專利名稱：剩余電流保護器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及具有模擬剩余電流測試電路的電子式剩余電流保護器，具體地 說，涉及用于判斷其剩余電流動作保護功能是否能正常工作的電流動作型剩余電流斷路器。
背景技術(shù)：
剩余電流保護器是電力系統(tǒng)中常用的一種低壓電器，剩余電流保護器是剩余電 流動作保護器的簡稱，以前稱漏電保護器。剩余電流保護器包括斷路器本體、剩余電流 檢測裝置、電子邏輯處理模塊、測試試驗裝置和電源電路。斷路器本體包括操作機構(gòu)、 觸頭系統(tǒng)和脫扣器，用于執(zhí)行主電路的接通或斷開。剩余電流檢測裝置，用于檢測剩余 電流或接地故障電流。電子邏輯處理模塊用于處理和判斷來自剩余電流檢測裝置的信 號，當剩余電流或接地故障電流達到一個預(yù)定限值時，電子邏輯處理模塊控制使脫扣器 脫扣，通過斷路器本體的觸頭系統(tǒng)使被控電路斷開。測試試驗裝置用于定期地檢查剩余 電流保護器的動作性能和判斷斷路器的剩余電流保護功能是否能正常工作，通過模擬存 在的一個剩余電流，該模擬剩余電流能被檢測裝置檢測到，并能報警和致使電子邏輯處 理模塊控制脫扣器脫扣。當前，市售的低壓剩余電流保護器的測試裝置的測試回路的模擬剩余電流直接 來自主電路，最常用的方案有兩種一種是將功率型電阻、測試線圈和一個測試按鈕串 接在主電路的A、B、C三相中的任意兩相之間，通過人力按下測試按鈕接通電路，模擬 存在一個剩余電流，通過剩余電流檢測裝置輸出信號驅(qū)動斷路器斷開。另一種如專利申 請CN1976158A所公開的方案，是將功率電阻、測試線圈和一個按鈕型開關(guān)串接在整流 側(cè)電源電路的輸入端，然后通過人力按下按鈕型開關(guān)接通電路，從而形成了一個電流通 路，使模擬剩余電流通過剩余電流檢測裝置。采用以上兩種方案的最大缺點測試回路 的功率型電阻需要過大的尺寸和熱耗散，這樣不僅影響產(chǎn)品小型化設(shè)計的要求，而且更 嚴重的是，由于測試回路安裝在電源電路的任意兩相之間，因此會帶來測試回路的可靠 性和耐用性問題。另外如果剩余電流保護器進行下進線方式電力安裝，通過剩余電流測 試回路測試時，斷路器本體斷開時加載在測試回路兩端的電源是沒有斷開的，如果按住 按鈕的時間過長，還可能會引起測試電阻熱擊穿的危險。專利申請CN101207271A公開了一種剩余電流保護器，它的測試裝置采用單片 機(可控編程器)實現(xiàn)，從編程芯片的I/O端口模擬輸出高頻PWM脈沖波信號，該PWM 脈沖波的輸出信號將通過測試繞組線圈模擬存在一個剩余電流激磁信號。這種保護器實 現(xiàn)起來電路復(fù)雜，而且單片機成本較高。另外，常用LC振蕩電路產(chǎn)生的正弦波頻率較 高，若要產(chǎn)生像剩余電流信號這樣頻率較低的正弦振蕩，勢必要求振蕩回路要有較大的 電感和電容，這樣不但元件體積大、笨重、安裝不便，而且制造困難、成本高。況且，為了使剩余電流保護器產(chǎn)品能滿足各種跳閘靈敏度的要求，人們一般采 用跳間靈敏度設(shè)定器，通過該設(shè)定器，在使用現(xiàn)場就可調(diào)試設(shè)定斷路器本體的跳間靈敏度。然而由于在測試狀態(tài)下，現(xiàn)有的剩余電流保護器的跳間靈敏度與其跳間靈敏度設(shè)定 器的設(shè)定參數(shù)有關(guān)，所以在測試操作時需先設(shè)定跳間靈敏度設(shè)定器的參數(shù)，然后進行測 試，如果不先設(shè)定可能會導(dǎo)致測試失敗，只能待測試完成后再將跳間靈敏度設(shè)定器的參 數(shù)調(diào)回去，從而對現(xiàn)場使用操作帶來極大的不方便。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述諸多缺陷，提供一種集檢測功能、 測試功能和靈敏度設(shè)定功能于一體的且性能更加優(yōu)化的剩余電流保護器。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的一種剩余電流保護器包括剩余電流檢測裝置 10，包括環(huán)繞著初級線圈繞組的環(huán)形磁芯和多個次級線圈繞組，包含測試線圈4和檢測 線圈2的各次級線圈繞組分別直接繞在剩余電流檢測裝置10的環(huán)形磁芯上，由檢測線圈 2檢測的剩余電流或者接地故障電流的電氣信號經(jīng)信號調(diào)整電路40生成一個檢測信號。 邏輯控制單元6，根據(jù)來自信號調(diào)整電路40的檢測信號產(chǎn)生一個驅(qū)動脫扣器5動作的電控 制信號，脫扣器5驅(qū)動斷路器本體1實現(xiàn)電力線路分斷。直流電源裝置11包括限流模塊 8、整流模塊9和低壓直流輸出模塊3。模擬剩余電流發(fā)生器70包括限流電阻R7、隔直 電容C5和三節(jié)RC移相振蕩電路71，振蕩電流輸出端f與隔直電容C5、限流電阻R7、 剩余電流檢測裝置10的測試線圈4的一端串聯(lián)連接，測試線圈4的另一端與接地端g連 接，在振蕩電流輸出端f與接地端g之間形成測試回路。一個測試按鈕41連接在三節(jié)RC 移相振蕩電路71的VCC輸入端和低壓直流輸出模塊3之間，控制由低壓直流輸出模塊3 向模擬剩余電流發(fā)生器70的三節(jié)RC移相振蕩電路71提供的低壓直流電源的通斷，當三 節(jié)RC移相振蕩電路71與低壓直流輸出模塊3接通時，所述三節(jié)RC移相振蕩電路71向 測試線圈4輸出波形為交流正弦波的激磁信號。所述的三節(jié)RC移相振蕩電路71包括反相放大器和移相反饋網(wǎng)絡(luò)，反相放大 器從三極管VT、運算放大器或場效應(yīng)管中任選其一，移相反饋網(wǎng)絡(luò)是由三個諧振電容 Cl、C2和C3、三個諧振電阻R3、R4和R5組成的三級RC超前型或滯后型移相反饋， 正反饋從放大器的輸出端出發(fā)，通過移相反饋網(wǎng)絡(luò)直接接回放大器的反相輸入端。所述 的三節(jié)RC移相振蕩電路71中構(gòu)成所述移相反饋網(wǎng)絡(luò)的三個諧振電阻R3、R4和R5、三 個諧振電容Cl、C2和C3的參數(shù)為R3 = R4 = R5，Cl = C2 = C3。所述的三節(jié)RC移 相振蕩電路71是并聯(lián)電阻式RC移相振蕩電路710、并聯(lián)電容式RC移相振蕩電路711或 運算放大器RC移相振蕩電路712中的一種。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的另一種剩余電流保護器包括剩余電流檢測裝 置10，包括環(huán)繞著初級線圈繞組的環(huán)形磁芯和多個次級線圈繞組，包含測試線圈4和檢 測線圈2的各次級線圈繞組分別直接繞在剩余電流檢測裝置10的環(huán)形磁芯上，用于檢測 剩余電流或者接地故障電流的電氣信號并生成一個檢測信號，邏輯控制單元6，根據(jù)來自 剩余電流檢測裝置10的檢測信號產(chǎn)生一個驅(qū)動脫扣器5動作的電控制信號，脫扣器5驅(qū) 動斷路器本體1實現(xiàn)電力線路分斷，直流電源裝置11包括限流模塊8、整流模塊9和低 壓直流輸出模塊3。一個性能優(yōu)化裝置7，包括測試開關(guān)73、模擬剩余電流發(fā)生器70、跳間靈敏度 設(shè)定器72和參數(shù)調(diào)節(jié)電阻RS，所述的參數(shù)調(diào)節(jié)電阻RS并聯(lián)連接在檢測線圈2的兩端。測試開關(guān)73為雙路控制開關(guān)，其中一路控制節(jié)點a與節(jié)點b之間的接通/斷開，另一路 控制節(jié)點c與節(jié)點d之間的接通/斷開；在正常狀態(tài)下，節(jié)點a與節(jié)點b接通，而節(jié)點c 與節(jié)點d斷開；在測試狀態(tài)下，節(jié)點a與節(jié)點b斷開，而節(jié)點c與節(jié)點d接通。模擬剩 余電流發(fā)生器70包括三節(jié)RC移相振蕩電路71、限流電阻R7和隔直電容C5，所述的RC 移相振蕩電路71的振蕩電流輸出端f與隔直電容C5、限流電阻R7、測試線圈4的一端串 聯(lián)連接，測試線圈4的另一端與接地端g連接，在振蕩電流輸出端f與接地端g之間形成 測試回路。跳閘靈敏度設(shè)定器72的選擇端h與測試開關(guān)73的節(jié)點b連接，并接端j與檢 測線圈2的一端連接并接地，檢測線圈2的另一端與測試開關(guān)73的節(jié)點a連接，邏輯處 理模塊6的信號輸入端與測試開關(guān)73的節(jié)點a連接。所述的RC移相振蕩電路71的Vcc 輸入端e與測試開關(guān)73的節(jié)點d連接，低壓直流輸出模塊3的輸出端與測試開關(guān)73的節(jié) 點c連接，測試開關(guān)73控制由低壓直流輸出模塊3向模擬剩余電流發(fā)生器70的三節(jié)RC 移相振蕩電路71提供的低壓直流電源的通斷，當三節(jié)RC移相振蕩電路71與低壓直流輸 出模塊3接通時，所述三節(jié)RC移相振蕩電路71向測試線圈4輸出波形為交流正弦波的 激磁信號。所述的三節(jié)RC移相振蕩電路71的起振時間是通過調(diào)節(jié)諧振電阻R3、R4、R5 和諧振電容Cl、C2、C3與Vcc輸入端e的低壓直流電源的匹配值來實現(xiàn)調(diào)整。所述的跳閘靈敏度設(shè)定器72是由四個電阻值不同的電阻RT并聯(lián)連接組成的分檔 開關(guān)，所述四個電阻RT的一端并聯(lián)連接在一起形成并聯(lián)端j，四個電阻RT的另一端相互 斷開，該相互斷開的RT斷開端可供跳閘靈敏度設(shè)定器72的選擇端h有選擇地選其中一個 電阻RT和參數(shù)調(diào)節(jié)電阻Rs并聯(lián)連接，所述參數(shù)調(diào)節(jié)電阻RS和RT共同實現(xiàn)剩余電流斷 路器的動作靈敏度的調(diào)節(jié)。所述的測試開關(guān)73構(gòu)成與直流電源裝置11和電阻RT相互聯(lián) 鎖的接通結(jié)構(gòu)，不會同時與直流電源裝置11和電阻RT接通，使在測試狀態(tài)下的剩余電 流保護器的跳間靈敏度與所述的跳間靈敏度設(shè)定器72的設(shè)定參數(shù)無關(guān)。參數(shù)調(diào)節(jié)電阻RS的取值范圍為2K 3.9K，電阻RT的取值范圍為7.6歐姆 619歐姆，使在測試狀態(tài)下的剩余電流保護器的跳閘靈敏度高于在正常狀態(tài)下的剩余電流 保護器的跳閘靈敏度。所述的三節(jié)RC移相振蕩電路71是并聯(lián)電阻式RC移相振蕩電路710、并聯(lián)電容 式RC移相振蕩電路711或運算放大器RC移相振蕩電路712中的一種。本實用新型的剩余電流保護器裝置，模擬剩余電流來自性能優(yōu)化裝置內(nèi)的模擬 電流發(fā)生器，而模擬電流發(fā)生器由直流電源裝置的低壓直流輸出端供電，測試過程中測 試靈敏度與靈敏度設(shè)定器的設(shè)定值無關(guān)，從而無需采用昂貴的電子元器件，大大縮小了 產(chǎn)品體積，減小了產(chǎn)品的重量，簡化了電路的結(jié)構(gòu)，改善了產(chǎn)品的安全可靠性和使用壽 命。與現(xiàn)有裝置相比，本實用新型具有以下突出優(yōu)點1、測試試驗裝置小型化、元器件數(shù)量少且成本低。2、測試試驗裝置通過控制振蕩電路的起振時間實現(xiàn)抗干擾、防誤動功能。3、通過測試回路與檢測回路的解耦，能以較小的測試電流實現(xiàn)測試功能。

圖1示意性地圖示按照本實用新型第一實施例的剩余電流保護器的測試裝置。[0020]圖2是按照本實用新型的模擬剩余電流發(fā)生器第一實施例的電路示意圖，圖中 的三節(jié)RC移相振蕩電路為并聯(lián)電阻式RC移相振蕩電路。圖3是按照本實用新型的模擬剩余電流發(fā)生器第二實施例的電路示意圖，圖中 的三節(jié)RC移相振蕩電路為并聯(lián)電容式RC移相振蕩電路。圖4是按照本實用新型的模擬剩余電流發(fā)生器第三實施例的電路示意圖，圖中 的三節(jié)RC移相振蕩電路為運算放大器RC移相振蕩電路。圖5示意性地圖示按照本實用新型第二實施例的剩余電流保護器的測試裝置。圖6是按照本實用新型第二實施例的剩余電流保護器的性能優(yōu)化裝置的電路示 意圖，圖中的三節(jié)RC移相振蕩電路為并聯(lián)電阻式RC移相振蕩電路。圖7是按照本實用新型第二實施例的剩余電流保護器的電路工作原理示意圖， 圖中的電路處于人力按下的“測試”狀態(tài)。圖8是按照本實用新型第二實施例的剩余電流保護器的電路工作原理示意圖， 圖中的電路處于沒有人力按下的“正?！睜顟B(tài)。圖9是本實用新型的RC移相式振蕩電路模擬產(chǎn)生的輸出波形圖，圖中示出的模 擬剩余電流為正弦交流電。
具體實施方式
根據(jù)以下對僅作為非限制性例子給出的并結(jié)合附圖中示出的本實用新型的具體 實施例的描述，本實用新型的特性和優(yōu)點將變得更加清楚和更易于理解。圖1、5中是按照本實用新型第一和第二實施例實現(xiàn)的剩余電流保護器的整體結(jié) 構(gòu)示意圖。圖1、5中的斷路器本體1，用于接通或分斷電力線路A、B、C。剩余電流 檢測裝置10在本實施例中是一個零序電流互感器，可用于檢測剩余電流或者接地故障電 流。如圖1所示的剩余電流檢測裝置10包括環(huán)形磁芯、初級線圈繞組和多個次級線圈繞 組，初級線圈繞組由二相或者多相電流導(dǎo)體組成，它們被環(huán)形磁芯所環(huán)繞，圖1中主電 路的三相電力線A、B、C穿過零序互感器10的環(huán)形磁芯。所述次級線圈繞組包括檢測 線圈2和測試線圈4，各個次級線圈繞組分別直接繞制在零序互感器10的環(huán)形磁芯骨架 上。直流電源裝置11包括限流模塊8、整流模塊9和低壓直流輸出模塊3。圖1的第一實施例的剩余電流保護器中的信號調(diào)整電路40的信號輸入端與檢測 線圈2串聯(lián)連接形成檢測回路，當檢測線圈2感應(yīng)到剩余電流信號時，信號調(diào)整電路40 接收來自于檢測線圈2的檢測信號，并對該檢測信號進行信號處理，信號調(diào)整電路40的 信號輸出端與邏輯處理模塊6連接，通過邏輯處理模塊6判斷后輸出電控制信號，驅(qū)動電 磁式脫扣器5動作，電磁式脫扣器5推動斷路器本體1的機械機構(gòu)動作分斷電力線路。如 圖1所示，模擬剩余電流發(fā)生器70的輸出端與測試線圈4串聯(lián)連接形成測試回路，剩余 電流發(fā)生器70的電源輸入端經(jīng)測試按鈕41與低壓直流輸出模塊3串聯(lián)連接。當人為按下 測按鈕41時，低壓直流輸出模塊3向模擬剩余電流發(fā)生器70提供低壓直流穩(wěn)壓電源，使 模擬剩余電流發(fā)生器70產(chǎn)生并輸出正弦交流電流，用于模擬存在一個剩余電流，該電流 就是從測試線圈4中流過的模擬剩余電流。檢測線圈2感應(yīng)到該模擬剩余電流信號后， 同樣將其送到信號調(diào)整電路40，經(jīng)邏輯處理模塊6判斷并驅(qū)動脫扣器5動作。本實用新型的剩余電流保護器的模擬剩余電流發(fā)生器70的低壓直流電源裝置11由高壓電源電壓經(jīng)過降壓、整流、穩(wěn)壓處理后得到，低壓直流電源裝置11通過RC移相 式振蕩電路產(chǎn)生模擬激磁電流信號，并且該激磁信號為正弦交流信號，可用于各類型剩 余電流保護斷路器的模擬激磁信號。本實用新型采用RC移相式振蕩電路來實現(xiàn)剩余電 流保護斷路器的測試實驗功能，由于模擬剩余電流發(fā)生器70采用低壓直流供電，不用通 過高壓電源模擬實現(xiàn)激磁信號，而是通過RC移相式振蕩電路將低壓直流穩(wěn)壓電壓轉(zhuǎn)換成 交流形式通過繞組線圈形成激磁信號，所以不僅體積小，而且電子元件的發(fā)熱量小，從 而克服了現(xiàn)有技術(shù)的功率電阻導(dǎo)致的保護器的耐用性和安全可靠性差的問題。圖2-4所示的是本實用新型的剩余電流保護器的模擬剩余電流發(fā)生器70的三個 實施方式。如圖2第一實施例的電路示意圖所示，模擬剩余電流發(fā)生器70包括限流電阻 R7、隔直電容C5和在三極管VT的共發(fā)射電路中加入的三節(jié)RC移相振蕩電路71。在 圖2和3中，電容C5主要起隔直作用，它與電阻R7—起起調(diào)整阻抗的作用，用于調(diào)整 測試線圈4中電流的大小。所述的三節(jié)RC移相振蕩電路71具有Vcc輸入端e、振蕩電 流輸出端f、接地端g。Vcc輸入端e為低壓直流電源輸入端，它經(jīng)測試按鈕41和低壓直 流輸出模塊3串聯(lián)連接。振蕩電流輸出端f用于輸出振蕩電流，它與隔直電容C5、限流 電阻7、測試線圈4、接地端g串聯(lián)連接形成測試回路。當人為按下測試按鈕41使其接 通時，所述剩余電流保護器進入測試狀態(tài)，此時低壓直流輸出模塊3向模擬剩余電流發(fā) 生器70提供低壓直流電，模擬剩余電流發(fā)生器70向測試線圈4輸出模擬剩余電流，該模 擬剩余電流為正弦交流電。在無人為按下測試按鈕41時，此時上述測試回路被斷開，測 試線圈4中無電流，所述剩余電流保護器進入正常狀態(tài)。如圖2所示，本實用新型的剩余電流保護器的三節(jié)RC移相振蕩電路71由反相放 大器和移相反饋網(wǎng)絡(luò)組成。圖2所示實施例中，反相放大器為一個三極管VT，在其他實 施例中還采用運算放大器或場效應(yīng)管等來代替三極管VT實現(xiàn)放大功能。移相反饋網(wǎng)絡(luò)是 由第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電阻R4、第五電阻R5和第六電阻R6 組成的三級RC超前型移相反饋，其中第一電容Cl、第二電容C2和第三電容C3與反饋 回路串聯(lián)，即上述三電容串聯(lián)在三極管VT的基極和集電極之間，三個電阻Rl、R2、R6 為偏置電阻，用于驅(qū)動和限定三極管VT的集電極、基極和發(fā)射極的電流，其中Rl，R2 構(gòu)成三極管的基極驅(qū)動偏置。三個電阻R3、R4、R5為諧振電阻，R3、R4、R5要大于 R6的三倍，以滿足構(gòu)成放大電路的要求。三個電容Cl、C2、C3為諧振電容，三個諧振 電阻R3、R4、R5與三個諧振電容Cl、C2、C3組成三節(jié)諧振電路。低壓直流輸出模塊 3是所述RC移相式振蕩電路71的直流電源，確定振蕩器頻率的元件是Rl、R4、R5和 Cl、C2、C3組成的移相網(wǎng)絡(luò)，正反饋從放大器的輸出端出發(fā)，通過移相反饋網(wǎng)絡(luò)直接接 回放大器的反相輸入端。由于放大器的反相作用，提供180°的移相，為了滿足振蕩的相 位平衡條件，移相網(wǎng)絡(luò)再提供180°的移相，每級RC電路所能提供的最大相移為90°， 但此時R或C必須為零，所以移相電路至少要采用三級組成，每級移相60°，即在共發(fā) 射電路中加了三節(jié)串聯(lián)的RC移相電路形成反饋網(wǎng)絡(luò)。在超前時間網(wǎng)絡(luò)中，電容與反饋 回路串聯(lián)，這樣就可以使得在全部電阻周圍產(chǎn)生的反饋信號超前于放大器信號；在滯后 型中，反饋回路串聯(lián)的是電阻，并且這些電阻與電容是并聯(lián)的，從而可以產(chǎn)生滯后的反 饋信號。圖2是使用了超前型RC振蕩電路的實施例，圖3是使用了滯后型RC振蕩電路 的實施例。[0034]通過調(diào)整RC (諧振電阻R3、R4、R5和諧振電容Cl、C2、C3)和Vcc的匹配 值，可達到調(diào)節(jié)三節(jié)RC移相振蕩電路71的起振時間的目的，從而提高保護器的抗干擾 和防誤動作的能力。為了滿足移相要求，需設(shè)諧振電阻的參數(shù)相等，即R3 = R4 = R5， 以及設(shè)諧振電容的參數(shù)相等，即C1 = C2 = C3。從圖2可見，三個諧振電阻R3、R4、 R5之間按并聯(lián)方式連接，而三個諧振電容Cl、C2、C3之間按串聯(lián)方式連接，這里將這 種連接特征的三節(jié)RC移相振蕩電路稱之為并聯(lián)電阻式RC移相振蕩電路710。如圖3所示，本實用新型的剩余電流保護器的三節(jié)RC移相振蕩電路71采用并 聯(lián)電容式RC移相振蕩電路711實現(xiàn)。與圖2所示的并聯(lián)電阻式RC移相振蕩電路710相 比，除三個諧振電阻R3、R4、R5與三個諧振電容Cl、C2、C3的連接方式不同外，圖 3所示的并聯(lián)電容式RC移相振蕩電路711的其余電路結(jié)構(gòu)都相同。上述連接方式的區(qū)別 是并聯(lián)電容式RC移相振蕩電路711的三個諧振電容Cl、C2、C3之間按并聯(lián)的方式連 接，而三個諧振電阻R3、R4、R5之間按串聯(lián)的方式連接。如圖4所示，本實用新型剩余電流保護器的三節(jié)RC移相振蕩電路71的另一種 可替代的方案是采用運算放大器RC移相振蕩電路712，用運算放大器代替三極管實現(xiàn)放 大功能。該運算放大器RC移相振蕩電路712由運算放大器700、電阻RF、電阻R1、 三個諧振電阻R3、R4和R5、三個諧振電容Cl、C2和C3構(gòu)成。由運算放大器700、 電阻Rl和電阻RF替代了由圖2或圖3所示的三節(jié)RC移相振蕩電路中的三極管VT、電 阻Rl、R2、R6和電容C4。如圖4所示，三個諧振電阻R3、R4、R5之間按并聯(lián)方式 連接，而三個諧振電容Cl、C2、C3之間按串聯(lián)方式連接，因此它是屬于并聯(lián)電阻式運 算放大器RC移相振蕩電路。如果將圖4的諧振電阻電容的連接改成三個諧振電容Cl、 C2、C3之間按并聯(lián)方式連接，三個諧振電阻R3、R4、R5之間按串聯(lián)方式連接，那么就 組成了并聯(lián)電容式運算放大器RC移相振蕩電路。由此，本實用新型的運算放大器RC移 相振蕩電路既可指并聯(lián)電阻式運算放大器RC移相振蕩電路，或可指并聯(lián)電容式運算放大 器RC移相振蕩電路。應(yīng)該說明的是，由于直接替換為集成運放的運算放大器RC移相振 蕩電路，要比圖2和圖3所示的三極管RC移相振蕩電路成本高，因此，本實用新型優(yōu)選 采用三極管RC移相振蕩電路。圖5是本實用新型的剩余電流保護器的第二實施例的整體結(jié)構(gòu)框圖。與圖1所示 的本實用新型的剩余電流保護器相比，在圖5所示的實施例中，除了包括斷路器本體1、 零序互感器10、分別繞在零序互感器10上的檢測線圈2和測試線圈4、脫扣器5、邏輯處 理模塊6、直流電源裝置11外，還包括一個性能優(yōu)化裝置7，它解決了采用模擬剩余電流 發(fā)生器后進一步改善和優(yōu)化產(chǎn)品性能的問題，使得模擬剩余電流發(fā)生器的設(shè)計與裝配調(diào) 試更加容易，保護器產(chǎn)品使用操作更方便。如圖6至圖8所示的性能優(yōu)化裝置7包括檢測線圈2、模擬剩余電流發(fā)生器70、 跳閘靈敏度設(shè)定器72、參數(shù)調(diào)節(jié)電阻RS以及測試按鈕41的測試開關(guān)73的雙路常開和常 閉中的一路常閉觸點。所述的測試開關(guān)73為雙路控制開關(guān)，其上設(shè)有四個開關(guān)節(jié)點a、 b、C、d，其中一路控制節(jié)點a與節(jié)點b之間接通或斷開，另一路控制節(jié)點c與節(jié)點d之 間接通或斷開。在正常狀態(tài)下，也就是不在測試狀態(tài)下，節(jié)點a與節(jié)點b接通，而節(jié)點 c與節(jié)點d斷開。在測試狀態(tài)下，節(jié)點a與節(jié)點b斷開，而節(jié)點c與節(jié)點d接通。保護 器的正常狀態(tài)與測試狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換靠人為控制。當人為按下測試開關(guān)73時，保護器由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)換為測試狀態(tài)；當人為撤去對測試開關(guān)73的控制，即測試開關(guān)處在自然狀態(tài) 下，保護器自動恢復(fù)到正常狀態(tài)。與第一實施例相同，模擬剩余電流發(fā)生器70包括三節(jié) RC移相振蕩電路71、限流電阻R7和隔直電容C5。與第一實施例相同，RC移相振蕩電 路71具有三個電連接端，即Vcc輸入端e、振蕩電流輸出端f、接地端g。所述的Vcc輸 入端e與測試開關(guān)73的節(jié)點d連接，振蕩電流輸出端f與隔直電容C5、限流電阻R7、測 試線圈4的一端串聯(lián)連接，測試線圈4的另一端接地。跳閘靈敏度設(shè)定器72由四個電阻 值不同的電阻RT并聯(lián)連接組成，四個電阻RT的一端并聯(lián)連接在一起形成并聯(lián)端j，并聯(lián) 端j與檢測線圈2的一端連接并接地，檢測線圈2的另一端與測試開關(guān)73的節(jié)點a連接。 四個電阻RT的另一端相互斷開，該相互斷開的斷開端可供跳閘靈敏度設(shè)定器72的選擇端 h有選擇地與其中一個連接，這種分檔選擇是為了滿足可選擇不同的跳間靈敏度的要求， 由現(xiàn)場的操作人員人為完成設(shè)定跳間靈敏度的分檔操作。跳間靈敏度設(shè)定器72的選擇端 h與測試開關(guān)73的節(jié)點b連接，參數(shù)調(diào)節(jié)電阻RS的兩端并聯(lián)連接在檢測線圈2的兩端， 邏輯處理模塊6的信號輸入端與測試開關(guān)73的節(jié)點a連接，低壓直流輸出模塊3的輸出 端與測試開關(guān)73的節(jié)點c連接。 下面結(jié)合圖5至8進一步說明本實用新型的第二實施例的工作原理。測試按鈕 41采用雙路開關(guān)，即測試開關(guān)73，按鈕的雙路測試開關(guān)73的結(jié)構(gòu)構(gòu)成相互聯(lián)鎖的關(guān)系。 這里聯(lián)鎖關(guān)系是指要么是與低壓直流穩(wěn)壓電源接通，要么是與電阻RT接通，不會同時兩 路都接通。電阻RT是靈敏度分檔用的，本實用新型通過分檔開關(guān)72選靈敏度電阻RT 中的一個電阻和參數(shù)調(diào)節(jié)電阻Rs并聯(lián)，參數(shù)調(diào)節(jié)電阻RS和RT均屬于性能優(yōu)化裝置7， 它們共同用來實現(xiàn)剩余電流斷路器的動作靈敏度的調(diào)節(jié)。參數(shù)調(diào)節(jié)電阻RS的取值范圍為 2K 3.9K，4個靈敏度調(diào)節(jié)電阻RT的取值范圍為7.6歐姆 619歐姆。在正常狀態(tài)下， 測試開關(guān)73的節(jié)點a與節(jié)點b接通，而節(jié)點c與節(jié)點d斷開。節(jié)點a與節(jié)點b的接通， 使得跳閘靈敏度設(shè)定器72的電阻RT與參數(shù)調(diào)節(jié)電阻RS并聯(lián)，且并接在檢測線圈2的兩 端，故而剩余電流保護器的跳閘動作靈敏度取決于參數(shù)調(diào)節(jié)電阻RS和電阻RT 二者，這 在設(shè)計中是很方便調(diào)節(jié)實現(xiàn)的。當人為操作選擇RT的電阻值即人為操作設(shè)定跳閘靈敏 度時，剩余電流保護器的跳閘靈敏度會改變。當主電路的三相電力線A、B、C出現(xiàn)剩 余電流故障時，檢測線圈2會感應(yīng)到剩余電流信號，該剩余電流信號輸入到邏輯處理模 塊6，邏輯處理模塊6對該剩余電流信號處理，當該剩余電流信號超過一定門限時，邏輯 處理模塊6控制脫扣器5發(fā)出脫扣動作；在此狀態(tài)下，節(jié)點c與節(jié)點d斷開，使模擬剩余 電流發(fā)生器70不工作，也就是測試線圈4內(nèi)無電流流過。本實用新型的測試裝置模擬剩 余電流動作的靈敏度和實際剩余電流動作靈敏度是相互解耦的。這里所說的解耦是指測 試按鈕回路的靈敏度電阻比較容易選型，而和靈敏度電阻RT是無關(guān)的。具體地說，在測 試狀態(tài)下，當開關(guān)按鈕按下，低壓直流電源和RC移相式振蕩電路接通，測試開關(guān)73的 節(jié)點a與節(jié)點b斷開，而節(jié)點c與節(jié)點d接通。節(jié)點a與節(jié)點b的斷開，使得跳閘靈敏 度設(shè)定器72不參與工作，故而剩余電流保護器的跳閘靈敏度只取決于參數(shù)調(diào)節(jié)電阻RS， RT電阻網(wǎng)絡(luò)中的電阻沒有一個會接入檢測線圈繞組的二次側(cè)，也就是說，當按下測試回 路開關(guān)按鈕，則靈敏度電阻RT從回路中斷開，串接在檢測線圈2中的就只有參數(shù)調(diào)節(jié)電 阻Rs，也可以說在此狀態(tài)下，測試按鈕回路動作的靈敏度電阻就只剩下Rs，測試按鈕回 路的靈敏度和靈敏度電阻RT沒有直接的關(guān)系，參數(shù)調(diào)節(jié)電阻Rs選的越大就越靈敏，RC
10移相振蕩電路輸出較小就能使得斷路器動作。由于剩余電流保護器的跳閘靈敏度與跳閘 靈敏度設(shè)定器72無關(guān)，所以實現(xiàn)了其解耦。此時節(jié)點C與節(jié)點d接通，使得模擬剩余電 流發(fā)生器70產(chǎn)生模擬剩余電流，該模擬剩余電流流過測試線圈4，使檢測線圈2感應(yīng)到剩 余電流信號，該剩余電流信號輸入到邏輯處理模塊6，邏輯處理模塊6控制脫扣器5發(fā)生 脫扣動作，使斷路器本體1跳閘并斷開主電路。從以上關(guān)于工作原理的說明不難看出， 本實用新型的剩余電流保護器的性能優(yōu)化裝置7的顯著貢獻在于在測試狀態(tài)，跳閘靈 敏度設(shè)定器72不工作，剩余電流保護器的跳間靈敏度與跳間靈敏度設(shè)定器72所設(shè)定的 參數(shù)無關(guān)，這不僅大大方便了現(xiàn)場的測試操作，而且還大大方便了電路設(shè)計和調(diào)試，從 而大大降低了產(chǎn)品的制造難度和生產(chǎn)成本。由于跳閘靈敏度設(shè)定器72的電阻RT與參數(shù) 調(diào)節(jié)電阻RS采用并聯(lián)連接，所以在測試狀態(tài)下的跳閘靈敏度高于正常狀態(tài)下的測試靈敏 度，也就是測試狀態(tài)下的跳閘響應(yīng)速度要比正常狀態(tài)下的跳閘響應(yīng)速度更快，從而避免 了長時間按下測試開關(guān)73所導(dǎo)致的電子元器件過熱損壞的情況發(fā)生，提高了的安全測試 的等級，大大改善了保護器的安全性與可靠性。圖6所示的三節(jié)RC移相振蕩電路71與圖2所示的第一實施例中的三節(jié)RC移相 振蕩電路71相同，都是并聯(lián)電阻式三節(jié)RC移相振蕩電路710。與第一實施例一樣，可 替代第二實施例的并聯(lián)電阻式RC移相振蕩電路710的另一種方案是如圖3所示的并聯(lián)電 容式RC移相振蕩電路711，或者是如圖4所示的運算放大器RC移相振蕩電路712。即 圖2-4所示的三節(jié)RC移相振蕩電路71可適用于圖1和圖5的本實用新型的剩余電流保 護器。圖9是本實用新型的模擬剩余電流發(fā)生器70所輸出的模擬剩余電流的波形圖， 由圖9所示的模擬剩余電流是正弦交流激磁信號，可以用于各類型剩余電流保護斷路器 的激磁信號模擬測試。其中，T代表振蕩電路穩(wěn)定輸出的正弦波的周期時間，TD代表 起振時間，TL代表穩(wěn)定起振的時間。為了減少人為誤操作而導(dǎo)致斷路器誤分斷，需要根 據(jù)斷路器的實際功能要求對RC移相式振蕩電路的電路起振時間TD進行分別設(shè)定，可以 通過圖2所示的諧振電阻R3、R4、R5和諧振電容Cl、C2、C3的RC參數(shù)調(diào)節(jié)進行選 配。以上是本實用新型的剩余電流保護器的兩個實施例，其中第二實施例的跳閘靈 敏度設(shè)定器72采用了并聯(lián)形式，即四個電阻RT的一端并聯(lián)連接，形成并聯(lián)連接端j，而 另一端作為開端與選擇端h配合選擇連接。另一種可替代的等效電路可以是串聯(lián)形式， 即四個電阻RT串聯(lián)連接形成串聯(lián)電路，串聯(lián)電路的一端為連接端j，另一端和兩個相鄰 電阻之間的引出端作為開端，與選擇端h配合選擇連接。此外，本實用新型的第一實施例或第二實施例的模擬剩余電流發(fā)生器70中的隔 直電容C5，在以下兩種情況下可以省去第一種情況是降低對模擬剩余電流的交流特性 的要求，即允許模擬剩余電流中存在較大的直流成份的使用場合；第二種情況是三節(jié)RC 移相振蕩電路71輸出的振蕩電流的交流特性很好，即在不隔直的情況下也能用作模擬剩 余電流，但采用C5會使模擬剩余電流的交流特性更好，這種情況如在采用運算放大器型 的三節(jié)RC移相振蕩電路的方案中有可能出現(xiàn)。本實用新型提供的剩余電流試驗電路將低壓直流穩(wěn)壓電源通過RC移相振蕩電 路實現(xiàn)模擬存在的剩余電流，剩余電流保護斷路器可以方便的進行上下進線的電力線安裝，而不影響其安全可靠性。不僅解決了測試回路熱設(shè)計的問題，且滿足剩余電流保護 器下進線安裝的要求，并可設(shè)定RC振蕩電路起振延時時間，同時滿足A型、AC型、B 型剩余電流保護器的測試試驗功能，具有電路簡單，成本低，可靠性高，適用范圍廣的 優(yōu)點。RC移相振蕩電路模擬激磁信號，還可以簡單的通過改變RC的數(shù)值大小獲得所需 要的動作靈敏度要求，同時采用不同的RC數(shù)值振蕩電路有不同的起振時間，根據(jù)功能要 求可以設(shè)定所需要的電路起振時間，減少人為誤操作而導(dǎo)致驅(qū)動斷路器斷開。本實用新 型采用RC移相振蕩電路實現(xiàn)剩余電流保護的測試試驗電路，其輸出穩(wěn)定振蕩波信號為交 流正弦波信號，并且輸出信號幅度穩(wěn)定，適用于各種類型剩余電流保護斷路器測試回路 的模擬激磁信號。 應(yīng)該理解到的是，上述實施例只是對本實用新型的說明，而不是對本實用新型 的限制，任何不超出本實用新型實質(zhì)精神范圍內(nèi)的實用新型創(chuàng)造，均落入本實用新型的 保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種剩余電流保護器，包括剩余電流檢測裝置(10)，包括環(huán)繞著初級線圈繞組的環(huán)形磁芯和多個次級線圈繞 組，包含測試線圈(4)和檢測線圈(2)的各次級線圈繞組分別直接繞在剩余電流檢測裝置 (10)的環(huán)形磁芯上，由檢測線圈(2)檢測的剩余電流或者接地故障電流的電氣信號經(jīng)信 號調(diào)整電路(40)生成一個檢測信號，邏輯控制單元(6)，根據(jù)來自信號調(diào)整電路(40)的檢測信號產(chǎn)生一個驅(qū)動脫扣器(5) 動作的電控制信號，脫扣器(5)驅(qū)動斷路器本體(1)實現(xiàn)電力線路分斷，直流電源裝置(11)包括限流模塊(8)、整流模塊(9)和低壓直流輸出模塊(3)，其特征在于模擬剩余電流發(fā)生器(70)包括限流電阻R7、隔直電容C5和三節(jié)RC移相振蕩電路 (71),振蕩電流輸出端f與隔直電容C5、限流電阻R7、剩余電流檢測裝置(10)的測試線 圈⑷的一端串聯(lián)連接，測試線圈⑷的另一端與接地端g連接，在振蕩電流輸出端f與 接地端g之間形成測試回路，一個測試按鈕(41)連接在三節(jié)RC移相振蕩電路(71)的VCC輸入端和低壓直流輸 出模塊(3)之間，控制由低壓直流輸出模塊(3)向模擬剩余電流發(fā)生器(70)的三節(jié)RC移 相振蕩電路(71)提供的低壓直流電源的通斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剩余電流保護器，其特征在于所述的三節(jié)RC移相振蕩電 路(71)包括反相放大器和移相反饋網(wǎng)絡(luò)，反相放大器從三極管VT、運算放大器或場效應(yīng) 管中任選其一，移相反饋網(wǎng)絡(luò)是由三個諧振電容Cl、C2和C3、三個諧振電阻R3、R4和 R5組成的三級RC超前型或滯后型移相反饋，正反饋從放大器的輸出端出發(fā)，通過移相 反饋網(wǎng)絡(luò)直接接回放大器的反相輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的剩余電流保護器，其特征在于所述的三節(jié)RC移相振蕩電路(71)中構(gòu)成所述移相反饋網(wǎng)絡(luò)的三個諧振電阻R3、R4 和R5、三個諧振電容Cl、C2和C3的參數(shù)為R3 = R4 = R5，Cl = C2 = C3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的剩余電流保護器，其特征在于所述的三節(jié)RC移相振 蕩電路(71)是并聯(lián)電阻式RC移相振蕩電路(710)、并聯(lián)電容式RC移相振蕩電路(711) 或運算放大器RC移相振蕩電路(712)中的一種。
5.—種剩余電流保護器，包括剩余電流檢測裝置(10)，包括環(huán)繞著初級線圈繞組的環(huán)形磁芯和多個次級線圈繞 組，包含測試線圈(4)和檢測線圈(2)的各次級線圈繞組分別直接繞在剩余電流檢測裝置 (10)的環(huán)形磁芯上，用于檢測剩余電流或者接地故障電流的電氣信號并生成一個檢測信 號，邏輯控制單元(6)，根據(jù)來自剩余電流檢測裝置(10)的檢測信號產(chǎn)生一個驅(qū)動脫扣 器(5)動作的電控制信號，脫扣器(5)驅(qū)動斷路器本體(1)實現(xiàn)電力線路分斷，直流電源裝置(11)包括限流模塊(8)、整流模塊(9)和低壓直流輸出模塊(3)，其特征在于一個性能優(yōu)化裝置(7)，包括測試開關(guān)(73)、模擬剩余電流發(fā)生器(70)、跳閘靈敏 度設(shè)定器(72)和參數(shù)調(diào)節(jié)電阻RS，所述的參數(shù)調(diào)節(jié)電阻RS并聯(lián)連接在檢測線圈(2)的 兩端，測試開關(guān)(73)為雙路控制開關(guān)，其中一路控制節(jié)點a與節(jié)點b之間的接通/斷開， 另一路控制節(jié)點c與節(jié)點d之間的接通/斷開；模擬剩余電流發(fā)生器(70)包括三節(jié)RC移相振蕩電路(71)、限流電阻R7和隔直電容 C5，所述的RC移相振蕩電路(71)的振蕩電流輸出端f與隔直電容C5、限流電阻R7、測 試線圈⑷的一端串聯(lián)連接，測試線圈⑷的另一端與接地端g連接，在振蕩電流輸出端 f與接地端g之間形成測試回路，跳閘靈敏度設(shè)定器(72)的選擇端h與測試開關(guān)(73)的節(jié)點b連接，并接端j與檢測 線圈(2)的一端連接并接地，檢測線圈(2)的另一端與測試開關(guān)(73)的節(jié)點a連接，邏 輯處理模塊(6)的信號輸入端與測試開關(guān)(73)的節(jié)點a連接，所述的RC移相振蕩電路(71)的Vcc輸入端e與測試開關(guān)(73)的節(jié)點d連接，低壓 直流輸出模塊(3)的輸出端與測試開關(guān)(73)的節(jié)點c連接，測試開關(guān)(73)控制由低壓直 流輸出模塊⑶向模擬剩余電流發(fā)生器(70)的三節(jié)RC移相振蕩電路(71)提供的低壓直 流電源的通斷。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的剩余電流保護器，其特征在于所述的跳間靈敏度設(shè)定器 (72)是由四個電阻值不同的電阻RT并聯(lián)連接組成的分檔開關(guān)，所述四個電阻RT的一端 并聯(lián)連接在一起形成并聯(lián)端j，四個電阻RT的另一端相互斷開，該相互斷開的RT斷開端 可供跳閘靈敏度設(shè)定器(72)的選擇端h有選擇地選其中一個電阻RT和參數(shù)調(diào)節(jié)電阻Rs 并聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的剩余電流保護器，其特征在于所述的測試開關(guān)(73)構(gòu)成 與直流電源裝置(11)和電阻RT相互聯(lián)鎖的接通結(jié)構(gòu)，不會同時與直流電源裝置(11)和 電阻RT接通。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的剩余電流保護器，其特征在于參數(shù)調(diào)節(jié)電阻RS的取值范 圍為2K 3.9K，電阻RT的取值范圍為7.6歐姆 619歐姆，使在測試狀態(tài)下的剩余電 流保護器的跳閘靈敏度高于在正常狀態(tài)下的剩余電流保護器的跳閘靈敏度。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的剩余電流保護器，其特征在于所述的三節(jié)RC移相振蕩電 路(71)是并聯(lián)電阻式RC移相振蕩電路(710)、并聯(lián)電容式RC移相振蕩電路(711)或運 算放大器RC移相振蕩電路(712)中的一種。
專利摘要剩余電流保護器包括剩余電流檢測裝置、邏輯控制單元、直流電源裝置和帶有限流電阻R7、隔直電容C5和三節(jié)RC移相振蕩電路的模擬剩余電流發(fā)生器，振蕩電流輸出端與隔直電容C5、限流電阻R7、剩余電流檢測裝置的測試線圈的一端串聯(lián)連接，在振蕩電流輸出端f與接地端g之間形成測試回路，測試按鈕連接在三節(jié)RC移相振蕩電路、低壓直流輸出模塊之間。該方案不僅優(yōu)化了模擬電流發(fā)生器由低壓直流電源供電的供電方式，而且使測試狀態(tài)下剩余電流保護器的跳閘靈敏度與跳閘靈敏度設(shè)定器的設(shè)定參數(shù)無關(guān)，而且高于正常狀態(tài)下的剩余電流保護器的跳閘靈敏度，從而大大簡化了電路結(jié)構(gòu)，縮小了產(chǎn)品的體積，改善了產(chǎn)品的安全可靠性和耐用性。
文檔編號H02H3/32GK201797295SQ201020254688
公開日2011年4月13日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者徐澤亮, 柴愛軍, 江紅, 高平 申請人:上海諾雅克電氣有限公司