CN206611166U - 一种电子式过欠压保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子式过欠压保护装置，包括控制电路，以及与控制电路连接的电源电路、采样电路、故障指示电路、输出电路；电源电路连接外部电源，电容滤波后输出给离线转换电路，经稳压芯片给出稳定的直流电压为电路提供电源；采样电路输入端连接外部电源的L端，通过电阻分压和二极管半波整流，经信号调理电路跟随采样信号进行低通滤波处理，送入控制电路的ADC中；控制电路接收采样信号并判断是否符合过压、欠压条件，满足条件则给出动作信号并输出信号给故障指示电路。本实用新型能在电网过欠压后控制断路器跳闸，切断电源侧线路，保护供电系统中用电设备和人身的安全，使多种过欠压功能集中在一个装置上，达到综合保护的能力。

Description

一种电子式过欠压保护装置

技术领域

本实用新型涉及一种电子式过欠压保护装置，属于低压电器领域。

背景技术

大气中的雷云对地面进行放电时，直接击中电工设备导电部分时会出现短暂的过电压或者闪电击中电工设备附近地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化使未直接遭受雷击的电工设备（包括二次设备、通信设备）上感应出过电压。

电力系统内部运行方式发生改变时，电力系统经历过渡过程以后重新达到暂态稳定时出现过欠电压；在工频电源作用下，由于远距离空载线路电容效应的积累，使沿线电压分布不等，末端产生空载长线电容效应（费兰梯效应）过电压；三相输电线路A相短路接地故障时，B、C相上产生不对称短路接地过电压；输电线路因发生故障而被迫突然甩掉负荷时，由于电源电动势尚未及时自动调节而引起甩负荷过电压；断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快、持续时间较短的过电压（空载线路合闸和重合闸过电压、切除空载线路过电压、切断空载变压器过电压、弧光接地过电压）；电力系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发生谐振造成谐振过电压（线性谐振过电压、铁磁谐振过电压、参量谐振过电压）。导致用电设备烧毁或不能正常工作，危及人身安全。

传统的欠压模块、过压模块只能起单一保护的作用，对于上述多种过欠压现象，需要开发一种具有多种欠压保护功能于一体的电子式过欠压保护装置，使多种过欠压功能集中在一个装置上，达到综合保护的能力。

发明内容

本实用新型目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种具有多种欠压保护功能于一体的电子式过欠压保护装置。

本实用新型为达到上述目的，所采用的技术手段是：一种电子式过欠压保护装置，包括控制电路，以及与控制电路连接的电源电路、采样电路、故障指示电路、输出电路；所述电源电路包括由IGBT、稳压管与电阻、电容、二极管构成的电源前级电路，连接外部电源，电容滤波后输出给离线转换电路，而后经稳压芯片给出稳定的直流电压，为装置电路提供电源；所述采样电路输入端连接外部电源的L端，通过电阻分压和二极管半波整流，而后经信号调理电路跟随采样信号进行低通滤波处理，送入控制电路的ADC中；控制电路接收采样信号并计算电压有效值，判断是否符合过压、欠压条件，满足条件则驱动输出电路给出动作信号，并输出信号给故障指示电路，故障指示电路显示该故障。

进一步的，所述电源电路的输入端1、2分别连接外部电源的L、N端，在1、2端之间连接压敏电阻RV1，电阻R16的一端连接1端，另一端连接二极管D7阳极，二极管D7阴极连接电容C10、电阻R17的一端以及IGBT Q3的集电极，电容C10的另一端通过电容C16接地，电阻R17的另一端连接电阻R19，电阻R19连接IGBT Q3的门极、稳压管Z1的负极和二极管D9阴极，稳压管Z1的正极接地，二极管D9的正极连接电阻R18，电阻R18的另一端与IGBT Q3的发射极和电感L2的一端相连，电感L2的另一端连接极性电容C11的正极和电容C12的一端，以及离线转换电路U2的D端，极性电容C11的负极和电容C12的另一端接地，二级管D10的阳极接地，阴极接2端；离线转换电路U2的FB脚接电阻R14、R15的一端，离线转换电路U2的BP脚通过电容C8连接离线转换电路U2的4个S脚，S脚与电阻R15的另一端、二极管D8的阴极、极性电容C9的负极、电感L3的一端共点，电阻R14的另一端极性电容C9的正极、二极管D6的阴极连接，二极管D8的阳极接地；二极管D6的阳极与电感L3的另一端、极性电容C17的正极、电阻R20和电容C13的一端、稳压管U3的输入脚相连，并构成直流12V的点；极性电容C17的负极、电阻R20和电容C13的另一端、稳压管U3的接地脚接地，稳压管U3的输出脚连接电容C14、C15的一端，并构成直流5V的点，电容C14、C15的另一端接地。

进一步的，所述控制电路的微控制器U1采用Atmega48，微控制器U1的24脚接采样电路的输出端，接收采样信号；11、12脚接输出电路的输入端，用于输出驱动信号；32脚和1脚分别连接故障指示电路的两个输入端；3脚、5脚、21脚接地；20脚接极性电容C1的正极，极性电容C1的负极接地；4脚、6脚连接电感L1、电容C2、电阻R2的一端，以及极性电容C18的正极，并连接直流5V电源，极性电容C18的负极和电容C2的另一端接地，电阻R2的另一端连接电容C3的一端以及微控制器U1的29脚，电容C3的另一端接地，电感L1的另一端连接电容C4的一端和微控制器U1的18脚，电容C4的另一端接地。

更进一步的，所述采样电路的电阻R11一端连接外部电源的L端，电阻R11另一端连接电阻R12，电阻R12的另一端连接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接电阻R13、电阻R8的一端，以及双向二极管D5的一端，双向二极管D5的另一端接地，电阻R8的另一端和电容C7的一端连接并构成采用信号输出端，连接微控制器U1的24脚，电容C7、电阻R13的另一端接地。

更进一步的，所述故障指示电路由连接三引脚发光二级管D1的1脚的电阻R3、R1和连接三引脚发光二级管D1的2脚的电阻R4、R5构成，其中三引脚发光二级管D1的3脚接地，电阻R1、R5的另一端接地，电阻R3和R4分别连接微控制器U1的32脚和1脚。

更进一步的，所述输出电路的输入端电阻R6连接微控制器U1的11脚，电阻R6的另一端连接电阻R9、电容C5、三极管Q1的基极，电阻R9、电容C5的另一端接地，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接二极管D2的阳极和输出节点P1，输出电路的输入端电阻R7连接微控制器U1的12脚，电阻R7的另一端连接电阻R10、电容C6、三极管Q2的基极，电阻R10、电容C6的另一端接地，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极连接二极管D3的阳极和输出节点P1，二极管D2、D3的阴极相连，并和直流12V电源连接，作为输出节点P2。

本实用新型有益效果在于：通过上述电路设计，对于多种过欠压现象，能在电网过欠压后控制断路器跳闸，切断电源侧线路，保护供电系统中用电设备和人身的安全，且在电网电压恢复到正常且稳定时，延时30秒后，保护器自动恢复合闸接通电源，使多种过欠压功能集中在一个装置上，达到综合保护的能力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的电源电路原理图，

图2是本实用新型的采样电路原理图，

图3是本实用新型的输出电路原理图，

图4是本实用新型的控制电路、故障指示电路原理图；

图5是本实用新型的控制流程图。

具体实施方式

一种电子式过欠压保护装置，包括控制电路，以及与控制电路连接的电源电路、采样电路、故障指示电路、输出电路；所述电源电路包括由IGBT、稳压管与电阻、电容、二极管构成的电源前级电路，连接外部电源，电容滤波后输出给离线转换电路，而后经稳压芯片给出稳定的直流电压，为装置电路提供电源；所述采样电路输入端连接外部电源的L端，通过电阻分压和二极管半波整流，而后经信号调理电路跟随采样信号进行低通滤波处理，送入控制电路的ADC中；控制电路接收采样信号并计算电压有效值，判断是否符合过压、欠压条件，满足条件则驱动输出电路给出动作信号，并输出信号给故障指示电路，故障指示电路显示该故障。

如图1至图4所示的一种实施例的电路原理图。

电源电路的输入端1、2分别连接外部电源的L、N端，在1、2端之间连接压敏电阻RV1，电阻R16的一端连接1端，另一端连接二极管D7阳极，二极管D7阴极连接电容C10、电阻R17的一端以及IGBT Q3的集电极，电容C10的另一端通过电容C16接地，电阻R17的另一端连接电阻R19，电阻R19连接IGBT Q3的门极、稳压管Z1的负极和二极管D9阴极，稳压管Z1的正极接地，二极管D9的正极连接电阻R18，电阻R18的另一端与IGBT Q3的发射极和电感L2的一端相连，电感L2的另一端连接极性电容C11的正极和电容C12的一端，以及离线转换电路U2的D端，极性电容C11的负极和电容C12的另一端接地，二级管D10的阳极接地，阴极接2端；离线转换电路U2的FB脚接电阻R14、R15的一端，离线转换电路U2的BP脚通过电容C8连接离线转换电路U2的4个S脚，S脚与电阻R15的另一端、二极管D8的阴极、极性电容C9的负极、电感L3的一端共点，电阻R14的另一端极性电容C9的正极、二极管D6的阴极连接，二极管D8的阳极接地；二极管D6的阳极与电感L3的另一端、极性电容C17的正极、电阻R20和电容C13的一端、稳压管U3的输入脚相连，并构成直流12V的点；极性电容C17的负极、电阻R20和电容C13的另一端、稳压管U3的接地脚接地，稳压管U3的输出脚连接电容C14、C15的一端，并构成直流5V的点，电容C14、C15的另一端接地。

控制电路的微控制器U1采用Atmega48，微控制器U1的24脚接采样电路的输出端，接收采样信号；11、12脚接输出电路的输入端，用于输出驱动信号；32脚和1脚分别连接故障指示电路的两个输入端；3脚、5脚、21脚接地；20脚接极性电容C1的正极，极性电容C1的负极接地；4脚、6脚连接电感L1、电容C2、电阻R2的一端，以及极性电容C18的正极，并连接直流5V电源，极性电容C18的负极和电容C2的另一端接地，电阻R2的另一端连接电容C3的一端以及微控制器U1的29脚，电容C3的另一端接地，电感L1的另一端连接电容C4的一端和微控制器U1的18脚，电容C4的另一端接地。

采用Atmega48的32脚封装片，内部集成8通道12位模数转换器(ADC)，精确采集转换电压信号，计算有效值。处理器具有内部振荡器，节省空间，具有外围实时在线仿真接口，便于在线仿真调试程序代码。图5是控制程序的流程图。

所述采样电路的电阻R11一端连接外部电源的L端，电阻R11另一端连接电阻R12，电阻R12的另一端连接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接电阻R13、电阻R8的一端，以及ESD保护双向二极管D5的一端，双向二极管D5的另一端接地，耐压5V，电阻R8的另一端和电容C7的一端连接并构成采用信号输出端，连接微控制器U1的24脚，电容C7、电阻R13的另一端接地。信号调理电路跟随采样小信号进行低通滤波处理。

所述故障指示电路由连接三引脚发光二级管D1的1脚的电阻R3、R1和连接三引脚发光二级管D1的2脚的电阻R4、R5构成，其中三引脚发光二级管D1的3脚接地，电阻R1、R5的另一端接地，电阻R3和R4分别连接微控制器U1的32脚和1脚。

没有出现过欠压故障时，绿色指示灯常亮。出现过欠压故障以后，红色指示灯闪烁，指示系统出现故障。

所述输出电路的输入端电阻R6连接微控制器U1的11脚，电阻R6的另一端连接电阻R9、电容C5、三极管Q1的基极，电阻R9、电容C5的另一端接地，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接二极管D2的阳极和输出节点P1，输出电路的输入端电阻R7连接微控制器U1的12脚，电阻R7的另一端连接电阻R10、电容C6、三极管Q2的基极，电阻R10、电容C6的另一端接地，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极连接二极管D3的阳极和输出节点P1，二极管D2、D3的阴极相连，并和直流12V电源连接，作为输出节点P2。

当欠压、过压故障存在时，控制器控制光继电器断开，脱扣线圈回路不得电，机械装置的作用使开关合不上闸，欠压、过压故障消失以后，且在电网电压恢复到正常且稳定时，延时30秒后，控制器自动控制光继电器导通，脱扣器得电动作，断路器合闸。

本实用新型通过上述电路设计，对于多种过欠压现象，能在电网过欠压后控制断路器跳闸，切断电源侧线路，保护供电系统中用电设备和人身的安全，使多种过欠压功能集中在一个装置上，达到综合保护的能力。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电子式过欠压保护装置，包括控制电路，以及与控制电路连接的电源电路、采样电路、故障指示电路、输出电路；所述电源电路包括由IGBT、稳压管与电阻、电容、二极管构成的电源前级电路，连接外部电源，电容滤波后输出给离线转换电路，而后经稳压芯片给出稳定的直流电压，为装置电路提供电源；所述采样电路输入端连接外部电源的L端，通过电阻分压和二极管半波整流，而后经信号调理电路跟随采样信号进行低通滤波处理，送入控制电路的ADC中；控制电路接收采样信号并计算电压有效值，判断是否符合过压、欠压条件，满足条件则驱动输出电路给出动作信号，并输出信号给故障指示电路，故障指示电路显示该故障。

2.根据权利要求1所述的电子式过欠压保护装置，其特征在于：所述电源电路的输入端1、2分别连接外部电源的L、N端，在1、2端之间连接压敏电阻RV1，电阻R16的一端连接1端，另一端连接二极管D7阳极，二极管D7阴极连接电容C10、电阻R17的一端以及IGBT Q3的集电极，电容C10的另一端通过电容C16接地，电阻R17的另一端连接电阻R19，电阻R19连接IGBTQ3的门极、稳压管Z1的负极和二极管D9阴极，稳压管Z1的正极接地，二极管D9的正极连接电阻R18，电阻R18的另一端与IGBT Q3的发射极和电感L2的一端相连，电感L2的另一端连接极性电容C11的正极和电容C12的一端，以及离线转换电路U2的D端，极性电容C11的负极和电容C12的另一端接地，二级管D10的阳极接地，阴极接2端；离线转换电路U2的FB脚接电阻R14、R15的一端，离线转换电路U2的BP脚通过电容C8连接离线转换电路U2的4个S脚，S脚与电阻R15的另一端、二极管D8的阴极、极性电容C9的负极、电感L3的一端共点，电阻R14的另一端极性电容C9的正极、二极管D6的阴极连接，二极管D8的阳极接地；二极管D6的阳极与电感L3的另一端、极性电容C17的正极、电阻R20和电容C13的一端、稳压管U3的输入脚相连，并构成直流12V的点；极性电容C17的负极、电阻R20和电容C13的另一端、稳压管U3的接地脚接地，稳压管U3的输出脚连接电容C14、C15的一端，并构成直流5V的点，电容C14、C15的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的电子式过欠压保护装置，其特征在于：所述控制电路的微控制器U1采用Atmega48，微控制器U1的24脚接采样电路的输出端，接收采样信号；11、12脚接输出电路的输入端，用于输出驱动信号；32脚和1脚分别连接故障指示电路的两个输入端；3脚、5脚、21脚接地；20脚接极性电容C1的正极，极性电容C1的负极接地；4脚、6脚连接电感L1、电容C2、电阻R2的一端，以及极性电容C18的正极，并连接直流5V电源，极性电容C18的负极和电容C2的另一端接地，电阻R2的另一端连接电容C3的一端以及微控制器U1的29脚，电容C3的另一端接地，电感L1的另一端连接电容C4的一端和微控制器U1的18脚，电容C4的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的电子式过欠压保护装置，其特征在于：所述采样电路的电阻R11一端连接外部电源的L端，电阻R11另一端连接电阻R12，电阻R12的另一端连接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接电阻R13、电阻R8的一端，以及双向二极管D5的一端，双向二极管D5的另一端接地，电阻R8的另一端和电容C7的一端连接并构成采用信号输出端，连接微控制器U1的24脚，电容C7、电阻R13的另一端接地。

5.根据权利要求3所述的电子式过欠压保护装置，其特征在于：所述故障指示电路由连接三引脚发光二级管D1的1脚的电阻R3、R1和连接三引脚发光二级管D1的2脚的电阻R4、R5构成，其中三引脚发光二级管D1的3脚接地，电阻R1、R5的另一端接地，电阻R3和R4分别连接微控制器U1的32脚和1脚。

6.根据权利要求3所述的电子式过欠压保护装置，其特征在于：所述输出电路的输入端电阻R6连接微控制器U1的11脚，电阻R6的另一端连接电阻R9、电容C5、三极管Q1的基极，电阻R9、电容C5的另一端接地，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接二极管D2的阳极和输出节点P1，输出电路的输入端电阻R7连接微控制器U1的12脚，电阻R7的另一端连接电阻R10、电容C6、三极管Q2的基极，电阻R10、电容C6的另一端接地，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极连接二极管D3的阳极和输出节点P1，二极管D2、D3的阴极相连，并和直流12V电源连接，作为输出节点P2。