專利名稱：高電壓欠壓脫扣器的制作方法
技術領域：
本發明涉及欠壓脫扣器技術領域，尤其涉及一種高電壓欠壓脫扣器。
背景技術：
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一規定范圍時，使斷路器有延時或無延時斷開的一種脫扣器，當電源電壓下降(甚至緩慢下降)到額定工作電壓的70%至35%范圍內，欠電壓脫扣器應運作，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，欠電壓脫扣器應能防止斷路器閉全(脫扣器線圈失電，線圈內活動銜鐵有復位彈簧頂出一脫扣)；電源電壓等于或大于85%欠電壓脫扣器的額定工作電壓時，在熱態條件下，應能保證斷路器可靠閉合(脫扣器線圈得電，線圈內活動銜鐵有線圈電磁力克服彈簧力吸入并保持一定力矩一 “吸合”)。欠壓脫扣 的本質，是防止斷路器下級電器設備工作在欠壓狀態下電流過大后，電器設備自身發熱加重的有效措施。參考上述原則，現有的欠壓脫扣器，多半工作在220V、380V電壓系統中。然而在礦用660V電壓或更高電壓等級中的欠壓脫扣器，還未見有較為成熟欠壓脫扣器方案與產品出現。
發明內容
本發明要解決的技術問題是為了克服現有電磁型欠壓脫扣器正常工作時線圈發熱量大、啟動力矩小、常有“不吸合”現象、電路過于復雜，尤其是不能在高電壓等級下工作等技術問題，本發明提供一種高電壓欠壓脫扣器，實現了可熱插拔、抗短路，并能在高電壓等級下高可靠工作。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種高電壓欠壓脫扣器，包括與電網連接的EMC電路、電容充電式啟動電源電路、用于采集電網電壓的SA信號采樣電路、用于采集啟動電源電路輸出端電壓的SB信號采樣電路、開關電路、微處理器電路、電磁鐵和用于給開關電路和微處理器電路供電的穩壓電源電路，所述的EMC電路的輸出端與啟動電源電路的輸入端、SA信號米樣電路的輸入端和穩壓電源電路的輸入端相連接，所述的啟動電源電路的輸出端串接電磁鐵，電磁鐵的另一端串接由微處理器電路控制的開關電路，所述的SB信號采樣電路的輸入端與所述的啟動電源電路的輸出端相連，所述的SA信號米樣電路的輸出端和SB信號米樣電路的輸出端均與微處理器電路的輸入端相連。所述的啟動電源電路包括與EMC電路輸出端相連的降壓電容、第一全波整流器、正極與第一全波整流器的直流正輸出端相連且負極接地的啟動電容，啟動電容的正極為所述的啟動電源電路的輸出端，所述的第一全波整流器的負輸出端接地，降壓電容的電源輸出端與第一全波整流器的一輸入端相連，第一全波整流器的另一輸入端與EMC電路的輸出端相連。
所述的SB電壓采樣電路包括與所述的啟動電源電路的輸出端依次串接的第三電阻和第四電阻，所述的第四電阻的另一端接地，所述的SB采樣信號為第三電阻與第四電阻之間的引出電壓。所述的第三電阻和第四電阻將啟動電容的電壓值轉換為SB采樣信號，傳送至微處理器電路。所述的SA信號采樣電路包括第一電阻、第二全波整流器、光電耦合器和第二電阻，所述的第一電阻的一端接于EMC電路的輸出端與降壓電容之間，另一端與第二全波整流器的一交流輸入端連接，第二全波整流器的另一交流輸入端與EMC電路的輸出端連接。第二全波整流器正輸出端與光電耦合器的陽極連接，第二全波整流器負輸出端接地，所述的光電耦合器的陰極接地，光電耦合器的集電極接5V電壓，發射極接第二電阻的一端，第二電阻的另一端接地，所述的SA采樣信號為光電耦合器的發射極與第二電阻之間引出的電壓。所述的光電耦合器發出的隔離脈動信號并在電阻R2上產生電壓，形成電網電壓采樣信號SA，傳送給微處理器電路。 為了顯著降低電源電路自身功耗，所述的高電壓欠壓脫扣器，還包括二極管，所述的二極管的陽極與EMC電路的輸出端相連，陰極與穩壓電源電路相連接。微處理器電路包括撥碼開關在需要延時脫扣的場合，設置不同的撥碼開關組合，對應不同的延時脫扣時間。本發明的有益效果是，本發明的高電壓欠壓脫扣器，電路簡單、啟動力矩大、吸合可靠、線圈發熱量小、能在高電壓等級下工作、可熱插拔、抗短路、電網頻率自動跟蹤。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖I是本發明高電壓欠壓脫扣器最優實施例的電路原理圖。圖中1、EMC電路，2、穩壓電源電路，3、微處理器電路，4、開關電路，5、電磁鐵。
具體實施例方式現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。如圖I所示，是本發明高電壓欠壓脫扣器的最優實施例，包括與電網連接的EMC電路I、由降壓電容CK，第一全波整流器BI、啟動電容Cl組成的電容充電式啟動電源電路、由第一電阻R1、第二全波整流器B2、光電耦合器01及第二電阻R2組成的電網電壓的SA信號采樣電路、由第三電阻R3與第四電阻R4組成的SB信號采樣電路、開關電路4、微處理器電路3、與啟動電源電路的輸出端VH串接的電磁鐵5和用于給開關電路4和微處理器電路3供電的穩壓電源電路2。開關電路4可以是功率MOS管組成的電路、繼電器、SCR或三極管等電路形式。微處理器電路3由單片機及BCD撥碼輔助元件等組成。“單片機”可以是任何型號的單片機(MCU)、片上系統(SOC)、CPLD、FPGA 或 DSP。以660V電壓等級為例，電網電壓接于高電壓欠壓脫扣器的輸入端L與N之間。經EMC電路濾波后EMC電路的LI輸出端接降壓電容CK的一端，降壓電容CK的另一端接到接第一全波整流器BI的一輸入端，EMC電路的NI輸出端接第一全波整流器BI另一輸入端。啟動電容Cl的正極與第一全波整流器BI的直流正輸出端相連，負極接地的，啟動電容Cl的正極為所述的啟動電源電路的輸出端VH，第一全波整流器BI的負輸出端接地。上電后，第一全波整流器BI將交流電路整流為脈動直流向啟動電容Cl充電，充電電壓VH為輸入交流電壓的!倍(660V的80%的i/乏，約等于750V)。此充電電壓由第三電阻R3與第四電阻R4串聯組成的SB信號采樣電路，產生采樣信號SB送入微處理器電路3，充電電壓同時接到電磁鐵5的一端。第一電阻Rl的一端接于EMC電路I的LI輸出端,另一端與第二全波整流器B2的一交流輸入端連接，第二全波整流器B2的另一交流輸入端與EMC電路I的NI輸出端連接。第二全波整流器B2正輸出端與光電耦合器01的陽極連接，負輸出端接地，光電耦合器01的陰極接地，光電耦合器01的集電極接5V電壓，發射極接第二電阻R2的一端，第二電阻R2的另一端接地。本實施例中，光電耦合器01初級“大地(EARTH)”與次級“地(GND)”隔離，并通過選取合適第一電阻R1、第二電阻R2阻值的大小，可使光電耦合器01工作在線性狀態。第二電阻R2獲得全波脈動信號SA,正比于電網電壓的大小。全波脈動信號SA同時為 單片機捕獲電網周期的過零時刻，為電網頻率跟蹤提供了方便。光電耦合器01可以是線性光電耦合器，也可以是有局部線性特性曲線的普通光電率禹合器。單片機采用上升沿觸發捕獲電網周期并計算出電網過零點后，采用Hanning窗插值FFT方法，計算出當前電網電壓的有效值。EMC電路I的LI輸出端還接有二極管D0，即EMC電路I的LI輸出端與二極管DO的陽極相連，二極管DO的陰極與穩壓電源電路2相連接。由二極管DO半波整流后的電壓，加載到穩壓電源電路2，穩壓電源電路2產生的15V(12V)電壓提供給開關電路4，生產的5V(3. 3V)電壓提供給微處理器電路3。在脫扣器吸合時，欲克服銜鐵機械慣量、機構內部的摩擦力及復位彈簧的反作用力。本實施例中，電網電壓經濾波電路，通過降壓電容CK，經第一全波整流器BI轉換成直流電壓，對啟動電容Cl充電，充電電壓為輸入交流電壓的@倍。開關電路4接通瞬間，啟動電容Cl上電荷全部釋放于電磁鐵5的電磁線圈，達到“強啟動”吸合之目的。強啟動之功率，除啟動電容Cl充電電壓之外，還可以通過選取啟動電容Cl的電容量來進一步優選。當開關電路4接通以后，啟動電容Cl發揮電容的濾波功能，電磁鐵5上的電壓為一個較低的電壓。對于任意高電壓輸入，可輕易計算出降壓電容CK的容量大小，且降壓電容CK不產生有功功率，既實現了大力矩啟動，又使得欠壓脫扣器整體發熱量小，電路結構最為簡單。微處理器電路3首先判斷SA的大小，當SA達到80%的電網額定電壓Ue時，進一步判斷SB信號是否達到預定(預充)值(如750V)，一旦達到，單片機控制開關電路4接通電磁鐵5，實現了高可靠強啟動。開關電路4接通電磁鐵5后，工作于交流回路中的降壓電容CK承擔降壓任務，為工作在直流回路中的電磁鐵5提供一合適的額定工作電壓(例如為50V)，此時，啟動電容Cl轉變為濾波電容。當SA小于電網額定電壓50%的Ue時，微處理器電路3控制開關電路4斷開電磁鐵5，實現斷路器的分閘。單片機在不斷檢測SA信號的同時，也不斷檢測SB信號的大小。當SB (代表VH)大于一定值時，認為電磁鐵5線圈斷開，單片機發出命令斷開開關電路4。在以后的時間里，繼續判斷SB信號的大小，直到“雙條件”滿足后，執行一次5ms的吸合動作，判斷VH是否下降。如果VH下降，則認為電磁鐵5線圈已經接入，再次等待“雙條件”滿足后，執行“強啟動”，實現了 “熱插拔”。上述的“雙條件”指先行判斷SA信號是否滿足吸合條件，然后判斷SB信號是否達到了預設(預充電)值。僅當二個條件同時滿足后，才由微處理器電路3控制開關電路4接通電磁鐵5，確保了百分之百吸合。本發明中，即便電磁鐵5短路，由于降壓電容CK的存在，也不會引起更大的危害。單片機始終檢測SB信號的大小，當電磁鐵5開路時(或插出)，VH會升高到輸入電壓值的0倍，執行一次“短時間脈沖導通”，辨識電磁鐵線圈是否接入(插入)。一旦辨識電磁鐵線圈已經插入，則等待VH再次充電到輸入電壓值的%/^咅后，執行強啟動。實現了 “熱插拔”。微處理器電路3包括撥碼開關在內的輔助電路，在需要延時脫扣的場合，設置不同的撥碼開關組合，單片機讀取此信號后，確定延時脫扣的延時時間。如三位BCD碼撥碼開關，分別代表延時0秒、I秒、2秒、3秒、4秒、5秒、10秒、20秒，或其它的時間值。其中0秒 延時表不(不延時)“瞬時斷開”，10秒表不當輸入電壓小于Ue的50%后，延時10秒后再斷
3X味.味.
Tr，寸寸。以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。
權利要求
1.一種高電壓欠壓脫扣器，其特征在于包括與電網連接的EMC電路(I)、電容充電式啟動電源電路、用于采集電網電壓的SA信號采樣電路、用于采集啟動電源電路輸出端電壓的SB信號采樣電路、開關電路(4)、微處理器電路(3)、電磁鐵(5)和用于給開關電路(4)和微處理器電路(3)供電的穩壓電源電路(2)， 所述的EMC電路(I)的輸出端與啟動電源電路的輸入端、SA信號米樣電路的輸入端和穩壓電源電路(2)的輸入端相連接，所述的啟動電源電路的輸出端(VH)串接電磁鐵(5)，電磁鐵(5)的另一端串接由微處理器電路(3)控制的開關電路(4)，所述的SB信號采樣電路的輸入端與所述的啟動電源電路的輸出端(VH)相連，所述的SA信號米樣電路的輸出端和SB信號米樣電路的輸出端均與微處理器電路(3)的輸入端相連。
2.如權利要求I所述的高電壓欠壓脫扣器，其特征在于所述的啟動電源電路包括與EMC電路(I)輸出端相連的降壓電容(CK)、第一全波整流器(BI)、正極與第一全波整流器(BI)的直流正輸出端相連且負極接地的啟動電容(Cl)，啟動電容(Cl)的正極為所述的啟動電源電路的輸出端(VH)，所述的第一全波整流器(BI)的負輸出端接地，降壓電容(CK)的電源輸出端與第一全波整流器(BI)的一輸入端相連,第一全波整流器(BI)的另一輸入端與EMC電路(I)的輸出端相連。
3.如權利要求I所述的高電壓欠壓脫扣器，其特征在于所述的SB電壓采樣電路包括與所述的啟動電源電路的輸出端(VH)依次串接的第三電阻(R3)和第四電阻(R4)，所述的第四電阻(R4)的另一端接地，所述的SB采樣信號為第三電阻(R3)與第四電阻(R4)之間的引出電壓。
4.如權利要求I所述的高電壓欠壓脫扣器，其特征在于所述的SA信號采樣電路包括第一電阻(R1)、第二全波整流器(B2)、光電耦合器(Ol)和第二電阻(R2)，所述的第一電阻(Rl)的一端接于EMC電路(I)的輸出端與降壓電容(CK)之間，另一端與第二全波整流器(B2)的一交流輸入端連接，第二全波整流器(B2)的另一交流輸入端與EMC電路(I)的輸出端連接。第二全波整流器(B2)正輸出端與光電耦合器(01)的陽極連接，第二全波整流器(B2)負輸出端接地，所述的光電耦合器(01)的陰極接地，光電耦合器(01)的集電極接5V電壓，發射極接第二電阻(R2)的一端，第二電阻(R2)的另一端接地，所述的SA采樣信號為光電耦合器(01)的發射極與第二電阻(R2)之間引出的電壓。
5.如權利要求I所述的高電壓欠壓脫扣器，其特征在于還包括二極管(D0)，所述的二極管(DO)的陽極與EMC電路(I)的輸出端相連，陰極與穩壓電源電路(2)相連接。
6.如權利要求I所述的高電壓欠壓脫扣器，其特征在于微處理器電路(3)包括 撥碼開關在需要延時脫扣的場合，設置不同的撥碼開關組合，對應不同的延時脫扣時間。
全文摘要
本發明涉及欠壓脫扣器技術領域，尤其涉及一種高電壓欠壓脫扣器,包括與電網連接的EMC電路、電容充電式啟動電源電路、用于采集電網電壓的SA信號采樣電路、用于采集啟動電源電路輸出端電壓的SB信號采樣電路、開關電路、微處理器電路、電磁鐵和用于給開關電路和微處理器電路供電的穩壓電源電路。本發明的有益效果是，本發明的高電壓欠壓脫扣器，電路簡單、啟動力矩大、吸合可靠、線圈發熱量小、能在高電壓等級下工作、可熱插拔、抗短路、電網頻率自動跟蹤。
文檔編號H02H3/027GK102709874SQ20121017386
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月30日 優先權日2012年5月30日
發明者吳志祥, 方曉毅, 蔣國良, 黃波 申請人:常州工學院, 江蘇國星電器有限公司