CN216625278U - 一种新型电子式电压跌落开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型电子式电压跌落开关，包括核心电路，核心电路包括市电输入MAINS INPUT端、开关式交直流电源的输出端AC Source INPUT端和电压跌落开关的输出端OUTPUT端，市电输入MAINS INPUT端通过线路分别连接有变压器TB1、变压器TB2、变压器TB3和变压器TB4。本实用新型解决了方案2存在的能效低，耗能高；线性功率衰减；体积庞大、重量重；价格极贵等问题；同时利用参考源具备三相交流输出能力，相位角度可程控以及直流输出等特性，解决了方案1和方案3存在的无法全面兼容IEC61000‑4‑11和GB17626.11的标准测试项目问题。

Description

一种新型电子式电压跌落开关

技术领域

本实用新型涉及电压跌落开关技术领域，具体为一种新型电子式电压跌落开关。

背景技术

跌落式开关是一种短路保护开关。它具有经济、操作方便、适应户外环境性强等特点，被广泛应用于10kV/12KV配电线路和配电变压器一侧作为保护和进行设备投、切操作之用，现有的电子式电压跌落开关主要采用以下三种方案进行电压试验，方案1：采用调压器和开关进行电压暂降、短时中断和电压变化试验；方案2：采用功率放大器进行电压暂降、短时中断和电压变化试验；方案 3：采用抽头变压器和开关进行电压暂降、短时中断和电压变化试验，上述三种方案中，开关1和开关2是采用功率半导体IGBT或MOSFET构成的半导体开关， EUT是指受试设备，调压器1和调压器2，由自耦变压器组成，可人工调节或电机自动调节。

然而，上述三种方案在使用的过程中存在以下的问题：(1)方案1和方案3 存在的无法全面兼容IEC61000-4-11和GB17626.11的标准测试项目，无法兼容 IEC61000-4-29和GB17626.29的标准测试项目，无法灵活适配受试设备的标称频率需求问题；(2)方案2存在的能效低、耗能高、线性功率衰减、体积庞大、重量重和价格极贵等问题。为此，需要设计相应的技术方案解决存在的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型电子式电压跌落开关，解决了方案1 和方案3存在的无法全面兼容IEC61000-4-11和GB17626.11的标准测试项目，无法兼容IEC61000-4-29和GB17626.29的标准测试项目，无法灵活适配受试设备的标称频率需求问题以及方案2存在的能效低、耗能高、线性功率衰减、体积庞大、重量重和价格极贵等问题，这一技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种新型电子式电压跌落开关，其特征在于：包括核心电路，所述核心电路包括市电输入MAINS INPUT 端、开关式交直流电源的输出端AC Source INPUT端和电压跌落开关的输出端 OUTPUT端，所述市电输入MAINSINPUT端通过线路分别连接有变压器TB1、变压器TB2、变压器TB3和变压器TB4，所述变压器TB1、变压器TB2、变压器TB3 和变压器TB4分别通过线路连接有继电器的触点端RL1A、继电器的触点端RL2A、继电器的触点端RL3A和继电器的触点端RL4A，所述继电器的触点端RL1A、继电器的触点端RL2A、继电器的触点端RL3A分别通过线路连接有电流检测芯片 CS1、电流检测芯片CS2和电流检测芯片CS3，所述继电器的触点端RL4A通过线路与电压跌落开关的输出端OUTPUT端相连接，所述电流检测芯片CS1通过线路依次连接有电感L1、二极管D1、二极管D2、二极管D14和功率半导体开关器件 IGBT1，所述电流检测芯片CS2通过线路依次连接有电感L2、二极管D5、二极管D6、二极管D16和功率半导体开关器件IGBT2，所述电流检测芯片CS3通过线路依次连接有电感L3、二极管D9、二极管D10、二极管D18和功率半导体开关器件IGBT3，所述开关式交直流电源的输出端AC Source INPUT端通过线路分别连接有变压器TB7、变压器TB8、变压器TB9和变压器TB10，所述变压器TB7 通过线路并联有继电器的触点端RL5A和继电器的触点端RL8A，所述变压器TB8 通过线路并联有继电器的触点端RL6A和继电器的触点端RL9A，所述变压器TB9 通过线路并联有继电器的触点端RL7A和继电器的触点端RL10A，所述变压器 TB10通过与电压跌落开关的输出端OUTPUT端相连接，所述继电器的触点端RL5A、继电器的触点端RL6A和继电器的触点端RL7A通过线路连接有电流检测芯片CS4、电流检测芯片CS5和电流检测芯片CS6，所述电流检测芯片CS4通过线路依次连接有电感L4、二极管D3、二极管D4、二极管D15和功率半导体开关器件IGBT4，所述电流检测芯片CS5通过线路依次连接有电感L5、二极管D7、二极管D8、二极管D17和功率半导体开关器件IGBT5，所述电流检测芯片CS6 通过线路依次连接有电感L6、二极管D11、二极管D12、二极管D19和功率半导体开关器件IGBT6，所述电压跌落开关的输出端OUTPUT端的末端还安装有变压器TB11、变压器TB12、变压器TB13和变压器TB14。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述开关式交直流电源的输出端ACSource INPUT端的电压通过以太网连接有电脑进行控制。

作为本实用新型的一种优选实施方式，述开关式交直流电源的输出端AC SourceINPUT端的频率受电压跌落开关的控制电路控制，对应U36芯片的Pin18 SYNC1。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本发明着重解决上述三个方案存在的问题，在保留方案1和方案3的开关1 和开关2的主要控制电路的前提下，抛弃方案1和方案3采用的调压器或抽头变压器，替换方案2中的波形发生器和功率放大器，发明了一种采用双路功率半导体开关作为电压切换器件，开关式交直流电压源作为0％、40％、70％、80％等电压暂降、短时中断和电压变化的电压跌落开关，也就是一种新型电子式电压跌落开关，该装置采用开关式的交直流电压源作为电压暂降、短时中断和电压变化的参考源，解决了方案2存在的能效低，耗能高；线性功率衰减；体积庞大、重量重；价格极贵等问题；同时利用参考源具备三相交流输出能力，相位角度可程控以及直流输出等特性，解决了方案1和方案3存在的无法全面兼容IEC61000-4-11和GB17626.11的标准测试项目，无法兼容IEC61000-4-29和 GB17626.29的标准测试项目，无法灵活适配受试设备的标称频率需求问题。

附图说明

图1为实施技术方案原理图之核心电路；

图2为实施技术方案原理图之IGBT驱动电路；

图3为实施技术方案原理图之控制电路；

图4为实施技术方案原理图之供电电路；

图5为实施技术方案原理图之继电器驱动电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-5，本实用新型提供一种技术方案：一种新型电子式电压跌落开关，包括核心电路，核心电路包括市电输入MAINS INPUT端、开关式交直流电源的输出端ACSource INPUT端和电压跌落开关的输出端OUTPUT端，市电输入 MAINS INPUT端通过线路分别连接有变压器TB1、变压器TB2、变压器TB3和变压器TB4，变压器TB1、变压器TB2、变压器TB3和变压器TB4分别通过线路连接有继电器的触点端RL1A、继电器的触点端RL2A、继电器的触点端RL3A和继电器的触点端RL4A，继电器的触点端RL1A、继电器的触点端RL2A、继电器的触点端RL3A分别通过线路连接有电流检测芯片CS1、电流检测芯片CS2和电流检测芯片CS3，继电器的触点端RL4A通过线路与电压跌落开关的输出端OUTPUT端相连接，电流检测芯片CS1通过线路依次连接有电感L1、二极管D1、二极管D2、二极管D14和功率半导体开关器件IGBT1，电流检测芯片CS2通过线路依次连接有电感L2、二极管D5、二极管D6、二极管D16和功率半导体开关器件IGBT2，电流检测芯片CS3通过线路依次连接有电感L3、二极管D9、二极管D10、二极管D18和功率半导体开关器件IGBT3，开关式交直流电源的输出端AC SourceINPUT端通过线路分别连接有变压器TB7、变压器TB8、变压器TB9和变压器TB10，变压器TB7通过线路并联有继电器的触点端RL5A和继电器的触点端RL8A，变压器TB8通过线路并联有继电器的触点端RL6A和继电器的触点端RL9A，变压器 TB9通过线路并联有继电器的触点端RL7A和继电器的触点端RL10A，变压器TB10 通过与电压跌落开关的输出端OUTPUT端相连接，继电器的触点端RL5A、继电器的触点端RL6A和继电器的触点端RL7A通过线路连接有电流检测芯片CS4、电流检测芯片CS5和电流检测芯片CS6，电流检测芯片CS4通过线路依次连接有电感 L4、二极管D3、二极管D4、二极管D15和功率半导体开关器件IGBT4，电流检测芯片CS5通过线路依次连接有电感L5、二极管D7、二极管D8、二极管D17和功率半导体开关器件IGBT5，电流检测芯片CS6通过线路依次连接有电感L6、二极管D11、二极管D12、二极管D19和功率半导体开关器件IGBT6，电压跌落开关的输出端OUTPUT端的末端还安装有变压器TB11、变压器TB12、变压器TB13 和变压器TB14。

进一步改进地，如图1所示：开关式交直流电源的输出端AC Source INPUT 端的电压通过以太网连接有电脑进行控制。

具体地，开关式交直流电源的输出端AC Source INPUT端的频率受电压跌落开关的控制电路控制，对应U36芯片的Pin18 SYNC1。

图1是整个实施技术方案的核心电路。MAINS INPUT是市电输入，TB1、TB2、TB3和TB4分别连接市电的L1、L2、L3和N。AC Source INPUT是开关式交直流电源的输出端，TB7(变压器)、TB8、TB9和TB10分别连接交直流电源输出端 L1、L2、L3和N。OUTPUT端，是该电压跌落开关的输出端，TB11、TB12、TB13 和TB14用来连接受试设备EUT的A、B、C和N。

RL1A、RL2A、RL3A和RL4A是RL1、RL2、RL3和RL4继电器的触点端，受 RL1、RL2、RL3和RL4继电器的线圈端驱动，可将MAINS INPUT端的市电断开或接入到电压跌落开关内部。

RL5A、RL6A和RL7A是RL5、RL6和RL7继电器的触点端，受RL5、RL6和 RL7继电器的线圈端驱动，可将AC Source INPUT端的电压断开或接入到电压跌落开关内部。

CS1、CS2和CS3是电流检测芯片，用于检测MAINS INPUT端L1、L2和L3 线路的电流。CS4、CS5和CS6同样是电流检测芯片，用于检测AC Source INPUT 端L1、L2和L3线路的电流。

IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5和IGBT6是功率半导体开关器件IGBT，用于每相电路的两路电压的切换开关。IGBT1和IGBT4负责A相的MAINS INPUT 和AC Source INPUT两路电压的切换，IGBT2和IGBT5负责B相的MAINS INPUT 和AC Source INPUT两路电压的切换，IGBT3和IGBT6负责C相的MAINS INPUT 和AC Source INPUT两路电压的切换。

当IGBT1、IGBT2和IGBT3导通，且IGBT4、IGBT5和IGBT6关断时，MAINS INPUT端的TB1、TB2、TB3和TB4线路的电压，连通到OUTPUT端的TB11、TB12、 TB13和TB14。

当IGBT4、IGBT5和IGBT6导通，且IGBT1、IGBT2和IGBT3关断时，AC Source INPUT端的TB7、TB8、TB9和TB10线路的电压，连通到OUTPUT端的TB11、TB12、TB13和TB14。

L1、L2、L3、L4、L5、L6和D14、D15、D16、D17、D18、D19分别是电感和二极管，主要用来在IGBT1、IGBT2和IGBT3导通，且IGBT4、IGBT5和IGBT6 关断时，或者IGBT4、IGBT5和IGBT6导通，且IGBT1、IGBT2和IGBT3关断时，抑制电压的快速变化，防止出现电压的过冲或欠冲的状况。

MAINS INPUT端的电压和频率，作为该电压跌落开关的标称电压和频率。

AC Source INPUT端的电压，电脑软件通过以太网口或USB口进行程控控制。

AC Source INPUT端的频率，受电压跌落开关的控制电路控制，对应U36芯片的Pin18 SYNC1。

电脑软件依据使用者的电压设定以及IEC61000-4-11、29或GB17626.11、 29标准的要求，通过USB接口控制电压跌落开关处于不同的工作状态。

电压跌落开关有两种工作状态，分别是Bypass模式和DIPs模式。Bypass 模式即是旁路模式，用于系统集成控制时，将AC Source INPUT端的电压直接 Bypass到该电压跌落开关的输出端OUTPUT，从而整个电压跌落开关处于待机模式。DIPs模式是电压跌落开关处于电压暂降、短时中断测试状态。

Bypass模式是由RL8A、RL9A和RL10A继电器，以及RL1A、RL2A、RL3A和 RL4A继电器，以及RL5A、RL6A和RL7A继电器联合完成的。在Bypass模式时， RL8A、RL9A和RL10A继电器处于吸合状态，而RL1A、RL2A、RL3A和RL4A继电器，以及RL5A、RL6A和RL7A继电器处于释放状态。AC Source INPUT电压直接连通到OUTPUT端。

DIPs模式同样是由RL8A、RL9A和RL10A继电器，以及RL1A、RL2A、RL3A 和RL4A继电器，以及RL5A、RL6A和RL7A继电器联合完成的。在DIPs模式时， RL8A、RL9A和RL10A继电器处于释放状态，而RL1A、RL2A、RL3A和RL4A继电器，以及RL5A、RL6A和RL7A继电器处于吸合状态。此时，电压跌落开关将MAINS INPUT和AC Source INPUT端的电压同时连通到核心电路中。

图2是实施技术方案原理图的驱动电路，其中SUB1、SUB2、SUB3、SUB4、 SUB5和SUB6是IGBT的驱动电路板，由MCU Controller Brd.的对应脚位发送高低电平，经由U35芯片隔离放大驱动能力后，送至SUB1、SUB2、SUB3、SUB4、 SUB5和SUB6电路板的第4脚Gate1、Gate2、Gate3、Gate4、Gate5和Gate6。 SUB1、SUB2、SUB3、SUB4、SUB5和SUB6电路板的第5和6脚分别输出±15V的隔离型高低电平，用来驱动IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5和IGBT6的G 极，使得IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5和IGBT6处于导通或关断状态。 SUB1、SUB2、SUB3、SUB4、SUB5和SUB6电路板的Gate1、Gate2、Gate3、Gate4、 Gate5和Gate6是低电平(0V)时，对应的DRV1、DRV2、DRV3、DRV4、DRV5和 DRV6输出+15V，IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5和IGBT6处于导通状态；当为高电平(+5V)时，对应的DRV1、DRV2、DRV3、DRV4、DRV5和DRV6输出-15V， IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5和IGBT6处于关断状态。

图3是实施技术方案原理图的控制电路，其中MCU Controller Brd.是单片机控制电路板，用于MAINS INPUT、AC Source INPUT的电压侦测、频率侦测、相序侦测；RL1、RL2、RL3、RL4、RL5、RL6、RL7、RL8、、RL9、RL10继电器的动作控制；IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5和IGBT6的开关状态控制；同步型号SYNC1的控制；USB通讯等功能。U34、U35和U36是隔离放大集成电路芯片，用于将MCU Controller Brd.发送的电平信号隔离放大后对相应的下一级电路驱动使用。其中典型的U35芯片是IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5 和IGBT6的驱动电平；U34是各继电器以及风扇等驱动电平；U36是同步信号输出电平，其中SYNC1同步信号，主要用来MAINS INPUT与AC Source INPUT电压相位以及频率同步使用，AC Source的输出会依据SYNC1同步信号的变化，实时调节与MAINS INPUT端市电的相位以及相序。

图4是实施技术方案原理图的供电电路，其中SMPS1和SMPS2是低压直流供电电路，用于将E1和E2端的交流电压，通过AC/DC POWER SUPPLY转换为新型电子式电压跌落开关内部所需的±15Vdc低压直流电。该±15Vdc主要用于各个集成电路芯片的供电以及功率半导体开关器件IGBT的导通或关断。

图5是实施技术方案原理图的继电器驱动电路，其中U1是负反馈型稳压模块，通过该模块以及L7、C17、C18组成的LC滤波电路，以及由D21二极管组成的续流得到稳定的RL+(24Vdc)电压输出。C5、C6、C7、C8、C8、C10、C11 和C12是瓷介电容器，主要用于高频滤波使用。K1_ctr和K3_ctr是继电器的吸合和释放控制电平。当K1_ctr是低电平，K3_ctr是高电平时，RL1B、RL2B、RL3B、 RL4B、RL5B、RL6B和RL7B继电器吸合，RL8B、RL9B和RL10B继电器释放。当 K1_ctr是高电平，K3_ctr是低电平时，RL1B、RL2B、RL3B、RL4B、RL5B、RL6B 和RL7B继电器释放，RL8B、RL9B和RL10B继电器吸合。

该新型电子式电压跌落开关工作过程如下：

1.新型电子式电压跌落开关MAINS INPUT连接市电，AC Source INPUT连接交直流电压源，OUTPUT连接受试设备。

2.上位机软件通过USB连接控制这个新型电子式电压跌落开关。

3.上位机软件通过LAN或者USB连接控制交直流电压源。

4.上位机软件控制新型电子式电压跌落开关的工作模式，Bypass模式或者 DIPs模式。

5.当电压跌落开关工作在Bypass模式时，上位机软件依据IEC61000-4-11、 29和GB17626.11、29标准进行电压变化抗扰度试验。

6.当电压跌落开关工作在DIPs模式时，上位机软件依据IEC61000-4-11、 29和GB17626.11、29标准进行电压暂降、短时中断抗扰度试验。

7.在进行电压暂降、短时中断抗扰度试验时，MAINS INPUT作为100％的标称电压和频率，可程控的交直流电压源作为0％、40％、70％、80％等参考电压；电压跌落开关依据时序，控制IGBT1、IGBT2、IGBT3的关断，控制IGBT4、IGBT5、 IGBT6的导通，使得OUTPUT端的受试设备的电压从100％突然切换至可程控的参考电压0％、40％、70％、80％或其它电压等级；当电压跌落开关依据时序，控制 IGBT4、IGBT5、IGBT6的关断，控制IGBT1、IGBT2、IGBT3的导通，使得OUTPUT 端的受试设备的电压从可程控的参考电压0％、40％、70％、80％或其它电压等级突然切换至100％；从而实现IEC61000-4-11、29和GB17626.11、29标准的电压暂降、短时中断的抗扰度试验。

8.在进行IEC61000-4-11和GB17626.11标准试验时，会依据标准要求程控改变交直流电压源的输出电压大小和相位，按照标准要求的电压矢量关系进行电压暂降、短时中断的抗扰度试验。

在进行IEC61000-4-29和GB17626.29标准试验时，会依据标准要求程控改变交直流电压源的输出类型为直流电压，同时会依据瞬时中断要求，切换不同的阻抗模式。当进行高阻抗的电压瞬时中断试验时，电压跌落开关控制IGBT1、 IGBT2和IGBT3关断，控制IGBT4、IGBT5和IGBT6关断；当进行低阻抗的电压瞬时中断试验时，电压跌落开关控制IGBT1、IGBT2和IGBT3关断，控制IGBT4、 IGBT5。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种新型电子式电压跌落开关，其特征在于：包括核心电路，所述核心电路包括市电输入MAINS INPUT端、开关式交直流电源的输出端AC Source INPUT端和电压跌落开关的输出端OUTPUT端，所述市电输入MAINS INPUT端通过线路分别连接有变压器TB1、变压器TB2、变压器TB3和变压器TB4，所述变压器TB1、变压器TB2、变压器TB3和变压器TB4分别通过线路连接有继电器的触点端RL1A、继电器的触点端RL2A、继电器的触点端RL3A和继电器的触点端RL4A，所述继电器的触点端RL1A、继电器的触点端RL2A、继电器的触点端RL3A分别通过线路连接有电流检测芯片CS1、电流检测芯片CS2和电流检测芯片CS3，所述继电器的触点端RL4A通过线路与电压跌落开关的输出端OUTPUT端相连接，所述电流检测芯片CS1通过线路依次连接有电感L1、二极管D1、二极管D2、二极管D14和功率半导体开关器件IGBT1，所述电流检测芯片CS2通过线路依次连接有电感L2、二极管D5、二极管D6、二极管D16和功率半导体开关器件IGBT2，所述电流检测芯片CS3通过线路依次连接有电感L3、二极管D9、二极管D10、二极管D18和功率半导体开关器件IGBT3，所述开关式交直流电源的输出端AC SourceINPUT端通过线路分别连接有变压器TB7、变压器TB8、变压器TB9和变压器TB10，所述变压器TB7通过线路并联有继电器的触点端RL5A和继电器的触点端RL8A，所述变压器TB8通过线路并联有继电器的触点端RL6A和继电器的触点端RL9A，所述变压器TB9通过线路并联有继电器的触点端RL7A和继电器的触点端RL10A，所述变压器TB10通过与电压跌落开关的输出端OUTPUT端相连接，所述继电器的触点端RL5A、继电器的触点端RL6A和继电器的触点端RL7A通过线路连接有电流检测芯片CS4、电流检测芯片CS5和电流检测芯片CS6，所述电流检测芯片CS4通过线路依次连接有电感L4、二极管D3、二极管D4、二极管D15和功率半导体开关器件IGBT4，所述电流检测芯片CS5通过线路依次连接有电感L5、二极管D7、二极管D8、二极管D17和功率半导体开关器件IGBT5，所述电流检测芯片CS6通过线路依次连接有电感L6、二极管D11、二极管D12、二极管D19和功率半导体开关器件IGBT6，所述电压跌落开关的输出端OUTPUT端的末端还安装有变压器TB11、变压器TB12、变压器TB13和变压器TB14。

2.根据权利要求1所述的一种新型电子式电压跌落开关，其特征在于：所述开关式交直流电源的输出端AC Source INPUT端的电压通过以太网连接有电脑进行控制。

3.根据权利要求1所述的一种新型电子式电压跌落开关，其特征在于：所述开关式交直流电源的输出端AC Source INPUT端的频率受电压跌落开关的控制电路控制，对应U36芯片的Pin18 SYNC1。

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