专利名称：一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器的制作方法
技术领域：
本实用新型专利属于电力低压输配电安全保护技术领域，尤其涉及的 是一种框架式断路器用的欠电压/分励一体化脱扣器。背彔技术电力低压输配电管理涉及城乡各级供电部门以及企业电力用户，框架 式断路器是输配电安全保护技术的重要器件。框架式断路器的主要部件有 欠电压脱扣器、分励脱扣器、闭合电磁铁，现有技术的断路器是上述三个 部件分体安装和独立运行，欠电压脱扣器和分励脱扣器各自都要一套符合 要求的电子控制单元，不仅电路复杂，另部件多，可靠性差，体积大。专利申请号02244113.1的自动空气断路器一体化脱扣器，采用磁铁保 持，该控制电路的欠电压动作特性存在缺陷，在欠电压电源短时间失电后， 脱扣器不能吸合，使断路器不能合闸，必须把上一级断路器分闸断电几分 钟后，才能合闸，该控制电路的缺陷会严重影响供电的可靠性。发明内容本实用新型专利的目的是针对现有技术的上述缺点，提出一种塑壳的 欠电压/分励一体化脱扣器，将欠电压脱扣器、分励脱扣器合二为一，由电 路控制脱扣器的吸合、释放，采用磁铁保持，提供一种高可靠性的欠电压/ 分励一体化脱扣器。本实用新型专利的技术解决方案是一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器，包括电磁铁机构ll、脱扣控制 电路板12、电源电路板13和脱扣器外壳14，其在于安装于脱扣控制电 路板12的脱扣控制电路是一体化的欠电压/分励脱扣控制电路，脱扣器外壳 14为塑料构件，脱扣控制电路板12和电源电路板13置于塑料的脱扣器外
壳14的插槽内，其中所述的欠电压/分励脱扣控制电路12上安装有分励信号采集隔离电路121、脱扣信号检测控制电路122、吸合脉冲驱动电路123、释放脉沖驱动 电路124，吸合脉冲驱动电路123和释放脉冲驱动电路124的负载分别是电 磁铁机构11中的吸合线圈111和释放线圈112;电源电路板13上包括有整流分压电路131和储能滤波电容132，整流 分压电路的输出有高压电源Vg和低压稳压电源Vd两组，储能滤波电容132 并联在高压电源Vg的两端；分励信号采集隔离电路121的输入端连接外部的分励信号源3，分励信 号采集隔离电路121的输出端和欠电压信号源4并联接在脱扣信号检测控 制电路122的输入端，脱扣信号检测控制电路122的两个输出端分别连接 吸合脉冲驱动电路123和释放脉冲驱动电路124的输入端，吸合脉冲驱动 电路123和释放脉冲驱动电路124的负载端分别连接电磁铁机构11中吸合 线圈111和释放线圈112的一端，吸合线圈111和释放线圈112的另一端都 连接整流分压电路131的高压电源Vg端；带有脱扣控制电路板12和电源电路板13的塑料脱扣器外壳14与电磁 铁机构的钢质外壳为卡口固定连接，构成一体化的整件。所述的一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器，其在于脱扣器外壳14 包括盖311和罩壳312,其中罩壳312与电磁铁机构外壳卡口固定连接，罩壳312内安装有电源电 路板313和脱扣控制电路板314;盖311套盖在罩壳312的上端，罩壳312上有进线孔315和接线孔316。所述的一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器，由电磁铁外壳321、永 磁铁322、垫片323、弹簧324、吸合/释放线圈325、端盖326、盖板327 和铁芯328等另部件组成的电磁铁机构11，其在于吸合/释放线圈325是两 个串联绕组，两绕组连接点为抽头，抽头连接高压电源Vg，吸合/释放线圈 325的一头为吸合线圈连接吸合脉冲驱动电路驱动级门极，另一头为释放线
圈连接释放脉冲驱动电路的驱动级门极。所述的一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器，其在于由分励信号源3 和欠电压信号源4输出的两类脱扣信号共用脱扣信号检测控制电路122，分 励信号源3与脱扣信号检测控制电路122之间采用分励信号采集隔离电路 121隔离；所述的分励信号采集隔离电路121，它由依次连接的限流电阻401、整 流桥402、阻容滤波器403以及光耦隔离器404组成；分励信号经限流电阻 401加在整流桥402两输入端，整流桥402两输出端经阻容滤波器403连接 光耦隔离器404的输入端，光耦隔离器404输出端为分励脱扣信号Vf输出 端，它连接脱扣信号检测控制电路122的输入端；所述的欠电压信号源4由第一级限流电阻411、滤波电容器412和第二 级电阻分压器413组成，欠电压信号源4 一端接在整流分压电路131的高 电压Vg端，第一级分压输出电压为低电压Vd2，它连接脱扣信号检测控制 电路122的电源端，该输出端上并联有滤波电容器412，第二级分压输出端 为欠电压脱扣信号Vq输出端，它连接脱扣信号检测控制电路122的输入端。所述的一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器，其在于脱扣信号检测控 制电路122是一个滞回比较器电路，分励信号采集隔离电路121的分励信 号控制端与欠电压信号源4的欠电压信号控制端以逻辑"或"并接在脱扣 信号检测控制电路122的输入端，脱扣信号检测控制电路122的输出端输 出来自分励的或来自欠电压的脱扣控制信号。所述的一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器，其在于吸合脉冲驱动电 路123由隔直流电容、放电二极管、互补放大器和功率电流驱动器组成； 功率器件优选采用场效应管构成共源极脉冲驱动电路，门极电流驱动器的 负载为电磁铁执行机构11中的吸合线圈1U，门极和电源之间接有消电势 二极管。所述的一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器，其在于释放脉冲驱动电 路124由反相器、隔直流电容、放电二极管、互补放大器和功率电流驱动 器组成；功率器件优选采用场效应管，门极电流驱动器的负载为电磁铁执 行机构11中的释放线圈112，门极和电源之间并联接有释放线圈112和消 电势二极管。
本实用新型专利的有益效果是
1. 一体化脱扣器同时具有欠电压脱扣器和分励脱扣器的功能，电路简 单，另部件少，可靠性好，体积小，减少了断路器附件的安装空间。
2. —体化的欠电压/分励脱扣控制电路调试便捷，满足其保护特性参 数的要求。
3. 在欠电压电源失电后，脱扣器释放，短时间内欠电压电源恢复，脱 扣器还能吸合，保证断路器可靠合闸，而且，不受电网电压波动影响，运 行可靠性有较大的提高，供电质量得到有效的保障。
图1是本实用新型专利的组成框图。
图2是本实用新型专利的欠电压/分励一体化脱扣器电原理框图。
图3是本实用新型专利实施例的一种塑壳欠电压/分励一体化脱扣器结 构剖面示意图。
图4是本实用新型专利的分励信号和欠电压信号共用脱扣信号检测控 制电路原理框图。
图5是本实用新型专利实施例的电源电路和欠电压/分励脱扣控制电路 实施例电原理图。
图3中11—电磁铁机构、14~脱扣器外壳、311—盖、312—罩壳、 313—电源电路板、314~脱扣控制电路板、315—进线孔、31"接线孔、 321—电磁铁机构外壳、322—永磁铁、323—垫片、324~弹簧、325—吸合 /释放线圈、326—端盖、327—盖板、328—铁芯。
图5中501—整流分压电路、502—分励信号采集隔离电路、503—脱 扣信号检测控制电路、504~吸合线圈、505—释放线圈、506~吸合脉冲驱 动电路、507—释放脉冲驱动电路、508—储能滤波电容。
具体实施方式
以下结合附图3给出本实用新型专利一种塑壳的欠电压/分励一体化脱 扣器的一个实施例。本实施例所述的一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器由电磁铁机构 11、脱扣器外壳14、电源电路板313、脱扣控制电路板314组成。脱扣器 外壳14分成盖311和罩壳312，在罩壳312上有进线孔315和接线孔316， 电源电路板313和脱扣控制电路板314插在罩壳312内。电磁铁机构11包 括电磁铁机构外壳321、永磁铁322、垫片323、弹簧324、吸合/释放线圈 325、端盖326、盖板327和铁芯328等部件，吸合/释放线圈325的骨架上 有3个抽头。脱扣器外壳14的罩壳312架在电磁铁机构11的外壳321上， 塑料罩壳312与电磁铁机构外壳321采用卡口固定连接，吸合/释放线圈325 的两个线头和3个抽头穿过接线孔316接到电源电路板313和脱扣控制电 路板314。接线和电路调试后，将盖311加在罩壳312上。来自主回路的交 流电和分励信号线从进线孔315接入电源电路板313和脱扣控制电路板 314。下面结合图5给出本实用新型专利实施例欠电压/分励一体化脱扣器电 路的工作过程作进一步的阐述。电源整流分压电路501的进线端1和2连接进线主回路，电源整流分 压电路501经过压敏电阻RV和电容C2滤除干扰信号后由整流桥VD1输 出脉动直流电。电源整流分压电路501输出两路电源 一路高压电源Vg连 接吸合/释放线圈的公共抽头，为吸合脉冲驱动电路506和释放脉冲驱动电 路507提供第一个电源，高压电源Vg为吸合线圈504和释放线圈505供电， 另一路经分压稳压为低压电源Vd为吸合脉冲驱动电路506和释放脉冲驱动 电路507提供第二个电源。储能滤波电容508并联于电源输出电路的高压
电源Vg的检波二极管VI的负端。电源整流分压电路501的进线端也是欠电压脱扣信号的输入端，高压 电源Vg可以携带欠电压信息。高压电源Vg经Rl、 R14、 R15、 C3分压滤 波，在R15上分压得到的电压Vq加到脱扣信号检测控制电路503的输入端。分励信号采集隔离电路502由限流电阻R13和R13'、整流桥VD2、滤 波电容C6、电阻R21和光耦隔离器N1组成，其输入端为分励脱扣信号进 线端3和4，输出端是光耦隔离器Nl输出，连接脱扣信号检测控制电路503 的输入端。脱扣信号检测控制电路503包括电阻R1、 R14、 R15分压电路，滤波 电容C3、 C7以及由电阻R16、 R17、 R18，稳压管VW2，三极管V12、 V13 组成的滞回比较器。脱扣信号检测控制电路503输入信号有两路 一路来 自分励信号采集隔离电路502的分励信号输出，另一路来自电源电路的整 流桥VD1经分压携带的欠电压信息输出。脱扣信号检测控制电路503输出 分两路 一路给吸合脉冲驱动电路506，另一路给释放脉冲驱动电路507。吸合脉冲驱动电路506包括由电容C4、 二极管V4、电阻R3、 R4、 R19、 R6，三极管V7、 V8组成的互补跟随放大器以及由电阻R5、场效应管VT1 和场效应管门极负载是吸合线圈504组成的大功率场效应管直接驱动电路。释放脉冲驱动电路507包括由电阻R7、 R8三极管V9组成的反相器， 由电容C5、 二极管V5、电阻R9 R12、 R20、三极管VIO、 Vll组成的互 补跟随放大器以及由电阻R12、场效应管VT2和场效应管门极负载释放线 圈505组成的大功率场效应管直接驱动电路。反相器是将脱扣信号检测控 制电路503输出的脱扣信号倒相，使释放线圈505和吸合线圈504中只有 一个线圈会注入脉冲电流。当电源电压低于35%额定电压时，低电平的欠电压脱扣信号Vq加到脱 扣信号检测控制电路503，使稳压管VW2截止，滞回比较器的三极管V12 也截止，三极管V13基极电位高于集电极电位而导通，滞回比较器输出为 低电平。脱扣信号检测控制电路503输出低电平的脱扣控制信号，加到释 放脉冲驱动电路507，倒相后为高电平，驱动释放脉冲产生及场效应管驱动
电路，互补跟随放大器输出的正脉冲加到场效应管VT2的栅极，场效应管 VT2导通，门极为低电平，高压电源Vg向释放线圈505注入脉冲电流，释放线圈得电产生电磁铁机构释放磁通，铁芯执行脱扣分闸，分闸后由弹簧 保持。脱扣信号检测控制电路503输出低电平的脱扣控制信号，同时也加 到吸合脉冲驱动电路506，场效应管VT1不导通，吸合线圈不得电而不产 生吸合磁通。当欠电压电源电压上升到85%及以上额定电压时，脱扣信号检测控制 电路503的稳压管VW2导通，三极管V12导通，三极管V13截止，输出 高电平。脱扣信号检测控制电路503输出低电平的脱扣控制信号，加到吸 合脉冲驱动电路506，驱动吸合脉冲产生电路及场效应管驱动电路，互补跟 随放大器输出的正脉冲加到场效应管VT1的栅极，场效应管VT1导通，门 极为低电平，高压电源Vg向吸合线圈504注入电流，吸合线圈得电产生电 磁铁机构吸合，吸合后由磁铁保持，保证断路器要求85%及以上额定电压 时，断路器能合闸。当欠电压状态出现，电源电压下降到70%~35°/。额定电压范围内时，同 电源电压低于35%额定电压一样，执行断路器的欠电压脱扣分闸保护功能。 当欠电压电源失电时的动作过程与欠电压脱扣分闸保护过程基本相同，仅 是给释放脉冲驱动电路507的能量提供方式不同，失电动作的能量由储能 滤波电容508提供，电容C2向释放线圈505注入电流，释放线圈得电产生 电磁铁机构释放磁通，铁芯执行脱扣分闸。在无欠电压脱扣信号的正常运行情况下，加到脱扣信号检测控制电路 503的欠电压脱扣信号Vq为高电平，脱扣信号检测控制电路503输出高电 平，驱动吸合脉冲驱动电路，场效应管VT1导通，门极为低电平，高压电 源Vg向吸合线圈504注入电流，吸合线圈504吸合后由永磁铁保持。当分 励信号采集隔离电路502采集到来自分励信号源的高电平的分励控制信号， 经限流电阻R13加在整流桥VD2的两输入端，整流桥VD2两输出高电平 端经R21和C6阻容滤波器家道光耦隔离器Nl输入端，光耦隔离器Nl输 出端输出低电平的分励脱扣信号Vf。同欠电压脱扣分闸保护功能一样，脱
扣信号检测控制电路503的滞回比较电路输出变为低电平，倒相后为高电 平，驱动释放脉冲驱动电路507，高压电源Vg向释放线圈505注入电流， 释放线圈得电产生电磁铁机构释放磁通，铁芯执行脱扣分闸操作。当分励脱扣信号结束后，脱扣信号检测控制电路503的滞回比较电路 的输入电平变高,脱扣信号检测控制电路503的分励脱扣信号Vf为高电平， 驱动吸合脉冲驱动电路，场效应管VT1导通，门极为低电平，高压电源Vg 向吸合线圈504注入电流，吸合线圈504吸合，吸合后由磁铁保持，使断 路器能再次合闸。吸合/释放脉冲驱动电路采用大功率CMOS FET的VT1和VT2直接驱 动电路，门极负载是吸合线圈504和释放线圈505，在大功率场效应管VT1 和VT2的栅极采用V7与V8和V10与Vll组成的互补跟随放大器，既 增大驱动功率，而且大功率场效应管不会被驱动到饱和区，又提高了开通 速度，减少了动态损耗，对于改善驱动分合闸线圈类感性负载的电流开关 电路的驱动性能和通断可靠性十分有益。
权利要求1.一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器，包括电磁铁机构(11)、脱扣控制电路板(12)、电源电路板(13)和脱扣器外壳(14)，其特征在于安装于脱扣控制电路板(12)的脱扣控制电路是一体化的欠电压/分励脱扣控制电路，脱扣器外壳(14)为塑料构件，脱扣控制电路板(12)和电源电路板(13)置于塑料的脱扣器外壳(14)的插槽内，其中所述的欠电压/分励脱扣控制电路(12)上安装有分励信号采集隔离电路(121)、脱扣信号检测控制电路板(122)、吸合脉冲驱动电路(123)、释放脉冲驱动电路(124)，吸合脉冲驱动电路(123)和释放脉冲驱动电路(124)的负载分别是电磁铁机构(11)中的吸合线圈(111)和释放线圈(112)；电源电路板(13)上包括有整流分压电路(131)和储能滤波电容(132)，整流分压电路的输出有高压电源Vg和低压稳电源压Vd两组，储能滤波电容(132)并联在高压电源Vg的两端；分励信号采集隔离电路(121)的输入端连接外部的分励信号源(3)，分励信号采集隔离电路(121)的输出端和欠电压信号源(4)并联接在脱扣信号检测控制电路(122)的输入端，脱扣信号检测控制电路(122)的两个输出端分别连接吸合脉冲驱动电路(123)和释放脉冲驱动电路(124)的输入端，吸合脉冲驱动电路(123)和释放脉冲驱动电路(124)的负载端分别连接电磁铁机构(11)中吸合线圈(111)和释放线圈(112)的一端，吸合线圈(111)和释放线圈(112)的另一端都连接整流分压电路(131)的高电压Vg端；带有脱扣控制电路板(12)和电源电路板(13)的塑料脱扣器外壳(14)与电磁铁机构外壳为卡口固定连接，构成一体化的整件。
2. 根椐权利要求1所述的一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器，其特 征在于脱扣器外壳(14)包括盖(311)和罩壳(312)，其中 罩壳(312)与电磁铁机构外壳卡口固定连接，罩壳(312)内安装有 电源电路板(313)和脱扣控制电路板(314);盖(311)套盖在罩壳(312)的上端，罩壳(312)上有进线孔(315) 和接线孔(316)。
3. 根椐权利要求1所述的一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器，其特 征在于所述的电磁铁机构(11)包括电磁铁外壳(321)、永磁铁(322)、 垫片(323)、弹簧(324)、吸合/释放线圈(325)、端盖(326)、盖板(327) 和铁芯(328)，所述的吸合/释放线圈(325)是两个串联绕组，两绕组连接 点为抽头，抽头连接高压电源Vg，吸合/释放线圈(325)的一头为吸合线 圈连接吸合脉冲驱动电路驱动级门极，另一头为释放线圈连接释放脉冲驱 动电路的驱动级门极。
4. 根椐权利要求1所述的一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器，其特 征在于由分励信号源(3)和欠电压信号源(4)输出的两类脱扣信号共用 脱扣信号检测控制电路(122)，分励信号源(3)与脱扣信号检测控制电路(122)之间采用分励信号采集隔离电路(121)隔离；所述的分励信号采集隔离电路(121)，它由依次连接的限流电阻(401)、 整流桥(402)、阻容滤波器(403)以及光耦隔离器(404)组成；分励信 号经限流电阻(401)加在整流桥(402)两输入端，整流桥(402)两输出 端经阻容滤波器(403)连接光耦隔离器(404)的输入端，光耦隔离器(404) 输出端为分励脱扣信号Vf输出端，它连接脱扣信号检测控制电路(122) 的输入端；所述的欠电压信号源(4)由第一级限流电阻(411)、滤波电容器(412) 和第二级电阻分压器(413)组成，欠电压信号源(4) 一端接在整流分压 电路(131)的高电压Vg端，第一级分压输出电压为低电压Vd2，它连接 脱扣信号检测控制电路(122)的电源端，该输出端上并联有滤波电容器 (412)，第二级分压输出端为欠电压脱扣信号Vq输出端，它连接脱扣信号 检测控制电路(122)的输入端。
5. 根据权利要求1或4所述的一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器， 其特征在于脱扣信号检测控制电路(122)是一个滞回比较器电路，分励信 号采集隔离电路(121)的分励信号控制端与欠电压信号源(4)的欠电压 信号控制端以逻辑"或"并接在脱扣信号检测控制电路(122)的输入端， 脱扣信号检测控制电路(122)的输出端输出来自分励的或来自欠电压的脱 扣控制信号。
6. 根椐权利要求1所述的一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器，其特 征在于吸合脉冲驱动电路(123)由隔直流电容、放电二极管、互补放大器 和功率电流驱动器组成；功率器件优选采用场效应管构成共源极脉冲驱动 电路，门极电流驱动器的负载为电磁铁执行机构(11)中的吸合线圈(111)， 门极和电源之间接有消电势二极管。
7. 根据权利要求5所述的一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器，其特 征在于吸合脉冲驱动电路(123)由隔直流电容、放电二极管、互补放大器 和功率电流驱动器组成；功率器件优选采用场效应管构成共源极脉冲驱动 电路，门极电流驱动器的负载为电磁铁机构(11)中的吸合线圈(111)，门 极和电源之间接有消电势二极管。
8. 根据权利要求1所述的一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器电路， 其特征在于释放脉冲驱动电路(124)由反相器、隔直流电容、放电二极管、 互补放大器和功率电流驱动器组成；功率器件优选采用场效应管，门极电 流驱动器的负载为电磁铁执行机构(11)中的释放线圈(112)，门极和电 源之间并联接有释放线圈(112)和消电势二极管。
9. 根据权利要求5所述的一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器电路， 其特征在于释放脉冲驱动电路(124)由反相器、隔直流电容、放电二极管 和功率电流驱动器组成；功率器件优选采用场效应管，门极电流驱动器的 负载为电磁铁执行机构(13)中的释放线圈(112)，门极和电源之间接有消电势二极管。
10.根据权利要求7或8所述的一种塑壳的欠电压/分励一体化脱扣器， 其特征在于所述的电磁铁机构(11)包括电磁铁外壳(321)、永磁铁(322)、 垫片(323)、弹簧(324)、吸合/释放线圈(325)、端盖(326)、盖板(327) 和铁芯(328)，所述的吸合/释放线圈(325)有两个绕组，抽头连接高压电 源Vg，吸合/释放线圈(325)的一头为吸合线圈连接吸合脉冲驱动电路驱 动级门极，另一头为释放线圈连接释放脉冲驱动电路的驱动级门极。
专利摘要本实用新型专利属于电力低压输配电安全保护技术领域，公开一种塑壳欠电压/分励一体化脱扣器，它包括电磁铁机构11、脱扣控制电路板12、电源电路板13和塑料的脱扣器外壳14，安装于脱扣控制电路板12的脱扣控制电路是一体化的欠电压/分励脱扣控制电路，脱扣器外壳14为塑料构件，脱扣控制电路板12和电源电路板13置于脱扣器外壳14的插槽内，欠电压/分励脱扣控制电路调试便捷，满足其保护特性参数的要求，具有结构紧凑，可靠性高，合闸无需辅助装置，动作电压无需调整，保持力恒定，节能运行，不受电网电压波动影响等特点，可以用于低压框架式断路器。
文档编号H01H71/12GK201017831SQ20062014135
公开日2008年2月6日 申请日期2006年12月22日 优先权日2006年12月22日
发明者武素莲, 王加法 申请人:杭申控股集团有限公司