CN204668918U - 一种过载开路保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种过载开路保护电路，包括检测电路和控制电路，检测电路的输入端与一处理电路的输出端连接，处理电路的输入端与一采样绕组连接，处理电路的输出端还与一输出绕组连接，检测电路的输出端与控制电路的输入端连接，处理电路用于接收采样绕组的采样信号并向输出绕组输出电压信号，检测电路用于获取处理电路的输出端的电压信号，若电压信号小于预设的电压值，则向控制电路输出高电平，若电压信号大于预设的电压值，则向控制电路输出低电平；控制电路，用于接收电平信号，若为高电平，则保持处理电路的输出，若为低电平，则将输出绕组短路，断开处理电路的输出。本实用新型实现输出过载或者开路的情况时将输出绕组短路，断开输出。

Description

一种过载开路保护电路

技术领域

本实用新型涉及一种过载开路保护电路

背景技术

穿心式电流互感器是电流互感器中的一种，对于电流互感器的二次电流线输出而言，如果发生过载或者二次电流线开路现象，将可能会使电流互感器损坏，造成危险，因此，需要对穿心式电流互感器的二次电流线进行过载开路保护。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种应用于穿心式电流互感器中的过载开路保护电路，实现当二次电流线出现过载或者开路时将输出绕组短路，断掉处理电路的输出。

为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种过载开路保护电路，其特征在于，包括检测电路和控制电路，所述检测电路的输入端与一处理电路的输出端连接，所述处理电路的输入端与一采样绕组连接，处理电路的输出端还与一输出绕组连接，检测电路的输出端与控制电路的输入端连接，所述处理电路用于接收采样绕组所输入的采样信号并向输出绕组输出电压信号，所述检测电路用于获取处理电路的输出端的电压信号，若电压信号小于预设的电压值，则向控制电路输出高电平，若电压信号大于预设的电压值，则向控制电路输出低电平；所述控制电路，用于接收检测电路输出的电平信号，若为高电平，则保持处理电路的输出，若为低电平，则将输出绕组短路，断开处理电路的输出。

优选的，处理电路包括采样信号转换电路和放大电路，采样信号转换电路用于将采样绕组所输出的信号转换为电压信号并输出至放大电路；放大电路包括运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U5和集成功率放大器U7，检测电路包括电阻R3、电压比较器U1和电压比较器U2，控制电路包括电阻R25、三极管Q1、继电器K1和二极管D3；

所述运算放大器U5的反相端通过电阻R22与采样信号转换电路的输出端连接，运算放大器U5的同相端通过电阻R12与运算放大器U3的输出端连接，运算放大器U5的输出端通过电阻R17与集成功率放大器U7的反相端连接；集成功率放大器U7的同相端接地，集成功率放大器U7的输出端通过电阻R23与输出绕组的一端连接，电阻R23与输出绕组的一端之间为放大电路的输出端，输出绕组的另一端与继电器K1的动触点连接，继电器K1的常开触点通过电阻R18与集成功率放大器U7的反相端连接，继电器K1的常开触点还通过电阻R8与运算放大器U4的反相端连接，继电器K1的常闭触点与放大电路的输出端连接，运算放大器U4的同相端接地，运算放大器U4的输出端通过电阻R7与运算放大器U3的反相端连接，运算放大器U3的同相端接地；

电阻R3的一端与集成功率放大器U7的输出端连接，电阻R3的另一端分别与电压比较器U1的同相端和电压比较器U2的反相端连接，电压比较器U1的反相端通过电阻R2接入直流负电压端以及通过电阻R1接地，电压比较器U2的同相端通过电阻R10接入直流正电压端以及通过电阻R9接地，电压比较器U1和电压比较器U2的输出端分别与电阻R25连接，电阻R25的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极分别与继电器K1的线圈一端和二极管D3的正极连接，三极管D3的负极与继电器K1的线圈另一端连接，继电器K1的线圈另一端接入直流电源端。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：通过过载开路保护电路，实现输出过载或者开路的情况时将输出绕组短路，断开处理电路的输出。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例中的穿心式电流互感器结构图。

图2为本实用新型优选实施例中的过载开路保护电路以及处理电路的电路结构图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

参考图1和图2为本实用新型的优选实施例，一种过载开路保护电路，应用于穿心式电流互感器中，穿心式电流互感器包括：第一环形磁芯1、第二环形磁芯2、一次电流线3、二次电流线4和处理电路，一次电流线3绕制于第一环形磁芯1和第二环形磁芯2上，二次电流线3穿过第一环形磁芯1和第二环形磁芯2的中心；处理电路包括采样信号转换电路和放大电路，采样信号转换电路的输入端与一采样绕组5连接，采样绕组5绕制于第一环形磁芯1上，采样信号转换电路的输出端与放大电路的输入端连接，放大电路的输出端与一输出绕组6连接，输出绕组6绕制于第二环形磁芯2上。

第一环形磁芯1优选为一个单绕组的超微晶环形磁芯，第二环形磁芯2优选为单绕组的硅钢片环形磁芯。一次电流线3利用高压灌封胶进行灌封，二次电流线4套设于高压绝缘管中并穿过第一环形磁芯1和第二环形磁芯2的中心。采样绕组5的匝数一般在500匝以上，产生的感应电流也很小，因此采样绕组5几乎不会对一次电流线3中的电流产生影响。

采样信号转换电路包括电阻R5、二极管D1、二极管D2、电容C4、电阻R14和运算放大器U6，电阻R5的两端分别与采样绕组5的两端连接，二极管D1、二极管D2、电容C4和电阻R14为并联连接，且二极管D1的正极与电阻R5连接，二极管D2的负极与电阻R5连接，电阻R14的一端与运算放大器U6的反相端连接，电阻R14的另一端与运算放大器U6的输出端连接，运算放大器U6的同相端接地。该采样信号转换电路为一个经典的采用运算放大器将电流转换为电压的电路，这样能进一步减少采样绕组5对一次电流线3所产生的影响。

过载开路保护电路包括检测电路和控制电路，检测电路包括电阻R3、电压比较器U1和电压比较器U2，控制电路包括电阻R25、三极管Q1、继电器K1和二极管D3。放大电路主要包括运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U5和集成功率放大器U7。具体的，运算放大器U5的反相端通过电阻R22与采样信号转换电路的输出端连接，即与运算放大器U6的输出端连接，运算放大器U5的输出端通过电阻R17与集成功率放大器U7的反相端连接，集成功率放大器U7的同相端通过电阻R24接地，集成功率放大器U7的输出端通过电阻R23与输出绕组6的一端连接，输出绕组6的另一端与继电器K1的动触点(图2中的触点3)连接，继电器K1的常开触点(图2中的触点5)通过电阻R8与集成功率放大器U7的反相端连接，常开触点还通过电阻R8与运算放大器U4的反相端连接，常开触点还通过电阻R15接地，继电器K1的常闭触点(图2中的触点4)与放大电路的输出端连接，放大电路的输出端为电阻R23与输出绕组6的一端之间。

运算放大器U4的同相端通过电阻R13接地，运算放大器U4的输出端通过电阻R7与运算放大器U3的反相端连接，运算放大器U3的同相端通过相互并联连接的电阻R11和电容C3接地，运算放大器U3的输出端通过电阻R12与运算放大器U5的同相端连接，运算放大器U5的同相端还通过相互并联连接的电容C5和电阻R19接地。另外，运算放大器U5的反相端和输出端之间还并联有电阻R20和电容C7，运算放大器U4的反相端和输出端之间还并联有电阻R6和电容C1，运算放大器U3的反相端和输出端之间还并联有电阻R4和电容C2，集成功率放大器U7的负电源端还与二极管D4的正极连接，二极管D4的负极与放大电路的输出端连接，集成功率放大器U7的正电源端还与二极管D5的负极连接，二极管D5的正极与放大电路的输出端连接。

集成功率放大器U7的输出端还与一电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别连接电压比较器U1的同相端和电压比较器U2的反相端，电压比较器U1的反相端通过电阻R2接入直流负电压端以及通过电阻R1接地，电压比较器U2的同相端通过电阻R10接入直流正电压端以及通过电阻R9接地，电压比较器U1和电压比较器U2的输出端分别与电阻R25连接，电阻R25的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极分别与继电器K1的线圈一端和二极管D3的正极连接，三极管D3的负极与继电器K1的线圈另一端连接，继电器K1的线圈另一端接入直流电源端。

结合上述放大电路的电路结构与图2，该放大电路可实现一个对额定频率范围内的电压信号进行较大倍数的放大，例如对45HZ-55HZ或者55HZ-65HZ的电压信号进行较大倍数的放大，而且对其它频率的电压信号也有一定倍数的放大作用。需要说明的是，输出绕组6位于集成功率放大器U7的输出端与反馈电阻R18之间，这样可保证集成功率放大器U7的输出电流的相位与二次电流线4上的负载无关，集成功率放大器U7的一个输出反馈点AG1位于电阻R8的一端，然后接入运算放大器U4进行反向放大，再经过运算放大器U3的反向放大输入到运算放大器U5的同相端进行正反馈。根据实际应用的需求，输出绕组6的匝数可以改变，也可以使用多个第二环形磁芯2并联使用。

过载开路保护电路利用继电器K1中的线圈通断，来控制动触点与常闭触点接触或者与常开触点接触。当二次电流线4的负载发生过载或者开路现象时，动触点与常闭触点接触，使输出绕组6短路，断掉放大电路的输出。

上述过载开路保护电路配合穿心式电流互感器的工作原理如下：一般的一次电流线作为供电端，二次电流线连接负载，例如连接高压电能表进行检测。当一次电流线3的安匝数和二次电流线4的安匝数不相等时，会在第一环形磁芯1中产生磁通，进而采样绕组5上会产生感应电流。当二次电流线4的安匝数小于一次电流线3的安匝数时，采样绕组5会产生正相的信号，通过采样信号转换电路和放大电路，由输出绕组6向二次电流线4提供一个正相的补偿电流，增大二次电流线4的安匝数；当二次电流线4的安匝数大于一次电流线3的安匝数时，采样绕组5会产生负相的信号，通过采样信号转换电路和放大电路，由输出绕组6向二次电流线4提供一个负相的补偿电流，减少二次电流线4的安匝数。从而形成一个动态的平衡，使二次电流线4的安匝数等于一次电流线3的安匝数。另外，当集成功率放大器U7的输出电压过大时，表示二次电流线4上的负载过大，即可能过载或者开路，此时电压比较器U1和U2的并联输出点JZC为低电平，从而使继电器K1断开动触点与常开触点的连接，并使动触点与常闭触点连接，则输出绕组6被短路，为一次电流线3中的电流提供一个超低阻抗(短路)的二次电流回路，放大电路的输出回路也被断开。当集成功率放大器U7的输出电压在额定的范围内，即正常时，电压比较器U1和U2的并联输出点JZC为高电平，继电器K1的动触点与常开触点连接，此时放大电路会在输出绕组6上产生补偿电流。

另外，本实用新型的穿心式电流互感器的二次电流线4为耐高压部分，二次电流线4套设于高压绝缘管中，在高压绝缘管的外壁还包裹着铜箔，并接入大地，二次电流线4可以承受18KV的高压。而且二次电流线4采用的是穿心式结构，容易实现高压二次电流线4与低压一次电流线3和处理电路部分的高压隔离。

进一步的，在处理电路部分中，采样信号转换电路的结构不限定于图2中的电路结构，只要能实现将采样绕组5的信号转换为正比例的电压信号即可；放大电路的结构也不限定于图2中的电路结构，只要满足对额定频率范围内的电压信号实现放大这一基本功能即可。一次电流线与二次电流线的匝比也是根据实际应用的需要而设置不同的匝比。

通过本实用新型的过载开路保护电路，实现二次电流线发生过载或者开路的情况时将输出绕组短路，断开处理电路的输出，而且不会对一次电流线中的电流造成影响。

本实用新型的过载开路保护电路除了可应用于上述的穿心式电流互感器中，还可以应用于其他应用场景，其中，采样绕组用于采集电信号，输出绕组用于输出补偿电信号，当输出补偿过量时，本过载开路保护电路可断开输出，实现有效的保护。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种过载开路保护电路，其特征在于，包括检测电路和控制电路，所述检测电路的输入端与一处理电路的输出端连接，所述处理电路的输入端与一采样绕组连接，处理电路的输出端还与一输出绕组连接，检测电路的输出端与控制电路的输入端连接，所述处理电路用于接收采样绕组所输入的采样信号并向输出绕组输出电压信号，所述检测电路用于获取处理电路的输出端的电压信号，若电压信号小于预设的电压值，则向控制电路输出高电平，若电压信号大于预设的电压值，则向控制电路输出低电平；所述控制电路，用于接收检测电路输出的电平信号，若为高电平，则保持处理电路的输出，若为低电平，则将输出绕组短路，断开处理电路的输出。

2.根据权利要求1所述的过载开路保护电路，其特征在于，处理电路包括采样信号转换电路和放大电路，采样信号转换电路用于将采样绕组所输出的信号转换为电压信号并输出至放大电路；放大电路包括运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U5和集成功率放大器U7，检测电路包括电阻R3、电压比较器U1和电压比较器U2，控制电路包括电阻R25、三极管Q1、继电器K1和二极管D3；

所述运算放大器U5的反相端通过电阻R22与采样信号转换电路的输出端连接，运算放大器U5的同相端通过电阻R12与运算放大器U3的输出端连接，运算放大器U5的输出端通过电阻R17与集成功率放大器U7的反相端连接；集成功率放大器U7的同相端接地，集成功率放大器U7的输出端通过电阻R23与输出绕组的一端连接，电阻R23与输出绕组的一端之间为放大电路的输出端，输出绕组的另一端与继电器K1的动触点连接，继电器K1的常开触点通过电阻R18与集成功率放大器U7的反相端连接，继电器K1的常开触点还通过电阻R8与运算放大器U4的反相端连接，继电器K1的常闭触点与放大电路的输出端连接，运算放大器U4的同相端接地，运算放大器U4的输出端通过电阻R7与运算放大器U3的反相端连接，运算放大器U3的同相端接地；

电阻R3的一端与集成功率放大器U7的输出端连接，电阻R3的另一端分别与电压比较器U1的同相端和电压比较器U2的反相端连接，电压比较器U1的反相端通过电阻R2接入直流负电压端以及通过电阻R1接地，电压比较器U2的同相端通过电阻R10接入直流正电压端以及通过电阻R9接地，电压比较器U1和电压比较器U2的输出端分别与电阻R25连接，电阻R25的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极分别与继电器K1的线圈一端和二极管D3的正极连接，三极管D3的负极与继电器K1的线圈另一端连接，继电器K1的线圈另一端接入直流电源端。