专利名称：一种断路器的过电流保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及断路器，尤其涉及一种断路器的过电流保护装置。
背景技术：
现有的一些断路器除具有三段保护功能外，还具有过电流保护功能。带过电流保护装置的断路器在负载电路中发生接地故障时，检测接地电流，并在接地电流达到一定值时断开断路器，防止事故的进一步扩大。传统的断路器为了得到不同的保护性能，需要配置不同的脱扣器，如采用外部的矢量和互感器进行接地检测，此技术受一定的空间限制。随着技术的发展，采用微控制器的电子过电流保护装置得到很大的应用，其功能得到很大扩展，性能也得到很大提高，保护更全面，可实现内置接地保护功能。在三相接地系统中，采用矢量和方式检测接地电流的断路器，其接地电流的检测一般是通过计算内置的电流互感器二次侧输出信号的矢量和，根据基尔霍夫定律，接地电流Ig的计算公式为三极断路器时Ig = IA+IB+IC,四极断路器时Ig = IA+IB+IC+IN。在正常情况下断路器负载电路中没有接地故障时，通过断路器的电流的矢量和为零，相应地电流互感器的二次侧输出信号的矢量和也为零。当断路器负载电路中存在接地故障时，通过接地电阻对地产生接地电流，通过计算各相电流的矢量和便能得到接地电流的值。目前断路器采用内置互感器检测接地电流有硬件矢量和以及软件矢量和这两种方式。硬件矢量和是通过硬件的方式直接得到接地电流，此种方式为半波方式的接地电流检测，获得的接地电流检测信号精度较差，而软件矢量和是通过微控制器对采样到的电流根据极性判别标志通过软件的方式进行计算，处理比较复杂且误差大。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有断路器的过电流保护装置进行接地电流检测信号精度差的不足，提供一种接地电流检测精度更高的断路器的过电流保护装置。本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题一种断路器的过电流保护装置，包括电流互感器、对电流互感器二次侧输出信号进行取样整流的取样整流电路，以及对经取样整流的信号进行处理的信号处理电路，所述取样整流电路包括至少四组整流电路分路与至少三个电流互感器；每组整流电路分路由两个整流二极管串联而成；三个电流互感器的二次侧的其中一个输出端分别接入一组整流电路分路的两个整流二极管之间；另一个输出端分别经过一个取样电阻后，与一个接地取样电阻的一端并联；所述接地取样电阻的另一端接在一个剩余的整流电路分路的两个整流二极管之间，同时三个取样电阻及接地取样电阻的两端分别接入所述信号处理电路。进一步地，上述断路器的过电流保护装置还包括电源电路、控制电路、以及脱扣电路；电源电路对取样整流电路送来的整流信号进行恒压处理和滤波，形成电源电压，并产生后级电路正常工作所需的各种电压；控制电路对信号处理电路送来的信号经A/D转换后进行计算，并比照设定值进行相应的处理，发出相应的指令；脱扣电路在收到控制电路发来的脱扣信号后，驱动脱扣装置动作从而分断断路器。进一步地，上述断路器的过电流保护装置还包括接口电路，用于与外部通信模块和测试器的连接。进一步地，上述断路器的过电流保护装置还包括热模拟功能电路。进一步地，上述断路器的过电流保护装置还包括人机操作界面。本实用新型通过采用全波整流电路对电流互感器二次侧输出信号进行取样整流， 克服了现有技术采用半波方式进行接地电流检测所存在的检测精度差的问题。本实用新型结构简单，信号检测精度高，具有更好的安全性。
图1为现有断路器的接地电流检测的取样整流电路；图2为本实用新型过电流保护装置的取样整流电路；图3为本实用新型过电流保护装置的结构框图；图4为本实用新型过电流保护装置的信号处理电路；图5为本实用新型过电流保护装置的电源电路；图6为本实用新型过电流保护装置的控制电路；图7为本实用新型过电流保护装置的热模拟功能电路；图8为本实用新型过电流保护装置的脱扣电路；图9为本实用新型过电流保护装置的人机操作界面；图10为本实用新型过电流保护装置的接口电路。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明图1为一种现有断路器的接地电流检测的取样整流电路，该取样整流电路对电流互感器二次侧的输出信号进行取样整流，其输出给后续的信号处理电路的信号是半波信号，信号精度差。本实用新型的断路器的过电流检测装置，其结构如附图3所示，包括取样整流电路、电源电路、信号处理电路、控制电路、热模拟功能电路、脱扣电路、接口电路、人机操作界面。电流互感器输出的信号送到取样整流电路，得到测量用信号并进行整流；电源电路对取样整流电路送来的整流信号进行恒压处理和滤波，形成电源电压，并产生后级电路正常工作所需的各种电压，包括+5V电压、基准电压、脱扣电路所需的脱扣电压；信号处理电路，用差分放大器取出测量信号并放大；控制电路，对信号处理电路送来的信号经A/D转换后进行计算，并比照设定值进行相应的处理，发出相应的指令，当达到动作条件时，则发出脱扣信号；人机操作界面，设定有关的参数、显示有关的数据和指示有关的状态；脱扣电路，在收到控制电路发来的脱扣信号后，由晶体管驱动脱扣线圈，使脱扣装置动作分断断路器；接口电路，可接通信模块和测试器，实现通信的隔离，电源的转换，电操控制，本地远程信号的切换，以及对断路器内的过电流保护装置的参数整定、数据的获取；热模拟功能电路是在断路器过载(长延时、短延时)动作后，检测积累能量的逐步释放的情况，在此期间再遇过载， 脱扣时间将变短。图2为本实用新型所采用的取样整流电路，包括四组分别由整流二极管Dl、D2， D3、D4，D5、D6，D7、D8依次串联组成的整流电路分路，三个电流互感器LA、LB、LC以及取样电阻Rl、R2、R3，接地取样电阻R4 ；电流互感器LA、LB、LC的二次侧其中一个输出端分别接在三个整流电路分路的两个整流二极管之间，即LA的一端接在D1、D2之间，LB的一端接在 D3、D4之间，LC的一端接在D5、D6之间；LA、LB、LC的另一端分别与取样电阻Rl, R2，R3的一端串联，取样电阻Rl，R2，R3的另一端共同与接地取样电阻R4的一端连接，接地取样电阻R4的另一端接在剩余的整流电路分路的两个整流二极管D8、D9之间，同时取样电阻R1， R2，R3及接地取样电阻R4的两端分别接入断路器过电流保护装置的信号处理电路。取样电阻R1、R2、R3为检测A、B、C相电流的取样电阻，接地取样电阻R4为检测接地电流的取样电阻。根据接点电流方程，接地电流检测的是A、B、C相电流的矢量和，当A、B、C相的电流矢量和为零时，接地取样电阻R4上无电流流过，其两端的电压为零，即无接地故障；当A、B、 C相的电流矢量和不为零时，接地取样电阻R4上有电流流过，其两端的电压不为零，即存在接地故障。取样电阻R1、R2、R3、接地取样电阻R4两端的信号送至信号处理电路，整流二极管整流后的信号送至电源电路。图4为信号处理电路，由差分放大器Ul U4，放大电阻R5 R12，去耦电容Cl C4组成。通过差分放大器取出对应于A、B、C相电流和接地电流的信号，送到控制电路。其中Ul U4优先使用集成差分放大器INA146，也可以使用其它分立元件构成差分放大器。图5为电源电路，由电阻R30 R42，电容C9 C14，二极管D9 D12、D15 D16、 175管21，基准电压电路讥1、比较器讥24川128、讥54，5￥电源芯片U13，集成电路U14、U5A， 晶体管Q3、Q4组成。防反向二极管D9、D10、DlU D12，TVS管Z1，电容C9、ClO组成滤波电路。整流后的电压由TVS管Zl提供保护，经防反向二极管D9、D10后，由电容C9、C10滤波， 辅助电源提供的辅助电源电压VEX经防反二极管Dll、D12后，也分别流向C9、C10，滤波后的电压分别作为比较器U12、U15，基准电压电路Ull和5V电源电路的电源和脱扣电源电压。 由限流电阻R30、滤波电容C11、基准电压芯片Ull组成的基准电压电路提供启动控制电路和恒压控制电路的比较器所需的基准电压。由电阻R31 R36、集成电路U12A U12B、晶体管Q3组成的启动控制电路通过分压电阻R31 R32检测前级电源电压VCC，在VCC或辅助电源电压VEX达到一定值通过比较器U12控制5V电源芯片U13输出5V电压，在VCC低于一定值时禁止5V电源芯片U13输出电压。R33为反馈电阻，R34为上拉电阻，R35为限流电阻、R36为模拟负载，D15为防反向二极管。5V电源芯片U13、电容C12组成5V电源电路。由集成电路U14、TOA，滤波电容C13 C14，电阻R37 R38组成的参考电压电路分别为微控制器电路和信号处理电路提供4. 5V和2. 25V的参考电压。由电阻R39 R42、比较器U15A、晶体管Q4组成的恒压控制电路通过分压电阻R39 R40检测前级电源电压VCC的变化，通过比较器U15A控制MOS管的导通和关闭，使VCC保持在一定的范围，R41为反馈电阻，电阻R42为下拉电阻，D16为防反向二极管。其中集成电路U5优先选择运放MAX324， 基准电压电路Ull优先选择2. 5V并联型电压基准芯片LM385，集成电路U14优先选择4. 5V 串联型电压基准芯片MAX6107，比较器U12采用比较器LM393，5V电源芯片U13采用电压芯片MIC5236，比较器U15采用运放0058。图6为控制电路，由微控制器及其外围电路组成。该控制电路由复位电路TO，存储器U7，微控制器U8，负载电容C6 C7，电阻R17 R18，晶振Y1，微动开关AKl组成。在5V 电压产生后，由C6 C7和Yl组成的晶振电路和复位电路U6保证微控制器U8正常工作， 微控制器U8对信号处理电路输出的信号，以电源电路送来的4. 5V参考电压为基准进行A/ D转换，得到对应于互感器检测电流的数值，同时根据存储器U7中的设定值，进行相关的运算和处理，执行相关的命令，输出相关的信息给人机操作界面，符合动作条件时发出脱扣指令至脱扣电路并将相关的故障信息等数据写入存储器U7。电阻R18、微动开关AKl实现断路器合分状态检测。其中U6使用复位电路MAX821，使用其它型号的低电平复位的复位芯片也是可以的。其中所述的存储器U7采用存储器AT25640。其中所述的微控制器U8采用 M30201。图7为热模拟功能电路，采用电容充放电。TCE端控制晶体管Ql的导通和截止， R13是限流电阻。由电阻R14 R15、二极管D13、电容C5组成充放电回路。电阻R16和集成电路U5B构成跟随器电路，起到一定的隔离作用。隔离输出送至控制电路，由微控制器U8 来检测电压，计算能量的衰减。图8为脱扣电路，由晶体管Q2、二极管D14、电阻R25 R29、电容C8、光耦01、脱扣线圈LT组成。在正常工作时，TRIPN端为低电平，TRIPY端为高电平，通过电阻R25 R28、 集成电路U9B和光耦01实现互锁，提高抗干扰能力。在符合动作条件时，微控制器U8发出脱扣信号，TRIPN端变为高电平，TRIPY端为低电平，使光耦01导通，通过限流电阻似9使晶体管Q2导通，进而使脱扣线圈LT动作，使断路器的脱扣机构分断断路器。D14为续流二极管，C8是去耦电容。其中所述的光耦01可以采用TLP127、TLP118等。所述的晶体管Q2可以采用3DG2383等。图9为人机操作界面，Sl S4是轻触按钮，用于设定、查询数据和参数操作。IXD 是液晶显示模块，显示数据和状态。图10为接口电路，其中UlO是反向器，R19 R21为限流电阻，R22 RM为下拉电阻，JU J2为插座。可通过该接口电路，实现与上位机或显示模块等的通信，以及与测试器的连接。与现有技术相比，本实用新型能实现全波方式的信号测量和接地电流检测，获得的接地电流检测信号更为精确，不受空间限制，处理方式简单。
权利要求1.一种断路器的过电流保护装置，包括电流互感器、对电流互感器二次侧输出信号进行取样整流的取样整流电路，以及对经取样整流的信号进行处理的信号处理电路，其特征在于，所述取样整流电路包括至少四组整流电路分路与至少三个电流互感器；每组整流电路分路由两个整流二极管串联而成；三个电流互感器的二次侧的其中一个输出端分别接入一组整流电路分路的两个整流二极管之间；另一个输出端分别经过一个取样电阻后，与一个接地取样电阻的一端并联；所述接地取样电阻的另一端接在一个剩余的整流电路分路的两个整流二极管之间，同时三个取样电阻及接地取样电阻的两端分别接入所述信号处理电路。
2.如权利要求1所述断路器的过电流保护装置，其特征在于，该装置还包括电源电路、 控制电路、以及脱扣电路；电源电路对取样整流电路送来的整流信号进行恒压处理和滤波， 形成电源电压，并产生后级电路正常工作所需的各种电压；控制电路对信号处理电路送来的信号经A/D转换后进行计算，并比照设定值进行相应的处理，发出相应的指令；脱扣电路在收到控制电路发来的脱扣信号后，驱动脱扣装置动作从而分断断路器。
3.如权利要求1所述断路器的过电流保护装置，其特征在于，该装置还包括接口电路， 用于与外部通信模块和测试器的连接。
4.如权利要求1所述断路器的过电流保护装置，其特征在于，该装置还包括热模拟功能电路。
5.如权利要求1所述断路器的过电流保护装置，其特征在于，该装置还包括人机操作界面。
专利摘要本实用新型公开了一种断路器的过电流保护装置。该装置包括电流互感器、取样整流电路，以及信号处理电路，所述取样整流电路包括至少四组整流电路分路与至少三个电流互感器；每组整流电路分路由两个整流二极管串联而成；三个电流互感器的二次侧的其中一个输出端分别接入一组整流电路分路的两个整流二极管之间；另一个输出端分别经过一个取样电阻后，与一个接地取样电阻的一端并联；接地取样电阻的另一端接在一个剩余的整流电路分路的两个整流二极管之间，同时三个取样电阻及接地取样电阻的两端分别接入所述信号处理电路。本实用新型能实现全波方式的信号测量和接地电流检测，获得的接地电流检测信号更为精确，不受空间限制，处理方式简单。
文档编号H02H7/22GK201994644SQ201120113040
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年4月18日
发明者奚慎云, 孙伟锋, 张晓霞, 殷建强, 潘振克, 管瑞良 申请人:常熟开关制造有限公司(原常熟开关厂)