硬件保护电路，所述比较电路的输入端连接所述各低通滤波电路的输出端，所述比较电路的输出端连接所述硬件保护电路的输入端，所述硬件保护电路的输出信号线路连接所述跳闸电控开关的控制端。由此，在微处理器及有关电路出现故障时，可以通过这些硬件电路继续进行有效的控制。

所述微处理器可以与所述硬件保护电路相互通信连接，以实现微处理器同硬件保护电路之间的通信，协调两套控制系统的工作，在微处理器及其相应电路有效工作的情况下，由微处理器进行相应的控制，在微处理器及其相应电路出现问题后，由硬件电路进行控制。

本实用新型的工作原理简单为：

本产品不需要任何外部辅助电源，通过采集用电流互感器获得感应电流进行对微处理器等供电，同时向断路器执行机构提供跳闸控制的能量。由于采用了微处理器等电路，本产品具有较宽的整定范围，可选择跳闸特性曲线来保护各种不同的设备，其中的采集用电流互感器的电流输出不仅作为供电用的能量，而且还可以形成电流的测量值，该测量电流通过隔离用电流互感器进行电气隔离，并通过阻容低通的低通滤波电路过滤掉高频干扰，然后按比例转换成模拟电压信号，该模拟电压信号通过采样和保持电路输入专用的A/D芯片(模/数转换电路)，转换成数字信号，通过高速串行总线与微处理器通信，将该数字信号送入微处理器。微处理器可以依据一定的采样方式进行采样，例如对工频交流信号(50Hz)进行定间隔采样，采样频率为800Hz，即每周期16点，并采用高效率的数字信号处理算法，对离散后的信号进行计算，得到相应的电流有效值。为了保证采样精度，微处理器在采样阶段一般应切断采集用电流互感器对电源管理电路的充电线路，此功能通过电源管理电路实现。

保护定值参数存放在掉电保持的非易失性存储器中，微处理器实时比较计算值和保护整定值，如果相电流超过启动值，装置给出报警，通过设定的跳闸延时后，相应的断电器被驱动跳闸。

为了避免单片机程序(微处理器)运行或存储器异常对故障跳闸功能的影响，还可以增加一个由比较电路和硬件保护电路组成的硬件保护体系，当单片机程序或存储器故障或发生异常后，硬件保护体系被激活，当电流信号超过设定阈值后，硬件保护体系输出控制信号驱动断电器做跳闸动作。

Claims (10)

1.一种自供电型数字继电器，包括断路器执行机构、采集用电流互感器和控制装置，其特征在于所述控制装置包括一个或多个整流电路、一个或多个隔离用电流互感器、一个或多个低通滤波电路、模/数转换电路、微处理器和电源管理电路，所述采集用电流互感器采集与其对应的被控线路的电流信号，其输出端连接与其对应的所述整流电路的输入端，所述整流电路的输出端连接所述电源管理电路的电源输入端，所述隔离用电流互感器采集与其对应的整流电路的输入线路上的电流信号，其输出端连接所述模/数转换电路的输入端，所述模/数转换电路的输出端连接所述微处理器的信号输入端，所述电源管理电路的输出用作其他各部分的电源，并通过跳闸控制线与所述断路器执行机构的控制端连接，所述跳闸控制线上设有跳闸电控开关，所述微处理器的控制信号输出线路连接所述跳闸电控开关的控制端。

2.如权利要求1所述的自供电型数字继电器，其特征在于所述采集用电流互感器、整流电路、隔离用电流互感器和低通滤波电路的数量均为3个，所述模/数转换电路、微处理器和电源管理电路的数量均为1个，所述被控线路为被控的交流电路的三个相线。

3.如权利要求2所述的自供电型数字继电器，其特征在于所述低通滤波电路的输出端与所述模/数转换电路的输入端通过采样和保持电路连接，具体连接方式为所述低通滤波电路的输出端连接所述采样和保持电路的输入端，所述采样和保持电路的输出端连接所述模/数转换电路的输入端。

4.如权利要求3所述的自供电型数字继电器，其特征在于所述模/数转换电路通过高速串行总线与所述微处理器通信连接，并由此实现所述模/数转换电路的输出端与所述微处理器的信号输入端之间的连接。

5.如权利要求4所述的自供电型数字继电器，其特征在于所述断路器执行机构为低能量型的永磁型结构。

6.如权利要求5所述的自供电型数字继电器，其特征在于所述整流电路采用硅桥整流电路。

7.如权利要求6所述的自供电型数字继电器，其特征在于所述电源管理电路由顺序连接的升压充电控制电路和稳压控制电路组成，所述升压充电控制电路的输入端连接有电能缓存电容，所述升压充电控制电路的输出端连接有主储能电容，所述升压充电控制电路的输入端构成所述电源管理电路的输入端，所述稳压控制电路的输出端构成所述电源管理电路的输出端。

8.如权利要求7所述的自供电型数字继电器，其特征在于所述电能缓存电容采用电解电容，所述主储能电容采用超级电容。

9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的自供电型数字继电器，其特征在于还设有比较电路和硬件保护电路，所述比较电路的输入端连接所述各低通滤波电路的输出端，所述比较电路的输出端连接所述硬件保护电路的输入端，所述硬件保护电路的输出信号线路连接所述跳闸电控开关的控制端。

10.如权利要求9所述的自供电型数字继电器，其特征在于所述微处理器与所述硬件保护电路相互通信连接。

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