一種電磁型欠壓脫扣器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電磁型欠壓脫扣器，包括濾波電路、全橋整流電路、采樣電路、單片機(jī)電路、驅(qū)動(dòng)電路、電磁鐵和為單片機(jī)電路、驅(qū)動(dòng)電路供電的電源電路，所述的濾波電路的電源輸入端與電網(wǎng)相連，所述的濾波電路的輸出端與全橋整流器的輸入端相連，所述的全橋整流器輸出端分別與電磁鐵的一端、電源電路的輸入端及采樣電路的輸入端相連，所述的電源電路的一輸出端與單片機(jī)電路相連，所述的電源電路的另一輸出端與驅(qū)動(dòng)電路相連，所述的采樣電路的輸出端與單片機(jī)電路相連，所述的單片機(jī)電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路相連，所述的驅(qū)動(dòng)電路與電磁鐵的線圈繞組相連。本發(fā)明一種電磁型欠壓脫扣器，在不增加電路成本的前提下、吸合可靠，運(yùn)行安全、線圈發(fā)熱量小、能實(shí)現(xiàn)欠壓瞬時(shí)脫扣與欠壓延時(shí)脫扣。
【專利說明】一種電磁型欠壓脫扣器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低壓電器脫扣器領(lǐng)域，尤其涉及一種電磁型欠壓脫扣器。

【背景技術(shù)】
[0002]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(guī)定范圍時(shí)，使斷路器有延時(shí)或無延時(shí)斷開的一種脫扣器，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(shí)，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(dòng)銜鐵有復(fù)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(shí)，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(dòng)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(zhì)，是防止斷路器下級(jí)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。
[0003]現(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(dòng)力矩小或電路過于復(fù)雜等問題；特別是越來越小型化的斷路器的要求，欠壓脫扣器也小型化。小型化的欠壓脫扣器多半以塑料件為線圈骨架，塑件骨架易型變、老化、塵埃污染等不良因素影響，導(dǎo)致活動(dòng)銜鐵常有被“卡死(不吸合)”等現(xiàn)象發(fā)生。即便是全金屬化結(jié)構(gòu)的小型欠壓脫扣器，也有類似現(xiàn)象發(fā)生。最終致使到斷路器不能合閘，影響了電網(wǎng)運(yùn)行。
[0004]為了增加吸合可靠性，通常采取加大電磁鐵線圈線徑或減少線圈匝數(shù)(降低直流電阻)，即加大線圈電流的方法來實(shí)現(xiàn)。過大的線圈電流在電磁鐵吸合完成之后，極易發(fā)熱。為了降低發(fā)熱，采用脈寬調(diào)制或斬波調(diào)制的技術(shù)措施，降低線圈平均工作電流。但過低的線圈直流電阻，調(diào)制器件負(fù)荷嚴(yán)重增加，調(diào)制器件容易發(fā)熱，或嚴(yán)重影響調(diào)制器件安全性，或?yàn)榱颂岣哒{(diào)制器件的安全性需要增加調(diào)制器件的成本。
[0005]研究一種在不增加硬件成本、僅通過改變電磁型欠壓脫扣器控制流程的方法，將提聞欠壓脫扣器自身品質(zhì)，進(jìn)一步提聞電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種啟動(dòng)力矩大、線圈發(fā)熱量小、無不吸合現(xiàn)象、電路簡單，能在惡劣環(huán)境下可靠吸合與脫扣的一種電磁型欠壓脫扣器。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種電磁型欠壓脫扣器，包括濾波電路、全橋整流電路、采樣電路、單片機(jī)電路、驅(qū)動(dòng)電路、電磁鐵和為單片機(jī)電路、驅(qū)動(dòng)電路供電的電源電路，所述的濾波電路的電源輸入端與電網(wǎng)相連，所述的濾波電路的輸出端與全橋整流器的輸入端相連，所述的全橋整流器輸出端分別與電磁鐵的一端、電源電路的輸入端及采樣電路的輸入端相連，所述的電源電路的一輸出端與單片機(jī)電路相連，所述的電源電路的另一輸出端與驅(qū)動(dòng)電路相連，所述的采樣電路的輸出端與單片機(jī)電路相連，所述的單片機(jī)電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路相連，所述的驅(qū)動(dòng)電路與電磁鐵的線圈繞組相連。
[0008]所述的單片機(jī)電路包括用于采集表征電源電壓高低的SA信號(hào)采樣電路，所述的單片機(jī)電路用于驅(qū)動(dòng)電路通斷的信號(hào)發(fā)送。
[0009]所述的單片機(jī)電路包括單片機(jī)或SOC及周邊輔助電路。
[0010]所述的濾波電路為EMC濾波電路電路，所述的EMC濾波電路的輸出端與全橋整流橋的輸入端相連，所述的全橋整流橋的輸出正端分別與電源電路、電磁鐵的公共端及采樣電路相連，所述的全橋整流橋的輸出負(fù)端為參考地線。
[0011]所述的SA信號(hào)采樣電路包括依次與VH串聯(lián)后第一分壓電阻器和第二分壓電阻器，所述的第二分壓電阻器兩端并聯(lián)有第一電容器，所述的SA信號(hào)采樣電路為第一分壓電阻器和第二分壓電阻器之間引出的電壓。
[0012]所述的驅(qū)動(dòng)電路是MOS驅(qū)動(dòng)電路或者是SCR驅(qū)動(dòng)電路。
[0013]所述的電源電路是串聯(lián)式降壓電源或開關(guān)式隔離或非隔離電源。
[0014]所述的電磁鐵是單線圈電磁型電磁鐵，所述的電磁鐵的線圈繞組并聯(lián)有反向二極管，用于續(xù)流線圈關(guān)斷時(shí)的反峰電流，保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路。
[0015]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下有益效果:1、在常見的電磁型單線圈脫扣器的基礎(chǔ)上，在不增加硬件成本的前提下，通過改變控制方式，實(shí)現(xiàn)可靠吸合、運(yùn)行低功耗、整體發(fā)熱量小。
[0016]2、為了提高吸合可靠性，本發(fā)明中對(duì)線圈繞組采取預(yù)吸合動(dòng)作(類似于“抖動(dòng)”——諧振)的工作控制方式，進(jìn)一步提高吸合可靠性。通過單片機(jī)程序計(jì)算電網(wǎng)電壓上升速率，通過控制線圈繞組的預(yù)動(dòng)作功率及時(shí)間，使得活動(dòng)銜鐵執(zhí)行1/4到1/2之間吸合行程后返回。當(dāng)電網(wǎng)電壓信號(hào)滿足吸合條件時(shí)，對(duì)線圈繞組的施加全電壓，使得活動(dòng)銜鐵執(zhí)行全程吸合。對(duì)于不同的電網(wǎng)電壓上升速率，從預(yù)動(dòng)作完成時(shí)間起，到滿足吸合條件時(shí)的時(shí)間止的時(shí)間段時(shí)間，與銜鐵的“固有時(shí)間(諧振頻率之倒數(shù))”相吻合，實(shí)現(xiàn)諧振式吸合，確保百分之百吸合。
[0017]3、進(jìn)一步地，采用本發(fā)明的欠壓脫扣器，現(xiàn)有脫扣電磁鐵可減小工作電流的情況下，仍能實(shí)現(xiàn)可靠吸合。既可降低電磁鐵成本，又可提高調(diào)制功率器件的安全性。
[0018]4、本發(fā)明的欠壓脫扣器，當(dāng)電磁鐵吸合之后，對(duì)線圈繞組進(jìn)行“中心對(duì)稱”的斬波式控制，既提高了開關(guān)器件的安全性，降低電磁輻射，又使得電磁鐵不會(huì)發(fā)熱。
[0019]5、本發(fā)明的欠壓脫扣器，在電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)左右不進(jìn)行斬波式控制。以確保過零點(diǎn)附近的瞬時(shí)功率仍然大于最小維持功率。
[0020]6、本發(fā)明欠壓脫扣器中的控制流程，適用于任何形式的單線圈電磁鐵的控制。
[0021]7、單片機(jī)電路采用電網(wǎng)電壓信號(hào)的同時(shí)，檢測(cè)電網(wǎng)電壓的過零信號(hào)，為中心對(duì)稱式斬波式控制提供時(shí)間基準(zhǔn)。
[0022]8、本發(fā)明的欠壓脫扣器，適用于電網(wǎng)電壓頻率不同、電壓等級(jí)不同的任何交流電網(wǎng)中。
[0023]綜上，本發(fā)明一種電磁型欠壓脫扣器，在不增加電路成本的前提下、吸合可靠，運(yùn)行安全、線圈發(fā)熱量小、能實(shí)現(xiàn)欠壓瞬時(shí)脫扣與欠壓延時(shí)脫扣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明一種電磁型欠壓脫扣器實(shí)施例1的電路原理圖。
[0025]圖2是本發(fā)明一種電磁型欠壓脫扣器中的控制過程原理圖。
[0026]圖3是本發(fā)明一種電磁型欠壓脫扣器中的電源電路。
[0027]圖4是本發(fā)明一種電磁型欠壓脫扣器中的單片機(jī)電路。
[0028]圖5是本發(fā)明一種電磁型欠壓脫扣器中的驅(qū)動(dòng)電路。
[0029]圖中:1、EMC濾波電路，2、電源電路，3、單片機(jī)電路，4、驅(qū)動(dòng)電路，5、電磁鐵，6、采樣電路。

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面根據(jù)說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋。
[0031]如圖1所示，一種電磁型欠壓脫扣器，包括EMC濾波電路1、全橋整流電路、采樣電路6、單片機(jī)電路3、驅(qū)動(dòng)電路4、電磁鐵5和為單片機(jī)電路3、驅(qū)動(dòng)電路4供電的電源電路2。所述的EMC濾波電路I的電源輸入端與電網(wǎng)相連，所述的EMC濾波電路I的輸出端與全橋整流器的輸入端相連。全橋整流器輸出正端分別與電磁鐵5的公共端、電源電路2的輸入端及采樣電路6的輸入端相連，全橋整流器輸出負(fù)端為參考地端。電源電路2的輸出一端與單片機(jī)電路3相連，電源電路2的另一輸出端與驅(qū)動(dòng)電路4相連,米樣電路6的輸出端與單片機(jī)電路3相連，單片機(jī)電路3的輸出端驅(qū)動(dòng)電路4相連，驅(qū)動(dòng)電路4與電磁鐵5的線圈繞組相連。所述的單片機(jī)電路3包括用于采集表征電源電壓高低的SA信號(hào)采樣電路，所述的單片機(jī)電路3用于驅(qū)動(dòng)電路4通斷的信號(hào)發(fā)送。對(duì)電磁鐵5平均電壓采用中心斬波式控制，與PWM法相比，斬波器件開關(guān)頻率低，自身功耗低，電磁輻射小，斬波器件安全性高。所述的單片機(jī)電路3包括單片機(jī)或SOC及周邊輔助電路。BCD撥碼開關(guān):在需要延時(shí)脫扣的場合，設(shè)置不同的撥碼開關(guān)組合，所述的單片機(jī)電路3讀取此信號(hào)后，確定延時(shí)脫扣的延時(shí)時(shí)間；
BCD撥碼開關(guān):在需要特定動(dòng)作循環(huán)次數(shù)、或非等周期動(dòng)作的設(shè)定單片機(jī)電路3:如果BCD撥碼開關(guān)表示的延時(shí)時(shí)間不為零，且當(dāng)SA信號(hào)小于電網(wǎng)額定電壓的50%后開始延時(shí)，直到延時(shí)時(shí)間結(jié)束，使驅(qū)動(dòng)電路4斷開線圈繞組。
[0032]所述的SA信號(hào)采樣電路包括依次與全橋整流橋輸出端(VH)串聯(lián)后第一分壓電阻器(Rl)和第二分壓電阻器(R2、接地)，所述的第二分壓電阻器(R2)兩端并聯(lián)有第一電容器(CO)，所述的SA信號(hào)為第一分壓電阻器(Rl)和第二分壓電阻器(R2)之間引出的電壓。
[0033]所述的驅(qū)動(dòng)電路4是MOS驅(qū)動(dòng)電路(含MOS管)或者是SCR驅(qū)動(dòng)電路(含SCR)。
[0034]所述的電源電路2是串聯(lián)式降壓電源或開關(guān)式隔離或非隔離電源。電源輸出3.3V(或5V) (VCC)為單片機(jī)電路3提供工作電壓，電源輸出12V (或15V)為驅(qū)動(dòng)電路4提供工作電壓。
[0035]所述的電磁鐵5是單線圈電磁型電磁鐵，所述的電磁鐵5的線圈繞組并聯(lián)有反向二極管D1，用于續(xù)流線圈關(guān)斷時(shí)的反峰電流，保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路4。
[0036]為了清晰說明作為實(shí)施例的控制過程原理，將電網(wǎng)電壓“上升一平穩(wěn)一下降”作橫向展開，進(jìn)一步說明如圖2所示。
[0037]步驟1:單片機(jī)上電復(fù)位以后，轉(zhuǎn)換表征電網(wǎng)電壓高低的采樣信號(hào)SA，在電網(wǎng)電壓上升的過程中，單片機(jī)電路3不斷重復(fù)計(jì)算電網(wǎng)電壓上升速率，當(dāng)SA在50%附近時(shí)(tl )，單片機(jī)電路3發(fā)出第一個(gè)控制信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路4對(duì)線圈繞組進(jìn)行控制(W1)，實(shí)施預(yù)動(dòng)作
(SI)。預(yù)動(dòng)作的時(shí)間點(diǎn)，與電網(wǎng)電壓上升速率成正比。即電壓上升越快，預(yù)動(dòng)作時(shí)間點(diǎn)(tl)越前。預(yù)動(dòng)作的功率強(qiáng)度，與電網(wǎng)電壓上升速率成反比。即電壓上升越快，預(yù)動(dòng)作的功率強(qiáng)度越小，但限定在銜鐵總行程的1/4到1/2之間。
[0038]步驟2:當(dāng)SA高于80%時(shí)(t2)，單片機(jī)電路3向線圈繞組發(fā)出第二個(gè)全電壓控制信號(hào)(W2)，活動(dòng)銜鐵被吸合。其中At= t2- tl，單片機(jī)程序通過預(yù)先可知的電磁鐵5活動(dòng)銜鐵的臨界震蕩時(shí)間TS，盡可能使Λ t=TS。
[0039]步驟3:電磁鐵5吸合之后，單片機(jī)電路3通過斬波控制方式，調(diào)節(jié)線圈繞組上的平均電壓(W3、W4)。
[0040]步驟4:當(dāng)SA低于50%時(shí)(t3)，單片機(jī)電路3根據(jù)撥碼開關(guān)的設(shè)定狀態(tài)，如為瞬時(shí)脫扣，通過驅(qū)動(dòng)電路4斷開線圈繞組電壓，電磁鐵5脫扣；當(dāng)為延時(shí)脫扣，則待延時(shí)時(shí)間到達(dá)后(t4)，單片機(jī)電路3通過控制驅(qū)動(dòng)電路4，使電磁鐵5脫扣。
[0041 ] 本方法適用于任何形式的單線圈電磁鐵的控制。
[0042]如圖3所示。連接于全橋整流橋輸出端的VH電壓，電阻器RW2為三極管WT提供基極電壓的穩(wěn)壓管Zl提供偏置電流；電阻器RWl部分降壓，三極管WT調(diào)壓，電容器CDl濾波，輸出12V(15V)電壓，為驅(qū)動(dòng)電路4提供工作電壓。12V電壓經(jīng)微功耗穩(wěn)壓器Wl穩(wěn)壓為3.3V (5V)為微處理器電路提供工作電壓，其中電容器CD2作進(jìn)一步濾波，電容器CD3消除高頻噪聲。
[0043]如圖4所不。單片機(jī)的GP5用于米樣表征電網(wǎng)電壓高低的SA信號(hào)；GP4連接于GP5，定義為SZ，用于電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)信號(hào)檢測(cè)，為斬波控制提供時(shí)間基準(zhǔn)。GPO輸出第一控制(Pl)信號(hào)，連接于驅(qū)動(dòng)電路4 ；GP1可設(shè)定基本I/O 口線。電阻器R3、R4?R6及3位撥碼開關(guān)SW組成延時(shí)值設(shè)定，3位撥碼開關(guān)SW全部斷開時(shí)，GP2電壓為高電平，表示“瞬時(shí)脫扣”，其余邏輯組合值可表達(dá)7種延時(shí)值時(shí)間。GP2對(duì)T進(jìn)行Α/D轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)脫扣及延時(shí)(值)脫扣功能確定。
[0044]如圖5所示。來自單片機(jī)的控制信號(hào)P1，低電平時(shí)，三極管Tl射極被電阻器RTl偏置而導(dǎo)通，三極管T2也同時(shí)導(dǎo)通，12V電壓經(jīng)電阻器RT4限流，加載到MOS管T4柵極，T4導(dǎo)通，線圈得電。此時(shí)，三極管T3基極無偏置電壓而截止。高電平時(shí)，三極管Tl射極被電阻器RTl反向偏置而截止，三極管T2基極由電阻器RT3上拉為高電平而截止；三極管T3基極由電阻器RT2偏置而導(dǎo)通，MOS管T4柵極電荷被釋放，線圈失電。為提高M(jìn)OS管T4的開關(guān)速度，驅(qū)動(dòng)電路4中設(shè)有加速電容器Cl與C2。
【權(quán)利要求】
1.一種電磁型欠壓脫扣器，其特征在于包括濾波電路、全橋整流電路、采樣電路、單片機(jī)電路、驅(qū)動(dòng)電路、電磁鐵和為單片機(jī)電路、驅(qū)動(dòng)電路供電的電源電路，所述的濾波電路的電源輸入端與電網(wǎng)相連，所述的濾波電路的輸出端與全橋整流器的輸入端相連，所述的全橋整流器輸出端分別與電磁鐵的一端、電源電路的輸入端及采樣電路的輸入端相連，所述的電源電路的一輸出端與單片機(jī)電路相連，所述的電源電路的另一輸出端與驅(qū)動(dòng)電路相連，所述的采樣電路的輸出端與單片機(jī)電路相連，所述的單片機(jī)電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路相連，所述的驅(qū)動(dòng)電路與電磁鐵的線圈繞組相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁型欠壓脫扣器，其特征在于所述的單片機(jī)電路包括用于采集表征電源電壓高低的SA信號(hào)采樣電路，所述的單片機(jī)電路用于驅(qū)動(dòng)電路通斷的信號(hào)發(fā)送。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁型欠壓脫扣器，其特征在于所述的單片機(jī)電路包括單片機(jī)或SOC及周邊輔助電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁型欠壓脫扣器，其特征在于所述的濾波電路為EMC濾波電路電路，所述的EMC濾波電路的輸出端與全橋整流橋的輸入端相連，所述的全橋整流橋的輸出正端分別與電源電路、電磁鐵的公共端及采樣電路相連，所述的全橋整流橋的輸出負(fù)端為參考地線。
5.根據(jù)權(quán)利要2所述的一種電磁型欠壓脫扣器，其特征在于所述的SA信號(hào)采樣電路包括依次與VH串聯(lián)后第一分壓電阻器和第二分壓電阻器，所述的第二分壓電阻器兩端并聯(lián)有第一電容器，所述的SA信號(hào)采樣電路為第一分壓電阻器和第二分壓電阻器之間引出的電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁型欠壓脫扣器，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)電路是MOS驅(qū)動(dòng)電路或者是SCR驅(qū)動(dòng)電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁型欠壓脫扣器，其特征在于所述的電源電路是串聯(lián)式降壓電源或開關(guān)式隔離或非隔離電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁型欠壓脫扣器，其特征在于所述的電磁鐵是單線圈電磁型電磁鐵，所述的電磁鐵的線圈繞組并聯(lián)有反向二極管，用于續(xù)流線圈關(guān)斷時(shí)的反峰電流，保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路。
【文檔編號(hào)】H02H3/24GK104269819SQ201410416085
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】吳志祥, 鄒一琴, 許澤剛, 史建平 申請(qǐng)人:常州工學(xué)院