專利名稱：欠壓、過壓雙向脫扣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脫扣器領(lǐng)域，尤其涉及一種欠壓、過壓雙向脫扣器。
背景技術(shù)：
欠壓脫扣器是斷路器，尤其是框架式斷路器的重要元件之一。欠電壓脫扣器是在它的端電壓降至某ー規(guī)定范圍時，使斷路器有延時或無延時斷開的ー種脫扣器，當(dāng)電源電壓下降，甚至緩慢下降到額定工作電壓的70%至35%范圍內(nèi)，欠電壓脫扣器應(yīng)運(yùn)作，欠電壓脫扣器在電源電壓等于脫扣器額定工作電壓的35%時，欠電壓脫扣器應(yīng)能防止斷路器閉全，脫扣器線圈失電，線圈內(nèi)活動銜鐵有復(fù)位彈簧頂出ー脫扣；電源電壓等于或大于85%欠電壓脫扣器的額定工作電壓時，在熱態(tài)條件下，應(yīng)能保證斷路器可靠閉合，脫扣器線圈得電，線圈內(nèi)活動銜鐵有線圈電磁力克服彈簧カ吸入并保持一定力矩ー吸合。欠壓脫扣的本 質(zhì)，是防止斷路器下級電器設(shè)備工作在欠壓狀態(tài)下電流過大后，電器設(shè)備自身發(fā)熱加重的有效措施?，F(xiàn)有電磁型欠壓脫扣器普遍存在線圈發(fā)熱量高，欠壓脫扣器啟動カ矩小或電路過于復(fù)雜等問題；并且現(xiàn)有的“欠壓”脫扣器，都無“過壓”脫扣功能。然而在較多場合，如エ業(yè)企業(yè)的夜間，小型水利發(fā)電的小電網(wǎng)以及自發(fā)電、艦船等場合，常常存在過壓現(xiàn)象。過壓狀態(tài)下使用電氣設(shè)備，會嚴(yán)重影響其使用壽命、性能及安全性等等。所以，過壓脫扣是有效保護(hù)斷路器下級電器設(shè)備安全的重要手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有電磁型欠壓脫扣器正常工作時線圈發(fā)熱量大、啟動カ矩小、常有不吸合現(xiàn)象、電路過于復(fù)雜等問題，尤其是不能實(shí)現(xiàn)過壓脫扣等的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種欠壓、過壓雙向脫扣器。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種欠壓、過壓雙向脫扣器，其特征在干包括濾波電路、啟動電源電路、用于脫扣控制的電磁鐵、開關(guān)電路、用于控制開關(guān)電路通斷的控制電路，以及用于給開關(guān)電路和控制電路提供電源的穩(wěn)壓電源電路，所述的濾波電路的電源輸入端與電網(wǎng)相連，所述的濾波電路的電源輸出端與啟動電源電路的電源輸入端相連，所述的啟動電源電路的電源輸出端、開關(guān)電路與電磁鐵線圈構(gòu)成串聯(lián)回路；所述的控制電路包括用于采集啟動電源電路中輸出電源電壓的SB信號采樣電路、用于采集電網(wǎng)電壓的SA信號采樣電路和微處理器電路；所述的微處理器電路具有用于控制開關(guān)電路通斷的第一信號發(fā)送端；所述的SB信號采樣電路的SB信號發(fā)送端和SA信號采樣電路的SA信號發(fā)送端均與微處理器電路連接，所述的第一信號發(fā)送端與開關(guān)電路連接；所述的微處理器電路包括微處理器當(dāng)SA信號大于電網(wǎng)額定電壓的80%，且SB滿足預(yù)定值時，使開關(guān)電路接通，即開關(guān)電路與電磁鐵構(gòu)成串聯(lián)回路；當(dāng)SA信號低于電網(wǎng)額定電壓的50%或高于電網(wǎng)額定電壓的120%時，使開關(guān)電路斷路。
為了實(shí)現(xiàn)大力矩高可靠強(qiáng)啟動，又使得脫扣器整體發(fā)熱量小，所述的啟動電源電路包括與濾波電路的電源輸出端相連的降壓電容、與降壓電容的電源輸出端相連的整流電路、正極與整流電路的直流輸出端相連且負(fù)極接地的啟動電容；啟動電容的正極為所述啟動電源電路的電源輸出端。為了避免當(dāng)輸入電壓過高時，啟動電容上的電壓也很高，從而導(dǎo)致啟動電容過電壓而爆炸損壞。還包括繼電器，所述的繼電器的常閉觸點(diǎn)分別與整流電路的直流輸出端和啟動電容的正極相連，所述的繼電器的線圈與微處理器電路連接，所述的微處理器電路包括微處理器當(dāng)SA信號大于電網(wǎng)額定電壓的80%，且SB滿足預(yù)定值時，使開關(guān)電路接通，即開關(guān)電路與電磁鐵構(gòu)成串聯(lián)回路；當(dāng)SA信號小于電網(wǎng)額定電壓的50%時，使開關(guān)電路斷路；當(dāng)SA信號大于電網(wǎng)額定電壓的120%吋，使繼電器得電，其常閉觸點(diǎn)斷開；
當(dāng)SA信號小于電網(wǎng)額定電壓的120%時，使繼電器失電，其常閉觸點(diǎn)閉合。為了確定延時時間，以及保證電磁鐵可靠吸合，所述的微處理器電路包括BCD撥碼開關(guān)在需要延時脫扣的場合，設(shè)置不同的撥碼開關(guān)組合，所述的微處理器讀取此信號后，確定延時脫扣的延時時間；微處理器如果B⑶撥碼開關(guān)表示的延時時間不為零，且當(dāng)SA信號小于電網(wǎng)額定電壓的50%后開始延時，直到延時時間結(jié)束，使開關(guān)電路斷路。作為優(yōu)選，所述的濾波電路為EMC電路，雙向抑制來自電網(wǎng)與脫扣器內(nèi)部產(chǎn)生的
干擾信號。進(jìn)ー步地，所述的SB信號采樣電路包括依次串聯(lián)后設(shè)于啟動電容的正極和地之間的第三分壓電阻和第四分壓電阻串聯(lián)，所述的第四分壓電阻兩端并聯(lián)有第二穩(wěn)壓管，所述的SB信號為第三分壓電阻和第四分壓電阻之間引出的電壓。為了降低功耗，濾波電路后連接有半波整流ニ極管，所述的半波整流ニ極管的正極與濾波電路的電源輸出端連接。所述的穩(wěn)壓電源電路的電源輸入端與半波整流ニ極管的負(fù)極連接。SA信號采樣電路包括依次串聯(lián)后設(shè)于半波整流ニ極管的負(fù)極和地之間的第一分壓電阻和二分壓電阻，所述的第二分壓電阻兩端并聯(lián)有濾波電容或第一穩(wěn)壓管，所述的SA信號為第一分壓電阻和第二分壓電阻之間引出的電壓。一般地，所述的穩(wěn)壓電源電路可以是開關(guān)形式的電源電路、串聯(lián)降壓形式的電路或脈沖寬度調(diào)制形式的降壓電路。所述的開關(guān)電路可以是功率MOS管組成的電路、繼電器電路、晶閘管電路或三極管電路。所述的微處理器電路中的微處理器可以是單片機(jī)(MCU)、片上系統(tǒng)(SOC)、CPLD、FPGA 或 DSP。所述的充電電路可以是三極管、MOS管或晶閘管組成的快速充電電路。所述的放電電路可以是三極管或MOS管組成的恒電流放電電路。所述的后備電容為電解電容或無極限電容。本發(fā)明的有益效果是，I、設(shè)置啟動電源電路，開關(guān)電路接通后，啟動電容上電荷全部釋放于電磁線圈，電磁線圈上的電壓，由降壓電容容量的大小決定，且降壓電容不產(chǎn)生有功功率，既實(shí)現(xiàn)了大力矩啟動，又使得脫扣器整體發(fā)熱量?。?、本發(fā)明中先行判斷SA信號是否滿足吸合條件，然后判斷SB信號是否達(dá)到了預(yù)充值。僅當(dāng)ニ個條件同時滿足后，才有單片機(jī)電路控制開關(guān)電路接通電磁鐵，確保了百分之百吸合；3、啟動電源電路中設(shè)有EMC電路，雙向抑制來自電網(wǎng)與脫扣器內(nèi)部產(chǎn)生的干擾信號;4、穩(wěn)壓電源電路和SA信號采樣電路連接于半波整流電路之后，可顯著降低功耗； 5、當(dāng)輸入電壓過高時，啟動電容上的電壓也很高，容易導(dǎo)致啟動電容過電壓而爆炸損壞，増加了一個繼電器，當(dāng)輸入電壓過高吋，微處理器電路控制繼電器斷開常閉觸點(diǎn)，可以有效保護(hù)啟動電容；綜上所述，本發(fā)明欠壓、過壓雙向脫扣器，電路簡單、啟動カ矩大、吸合可靠，線圈發(fā)熱量小、能夠?qū)崿F(xiàn)欠壓與過壓雙向脫扣，并且控制思路清晰。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)ー步說明。圖I是本發(fā)明欠壓、過壓雙向脫扣器實(shí)施例I的電路原理圖。圖2是本發(fā)明欠壓、過壓雙向脫扣器實(shí)施例2的電路原理圖。圖中I、EMC電路，2、穩(wěn)壓電源電路，3、微處理器電路，4、電磁鐵，5、開關(guān)電路。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。如圖I所示，本發(fā)明欠壓、過壓雙向脫扣器實(shí)施例I的電路原理圖。由EMC電路I、降壓電容CK、橋式整流電路BG、啟動電容CS1、檢測啟動電容CSl電壓的SB信號采樣電路、檢測電網(wǎng)電壓的SA信號采樣電路、穩(wěn)壓電源電路2、單片機(jī)電路3以及控制電磁鐵4通斷的開關(guān)電路5組成。EMC電路I雙向抑制來自電網(wǎng)與脫扣器內(nèi)部產(chǎn)生的干擾信號。電容CK在電磁鐵4被接通動作之前，通過橋式整流電路BG整流后向啟動電容CSl充電。SB信號采樣電路由依次設(shè)于啟動電容CSl的正極和地之間的第三分壓電阻R3、第四分壓電阻R4串聯(lián)組成。SA信號采樣電路包括依次串聯(lián)后設(shè)于半波整流ニ極管DO的負(fù)極和地之間的第一分壓電阻Rl和第二分壓電阻R2，還包括一個與第二分壓電阻R2并聯(lián)的濾波電容CDl。單片機(jī)接收采樣信號SA后，采用上升沿觸發(fā)捕獲電網(wǎng)周期并利用Hanning窗插值FFT方法計算出電網(wǎng)過零點(diǎn)后，當(dāng)前電網(wǎng)電壓的有效值。接于半波整流之后的SA信號采樣電路，電路簡單，自身功耗可以顯著降低。電網(wǎng)電壓接于本發(fā)明的一種零電壓延時脫扣器的輸入端L與N之間。經(jīng)EMC電路I濾波后LI接降壓電容CK，降壓電容CK的另一端接到接橋式整流電路BG的ー輸入端，NI接橋式整流電路BG的另ー輸入端。橋式整流電路BG的正輸出端定義為VH，負(fù)輸出端接地。上電后，橋式整流電路BG將交流電路整流為脈動直流向啟動電容CSl充電，啟動電源電路電源輸出端VH的充電電壓為輸入交流電壓的ザ芝倍，一般為80%的電網(wǎng)額定電壓Ue的Vl倍，如248V。充電電壓VH由SB信號采樣電路，產(chǎn)生采樣信號SB送入單片機(jī)電路
3。充電電壓VH同時接到電磁鐵4的一端。由整流ニ極管DO半波整流后的電壓，加載到穩(wěn)壓電源電路2以及SA信號采樣電路。穩(wěn)壓電源電路2產(chǎn)生的15V (12V)電壓為開關(guān)電路5提供電源，產(chǎn)生的5V (3. 3V)電壓為單片機(jī)電路3工作提供電源。SA信號采樣電路產(chǎn)生的采樣信號SA，設(shè)計有效監(jiān)測范圍為O 130%Ue，則可滿足欠壓、過壓監(jiān)控的要求。單片機(jī)電路3首先判斷SA信號的大小，當(dāng)SA信號達(dá)到80%Ue吋，進(jìn)ー步判斷SB信號是否達(dá)到預(yù)充值，一旦達(dá)到，單片機(jī)控制開關(guān)電路5接通電磁鐵4，啟動電容CSl上電荷全部釋放于電磁線圈，實(shí)現(xiàn)了高可靠強(qiáng)啟動。接著，單片機(jī)讀取BCD撥碼開關(guān)狀態(tài)，確定是否延時脫扣或延時多長時間脫扣。開關(guān)電路5接通電磁鐵4后，工作于交流回路中的電容CK承擔(dān)降壓任務(wù)，為工作在直流回路中的電磁鐵4提供一合適的工作電壓，例如為50V，此吋，CSl轉(zhuǎn)變?yōu)闉V波電容。當(dāng)SA信號小于50%Ue，或大于120%Ue時，單片機(jī)控制開關(guān)電路5瞬時或延時斷開電磁鐵4，實(shí)現(xiàn)斷路器的分閘。延時脫扣一般在SA信號為30%Ue 50%Ue 之間時進(jìn)行，一旦低于30%，無論延時長短，立即進(jìn)行瞬時脫扣。單片機(jī)電路3中可以設(shè)置撥碼開關(guān)，在需要延時脫扣的場合，設(shè)置不同的撥碼開關(guān)組合，單片機(jī)讀取此信號后，確定延時脫扣的延時時間。如圖2所示，本發(fā)明欠壓、過壓雙向脫扣器實(shí)施例2的電路原理圖。為了防止啟動電容CSl過電壓而爆炸損壞，還包括繼電器Jl繼電器Jl的常閉觸點(diǎn)分別與整流電路BG的直流輸出端和啟動電容CSl的正極相連，繼電器Jl的線圈與微處理器電路3連接，微處理器電路3包括微處理器當(dāng)SA信號大于電網(wǎng)額定電壓的80%，且SB滿足預(yù)定值吋，使開關(guān)電路5接通，即開關(guān)電路5與電磁鐵4構(gòu)成串聯(lián)回路；當(dāng)SA信號小于電網(wǎng)額定電壓的50%時，使開關(guān)電路5斷路；當(dāng)SA信號大于電網(wǎng)額定電壓的120%時，使繼電器Jl得電，其常閉觸點(diǎn)斷開；當(dāng)SA信號小于電網(wǎng)額定電壓的120%時，使繼電器Jl失電，其常閉觸點(diǎn)閉合。開關(guān)電路5接通后，啟動電容CSl上電荷全部釋放于電磁線圈，電磁線圈上的電壓，約為50V，由降壓電容CK容量的大小決定，且降壓電容CK不產(chǎn)生有功功率，既實(shí)現(xiàn)了大カ矩啟動，又使得脫扣器整體發(fā)熱量小。將實(shí)施例I中第二分壓電阻R2兩端并聯(lián)的濾波電容⑶I更換為第一穩(wěn)壓管Zl，在第四分壓電阻R4兩端增加并聯(lián)第二穩(wěn)壓管Z2。當(dāng)電網(wǎng)電壓超過額定值的120%時，第一穩(wěn)壓管Zl和第二穩(wěn)壓管Z2起到限幅作用。以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多祥的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
權(quán)利要求
1.一種欠壓、過壓雙向脫扣器，其特征在于包括濾波電路、啟動電源電路、用于脫扣控制的電磁鐵(4)、開關(guān)電路(5)、用于控制開關(guān)電路(5)通斷的控制電路，以及用于給開關(guān)電路(5)和控制電路提供電源的穩(wěn)壓電源電路(2)，所述的濾波電路的電源輸入端與電網(wǎng)相連，所述的濾波電路的電源輸出端與啟動電源電路的電源輸入端相連，所述的啟動電源電路的電源輸出端、開關(guān)電路(5)與電磁鐵(4)線圈構(gòu)成串聯(lián)回路； 所述的控制電路包括用于采集啟動電源電路中輸出電源電壓的SB信號采樣電路、用于采集電網(wǎng)電壓的SA信號采樣電路和微處理器電路(3);所述的微處理器電路(3)具有用于控制開關(guān)電路(5)通斷的第一信號發(fā)送端； 所述的SB信號采樣電路的SB信號發(fā)送端和SA信號采樣電路的SA信號發(fā)送端均與微處理器電路(3)連接，所述的第一信號發(fā)送端與開關(guān)電路(5)連接。
2.如權(quán)利要求I所述的欠壓、過壓雙向脫扣器，其特征在于所述的微處理器電路(3)包括微處理器 當(dāng)SA信號大于電網(wǎng)額定電壓的80%，且SB滿足預(yù)定值時，使開關(guān)電路(5)接通，即開關(guān)電路(5)與電磁鐵(4)構(gòu)成串聯(lián)回路； 當(dāng)SA信號小于電網(wǎng)額定電壓的50%或高于電網(wǎng)額定電壓的120%時，使開關(guān)電路(5 )斷路。
3.如權(quán)利要求I所述的欠壓、過壓雙向脫扣器，其特征在于所述的啟動電源電路包括與濾波電路的電源輸出端相連的降壓電容(CK)、與降壓電容(CK)的電源輸出端相連的整流電路(BG)、正極與整流電路(BG)的直流輸出端相連且負(fù)極接地的啟動電容(CSl);啟動電容(CSl)的正極為所述啟動電源電路的電源輸出端(VH)。
4.如權(quán)利要求3所述的欠壓、過壓雙向脫扣器，其特征在于還包括繼電器(J1)，所述的繼電器(Jl)的常閉觸點(diǎn)分別與整流電路(BG)的直流輸出端和啟動電容(CSl)的正極相連，所述的繼電器(Jl)的線圈與微處理器電路(3)連接，所述的微處理器電路(3)包括微處理器 當(dāng)SA信號大于電網(wǎng)額定電壓的80%，且SB滿足預(yù)定值時，使開關(guān)電路(5)接通，即開關(guān)電路(5)與電磁鐵(4)構(gòu)成串聯(lián)回路； 當(dāng)SA信號小于電網(wǎng)額定電壓的50%時，使開關(guān)電路(5)斷路； 當(dāng)SA信號大于電網(wǎng)額定電壓的120%時，使繼電器(Jl)得電，其常閉觸點(diǎn)斷開； 當(dāng)SA信號小于電網(wǎng)額定電壓的120%時，使繼電器(Jl)失電，其常閉觸點(diǎn)閉合。
5.如權(quán)利要求2或4所述的欠壓、過壓雙向脫扣器，其特征在于所述的微處理器電路(3)包括 BCD撥碼開關(guān)在需要延時脫扣的場合，設(shè)置不同的撥碼開關(guān)組合，所述的微處理器讀取此信號后，確定延時脫扣的延時時間； 微處理器如果BCD撥碼開關(guān)表示的延時時間不為零，且當(dāng)SA信號小于電網(wǎng)額定電壓的50%后開始延時，直到延時時間結(jié)束，使開關(guān)電路(5)斷路。
6.如權(quán)利要求I所述的欠壓、過壓雙向脫扣器，其特征在于所述的濾波電路為EMC電路(I)。
7.如權(quán)利要求I所述的欠壓、過壓雙向脫扣器，其特征在于所述的SB信號采樣電路包括依次串聯(lián)后設(shè)于啟動電容(CSl)的正極和地之間的第三分壓電阻(R3)和第四分壓電阻(R4)，所述的第四分壓電阻(R4)兩端并聯(lián)有第二穩(wěn)壓管(Z2)，所述的SB信號為第三分壓電阻(R3)和第四分壓電阻(R4)之間引出的電壓。
8.如權(quán)利要求I所述的欠壓、過壓雙向脫扣器，其特征在于濾波電路后連接有半波整流ニ極管(D0)，所述的半波整流ニ極管(DO)的正極與濾波電路的電源輸出端連接。
9.如權(quán)利要求8所述的欠壓、過壓雙向脫扣器，其特征在于所述的穩(wěn)壓電源電路(2)的電源輸入端與半波整流ニ極管(DO)的負(fù)極連接。
10.如權(quán)利要求8所述的欠壓、過壓雙向脫扣器，其特征在于SA信號采樣電路包括依次串聯(lián)后設(shè)于半波整流ニ極管(DO)的負(fù)極和地之間的第一分壓電阻(Rl)和第二分壓電阻(R2)，所述的第二分壓電阻(R2)兩端并聯(lián)有濾波電容(⑶I)或第一穩(wěn)壓管(Z1)，所述的SA信號為第一分壓電阻(Rl)和第二分壓電阻(R2)之間引出的電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及脫扣器領(lǐng)域，尤其涉及一種欠壓、過壓雙向脫扣器。包括濾波電路、啟動電源電路、用于脫扣控制的電磁鐵、開關(guān)電路、用于控制開關(guān)電路通斷的控制電路，以及用于給開關(guān)電路和控制電路提供電源的穩(wěn)壓電源電路，所述的濾波電路的電源輸入端與電網(wǎng)相連，所述的濾波電路的電源輸出端與啟動電源電路的電源輸入端相連，所述的啟動電源電路的電源輸出端、開關(guān)電路與電磁鐵線圈構(gòu)成串聯(lián)回路。本發(fā)明欠壓、過壓雙向脫扣器，電路簡單、啟動力矩大、吸合可靠，線圈發(fā)熱量小、能夠?qū)崿F(xiàn)欠壓與過壓雙向脫扣。
文檔編號H02H3/24GK102709875SQ20121017449
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者吳志祥, 方曉毅, 蔣國良, 黃波 申請人:常州工學(xué)院, 江蘇國星電器有限公司