CN218848231U - 一种基于失真波形计算短路电流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及短路跳闸计算短路电流技术领域，具体涉及一种基于失真波形计算短路电流装置，电源模块为装置提供电源，将不能直接给装置供电的电源转换为装置所需的工作电源，泄流模块将从保护电流互感器上获得的超过装置承载能力的电能量泄放，起到保护装置的作用，电流采样模块将短路电流值转换为可供单片机识别的模拟电压信号，信号处理器对电流采样模块的模拟电压信号进行分析计算，求出短路电流值，能够提高检测电流波形在失真时电流有效值的计算精度，使发生短路时短路电流的计算有效值更加可靠。

Description

一种基于失真波形计算短路电流装置

技术领域

本实用新型涉及短路跳闸计算短路电流技术领域，尤其涉及一种基于失真波形计算短路电流装置。

背景技术

随着智能化断路器的发展，对断路器在跳闸时能够反应跳闸电流的需求也越来越高。

但是，现有的智能化断路器短路时电流较大，电流互感器输出的感应电流往往会出现削顶失真现象而造成短路电流计算不准。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于失真波形计算短路电流装置，解决了现有的智能化断路器短路时电流较大，电流互感器输出的感应电流往往会出现削顶失真现象而造成短路电流计算不准的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于失真波形计算短路电流装置，包括电源模块、泄流模块、电流采样模块和信号处理器，所述电源模块分别与所述泄流模块、所述电流采样模块和所述信号处理器连接，所述电流采样模块与所述信号处理器连接。

其中，所述电流采样模块包括桥堆Bridge1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2和运算放大器U1，所述桥堆Bridge1的第一端与交流电负极连接，所述桥堆Bridge1的第二端与交流电正极连接，所述桥堆Bridge1的第三端与第二直流电源连接；所述桥堆Bridge1的第四端分别与所述电阻R2和所述电阻R1连接；所述电阻R1远离所述桥堆Bridge1的一端接地；所述电容C1的一端分别与所述电阻R2和所述电阻R3连接，所述电容C1的另一端接地；所述运算放大器U1的第二端分别与所述电阻R3、所述电阻R4和所述电容C2连接；所述运算放大器U1的第一端分别与所述电阻R4和所述电容C2连接；所述运算放大器U1的第三端接地；所述运算放大器U1的第11端接地；所述运算放大器U1的第四端与第一直流电源连接；所述运算放大器U1的第一端还与Sign1连接。

其中，所述电源模块包括二极管D1、二极管D2、电容C3、电容C4、LDO电源芯片U2，所述LDO电源芯片U2的第一端分别与所述二极管D1、所述二极管D2和所述电容C3；所述LDO电源芯片U2的第二端接地，并分别与所述电容C3和所述电容C4连接；所述LDO电源芯片U2的第三端与所述电容C4连接。

其中，所述泄流模块包括二极管D3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C5和比较器U3，所述比较器U3的第一端分别与所述二极管D3连接、所述电阻R6和所述电阻R8连接；所述比较器U3的第二端分别与所述电容C5和所述电阻R8连接；所述比较器U3的第三端分别与所述电阻R6、电阻R5和所述电阻R7连接；所述电阻R7远离所述比较器U3的一端与所述电容C5连接；所述电容C5与所述电阻R7连接的一端接地；所述比较器U3的第11端接地；所述比较器U3的第四端与输入电压连接。

其中，所述泄流模块还包括mos管Q1、电阻R9和电阻R10，所述mos管Q1分别与所述二极管D3和所述电阻R9连接；所述电阻R10分别与所述二极管D3和所述mos管Q1连接，所述所述mos管Q1与所述电阻R10连接的一端接地。

本实用新型的一种基于失真波形计算短路电流装置，所述电源模块为装置提供电源，将不能直接给装置供电的电源转换为装置所需的工作电源，所述泄流模块将从保护电流互感器上获得的超过装置承载能力的电能量泄放，起到保护装置的作用，所述电流采样模块将短路电流值转换为可供单片机识别的模拟电压信号，所述信号处理器对所述电流采样模块的模拟电压信号进行分析计算，求出短路电流值，能够提高检测电流波形在失真时电流有效值的计算精度，使发生短路时短路电流的计算有效值更加可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本实用新型的基于失真波形计算短路电流装置的结构示意图。

图2是本实用新型的电流采样模块的电路原理图。

图3是本实用新型的电源模块的电路原理图。

图4是本实用新型的泄流模块的电路原理图。

图5是本实用新型的信号处理器原理图。

图中：101-电源模块、102-泄流模块、103-电流采样模块、104-信号处理器。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1至图5，其中，图1是本实用新型的基于失真波形计算短路电流装置的结构示意图。图2是本实用新型的电流采样模块103的电路原理图。图3是本实用新型的电源模块101的电路原理图。图4是本实用新型的泄流模块102的电路原理图。图5是本实用新型的信号处理器104原理图。

本实用新型提供一种基于失真波形计算短路电流装置，包括电源模块101、泄流模块102、电流采样模块103和信号处理器104，所述电流采样模块103包括桥堆Bridge1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2和运算放大器U1，所述电源模块101包括二极管D1、二极管D2、电容C3、电容C4、LDO电源芯片U2，所述泄流模块102包括二极管D3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C5、比较器U3、mos管Q1、电阻R9和电阻R10。

针对本具体实施方式，所述电源模块101分别与所述泄流模块102、所述电流采样模块103和所述信号处理器104连接，所述电流采样模块103与所述信号处理器104连接。所述电源模块101为装置提供电源，将不能直接给装置供电的电源，转换为装置所需的工作电源；所述泄流模块102将从保护电流互感器上获得的超过装置承载能力的电能量泄放，起到保护装置的作用；所述电流采样模块103将短路电流值转换为可供单片机识别的模拟电压信号；所述信号处理器104对所述电流采样模块103的模拟电压信号进行分析计算，求出短路电流值。

其中，所述桥堆Bridge1的第一端与交流电负极连接，所述桥堆Bridge1的第二端与交流电正极连接，所述桥堆Bridge1的第三端与第二直流电源连接；所述桥堆Bridge1的第四端分别与所述电阻R2和所述电阻R1连接；所述电阻R1远离所述桥堆Bridge1的一端接地；所述电容C1的一端分别与所述电阻R2和所述电阻R3连接，所述电容C1的另一端接地；所述运算放大器U1的第二端分别与所述电阻R3、所述电阻R4和所述电容C2连接；所述运算放大器U1的第一端分别与所述电阻R4和所述电容C2连接；所述运算放大器U1的第三端接地；所述运算放大器U1的第11端接地；所述运算放大器U1的第四端与第一直流电源连接；所述运算放大器U1的第一端还与Sign1连接。

所述桥堆Bridge1为所述电流采样模块103中的全波整流电路，用于将交流信号进行全波整流；所述电阻R1为所述电流采样模块103的电流-电压转换电路，用于流通电流信号，在所述电阻R1和所述电阻R2接口处有与流经电流相关的电压；所述电阻R2与所述电容C1为所述电流采样模块103的低通滤波电路，用于低通滤波，滤除高频毛刺；所述电阻R3、电阻R4、电容C2、运算放大器U1为所述电流采样模块103的信号放大电路；所述电阻R3、所述电阻R4，用于控制所述运算放大器U1的放大倍数；所述电容C2，用于运放超前补偿，稳定运放，减少噪声；所述运算放大器U1，用于放大电压信号，增加测量精度，输出端信号Sign1连接至所述信号处理器104的单片机AD采样引脚，提供可检测的电信号；交流电流经过所述桥堆Bridge1与所述电阻R1，在所述电阻R1与所述电阻R2接口处形成一个电压，通过低通滤波与所述运算放大器U1将半波信号放大并输出给所述信号处理器104。

其次，所述LDO电源芯片U2的第一端分别与所述二极管D1、所述二极管D2和所述电容C3；所述LDO电源芯片U2的第二端接地，并分别与所述电容C3和所述电容C4连接；所述LDO电源芯片U2的第三端与所述电容C4连接。

所述二极管D1、所述第二极管D2用于防止电流倒灌，VIN与VCC2只有电压高的一端将电供给VIN2；所述电源芯片U2用于将输入电源VIN2转换为可供装置工作的电源VCC；所述电容C3用于稳定输入电源VIN2；所述电容C4用于稳定输出电源VCC。

同时，所述比较器U3的第一端分别与所述二极管D3连接、所述电阻R6和所述电阻R8连接；所述比较器U3的第二端分别与所述电容C5和所述电阻R8连接；所述比较器U3的第三端分别与所述电阻R6、电阻R5和所述电阻R7连接；所述电阻R7远离所述比较器U3的一端与所述电容C5连接；所述电容C5与所述电阻R7连接的一端接地；所述比较器U3的第11端接地；所述比较器U3的第四端与输入电压连接。所述mos管Q1分别与所述二极管D3和所述电阻R9连接；所述电阻R10分别与所述二极管D3和所述mos管Q1连接，所述所述mos管Q1与所述电阻R10连接的一端接地。

所述电阻R5、所述电阻R7用于分压，将经过分压的电压信号输入给所述比较器U3；所述电阻R6为所述比较器U3的迟滞反馈电阻，使所述比较器U3输出翻转拥有一段不翻转区间；所述电容C5对所述比较器U3反向输入端做一个积分，延缓所述比较器U3反相输入端电信号变化速度；所述电阻R8为信号跟随作用，使所述比较器U3反相输入端的电信号随所述比较器U3输出端变化而变化；所述比较器U3结合所述电阻R5、所述电阻R6、所述电阻R7、所述电阻R8、所述电容C5的外围电路，实现根据输入电压VIN2的大小，输出适应VIN2大小占空比的PWM信号，控制所述mos管Q1开关，对VCC2的电能量进行泄放，保护装置；所述二极管D3防止后级电路倒灌所述比较器U3输出端；所述电阻R10给所述mos管Q1的栅极一个默认电平，并使所述mos管Q1栅极信号由高变低时能释放能量；所述电阻R9为VCC2电能泄放时的限流电阻，防止所述mos管Q1损坏；所述mos管Q1为泄放电路的执行器，通过所述控制mos管Q1的栅极信号，实现所述mos管Q1的导通和关闭，实现电能量的泄放与关闭。

使用本实施例的一种基于失真波形计算短路电流装置，所述信号处理器104包括MCU芯片U4；MCU芯片U4用于接收采样信号，运行算法代码，所述电流采样模块103的Sign1连接到MCU芯片U4，MCU芯片U4运行算法代码，得出短路电流值。能够提高检测电流波形在失真时电流有效值的计算精度，使发生短路时短路电流的计算有效值更加可靠。

以上所揭露的仅为本申请一种或多种较佳实施例而已，不能以此来限定本申请之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于本申请所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种基于失真波形计算短路电流装置，其特征在于，包括电源模块、泄流模块、电流采样模块和信号处理器，所述电源模块分别与所述泄流模块、所述电流采样模块和所述信号处理器连接，所述电流采样模块与所述信号处理器连接。

2.如权利要求1所述的基于失真波形计算短路电流装置，其特征在于，

所述电流采样模块包括桥堆Bridge1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2和运算放大器U1，所述桥堆Bridge1的第一端与交流电负极连接，所述桥堆Bridge1的第二端与交流电正极连接，所述桥堆Bridge1的第三端与第二直流电源连接；所述桥堆Bridge1的第四端分别与所述电阻R2和所述电阻R1连接；所述电阻R1远离所述桥堆Bridge1的一端接地；所述电容C1的一端分别与所述电阻R2和所述电阻R3连接，所述电容C1的另一端接地；所述运算放大器U1的第二端分别与所述电阻R3、所述电阻R4和所述电容C2连接；所述运算放大器U1的第一端分别与所述电阻R4和所述电容C2连接；所述运算放大器U1的第三端接地；所述运算放大器U1的第11端接地；所述运算放大器U1的第四端与第一直流电源连接；所述运算放大器U1的第一端还与Sign1连接。

3.如权利要求1所述的基于失真波形计算短路电流装置，其特征在于，

所述电源模块包括二极管D1、二极管D2、电容C3、电容C4、LDO电源芯片U2，所述LDO电源芯片U2的第一端分别与所述二极管D1、所述二极管D2和所述电容C3；所述LDO电源芯片U2的第二端接地，并分别与所述电容C3和所述电容C4连接；所述LDO电源芯片U2的第三端与所述电容C4连接。

4.如权利要求1所述的基于失真波形计算短路电流装置，其特征在于，

所述泄流模块包括二极管D3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C5和比较器U3，所述比较器U3的第一端分别与所述二极管D3连接、所述电阻R6和所述电阻R8连接；所述比较器U3的第二端分别与所述电容C5和所述电阻R8连接；所述比较器U3的第三端分别与所述电阻R6、电阻R5和所述电阻R7连接；所述电阻R7远离所述比较器U3的一端与所述电容C5连接；所述电容C5与所述电阻R7连接的一端接地；所述比较器U3的第11端接地；所述比较器U3的第四端与输入电压连接。

5.如权利要求4所述的基于失真波形计算短路电流装置，其特征在于，

所述泄流模块还包括mos管Q1、电阻R9和电阻R10，所述mos管Q1分别与所述二极管D3和所述电阻R9连接；所述电阻R10分别与所述二极管D3和所述mos管Q1连接，所述mos管Q1与所述电阻R10连接的一端接地。

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