本發(fā)明涉及電力設(shè)備領(lǐng)域，特別是一種斷路器、一種供電裝置及一種供電方法。

背景技術(shù)：

供電裝置是電力供應(yīng)中常用到的設(shè)備之一，在供電過程中起到至關(guān)重要的作用。圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種供電裝置的立體示意圖。請參見圖1，供電裝置10為電流互感器，其包括鐵芯12、一次側(cè)繞組(圖未示)及二次側(cè)繞組13，一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組13繞設(shè)于鐵芯12上，且位于鐵芯12的相對側(cè)。二次側(cè)繞組13可為電子設(shè)備供電。

當(dāng)供電裝置10發(fā)生短路時(shí)，由于一次側(cè)繞組內(nèi)電流變化率過大，鐵芯12內(nèi)的磁通量跟著變大，鐵芯12會(huì)出現(xiàn)飽和，并大量發(fā)熱，容易導(dǎo)致供電裝置10損壞。為了避免鐵芯12過熱，供電裝置10還包括導(dǎo)磁鐵片14，導(dǎo)磁鐵片14配置于鐵芯12的下方，用于導(dǎo)出鐵芯12內(nèi)的部分磁場，從而避免鐵芯12飽和的情況發(fā)生。

然而，加設(shè)導(dǎo)磁鐵片14會(huì)導(dǎo)致供電裝置10的體積過大，或在供電裝置10體積不變的情況下，一次側(cè)繞組的尺寸受到限制；另外，鐵芯12和導(dǎo)磁鐵片14由不同的材料制成，材料成本較高，且不同的控制范圍需要不同的控制電路，造成整個(gè)供電裝置10結(jié)構(gòu)復(fù)雜，進(jìn)一步增加了成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種供電裝置和一種斷路器，具有較低的生產(chǎn)成本、較小的體積、穩(wěn)定的供電性能和較長的壽命。

本發(fā)明的另一目的是提出一種供電方法，其有利于降低生產(chǎn)成本和減小供電裝置的體積，可穩(wěn)定供電性能及延長供電裝置壽命。

本發(fā)明提供了一種供電裝置，其包括：一電流互感器，其包括一磁環(huán)和一一次側(cè)繞組，所述一次側(cè)繞組纏繞于所述磁環(huán)上；一電流傳感器，用于感測所述一次側(cè)繞組的電流；一控制電路，其包括一控制單元及一二次側(cè)繞組，所述控制單元與所述電流傳感器及所述二次側(cè)繞組電連接，所述二次側(cè)繞組纏繞于所述磁環(huán)上，且與所述一次側(cè)繞組相對設(shè)置；當(dāng)所述電流傳感器感測到所述一次側(cè)繞組內(nèi)電流的數(shù)值大于一第一預(yù)設(shè)閥值或 者所述一次側(cè)繞組內(nèi)電流的變化率大于一第二預(yù)設(shè)閥值時(shí)，所述控制單元控制所述二次側(cè)繞組內(nèi)電流的大小。

在供電裝置的一種示意性實(shí)施例中，所述二次側(cè)繞組還電連接至一電子設(shè)備，以為所述電子設(shè)備供電。

在供電裝置的一種示意性實(shí)施例中，所述電流互感器還包括一二次側(cè)供電繞組，所述二次側(cè)供電繞組纏繞于所述磁環(huán)上，且與所述一次側(cè)繞組相對設(shè)置，所述二次側(cè)供電繞組用于為一電子設(shè)備供電。

在供電裝置的一種示意性實(shí)施例中，所述電流傳感器直接為所述控制單元和所述二次側(cè)繞組供電。

在供電裝置的一種示意性實(shí)施例中，所述控制電路還包括一負(fù)載，所述負(fù)載串接于所述電流傳感器、所述控制單元和所述二次側(cè)繞組的電路回路中。

在供電裝置的一種示意性實(shí)施例中，所述控制單元還包括一電流源電路，所述電流源電路連接于所述電流傳感器和所述二次側(cè)繞組之間，用于為所述二次側(cè)繞組提供所述電流I₂。

本發(fā)明還提供一種斷路器，所述斷路器包括上述任意一種供電裝置。

本發(fā)明還提供一種供電方法，其利用一供電裝置實(shí)現(xiàn)供電，所述供電裝置包括一電流互感器、一電流傳感器及一控制電路，電流互感器包括一磁環(huán)和一一次側(cè)繞組，所述控制電路包括一控制單元和一二次側(cè)繞組，所述一次側(cè)繞組和所述二次側(cè)繞組分別纏繞于所述磁環(huán)的相對端，所述供電方法包括以下步驟：

利用所述電流傳感器感測所述電流互感器的所述一次側(cè)繞組的電流；

判斷所述電流I₀的數(shù)值是否大于一第一預(yù)設(shè)閥值或所述電流I₀的變化率是否大于一第二預(yù)設(shè)閥值；

若是，所述控制單元控制所述二次側(cè)繞組內(nèi)的電流I₂的大小。

在供電方法的一種示意性實(shí)施例中，所述電流傳感器直接為所述控制單元和所述二次側(cè)繞組供電。

在供電方法的一種示意性實(shí)施例中，所述控制單元利用一電流源電路為所述二次側(cè)繞組提供所述電流I₂。

從上述方案中可以看出，在本發(fā)明的斷路器、供電裝置及供電方法中，有效利用供電裝置原本自帶的電流傳感器，有利于降低生產(chǎn)成本和減小供電裝置的體積；另外，當(dāng)一次側(cè)繞組內(nèi)電流發(fā)生異常時(shí)，控制單元可控制二次側(cè)繞組內(nèi)電流的大小，達(dá)到調(diào)整磁環(huán)內(nèi)勵(lì)磁電流的目的，減小磁環(huán)內(nèi)的磁通量，避免磁環(huán)因飽和而發(fā)熱，有利于穩(wěn)定供電性能和延長供電裝置壽命。

附圖說明

下面將通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更清楚本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中：

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種供電裝置的立體示意圖。

圖2為本發(fā)明的第一實(shí)施例的供電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖2的供電裝置的電流源電路的電路圖。

圖4為本發(fā)明的第二實(shí)施例的供電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明的供電方法的步驟流程圖。

在上述附圖中，所采用的附圖標(biāo)記如下：

現(xiàn)有技術(shù)

10 供電裝置

12 鐵芯

13 二次側(cè)繞組

14 導(dǎo)磁鐵片

本發(fā)明

200 供電裝置

20 電流互感器

21 磁環(huán)

22 一次側(cè)繞組

23 二次側(cè)供電繞組

201 電子設(shè)備

30 電流傳感器

31 非磁環(huán)

32 傳感器一次側(cè)繞組

33 傳感器二次側(cè)繞組

341 功率運(yùn)算放大器

40 控制電路

41 控制單元

42 二次側(cè)繞組

I₀ 一次側(cè)繞組內(nèi)電流

I₁ 二次側(cè)供電繞組內(nèi)電流

I₂ 二次側(cè)繞組內(nèi)電流

N₁ 二次側(cè)供電繞組的匝數(shù)

N₂ 二次側(cè)繞組的匝數(shù)

C₁ 第一電容

C₂ 第二電容

C₃ 第三電容

C₄ 第四電容

R₁ 第一電阻

R_SET 第二電阻

Vin 功率運(yùn)算放大器的非反相輸入端

V₊、V_- 電源供給端

Iout 功率運(yùn)算放大器的輸出電流

I_LIM 功率運(yùn)算放大器輸出電流的最大值

S21、S22、S23、S24 供電方法的步驟

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下舉實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖2為本發(fā)明的第一實(shí)施例的供電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。請參見圖2，供電裝置200包括電流互感器20、電流傳感器30和控制電路40，電流互感器20包括磁環(huán)21和一次側(cè)繞組22，一次側(cè)繞組22纏繞于磁環(huán)21上。電流傳感器30用于感測一次側(cè)繞組22的電流I₀?？刂齐娐?0包括控制單元41及二次側(cè)繞組42，控制單元41與電流傳感器30及二次側(cè)繞組42電連接，二次側(cè)繞組42纏繞于磁環(huán)21上，且與一次側(cè)繞組22相對設(shè)置。當(dāng)電流傳感器30感測到一次側(cè)繞組22內(nèi)電流I₀的數(shù)值大于一第一預(yù)設(shè)閥值或者一次側(cè)繞組22內(nèi)電流I₀的變化率大于一第二預(yù)設(shè)閥值時(shí)，控制單元41控制二次側(cè)繞組42內(nèi)電流I₂的大小。

具體地，在本實(shí)施例中，磁環(huán)21例如為鐵芯，但不以此為限。一次側(cè)繞組22內(nèi)電流為I₀。電流互感器20還包括二次側(cè)供電繞組23，二次側(cè)供電繞組23纏繞于磁環(huán)21上，且與一次側(cè)繞組22相對設(shè)置。二次側(cè)供電繞組23與電子設(shè)備201電連接，以為電子設(shè)備201供電。二次側(cè)供電繞組23的匝數(shù)為N₁，其內(nèi)的電流為I₁。

電流傳感器30可為空心線圈電流互感器，但不此為限，在其他實(shí)施例中，電流傳感器30為其他可感測電流大小的裝置即可。電流傳感器30包括非磁環(huán)31、傳感器一次側(cè)繞組32及傳感器二次側(cè)繞組33，傳感器一次側(cè)繞組32和傳感器二次側(cè)繞組33繞設(shè)于非磁環(huán)31上，且分別位于非磁環(huán)31的兩個(gè)相對側(cè)。傳感器一次側(cè)繞組32與電流互感器20的一次側(cè)繞組22電連接，且其內(nèi)的電流值也為I₀。傳感器二次側(cè)繞組33與控制單元41及二次側(cè)繞組42電連接。

在本實(shí)施例中，控制單元41還包括一電流源電路，電流源電路連接于電流傳感器30和二次側(cè)繞組42之間，用于為二次側(cè)繞組42提供電流I₂。二次側(cè)繞組42和一次側(cè)繞組22分別纏繞于磁環(huán)21的相對端，二次側(cè)繞組42的匝數(shù)為N₂，其內(nèi)的電流為I₂。

圖3為圖2的供電裝置的電流源電路的電路圖。請一并參見圖3，電流源電路是基 于一功率運(yùn)算放大器341的供電電路。電流源電路包括第一電阻R₁、功率運(yùn)算放大器341、第一電容C₁、第二電容C₂、第三電容C₃、第四電容C₄及第二電阻R_SET，其中，功率運(yùn)算放大器341例如為OPA564功率放大器，但不以此為限。功率運(yùn)算放大器341的非反相輸入端Vin電連接傳感器二次側(cè)繞組33，其反相輸入端通過第一電阻R₁接地電位。二次側(cè)繞組42的串接于功率運(yùn)算放大器341的反相輸入端和輸出端之間。功率運(yùn)算放大器341還電連接至電源供給端V₊、V_-。第一電容C₁和第四電容C₄例如為4.7μF，第二電容C₂和第三電容C₃例如為0.1μF。功率運(yùn)算放大器341的輸出電流Iout即為二次側(cè)繞組42內(nèi)的電流I₂。功率運(yùn)算放大器341輸出電流Iout的最大值I_LIM滿足以下公式(1)：

功率運(yùn)算放大器341輸出的電流I_out(即電流I₂)滿足以下公式(2)：

當(dāng)?shù)诙娮鑂_SET的阻值為11K時(shí)，功率運(yùn)算放大器341能夠輸出的最大電流為1.5A。功率運(yùn)算放大器341實(shí)際輸出的電流I_out可根據(jù)公式(3)作調(diào)整。

磁環(huán)21內(nèi)的勵(lì)磁電流I_m與一次側(cè)繞組22內(nèi)的電流I₀、二次側(cè)供電繞組23的匝數(shù)N₁及電流I₁、二次側(cè)繞組42的匝數(shù)N₂及電流I₂的關(guān)系滿足以下公式(3)：

I_m＝I₀-N₁I₁-N₂I₂

當(dāng)電流傳感器20感測到一次側(cè)繞組22內(nèi)的電流I₀的數(shù)值大于所述第一預(yù)設(shè)閥值或一次側(cè)繞組22內(nèi)的電流I₀的變化率大于所述第二預(yù)設(shè)閥值時(shí)，控制單元41控制二次側(cè)繞組42內(nèi)電流I₂的大小。例如，使得電流I₂變大，在一次側(cè)繞組22內(nèi)的電流I₀不變的情況下，根據(jù)上述的公式(3)，磁環(huán)21內(nèi)的勵(lì)磁電流I_m會(huì)變小，磁環(huán)21內(nèi)的磁通量變小，可避免磁環(huán)21因飽和而大量發(fā)熱，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)供電裝置200和延長供電裝置200壽命。另外，勵(lì)磁電流I_m變小，二次側(cè)供電繞組23內(nèi)的電流I₁也相應(yīng)變小。具體要將勵(lì)磁電流I_m調(diào)整至哪個(gè)數(shù)值或哪個(gè)區(qū)間范圍，可根據(jù)實(shí)際需求任意設(shè)定。

需要說明的是，供電裝置200中電子元器件(例如二次側(cè)繞組42的匝數(shù)N₂及功率運(yùn)算放大器341型號(hào))具體參數(shù)可基于磁環(huán)21內(nèi)勵(lì)磁電流I_m控制需求而設(shè)定，例如，當(dāng)一次側(cè)繞組22內(nèi)電流I₀為1000A時(shí)，為減少磁環(huán)21內(nèi)的磁通量，基于圖3所示的電流源電路及公式(1)至公式(3)，可將二次側(cè)繞組42的匝數(shù)N₂設(shè)為1000，電流源電路輸出的電流Iout和二次側(cè)繞組42內(nèi)的電流I₂為1A(安培)。

在本實(shí)施例中，由于控制單元41的電流源電路可為二次側(cè)繞組42提供電流I₂，可有效避免磁芯21因諧波作用而大量發(fā)熱，例如，由于一次側(cè)繞組22內(nèi)電流I₀的作用，磁環(huán)21內(nèi)產(chǎn)生一沿順時(shí)針方向的磁場，通過電流源電路對二次側(cè)繞組42內(nèi)電流I₂的控制，可使磁環(huán)21內(nèi)再產(chǎn)生一沿逆時(shí)針方向的磁場，兩個(gè)磁場相互抵消可避免磁芯21因諧波作用而發(fā)熱。

圖4為本發(fā)明的第二實(shí)施例的供電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。請參見圖4，第二實(shí)施例的供電裝置200與第一實(shí)施例的供電裝置200相似，不同之處在于，在第二實(shí)施例的供電裝置200中，電流傳感器30直接為控制單元41和二次側(cè)繞組42供電。

具體地，控制電路40還包括負(fù)載Z和控制開關(guān)S₁，負(fù)載Z和控制開關(guān)S₁串接于電流傳感器30、控制單元41和二次側(cè)繞組42的電路回路中，其中，控制單元41可控制開關(guān)S₁的打開及閉合。

工作時(shí)，當(dāng)傳感器二次側(cè)繞組33感測到一次側(cè)繞組22內(nèi)電流I₀處于正常狀態(tài)時(shí)，控制單元41控制開關(guān)S₁斷開；當(dāng)傳感器二次側(cè)繞組33感測到一次側(cè)繞組22內(nèi)電流I₀的大小或變化率，當(dāng)電流I₀的數(shù)值大于所述第一預(yù)設(shè)閥值時(shí)，或電流I₀的變化率大于所述第二預(yù)設(shè)閥值時(shí)，控制單元41控制開關(guān)S₁閉合，傳感器二次側(cè)繞組33與控制單元41及二次側(cè)繞組42的電路回路接通，可通過調(diào)節(jié)負(fù)載Z的大小實(shí)現(xiàn)對電流I₂的調(diào)整。當(dāng)負(fù)載Z為零時(shí)，二次側(cè)繞組42的電路回路短路，當(dāng)負(fù)載Z的數(shù)值變大，電流I₂的數(shù)值相應(yīng)變小，負(fù)載Z的數(shù)值可根據(jù)實(shí)際需求任意設(shè)置。根據(jù)上述的公式(3)，當(dāng)將電流I₂調(diào)大時(shí)，磁環(huán)21內(nèi)的勵(lì)磁電流I_m會(huì)變小，磁環(huán)21內(nèi)的磁通量變小，從而可以避免磁環(huán)21因飽和而發(fā)熱。

在第二實(shí)施例中，電流傳感器30直接為控制單元41和二次側(cè)繞組42提供供電電流I₂，而省去電流源電路，可簡化供電裝置200的結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本。

需要說明的是，在第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中，二次側(cè)供電繞組23和二次側(cè)繞組42分開設(shè)置，二者可實(shí)現(xiàn)不同的功能，二次側(cè)供電繞組23用于為電子設(shè)備201供電，二次側(cè)繞組42用于接受控制單元41的調(diào)控。在其他實(shí)施例中，若二次側(cè)供電繞組23的匝數(shù)N₁和二次側(cè)繞組42的匝數(shù)N₂相近，二次側(cè)供電繞組23和二次側(cè)繞組42可以合并，換言之，通過單一繞組實(shí)現(xiàn)供電和電流控制的功能，二次側(cè)供電繞組23和二次側(cè)繞組42是否合并取決于實(shí)際的設(shè)計(jì)需求。

另外，本發(fā)明還提供一種斷路器，所述斷路器包括上述任意一種供電裝置200。所述斷路器具有較佳的安全性能和較長的壽命。

圖5為本發(fā)明的供電方法的步驟流程圖。請參見圖5，本發(fā)明的供電方法利用上述的供電裝置200實(shí)現(xiàn)供電，其包括以下步驟：

步驟S21，利用電流傳感器30感測電流互感器20內(nèi)一次側(cè)繞組22內(nèi)電流I₀的大小或電流I₀的變化率；

步驟S22，判斷一次側(cè)繞組22內(nèi)的電流I₀的數(shù)值是否大于第一預(yù)設(shè)閥值或電流I₀的變化率是否大于第二預(yù)設(shè)閥值；若是，執(zhí)行步驟S23；若否，執(zhí)行步驟S24；

步驟S23，控制單元41控制二次側(cè)繞組42內(nèi)電流I₂的大??；

步驟S24，結(jié)束，即不對二次側(cè)繞組42內(nèi)的電流I₂作調(diào)整。

需要說明的是，第一實(shí)施例的供電裝置200和第二實(shí)施例的供電裝置200執(zhí)行步驟S23的具體方法略有不同。對于第一實(shí)施例的供電裝置200，在步驟S23中，控制單元41利用電流源電路為二次側(cè)繞組42提供電流I₂。對于第二實(shí)施例的供電裝置200，在步驟S23中，電流傳感器30直接為控制單元41和二次側(cè)繞組42供電，且電流傳感器30和控制單元41及二次側(cè)繞組42的電路回路中串接有負(fù)載Z，通過調(diào)整負(fù)載Z的大小可實(shí)現(xiàn)對二次側(cè)繞組42內(nèi)電流I₂的調(diào)整。

本發(fā)明的斷路器、供電裝置及供電方法至少具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

1.在本發(fā)明的斷路器、供電裝置及供電方法中，有效利用供電裝置原本自帶的電流傳感器，有利于降低生產(chǎn)成本和減小供電裝置的體積；另外，當(dāng)一次側(cè)繞組內(nèi)電流發(fā)生異常時(shí)，控制單元可控制二次側(cè)繞組內(nèi)電流的大小，達(dá)到調(diào)整磁環(huán)內(nèi)勵(lì)磁電流的目的，減小磁環(huán)內(nèi)的磁通量，避免磁環(huán)因飽和而發(fā)熱，有利于穩(wěn)定供電性能和延長供電裝置壽命。

2.在本發(fā)明的斷路器、供電裝置及供電方法中的一個(gè)實(shí)施例中，二次側(cè)供電繞組和二次側(cè)繞組分開設(shè)置，二次側(cè)供電繞組用于為電子設(shè)備供電，二次側(cè)繞組用于接受控制單元的調(diào)控，在減小磁環(huán)內(nèi)勵(lì)磁電流及避免磁環(huán)飽和的同時(shí)，可滿足不同電子設(shè)備的不同供電需求。

3.在本發(fā)明的斷路器、供電裝置及供電方法中的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)二次側(cè)繞組和二次側(cè)供電繞組的匝數(shù)相近時(shí)，二次側(cè)繞組和二次側(cè)供電繞組可合并，有利于簡化供電裝置的結(jié)構(gòu)。

4.在本發(fā)明的斷路器、供電裝置及供電方法中的一個(gè)實(shí)施例中，電流傳感器直接為控制單元和二次側(cè)繞組供電，且根據(jù)調(diào)整負(fù)載的大小達(dá)到調(diào)整所述電流的目的，使用的 電子元器件較少，可降低生產(chǎn)成本。

5.在本發(fā)明的斷路器、供電裝置及供電方法中的一個(gè)實(shí)施例中，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的供電裝置具有較低的材料成本，以及可實(shí)現(xiàn)磁芯內(nèi)磁通量較為彈性的控制范圍。

6.在本發(fā)明的斷路器、供電裝置及供電方法中的一個(gè)實(shí)施例中，由于控制單元的電流源電路可為二次側(cè)繞組提供電流，可有效避免磁芯因諧波作用而大量發(fā)熱。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。