CN209804572U - 一种分励脱扣器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分励脱扣器，包括分励电磁铁以及控制分励电磁铁动作的控制电路，所述分励电磁铁具有串联连接且同向绕制的两组线圈L1和L2，这两组线圈被配置为：当线圈L1单独接入供电回路时所产生的磁通能够使得分励电磁铁吸合，当线圈L1和L2串联接入供电回路时所产生的磁通减小并能够使得分励电磁铁保持吸合状态并且线圈L2的电阻大于线圈L1的电阻；所述控制电路包括电源开关，所述控制电路可在所述电源开关导通时先使得线圈L1单独接入供电回路，并经过预设时间后使得线圈L1和L2串联接入供电回路。本实用新型电路简单，成本低，吸合可靠，功耗低，温升低，且能实现大功率吸合到小功率保持自动切换。

Description

一种分励脱扣器

技术领域

本实用新型涉及一种分励脱扣器，属于低压电器技术领域。

背景技术

随着科学技术的不断发展，直流输配电系统在电力系统中得到了广泛应用，太阳能、城市轨道交通、高铁等领域都采用了直流供电系统，市场对于用于保护和控制直流供电系统的直流断路器的安全性能和工作可靠性，更是提出了更高的要求。一些直流供电系统在直流断路器进出线两侧均安装有容性器件，当某一端无电压时，若断路器合闸瞬间电容放电会出现涌流导致断路器短路跳闸。对此种情况采用保持型分励脱扣器可以阻止断路器合闸，当检测到进出线任一端无电压时，分励脱扣器得电，使得断路器断开，此时分励脱扣器保持在吸合状态并将断路器牵引杆保持在解锁位置，防止断路器再次合闸。

现有分励脱扣器采用的技术是大功率吸合，小功率保持。其中常用的一种是采用高电压吸合后低电压保持，但此种方案普遍存在工作温升高，功耗高，或者吸合不可靠等缺点，且由于分励线圈需长期通电发热而容易烧毁。另一种方案是通过对线圈进行脉冲控制来实现大功率吸合，小功率保持，虽然解决了温升发热以及功耗大的缺点，但存在控制电路复杂，成本高，对外辐射超标等问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种电路简单，成本低，吸合可靠，功耗低，温升低，且能实现从大功率吸合到小功率保持自动切换的分励脱扣器。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种分励脱扣器，包括分励电磁铁以及控制分励电磁铁动作的控制电路，所述分励电磁铁具有串联连接且同向绕制的两组线圈L1和L2，这两组线圈被配置为：当线圈L1单独接入供电回路时所产生的磁通能够使得分励电磁铁吸合，当线圈L1和L2串联接入供电回路时所产生的磁通减小并能够使得分励电磁铁保持吸合状态并且所述线圈L2的电阻大于线圈L1的电阻；所述控制电路包括电源开关，所述控制电路可在所述电源开关导通时先使得线圈L1单独接入供电回路，并经过预设时间后使得线圈L1和L2串联接入供电回路。

作为本实用新型的优选方案之一，所述控制电路包括：电源开关、第一电阻分压电路、第二电阻分压电路以及一个运算放大器、一个场效应MOS管、一个电阻和一个电容；所述电源开关用于控制所述控制电路的电源输入，第一电阻分压电路、第二电阻分压电路分别跨接于电源正、负极之间，第一电阻分压电路的输出端连接运算放大器的同相输入端，第二电阻分压电路的输出端与电容的一端、运算放大器的反相输入端连接，电容的另一端连接电源负极，运算放大器的输出端与所述电阻的一端、所述场效应MOS管的栅极连接，所述场效应MOS管的漏极与线圈L1和L2的连接中点连接，所述电阻的另一端、线圈L1的另一端均与电源正极连接，所述场效应MOS管的源极、线圈L2的另一端、运算放大器的负极电源输入端均与电源负极连接。

作为本实用新型的优选方案之二，所述控制电路包括：电源开关、第一电阻分压电路、第二电阻分压电路、第一～第三二极管、第一电阻、第二电阻、压敏电阻以及一个运算放大器和一个场效应MOS管；所述电源开关用于控制所述控制电路的电源输入，压敏电阻的一端与电源正极、第二二极管的正极连接，第二二极管的负极与第二电阻的一端、第一二极管的负极连接，第二电阻的另一端与第三二极管的负极、第一电阻分压电路的一端、第二电阻分压电路的一端、第一电阻的一端、运算放大器的正极电源输入端连接，第一电阻分压电路的输出端连接运算放大器的同相输入端，第二电阻分压电路的输出端与电容的一端、运算放大器的反相输入端连接，运算放大器的输出端与第一电阻的另一端、场效应MOS管的栅极连接，场效应MOS管的漏极与线圈L1和L2的连接中点、第一二极管的正极连接，场效应MOS管的源极、运算放大器的负极电源输入端、电容的另一端、第一电阻分压电路的另一端、第二电阻分压电路的另一端、第三二极管的正极均与电源负极连接。

作为本实用新型的优选方案之三，所述控制电路包括：电源开关、第一～第三电阻分压电路、第一～第三二极管、第一电阻、第二电阻、压敏电阻以及一个电压检测器、一个运算放大器和一个场效应MOS管；所述电源开关用于控制所述控制电路的电源输入，压敏电阻的一端与电源正极、第二二极管的正极连接，第二二极管的负极与第三电阻分压电路的一端、第二电阻的一端、第一二极管的负极连接，第三电阻分压电路的输出端连接电压检测器的电压输入端，电压检测器的复位信号输出端与第二电阻的另一端、第三二极管的负极、第一电阻分压电路的一端、第二电阻分压电路的一端、运算放大器的正极电源输入端、第一电阻的一端连接，第一电阻分压电路的输出端连接运算放大器的同相输入端，第二电阻分压电路的输出端与电容的一端、运算放大器的反相输入端连接，运算放大器的输出端与第一电阻的另一端、场效应MOS管的栅极连接，场效应MOS管的漏极与线圈L1和L2的连接中点、第一二极管的正极连接，场效应MOS管的源极、运算放大器的负极电源输入端、电容的另一端、第一电阻分压电路的另一端、第二电阻分压电路的另一端、第三二极管的正极、电压检测器的接地端、第三电阻分压电路的另一端、压敏电阻的另一端均与电源负极连接。

相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的分励脱扣器由于采用双线圈串联的方式，能实现从大功率吸合到小功率保持的自动切换，保证分励动作的可靠执行，保证分励脱扣器处于闭锁状态，防止断路器合闸。

本实用新型的分励脱扣器进一步采用电压阈值判别电路来实现分励动作电压的精确控制，与传统分励脱扣器相比，能有效防止外部电源电压不足导致分励动作不可靠。

本实用新型的分励脱扣器的控制电路可通过调节设定电阻和电容来调整保证电磁铁快速吸合所需的电流持续时间。

本实用新型的分励脱扣器可以附件形式扩展断路器功能，安装简单，不改变断路器本体结构。

本实用新型的分励脱扣器可以实现小型化，一体化设计，不需再外挂模块。

本实用新型的分励脱扣器电路结构简单，温升低，且成本低廉，既适用于直流供电系统，也适用于交流供电系统。

附图说明

图1为分励电磁铁的基本结构示意图；其中包括：线圈绕组1，动铁芯2，静铁芯3以及轭铁4；

图2为本实用新型分励脱扣器实施例一的电路原理示意图；

图3为本实用新型分励脱扣器实施例二的电路原理示意图；

图4为本实用新型分励脱扣器实施例三的电路原理示意图；

图5为本实用新型分励脱扣器实施例四的电路原理示意图。

具体实施方式

本实用新型的分励脱扣器，包括分励电磁铁以及控制分励电磁铁动作的控制电路。如图1所示，分励电磁铁包括线圈绕组1，动铁芯2，静铁芯3以及轭铁4，其中线圈绕组1由绕设在线圈骨架上的线径粗细不同、匝数不同的线圈L1与线圈L2组成，线圈L1与线圈L2串联连接且同向绕制，优选地，线圈L1的匝数相对少于线圈L2的匝数，线圈L1的线圈线径相对粗于线圈L2的线圈线径。线圈L1与线圈L2被配置为：当线圈L1单独接入供电回路时所产生的磁通能够使得分励电磁铁快速吸合，当线圈L1和L2串联接入供电回路时所产生的磁通减小至恰好能够使得分励电磁铁保持吸合状态并且所产生的电阻大于线圈L1单独接入供电回路时所产生的电阻；所述控制电路包括控制开关和驱动电路，所述驱动电路可在所述控制开关导通时先使得线圈L1单独接入供电回路，并经过预设时间后使得线圈L1和L2串联接入供电回路。

所述控制电路有多种实现方式，为便于公众理解，下面通过几个优选实施例来对本实用新型技术方案进行进一步详细说明：

实施例一、

本实施例中控制电路的电路原理如图2所示。如图2所示，所述控制电路包括：电源开关S1、第一电阻分压电路(由电阻R1、R2组成)、第二电阻分压电路(由电阻R3、R4组成)以及一个运算放大器N1A、一个场效应MOS管V1、一个电阻R5和一个电容C1；所述电源开关S1用于控制所述控制电路的电源输入，第一电阻分压电路、第二电阻分压电路分别跨接于电源(本实施例中控制电源电压Ue为24V)正、负极之间，第一电阻分压电路的输出端连接运算放大器N1A的同相输入端，第二电阻分压电路的输出端与电容C1的一端、运算放大器N1A的反相输入端连接，电容C1的另一端连接电源负极，运算放大器N1A的输出端与电阻R5的一端、场效应MOS管V1的栅极连接，场效应MOS管V1的漏极与线圈L1和线圈L2的连接中点连接，所述电阻R5的另一端、线圈L1的另一端均与电源正极连接，场效应MOS管V1的源极、线圈L2的另一端、运算放大器的负极电源输入端均与电源负极连接。

电源开关S1合闸，运算放大器N1A输出高电平信号驱动场效应MOS管V1导通，短接线圈L2使线圈L1通过大电流，产生磁通使得分励电磁铁动作吸合，分励脱扣器动作，电容C1缓慢充电；当电容C1充电充到运算放大器N1A的反相输入端电平大于同相输入端电平时，运算放大器N1A的输出端输出低电平，场效应MOS管V1关闭，线圈L2接入供电回路，电流降低，分励电磁铁进入维持吸合工作模式，使牵引杆仍处于脱扣位置，防止断路器再次合闸。由此实现了大功率吸合，小功率维持的工作模式。对于线圈L1的要求是在其单独通电的情况下能够使得分励电磁铁快速吸合，也就是在电容C1充电完成前分励电磁铁能够吸合到位；对于线圈L2的要求是线圈L1与线圈L2串联通电的情况下，线圈L1与线圈L2产生的磁通能够使得分励电磁铁恰好保持合闸的情况下电阻越大越好；分励电磁铁快速吸合所需的电流时间由R3、C1设定。

实施例二、

本实施例中控制电路的电路原理如图3所示。如图3所示，所述控制电路包括：电源开关S1、第一电阻分压电路(由电阻R1、R2组成)、第二电阻分压电路(由电阻R3、R4组成)、二极管D1～D3、电阻R5和R6、压敏电阻RV1以及一个运算放大器N1A和一个场效应MOS管V1；所述电源开关S1用于控制所述控制电路的电源输入，压敏电阻RV1的一端与电源正极、二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与电阻R6的一端、二极管D1的负极连接，电阻R6的另一端与二极管D3的负极、第一电阻分压电路的一端、第二电阻分压电路的一端、电阻R5的一端、运算放大器N1A的正极电源输入端连接，第一电阻分压电路的输出端连接运算放大器N1A的同相输入端，第二电阻分压电路的输出端与电容C1的一端、运算放大器N1A的反相输入端连接，运算放大器N1A的输出端与电阻R5的另一端、场效应MOS管V1的栅极连接，场效应MOS管V1的漏极与线圈L1和L2的连接中点、二极管D1的正极连接，场效应MOS管V1的源极、运算放大器N1A的负极电源输入端、电容C1的另一端、第一电阻分压电路的另一端、第二电阻分压电路的另一端、二极管D3的正极均与电源负极连接。

本实施例中的控制电路包括了防反接电路、浪涌保护电路、强启控制电路和防反压电路；防反接电路由二极管D2组成；浪涌保护电路由压敏电阻RV1组成；降压电路由电阻R6和稳压二极管D3组成，强启控制电路由电容C1、电阻R1～R5、运算放大器N1A、场效应MOS管V1组成；防反压电路由二极管D1组成。

与实施例一类似，电源开关S1合闸，运算放大器N1A输出高电平信号驱动场效应MOS管V1导通，短接线圈L2使线圈L1通过大电流，产生磁通使得分励电磁铁动作吸合，分励脱扣器动作，电容C1缓慢充电；当电容C1充电充到运算放大器N1A的反相输入端电平大于同相输入端电平时，运算放大器N1A的输出端输出低电平，场效应MOS管V1关闭，线圈L2接入供电回路，电流降低，分励电磁铁进入维持吸合工作模式，使牵引杆仍处于脱扣位置，防止断路器再次合闸。由此实现了大功率吸合，小功率维持的工作模式。对于线圈L1的要求是在其单独通电的情况下能够使得分励电磁铁快速吸合，也就是在电容C1充电完成前分励电磁铁能够吸合到位；对于线圈L2的要求是线圈L1与线圈L2串联通电的情况下，线圈L1与线圈L2产生的磁通能够使得分励电磁铁恰好保持合闸的情况下电阻越大越好；分励电磁铁快速吸合所需的电流时间由R3、C1设定。增加续流二极管D1是为了防止线圈中的电流突变时产生高压。

实施例三、

本实施例中控制电路的电路原理如图4所示。如图4所示，所述控制电路包括：电源开关S1、第一～第三电阻分压电路(分别由电阻R1和R2、电阻R3和R4、电阻R7和R8组成)、二极管D1～D3、电阻R5、电阻R6、压敏电阻RV1以及一个电压检测器N1、一个运算放大器N1A和一个场效应MOS管V1；所述电源开关S1用于控制所述控制电路的电源输入，压敏电阻RV1的一端与电源正极、二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与第三电阻分压电路的一端、电阻R6的一端、二极管D1的负极连接，第三电阻分压电路的输出端连接电压检测器N1的电压输入端VCC，电压检测器N1的复位信号输出端与电阻R6的另一端、二极管D3的负极、第一电阻分压电路的一端、第二电阻分压电路的一端、运算放大器N1A的正极电源输入端、电阻R5的一端连接，第一电阻分压电路的输出端连接运算放大器N1A的同相输入端，第二电阻分压电路的输出端与电容C1的一端、运算放大器N1A的反相输入端连接，运算放大器N1A的输出端与电阻R5的另一端、场效应MOS管V1的栅极连接，场效应MOS管V1的漏极与线圈L1和L2的连接中点、二极管D1的正极连接，场效应MOS管V1的源极、运算放大器N1A的负极电源输入端、电容C1的另一端、第一电阻分压电路的另一端、第二电阻分压电路的另一端、二极管D3的正极、电压检测器N1的接地端gnd、第三电阻分压电路的另一端、压敏电阻RV1的另一端均与电源负极连接。

本实施例中的控制电路包括防反接电路、浪涌保护电路、电压阈值判别电路、降压电路、强启控制电路和防反压电路；防反接电路由二极管D2组成；浪涌保护电路由压敏电阻RV1组成；电压阈值判别电路由电阻R7、电阻R8及电压检测器N1组成；降压电路由电阻R6、稳压二极管D3组成，强启控制电路由电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、运算放大器N1A、场效应MOS管V1组成；防反压电路由二极管D1组成。

电源开关S1合闸，当电压阈值判别电路检测到控制电源的电压达到一定电压(优先70％Ue)时，电压检测器N1的复位脚对地gnd开路，电压阈值判别电路输出高电平，强启控制电路得电工作，输出高电平信号驱动场效应MOS管V1导通，短接线圈L2使线圈L1通过大电流，产生磁通使得分励电磁铁动作吸合，分励脱扣器动作，电容C1缓慢充电；当电容C1充电充到运算放大器N1A的反相输入端电平大于同相输入端电平时，运算放大器N1A的输出端输出低电平，场效应MOS管V1关闭，线圈L2接入供电回路，电流降低，分励电磁铁进入维持吸合工作模式，使牵引杆仍处于脱扣位置，防止断路器再次合闸。由此实现了大功率吸合，小功率维持的工作模式。对于线圈L1的要求是在其单独通电的情况下能够使得分励电磁铁快速吸合，也就是在电容C1充电完成前分励电磁铁能够吸合到位；对于线圈L2的要求是线圈L1与线圈L2串联通电的情况下，线圈L1与线圈L2产生的磁通能够使得分励电磁铁恰好保持合闸的情况下电阻越大越好；分励电磁铁快速吸合所需的电流时间由R3、C1设定。

实施例四、

本实施例中控制电路的电路原理如图5所示。如图2、3、4所示控制电路中的运算放大器N1A可由如图5中的电压检测器N2代替，本实施例的控制电路包括电源开关S1、第一～第二电阻分压电路(分别由电阻R1和R2、电阻R7和R8组成)、二极管D1～D3、电阻R5、电阻R6、压敏电阻RV1以及电压检测器N1、电压检测器N2、电容C1和一个场效应MOS管V1；所述电源开关S1用于控制所述控制电路的电源输入，压敏电阻RV1的一端与电源正极、二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与第二电阻分压电路的一端、电阻R6的一端、二极管D1的负极连接，第二电阻分压电路的输出端连接电压检测器N1的电压输入端VCC，电压检测器N1的复位信号输出端与电阻R6的另一端、二极管D3的负极、第一电阻分压电路的一端、电阻R5的一端连接，第一电阻分压电路的输出端连接电压检测器N2的VCC端，电压检测器N2的复位信号输出端rest与电阻R5的另一端、场效应MOS管V1栅极连接，电压检测器N2的延时控制端srt与电容C1的一端连接，场效应MOS管V1的漏极与线圈L1和L2的连接中点、二极管D1的正极连接，场效应MOS管V1的源极、电压检测器N2的接地端gnd、电容C1的另一端、第一电阻分压电路的另一端、二极管D3的正极、电压检测器N1的接地端gnd、第二电阻分压电路的另一端、压敏电阻RV1的另一端均与电源负极连接。

本实施例中的控制电路包括防反接电路、浪涌保护电路、电压阈值判别电路、降压电路、强启控制电路和防反压电路；防反接电路由二极管D2组成；浪涌保护电路由压敏电阻RV1组成；电压阈值判别电路由电阻R7、电阻R8及电压检测器N1组成；降压电路由电阻R6、稳压二极管D3组成，强启控制电路由电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R5、电压检测器N2、场效应MOS管V1组成；防反压电路由二极管D1组成。

电源开关S1合闸，当电压阈值判别电路检测到控制电源的电压达到一定电压(优先70％Ue)时，电压检测器N1的复位脚对地gnd开路，电压阈值判别电路输出高电平，强启控制电路得电工作，电压检测器N2的输出端复位脚rest维持一定时间T的对地gnd开路状态，输出高电平信号驱动场效应MOS管V1导通，短接线圈L2使线圈L1通过大电流，产生磁通使得分励电磁铁动作吸合，分励脱扣器动作；时间T过后，电压检测器N2输出端复位脚rest对地gnd短路，输出低电平信号，场效应MOS管V1关闭，线圈L2接入供电回路，电流降低，分励电磁铁进入维持吸合工作模式，使牵引杆仍处于脱扣位置，防止断路器再次合闸。由此实现了大功率吸合，小功率维持的工作模式。对于线圈L1的要求是在其单独通电的情况下能够使得分励电磁铁快速吸合，也就是在电容C1充电完成前分励电磁铁能够吸合到位；对于线圈L2的要求是线圈L1与线圈L2串联通电的情况下，线圈L1与线圈L2产生的磁通能够使得分励电磁铁恰好保持合闸的情况下电阻越大越好；T的时间根据线圈的规格可通过电容C1具体可调；

本实用新型的场效应MOS管V1也可以用三极管等其它晶体管代替，都属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种分励脱扣器，包括分励电磁铁以及控制分励电磁铁动作的控制电路，其特征在于，所述分励电磁铁具有串联连接且同向绕制的两组线圈L1和L2，这两组线圈被配置为：当线圈L1单独接入供电回路时所产生的磁通能够使得分励电磁铁吸合，当线圈L1和L2串联接入供电回路时所产生的磁通减小并能够使得分励电磁铁保持吸合状态并且所述线圈L2的电阻大于线圈L1的电阻；所述控制电路包括电源开关，所述控制电路可在所述电源开关导通时先使得线圈L1单独接入供电回路，并经过预设时间后使得线圈L1和L2串联接入供电回路。

2.如权利要求1所述分励脱扣器，其特征在于，所述控制电路包括：电源开关、第一电阻分压电路、第二电阻分压电路以及一个运算放大器、一个场效应MOS管、一个电阻和一个电容；所述电源开关用于控制所述控制电路的电源输入，第一电阻分压电路、第二电阻分压电路分别跨接于电源正、负极之间，第一电阻分压电路的输出端连接运算放大器的同相输入端，第二电阻分压电路的输出端与电容的一端、运算放大器的反相输入端连接，电容的另一端连接电源负极，运算放大器的输出端与所述电阻的一端、所述场效应MOS管的栅极连接，所述场效应MOS管的漏极与线圈L1和L2的连接中点连接，所述电阻的另一端、线圈L1的另一端均与电源正极连接，所述场效应MOS管的源极、线圈L2的另一端、运算放大器的负极电源输入端均与电源负极连接。

3.如权利要求1所述分励脱扣器，其特征在于，所述控制电路包括：电源开关、第一电阻分压电路、第二电阻分压电路、第一～第三二极管、第一电阻、第二电阻、压敏电阻以及一个运算放大器和一个场效应MOS管；所述电源开关用于控制所述控制电路的电源输入，压敏电阻的一端与电源正极、第二二极管的正极连接，第二二极管的负极与第二电阻的一端、第一二极管的负极连接，第二电阻的另一端与第三二极管的负极、第一电阻分压电路的一端、第二电阻分压电路的一端、第一电阻的一端、运算放大器的正极电源输入端连接，第一电阻分压电路的输出端连接运算放大器的同相输入端，第二电阻分压电路的输出端与电容的一端、运算放大器的反相输入端连接，运算放大器的输出端与第一电阻的另一端、场效应MOS管的栅极连接，场效应MOS管的漏极与线圈L1和L2的连接中点、第一二极管的正极连接，场效应MOS管的源极、运算放大器的负极电源输入端、电容的另一端、第一电阻分压电路的另一端、第二电阻分压电路的另一端、第三二极管的正极均与电源负极连接。

4.如权利要求1所述分励脱扣器，其特征在于，所述控制电路包括：电源开关、第一～第三电阻分压电路、第一～第三二极管、第一电阻、第二电阻、压敏电阻以及一个电压检测器、一个运算放大器和一个场效应MOS管；所述电源开关用于控制所述控制电路的电源输入，压敏电阻的一端与电源正极、第二二极管的正极连接，第二二极管的负极与第三电阻分压电路的一端、第二电阻的一端、第一二极管的负极连接，第三电阻分压电路的输出端连接电压检测器的电压输入端，电压检测器的复位信号输出端与第二电阻的另一端、第三二极管的负极、第一电阻分压电路的一端、第二电阻分压电路的一端、运算放大器的正极电源输入端、第一电阻的一端连接，第一电阻分压电路的输出端连接运算放大器的同相输入端，第二电阻分压电路的输出端与电容的一端、运算放大器的反相输入端连接，运算放大器的输出端与第一电阻的另一端、场效应MOS管的栅极连接，场效应MOS管的漏极与线圈L1和L2的连接中点、第一二极管的正极连接，场效应MOS管的源极、运算放大器的负极电源输入端、电容的另一端、第一电阻分压电路的另一端、第二电阻分压电路的另一端、第三二极管的正极、电压检测器的接地端、第三电阻分压电路的另一端、压敏电阻的另一端均与电源负极连接。