CN204441855U - 一种欠电压脱扣装置 - Google Patents

Abstract

一种欠电压脱扣装置，包括交流电网接口模块、电压采样模块、欠压脱扣驱动模块、微处理器模块，交流电网接口模块的输出端分别与电压采样模块和欠压脱扣驱动模块连接，电压采样模块和欠压脱扣驱动模块还分别与微处理器模块连接，欠压脱扣驱动模块包括整流滤波电路和欠压脱扣线圈电路，欠压脱扣线圈电路包括欠压脱扣线圈和电控开关器件。解决了现有低压断路器采样外置的欠压脱扣器因受空间限制不利于采取技术措施导致故障率高、功能拓展不足等缺陷，和依赖智能控制器且与智能控制器的信息交互困难的缺陷。内置在智能控制器中的欠压脱扣装置，可以拓展功能，并使得智能控制器能综合处理欠压、短路和过载等故障。

Description

一种欠电压脱扣装置

技术领域

本实用新型涉及低压配电保护技术领域。具体地说，涉及一种欠电压脱扣装置。

背景技术

低压断路器作为配电系统中的重要电器元件之一，其作用是保护配电网络和工业设备免受短路、过载和接地等故障的损坏。传统断路器的检测和保护功能多由电磁元件完成，其动作时间长、保护精度低、整定困难。随着技术进步，对于单台断路器要求其模块化、智能化和自动化，对于供电系统中的多台断路器要求能实现联网通信、集中监控等，即智能断路器，也即采用了智能控制器的断路器。

欠电压脱扣器是断路器上的一种保护性部件，当电源电压低于预设值(如欠电压脱扣器额定电压的35％)时，欠电压脱扣器能保证断路器不合闸；当电源电压下降到一定电压(如欠电压脱扣器额定电压的35％～70％)时，欠电压脱扣器能使断路器脱扣；当电源电压高于一定值(如欠电压脱扣器额定电压的85％)时，欠电压脱扣器能保证断路器正常工作。因此，当受保护电路中电源电压发生一定的电压降时，能自动断开断路器切断电源，使负载电器或电气设备免受欠电压的损坏。

目前，万能式低压断路器DW45、DW450都采用外置欠压脱扣器，该欠压脱扣器由欠压脱扣电路、欠压脱扣线圈及欠压磁通组成，电压正常时欠压磁通吸合，当发生欠压时欠压磁通弹出，分断断路器并使断路器不能进行合闸操作。由于受安装空间的限制，欠压脱扣器具有故障率较高、无人机交互功能等不足。万能式低压断路器DW60的欠压脱扣器采用内置式欠压脱扣电路，当发生欠压时欠压线圈得电磁通弹出，电压恢复正常时欠压线圈由另一路吸合电路供电，磁通吸合。DW60要求智能控制器具有储能器件保证磁通能可靠动作，特别是欠压延时动作情况下，如果储能器件能量不够可能引起磁通动作不可靠。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于现有低压断路器采样外置的欠压脱扣器因受空间限制不利于采取技术措施导致故障率高、功能拓展不足等缺陷，或者依赖智能控制器且与智能控制器的信息交互困难的缺陷，从而提出一种内置在智能控制器中的欠压脱扣装置，可以拓展功能，并使得智能控制器能综合处理欠压、短路和过载等故障。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下技术方案：

一种欠电压脱扣装置，包括交流电网接口模块、电压采样模块、欠压脱扣驱动模块、微处理器模块，交流电网接口模块的输入端与交流电网连接、输出端分别与电压采样模块和欠压脱扣驱动模块连接，电压采样模块和欠压脱扣驱动模块还分别与微处理器模块连接，欠压脱扣驱动模块包括整流滤波电路和欠压脱扣线圈电路，欠压脱扣线圈电路包括欠压脱扣线圈和电控开关器件，整流滤波电路的输入端与交流电网接口模块的输出端连接、输出端与欠压脱扣线圈连接后与电控开关器件的输入端连接，电控开关器件的输出端与整流滤波电路的接地端共同接地，电控开关器件的控制端与微处理器模块连接。

优选地，欠压脱扣驱动模块还包括设置在电控开关器件的控制端与微处理器模块之间的隔离电路，隔离电路包括电阻R16、电阻R17、光耦芯片U3、电阻R18、电阻R19和稳压二极管TVS2，电阻R16的一端与微处理器模块连接、另一端与电阻R17连接后接地，电阻R16与电阻R17的连接处与光耦芯片U3的输入端连接，光耦芯片U3的输出端与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端分别与电阻R19的一端、稳压二极管TVS2的阴极连接，电阻R19的另一端、稳压二极管TVS2的阳极共同接地，稳压二极管TVS2的阴极与电控开关器件的控制端连接。

优选地，欠压脱扣驱动模块还包括设置在交流电网接口模块与整流滤波电路之间的过流过压保护电路和第一滤波电路，过流过压保护电路的输入端与交流电网接口模块的输出端连接、输出端与第一滤波电路的输入端连接，第一滤波电路的输出端与整流滤波电路的输入端连接。

优选地，电压采样模块包括依次连接的取样电阻电路和差动积分电路，还包括与差动积分电路连接的基准电压电路，取样电阻电路包括电阻R4-R11，差动积分电路包括运算放大器U2、电阻R14、电容C9和电容C10，基准电压电路包括电阻R12、电阻R13和电容C8，其中，电阻R4-R7依次串联连接后其一端通过交流电网接口模块与交流电网的火线连接、另一端与运算放大器U2的反相输入端连接，电阻R8-R11依次串联连接后其一端通过交流电网接口模块与交流电网的零线连接、另一端与运算放大器U2的同相输入端连接，电阻R14与电容C10并联后其一端与运算放大器U2的反相输入端连接、另一端与运算放大器U2的输出端连接，电阻R12的一端作为电压采样模块的基准电压输入端与提供基准电压的外接直流电源连接，电阻R12的另一端分别与电阻R13、电容C8的一端连接，该连接处与运算放大器U2的同相输入端连接，电阻R13和电容C8的另一端共同接地，运算放大器U2的电源输入端分别与外接电源、电容C9的一端连接，电容C9的另一端接地，运算放大器U2的输出端与微处理器模块连接。

优选地，还包括供电电源模块、第一电源模块、第二电源模块，供电电源模块的输入端可与交流电网连接、输出端分别与第一电源模块和第二电源模块连接，第一电源模块分别与电压采样模块、微处理器模块连接，第二电源模块与欠压脱扣驱动模块连接。

优选地，供电电源模块包括依次连接的整流电路和第二滤波电路，第二滤波电路包括并联的电容C1和电容C2，电容C1和电容C2的一端与整流电路连接，该连接处作为供电电源模块的输出端，电容C1和电容C2的另一端接地。

优选地，第一电源模块为降压型开关电源电路，包括控制芯片U1、电阻R1-R3、电容C5-C7、二极管D3、稳压二极管TVS1和电感L，控制芯片U1的第一输入端与供电电源模块的输出端连接，控制芯片U1的第二输入端和第三输入端分别与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与供电电源模块的输出端连接，电感L的一端分别与二极管D3的阴极、控制芯片U1的输出端连接，另一端分别与电容C6的一端、电容C7的一端、稳压二极管TVS1的阴极连接，该连接处与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端、控制芯片U1的反馈信号输入端连接，电阻R3的另一端接地，电容C6和电容C7的另一端、二极管D3的阳极、稳压二极管TVS1的阳极共同接地，稳压二极管TVS1的阴极分别与微处理器模块、电压采样模块的基准电压输入端和运算放大器U2的电源输入端连接。

优选地，第二电源模块包括依次连接的降压电路和第三滤波电路，第三滤波电路包括并联的电容C3和电容C4，电容C3和电容C4的一端分别与降压电路连接，该连接处与光耦芯片U3的电源输入端连接，电容C3和电容C4的另一端与降压电路共同接地。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1.本实用新型提供的欠压脱扣装置，除欠压脱扣线圈外，该欠电压脱扣装置的绝大部分电路结构都可内置于低压断路器的智能控制器中，不受空间限制，有利于采取技术措施，提高产品的可靠性。另外，还使得智能控制器能综合处理欠压、过载和短路等故障，由于智能控制器具有较好的人机交互功能，可以更方便地设置欠压保护的各种参数，并记录欠压故障信息，有利于配电故障的处理和分析。

2.本实用新型提供的欠压脱扣装置中的隔离电路用于隔离微处理器模块与欠压脱扣驱动模块，防止欠压脱扣驱动模块中的电磁干扰影响微处理器模块中的控制信号，从而提高该欠压脱扣装置的可靠性。同时，也可以防止因欠压脱扣驱动模块中的高压或过流干扰损害微处理器模块中的控制芯片。

3.本实用新型提供的欠压脱扣装置，设置了第一电源模块给电压采样模块提供5V的基准电压、给电压采样模块中的运算放大器提供5V的供电电压、给微处理器模块提供5V的供电电压，第二电源模块给欠压脱扣驱动模块中的光耦芯片提供15V的供电电压。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的一种欠电压脱扣装置原理框图；

图2是本实用新型实施例1的一种欠压脱扣驱动模块电路图；

图3是本实用新型实施例1的另一种欠压脱扣驱动模块电路图；

图4是本实用新型实施例1的一种电压采样模块电路图；

图5是本实用新型实施例2的一种欠电压脱扣装置原理框图；

图6是本实用新型实施例2的一种供电电源模块电路图；

图7是本实用新型实施例2的一种第一电源模块电路图；

图8是本实用新型实施例2的一种第二电源模块电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型内容，下面结合附图和实施例对本实用新型所提供的技术方案作进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种欠电压脱扣装置，包括交流电网接口模块、电压采样模块、欠压脱扣驱动模块、微处理器模块，交流电网接口模块的输入端与交流电网连接、输出端分别与电压采样模块和欠压脱扣驱动模块连接，电压采样模块和欠压脱扣驱动模块还分别与微处理器模块连接。如图2所示，其中欠压脱扣驱动模块包括整流滤波电路和欠压脱扣线圈电路，欠压脱扣线圈电路包括欠压脱扣线圈J和电控开关器件Q，整流滤波电路的输入端与交流电网接口模块的输出端连接、输出端与欠压脱扣线圈J连接后与电控开关器件Q的输入端连接，电控开关器件Q的输出端与整流滤波电路的接地端共同接地，电控开关器件Q的控制端与微处理器模块连接。其中，整流滤波电路包括整流芯片、电容C13和电容C14，整流芯片的输入端作为该整流滤波电路的输入端，整流芯片的输出端分别与电容C13、C14的一端连接，该连接处作为整流滤波电路的输出端，电容C13、C14的另一端与整流芯片的接地端共同接地。另外，欠压脱扣线圈电路还包括二极管D1和二极管D2，二极管D1与欠压脱扣线圈J并联，且其阴极与整流滤波电路的输出端连接、阳极与电控开关器件Q的输入端连接；二极管D2与电控开关器件Q并联，且其阴极与电控开关器件Q的输入端连接、阳极与电控开关器件Q的输出端连接。交流电网接口模块具体是通过低压断路器的母排与交流电网连接的。

除欠压脱扣线圈外，该欠电压脱扣装置的绝大部分电路结构都可内置于低压断路器的智能控制器中，不受空间限制，有利于采取技术措施，提高产品的可靠性。另外，还使得智能控制器能综合处理欠压、过载和短路等故障，由于智能控制器具有较好的人机交互功能，可以更方便地设置欠压保护的各种参数，并记录欠压故障信息，有利于配电故障的处理和分析。欠压脱扣线圈电路通过整流滤波电路与交流电网连接，并由微处理器模块根据电压采样模块采样获取的电网电压信号来控制欠压脱扣线圈回路的通断，当电网电压下降到一定值时，但又还能维持欠压脱扣线圈J的磁通吸合时，微处理器模块通过控制电控开关器件Q来断开欠压脱扣线圈电路，从而使得磁通弹出。

优选地，如图3所示，欠压脱扣驱动模块还包括设置在电控开关器件Q的控制端与微处理器模块之间的隔离电路，隔离电路包括电阻R16、电阻R17、光耦芯片U3、电阻R18、电阻R19和稳压二极管TVS2，电阻R16的一端与微处理器模块连接、另一端与电阻R17连接后接地，电阻R16与电阻R17的连接处与光耦芯片U3的输入端连接，光耦芯片U3的输出端与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端分别与电阻R19的一端、稳压二极管TVS2的阴极连接，电阻R19的另一端、稳压二极管TVS2的阳极共同接地，稳压二极管TVS2的阴极与电控开关器件Q的控制端连接。具体地，光耦芯片U3的电源输入端与第二电源模块的输出端连接、接地端接地。

上述隔离电路用于隔离微处理器模块与欠压脱扣驱动模块，防止欠压脱扣驱动模块中的电磁干扰影响微处理器模块中的控制信号，从而提高该欠压脱扣装置的可靠性。同时，也可以防止因欠压脱扣驱动模块中的高压或过流干扰损害微处理器模块中的控制芯片。

进一步优选地，如图3所示，欠压脱扣驱动模块还包括设置在交流电网接口模块与整流滤波电路之间的过流过压保护电路和第一滤波电路，过流过压保护电路的输入端与交流电网接口模块的输出端连接、输出端与第一滤波电路的输入端连接，第一滤波电路的输出端与整流滤波电路的输入端连接。具体地，过流过压保护电路包括过流保护器和过压保护器，该过流保护器可选熔断器等，该过压保护器可为压敏电阻。

其中，过流过压保护电路是防止因电网电压的不稳定或其他原因损害该欠压脱扣装置的电路器件，第一滤波电路是防止因电路中的干扰影响欠压脱扣线圈电路中的磁通动作，提高该欠压脱扣装置的工作可靠性。

优选地，如图4所示，电压采样模块包括依次连接的取样电阻电路和差动积分电路，还包括与差动积分电路连接的基准电压电路，取样电阻电路包括电阻R4-R11，差动积分电路包括运算放大器U2、电阻R14、电容C9和电容C10，基准电压电路包括电阻R12、电阻R13和电容C8，其中，电阻R4-R7依次串联连接后其一端通过交流电网接口模块与交流电网的火线连接、另一端与运算放大器U2的反相输入端连接，电阻R8-R11依次串联连接后其一端通过交流电网接口模块与交流电网的零线连接、另一端与运算放大器U2的同相输入端连接，电阻R14与电容C10并联后其一端与运算放大器U2的反相输入端连接、另一端与运算放大器U2的输出端连接，电阻R12的一端作为电压采样模块的基准电压输入端与提供基准电压的外接直流电源连接，电阻R12的另一端分别与电阻R13、电容C8的一端连接，该连接处与运算放大器U2的同相输入端连接，电阻R13和电容C8的另一端共同接地，运算放大器U2的电源输入端分别与外接电源、电容C9的一端连接，电容C9的另一端接地，运算放大器U2的输出端与微处理器模块连接。具体地，电压采样模块的基准电压输入端和运算放大器U2的电源输入端可分别与第一电源模块连接。

本实施例提供的差动积分采样电路上设置有相位补偿电阻，其不仅响应快而且失真小，还设置了基准电压电路来上拉了采样比较电压。

实施例2

如图5所示，本实施例提供了一种欠电压脱扣装置，与上述实施例1相比，本实施例还包括供电电源模块、第一电源模块、第二电源模块，供电电源模块的输入端可与交流电网连接、输出端分别与第一电源模块和第二电源模块连接，第一电源模块分别与电压采样模块、微处理器模块连接，第二电源模块与欠压脱扣驱动模块连接。

因电压采样模块所需的基准电压、电压采样模块中的运算放大器U2所需的供电电压、微处理器模块所需的供电电压和欠压脱扣驱动模块中的光耦芯片U3所需的供电电压是不一样的，因此本欠压脱扣装置设置了第一电源模块，输出5V电压，用于给电压采样模块和微处理器模块供电；还设置了第二电源模块，输出15V电压，用于给欠压脱扣驱动模块供电。

具体地，如图6所示，供电电源模块包括依次连接的整流电路和第二滤波电路，第二滤波电路包括并联的电容C1和电容C2，电容C1和电容C2的一端与整流电路连接，该连接处作为供电电源模块的输出端，电容C1和电容C2的另一端接地。该供电电源模块为转换模块，用于将交流电网电压转换为稳定低干扰的直流电压，如24V。该供电电源模块也可以是储能模块。

具体地，如图7所示，第一电源模块为降压型开关电源电路，包括控制芯片U1、电阻R1-R3、电容C5-C7、二极管D3、稳压二极管TVS1和电感L，控制芯片U1的第一输入端与供电电源模块的输出端连接，控制芯片U1的第二输入端和第三输入端分别与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与供电电源模块的输出端连接，电感L的一端分别与二极管D3的阴极、控制芯片U1的输出端连接，另一端分别与电容C6的一端、电容C7的一端、稳压二极管TVS1的阴极连接，该连接处与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端、控制芯片U1的反馈信号输入端连接，电阻R3的另一端接地，电容C6和电容C7的另一端、二极管D3的阳极、稳压二极管TVS1的阳极共同接地，稳压二极管TVS1的阴极分别与微处理器模块、电压采样模块的基准电压输入端和运算放大器U2的电源输入端连接。该第一电源模块用于将供电电源模块输出的24V直流电压转换为5V的稳定直流电压，并给微处理器模块、电压采样模块中的运算放大器U2供电，同时给电压采样模块提供基准电压。

具体地，如图8所示，第二电源模块包括依次连接的降压电路和第三滤波电路，第三滤波电路包括并联的电容C3和电容C4，电容C3和电容C4的一端分别与降压电路连接，该连接处与光耦芯片U3的电源输入端连接，电容C3和电容C4的另一端与降压电路共同接地，第二电源模块的输出端与隔离电路中的光耦芯片U3的电源输入端连接。该第二电源模块用于将供电电源模块输出的24V直流电压转换为15V的稳定低干扰直流电压，并给隔离电路中的光耦芯片U3供电。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种欠电压脱扣装置，其特征在于，包括交流电网接口模块、电压采样模块、欠压脱扣驱动模块、微处理器模块，所述交流电网接口模块的输入端与交流电网连接、输出端分别与所述电压采样模块和所述欠压脱扣驱动模块连接，所述电压采样模块和所述欠压脱扣驱动模块还分别与所述微处理器模块连接，所述欠压脱扣驱动模块包括整流滤波电路和欠压脱扣线圈电路，所述欠压脱扣线圈电路包括欠压脱扣线圈和电控开关器件，所述整流滤波电路的输入端与所述交流电网接口模块的输出端连接、输出端与所述欠压脱扣线圈连接后与所述电控开关器件的输入端连接，所述电控开关器件的输出端与所述整流滤波电路的接地端共同接地，所述电控开关器件的控制端与所述微处理器模块连接。

2.如权利要求1所述的一种欠电压脱扣装置，其特征在于，所述欠压脱扣驱动模块还包括设置在所述电控开关器件的控制端与所述微处理器模块之间的隔离电路，所述隔离电路包括电阻R16、电阻R17、光耦芯片U3、电阻R18、电阻R19和稳压二极管TVS2，所述电阻R16的一端与所述微处理器模块连接、另一端与所述电阻R17连接后接地，所述电阻R16与所述电阻R17的连接处与所述光耦芯片U3的输入端连接，所述光耦芯片U3的输出端与所述电阻R18的一端连接，所述电阻R18的另一端分别与所述电阻R19的一端、所述稳压二极管TVS2的阴极连接，所述电阻R19的另一端、所述稳压二极管TVS2的阳极共同接地，所述稳压二极管TVS2的阴极与所述电控开关器件的控制端连接。

3.如权利要求2所述的一种欠电压脱扣装置，其特征在于，所述欠压脱扣驱动模块还包括设置在所述交流电网接口模块与所述整流滤波电路之间的过流过压保护电路和第一滤波电路，所述过流过压保护电路的输入端与所述交流电网接口模块的输出端连接、输出端与所述第一滤波电路的输入端连接，所述第一滤波电路的输出端与所述整流滤波电路的输入端连接。

4.如权利要求2或3中所述的一种欠电压脱扣装置，其特征在于，所述电压采样模块包括依次连接的取样电阻电路和差动积分电路，还包括与所述差动积分电路连接的基准电压电路，所述取样电阻电路包括电阻R4-R11，所述差动积分电路包括运算放大器U2、电阻R14、电容C9和电容C10，所述基准电压电路包括电阻R12、电阻R13和电容C8，其中，所述电阻R4-R7依次串联连接后其一端通过所述交流电网接口模块与交流电网的火线连接、另一端与所述运算放大器U2的反相输入端连接，所述电阻R8-R11依次串联连接后其一端通过所述交流电网接口模块与交流电网的零线连接、另一端与所述运算放大器U2的同相输入端连接，所述电阻R14与所述电容C10并联后其一端与所述运算放大器U2的反相输入端连接、另一端与所述运算放大器U2的输出端连接，所述电阻R12的一端作为所述电压采样模块的基准电压输入端与提供基准电压的外接直流电源连接，所述电阻R12的另一端分别与所述电阻R13、所述电容C8的一端连接，该连接处与所述运算放大器U2的同相输入端连接，所述电阻R13和所述电容C8的另一端共同接地，所述运算放大器U2的电源输入端分别与外接电源、所述电容C9的一端连接，所述电容C9的另一端接地，所述运算放大器U2的输出端与所述微处理器模块连接。

5.如权利要求4所述的一种欠电压脱扣装置，其特征在于，还包括供电电源模块、第一电源模块、第二电源模块，所述供电电源模块的输入端可与交流电网连接、输出端分别与所述第一电源模块和所述第二电源模块连接，所述第一电源模块分别与所述电压采样模块、所述微处理器模块连接，所述第二电源模块与所述欠压脱扣驱动模块连接。

6.如权利要求5所述的一种欠电压脱扣装置，其特征在于，所述供电电源模块包括依次连接的整流电路和第二滤波电路，所述第二滤波电路包括并联的电容C1和电容C2，所述电容C1和电容C2的一端与所述整流电路连接，该连接处作为所述供电电源模块的输出端，所述电容C1和电容C2的另一端接地。

7.如权利要求5所述的一种欠电压脱扣装置，其特征在于，所述第一电源模块为降压型开关电源电路，包括控制芯片U1、电阻R1-R3、电容C5-C7、二极管D3、稳压二极管TVS1和电感L，所述控制芯片U1的第一输入端与所述供电电源模块的输出端连接，所述控制芯片U1的第二输入端和第三输入端分别与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端与所述供电电源模块的输出端连接，所述电感L的一端分别与所述二极管D3的阴极、所述控制芯片U1的输出端连接，另一端分别与所述电容C6的一端、所述电容C7的一端、所述稳压二极管TVS1的阴极连接，该连接处与所述电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端分别与所述电阻R3的一端、所述控制芯片U1的反馈信号输入端连接，所述电阻R3的另一端接地，所述电容C6和所述电容C7的另一端、所述二极管D3的阳极、所述稳压二极管TVS1的阳极共同接地，所述稳压二极管TVS1的阴极分别与所述微处理器模块、所述电压采样模块的基准电压输入端和所述运算放大器U2的电源输入端连接。

8.如权利要求7所述的一种欠电压脱扣装置，其特征在于，所述第二电源模块包括依次连接的降压电路和第三滤波电路，所述第三滤波电路包括并联的电容C3和电容C4，所述电容C3和所述电容C4的一端分别与所述降压电路连接，该连接处与所述光耦芯片U3的电源输入端连接，所述电容C3和所述电容C4的另一端与所述降压电路共同接地。