專利名稱:一種熱記憶保護電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
一種熱記憶保護電路技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及低壓電器領(lǐng)域,具體涉及具有熱記憶功能的低壓過電流保護電器 (包括斷路器及電子式熱過載繼電器)中的電子式脫扣器。
背景技術(shù):
[0002]斷路器及電子式熱過載繼電器是低壓配電網(wǎng)中重要的保護電器,可實現(xiàn)對負(fù)載設(shè) 備的過電流保護。斷路器及電子式熱過載繼電器通過軟件熱模擬算法設(shè)計可以實現(xiàn)更全面 更精確的線路故障保護。[0003]熱記憶功能具有非常重要的作用,它通過模擬線路斷開后斷路器或熱過載繼電器 的導(dǎo)體與觸頭(或電動機繞組)因承載電流所累積熱量的散熱過程,來實現(xiàn)短時間內(nèi)(散熱 未完成)再接通過流線路時可以在較短時間內(nèi)切斷線路,更好地保護負(fù)載設(shè)備,特別是電動 機設(shè)備,避免電動機因頻繁起動熱量累積而燒損。[0004]熱記憶的處理方式為電子式脫扣器中的微控制器MCU通過采樣線路上的各相極 電流,并利用軟件熱模擬算法,將電流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的熱量值,然后通過一定的方式輸送到外 部器件進(jìn)行保存,實現(xiàn)線路切斷時累積熱量的記憶(稱之為熱記憶)。[0005]現(xiàn)有的技術(shù)主要是這樣如圖1所示,當(dāng)采樣到過載電流時,微控制器輸出一定寬 度的脈沖來控制充放電電路中的充電電容達(dá)到一定的電壓值,該電壓值為過載電流延時預(yù) 設(shè)的一定時間要脫扣(即切斷線路)所積累的熱量值的比例值。線路斷開后,微控制器斷電, 充電電容開始慢慢放電。之后,再接通斷路器時,微控制器重新得電并開始采樣充電電容的 剩余電壓,再將剩余電壓轉(zhuǎn)換成等比例的剩余熱量值。該熱量值為微控制器再次累積熱量 的基數(shù)。以上技術(shù)存在一個技術(shù)難點需要對充電電容的充電電壓進(jìn)行監(jiān)測以控制要達(dá)到 的充電電壓,且需要不斷閉環(huán)調(diào)整脈沖寬度,微控制器軟件處理復(fù)雜。另有其它技術(shù)通過硬 件電路的方式來閉環(huán)調(diào)整充電電容的充電電壓來減小軟件處理的復(fù)雜度,微控制器通過內(nèi) 置的DA模塊或外加的DA芯片輸出充電電容要達(dá)到的目標(biāo)電壓值,充電電容的充電利用該 目標(biāo)電壓進(jìn)行閉環(huán)自動調(diào)整。該處理技術(shù)雖減小了軟件處理復(fù)雜度,但也增加了硬件開銷。[0006]以上的處理技術(shù)還存在著共同的問題其一,只處理了過流故障脫扣后的熱記憶, 無法做到非脫扣情況下切斷線路時的熱記憶,而這種情況下的熱記憶對控制電動機啟動是 很需要的,因為重復(fù)切斷接通電動機可能導(dǎo)致電動機繞組燒損;其二,沒有對各相極累積的 熱量分開處理,保護不合理,因為對于各相極負(fù)載不均勻的線路,可能導(dǎo)致過早脫扣。實用新型內(nèi)容[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本實用新型提供了一種處理簡單、容易實現(xiàn)的熱記憶 電路,通過鐵電存儲器等非易失存儲器“記憶”線路切斷時各相極累積的熱量值,采用電容 放電來模擬熱量的散熱,并根據(jù)電容剩余電壓值來換算成各相極的剩余熱量值,從而實現(xiàn) 熱記憶,電路簡單,處理容易。[0008]為了解決上述技術(shù)問題,本實用新型一種熱記憶保護電路,設(shè)置于斷路器或電子式熱過載繼電器中的電子式脫扣器內(nèi),該斷路器或電子式熱過載繼電器設(shè)置于電源和負(fù)載 設(shè)備之間,該斷路器或電子式熱過載繼電器還包括了脫扣線圈、電流互感器,脫扣線圈用于 驅(qū)動斷路器斷開或電子式熱過載繼電器動作,電流互感器用于檢測線路的各相極電流,電 子式脫扣器分別與脫扣線圈及電流互感器相連。該熱記憶保護電路包括微處理器MCU、非 易失存儲器、儲能電路、斷電判斷電路、充放電控制電路和電容電壓反饋電路,微處理器MCU 分別與非易失存儲器、儲能電路、斷電判斷電路、充放電控制電路及電容電壓反饋電路連 接。[0009]具體的,所述非易失存儲器是由鐵電存儲器、EEPROM等具有類似功能的存儲器。不 局限于獨立于微處理器MCU存在,或固化在微處理器內(nèi)部。[0010]具體的,斷電判斷電路是由電阻Rl和電阻R2實現(xiàn),電阻Rl的一端連接VCCl和儲 能電路,電阻Rl的另一端連接電阻R2的一端和微控制器MCU的AD2端口,電阻R2的另一 端接地。這樣,系統(tǒng)不需要實時了解當(dāng)前斷路器運行狀況,而是通過該斷電判斷電路智能判 斷是否斷電,如果斷電,即將能量存儲至非易失存儲器。[0011]儲能電路是由二極管D1、電容Cl、電容C2、低壓差線性穩(wěn)壓器LDO實現(xiàn),二極管Dl 的正極連接斷電判斷電路,二極管Dl的負(fù)極連接電容Cl的一端、電容C2的一端和低壓差 線性穩(wěn)壓器LDO的電源輸入端,電容Cl的另一端、電容C2的另一端和低壓差線性穩(wěn)壓器 LDO的地線接地,低壓差線性穩(wěn)壓器LDO的電源輸出端連接微控制器MCU的電源端。該儲能 電路保證了斷電后有足夠的時間進(jìn)行熱記憶能量存儲。[0012]充放電控制電路是由電阻R3、三極管Q1、電容C3、電阻R4實現(xiàn),電阻R4的一端連 接電容電壓反饋電路、電容C3的一端和三極管Ql的E極,電阻R4的另一端、電容C3的另 一端接地,三極管Ql的C極連接微控制器MCU的電源端,三極管Ql的B極通過電阻R3連 接至微控制器MCU的I/O端口。通過充放電控制電路,實現(xiàn)了電容模擬負(fù)載設(shè)備冷卻的過程。[0013]電容電壓反饋電路是由運放U1A、電阻R5和電容C4實現(xiàn),電容C4的一端和電阻 R5的一端連接至微控制器MCU的ADl端口,電容C4的另一端接地,電阻R5的另一端連接 運放UlA的第I腳和第2腳,運放UlA的第4腳連接微控制器MCU的電源端,運放UlA的第 11腳接地,運放UlA的第3腳連接充放電控制電路。[0014]所述非易失存儲器連接至微控制器MCU。本方案中,非易失存儲器可對各相極累積 的熱量值分別進(jìn)行存儲。[0015]本實用新型的具體實現(xiàn)過程是這樣的正常運行時,電子式脫扣器完成儲能電路 的蓄電,并將充電電容C3持續(xù)充電至滿額電壓,微處理器MCU通過電流互感器采樣線路上 各相極的電流,將電流轉(zhuǎn)換成熱量值;當(dāng)無論發(fā)生線路過流故障脫扣或是非脫扣情況下的 被動分閘斷電時,儲能電路能保證微處理器繼續(xù)工作25ms左右,微處理器可以利用斷電判 斷電路做出迅速的斷電判斷,然后立即將當(dāng)前的熱量值保存至外部的非易失存儲器中,并 停止對充電電容C3充電;之后,充電電容C3開始放電,模擬熱量的散熱;當(dāng)重合閘或線路 重上電時,電子式脫扣器重新得電工作,微處理器MCU讀取充電電容C3上剩余的電壓,并根 據(jù)電容的放電公式,計算出各相極的剩余熱量值,從而實現(xiàn)熱記憶。在這過程中,微處理器 MCU不需要實時存儲熱量值,不需要根據(jù)實時熱量值控制充電電容C3的電壓,不需要計算 電容的放電時間,直接由微處理器MCU測量充電電容C3上的剩余電壓來計算斷電后的剩余熱量值,實現(xiàn)熱記憶。本新型硬件電路簡單,軟件處理容易,且精度較高。[0016]本實用新型不止適用于過載脫扣后的熱記憶,對于脫扣前任意電流下斷電后的熱 記憶同樣適用。[0017]本實用新型采用上述結(jié)構(gòu),具有如下優(yōu)點[0018]1.本實用新型,通過鐵電存儲器等非易失存儲器“記憶”線路切斷時各相極累積的 初始熱量值,采用電容放電來模擬熱量的散熱,并根據(jù)電容剩余電壓值來換算成各相極的 剩余熱量值,避免了電動機負(fù)載重復(fù)啟動時,電子式脫扣器無法對其進(jìn)行及時保護而導(dǎo)致 損壞問題的發(fā)生;[0019]2.本實用新型,采用鐵電存儲器等非易失存儲器對各相極累積的熱量分別進(jìn)行熱 記憶,保護更合理,對于負(fù)載不均勻的線路,可避免“早跳”現(xiàn)象,而現(xiàn)有技術(shù)中,僅實現(xiàn)對各 相瞬時最大值的電流初始能量進(jìn)行熱記憶;[0020]3.本實用新型中,儲能電路保證了斷電后有足夠的時間進(jìn)行熱記憶能量存儲;[0021]4.本實用新型,不需要對充電電容的預(yù)設(shè)充電電壓進(jìn)行控制,只需將其充至滿額 電壓,控制容易;[0022]5.本實用新型,不需要實時了解當(dāng)前斷路器或電子式熱過載繼電器運行狀況,而 是通過斷電判斷電路智能判斷是否斷電,一旦斷電,即刻將能量存儲至鐵電存儲器等非易 失存儲器;[0023]6.本實用新型,不需要計算電容放電的時間,只需根據(jù)電容放電公式來換算熱量 的剩余值,程序處理簡單。
[0024]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的電路原理圖。[0025]圖2本實用新型的電路原理框圖。[0026]圖3是本實用新型的實施例的電路原理圖。
具體實施方式
[0027]現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型進(jìn)一步說明,以助于理解本實用新型, 但具體實施方式
不應(yīng)視為對本實用新型的限制。[0028]本實用新型一種熱記憶保護電路,設(shè)置于斷路器或電子式熱過載繼電器中的電子 式脫扣器內(nèi),該斷路器或電子式熱過載繼電器設(shè)置于電源和負(fù)載設(shè)備之間,該斷路器或電 子式熱過載繼電器還包括了脫扣線圈、電流互感器,脫扣線圈用于驅(qū)動斷路器斷開或電子 式熱過載繼電器動作,電流互感器用于檢測線路的各相極電流,電子式脫扣器分別與脫扣 線圈及電流互感器相連。如圖2所示,該熱記憶保護電路包括微處理器MCU、非易失存儲器、 儲能電路、斷電判斷電路、充放電控制電路和電容電壓反饋電路,微處理器MCU分別與非易 失存儲器、儲能電路、斷電判斷電路、充放電控制電路及電容電壓反饋電路連接。具體的,所 述非易失存儲器是由鐵電存儲器、EEPROM等具有類似功能的存儲器,不局限于獨立于微處 理器MCU存在,或固化在微處理器內(nèi)部[0029]作為一個具體實施例,本實用新型中的非易失存儲器采用鐵電存儲器來實現(xiàn)。如 圖3所示,儲能電路是由二極管D1、電容Cl、電容C2、低壓差線性穩(wěn)壓器LDO實現(xiàn),斷電判斷電路是由電阻Rl和電阻R2實現(xiàn),充放電控制電路是由電阻R3、三極管Q1、電容C3、電阻R4 實現(xiàn),電容電壓反饋電路是由運放U1A、電阻R5和電容C4實現(xiàn),電阻Rl的一端連接VCCl和 二極管Dl的正極,電阻Rl的另一端連接電阻R2的一端和微控制器MCU的AD2端口,電阻 R2的另一端接地。二極管Dl的負(fù)極連接電容Cl的一端、電容C2的一端和低壓差線性穩(wěn)壓 器LDO的電源輸入端,電容Cl的另一端、電容C2的另一端和低壓差線性穩(wěn)壓器LDO的地線 接地,低壓差線性穩(wěn)壓器LDO的電源輸出端連接微控制器MCU的電源端。微控制器MCU的 ADl端口連接電容C4的一端和電阻R5的一端,電容C4的另一端接地,電阻R5的另一端連 接運放UlA的第I腳和第2腳,運放UlA的第4腳連接微控制器MCU的電源端,運放UlA的 第11腳接地,運放UlA的第3腳連接電阻R4的一端、電容C3的一端和三極管Ql的E極, 電阻R4的另一端、電容C3的另一端接地,三極管Ql的C極連接微控制器MCU的電源端,三 極管Ql的B極通過電阻R3連接至微控制器MCU的I/O端口。鐵電存儲器連接至微控制器 MCU 的 SPI 端 口。[0030]具體的,電流互感器提供線路電流信號,同時為電子式脫扣器提供工作電源。電流 互感器的二次輸出經(jīng)電子式脫扣器內(nèi)部的電流電壓轉(zhuǎn)換電路,輸出系統(tǒng)的供電電壓VCC1, 該電壓經(jīng)過低壓差線性穩(wěn)壓器LDO輸出微處理器MCU及其外圍電路的工作電壓VCC2。VCCl 經(jīng)二極管Dl向儲能電容Cl、C2充電;斷電時,VCCl消失,儲能電容Cl、C2開始向穩(wěn)壓芯片 供電,實現(xiàn)斷電后微處理器MCU短暫的續(xù)能工作。微處理器MCU續(xù)能工作期間,將累積能量 存儲至外部的鐵電存儲器及其它必要操作。[0031]斷電判斷電路是將VCCl信號經(jīng)電阻R1/R2分壓后提供給微處理器MCU采樣。當(dāng) 采樣到的電壓低于某電壓時,微處理器MCU判斷線路已斷電。[0032]充放電控制電路主要控制充電電容的充放電。電網(wǎng)主電路未斷電工作時,微處理 器MCU通過I/O 口控制電源VCC2持續(xù)向充電電容C3充電,電容C3兩端的電壓保持在滿電 壓的狀態(tài)。當(dāng)判斷到主電路斷電時,微處理器MCU控制電源VCC2停止向電容C3充電,此時 電容C3通過電阻R4放電。電容C3兩端的電壓通過運放UlA跟隨輸出至微處理器MCU的 ADl采樣口。[0033]具體工作過程是這樣的,電網(wǎng)主電路未斷電工作時,電子式脫扣器通過內(nèi)部的電 流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出供電電壓VCCl,VCCl向儲能電容Cl、C2充電完成蓄能,同時經(jīng)過低壓 差線性穩(wěn)壓器LDO輸出微處理器MCU及其外圍電路的工作電壓VCC2,微處理器MCU實時監(jiān) 測VCCl經(jīng)電阻R1/R2分壓后的電壓信號;微處理器MCU再通過電流互感器檢測線路中的 電流,并計算成熱量值,同時控制充電電容C3持續(xù)充電在滿電壓狀態(tài)。主電路斷電時,供電 電壓VCCl消失,此時儲能電容Cl、C2開始向低壓差線性穩(wěn)壓器LDO供電,保證了微處理器 MCU及其外圍電路可以短暫地續(xù)能工作,當(dāng)監(jiān)測到VCCl低于斷電門限電壓值,微處理器MCU 做出線路斷電判斷,停止對充電電容C3充電,并將當(dāng)前的熱量值保存至外部的鐵電存儲器 中。此后,充電電容C3開始通過電阻R4放電,模擬熱量的散熱。當(dāng)線路重上電,供電電壓 VCCl重新出現(xiàn),儲能電容C1、C2再次完成儲能,VCC2也重新轉(zhuǎn)換得到,微處理器MCU及其外 圍電路重新上電工作,此時,微處理器MCU讀取外部鐵電存儲器中線路斷電時的熱量值,并 采樣充電電容C3的剩余電壓值,根據(jù)該剩余電壓值與滿電壓值的比例,推算得到斷電后各 相極的剩余熱量值,完成熱記憶。此后重新控制充電電容C3充電至滿電壓狀態(tài),開始新一 輪上電工作。上述過程中,熱記憶熱量計算公式是Q=Qa0*Vt/V0,其中QaO是鐵電存儲器中存儲的線路斷電時的熱量值,Vt為充電電容的剩余電壓,VO為充電電容的滿電壓。[0034]本實用新型不止適用于過載脫扣后的熱記憶,對于脫扣前任意電流下斷電后的熱 記憶同樣適用。[0035]盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本實用新型,但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng) 該明白,在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實用新型的精神和范圍內(nèi),在形式上和細(xì)節(jié) 上可以對本實用新型做出各種變化,均為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種熱記憶保護電路,設(shè)置于斷路器或電子式熱過載繼電器中的電子式脫扣器內(nèi),該斷路器或電子式熱過載繼電器設(shè)置于電源和負(fù)載設(shè)備之間,該斷路器或電子式熱過載繼電器還包括了脫扣線圈、電流互感器,電子式脫扣器分別與脫扣線圈及電流互感器相連,其特征在于 該熱記憶保護電路包括微處理器MCU、非易失存儲器、儲能電路、斷電判斷電路、充放電控制電路和電容電壓反饋電路,微處理器MCU分別與非易失存儲器、儲能電路、斷電判斷電路、充放電控制電路及電容電壓反饋電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱記憶保護電路,其特征在于所述非易失存儲器是由鐵電存儲器或者EEPROM實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱記憶保護電路,其特征在于斷電判斷電路是由電阻Rl和電阻R2實現(xiàn),電阻Rl的一端連接VCCl和儲能電路,電阻Rl的另一端連接電阻R2的一端和微控制器MCU的AD2端口,電阻R2的另一端接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱記憶保護電路,其特征在于儲能電路是由二極管D1、電容Cl、電容C2、低壓差線性穩(wěn)壓器LDO實現(xiàn),二極管Dl的正極連接斷電判斷電路,二極管Dl的負(fù)極連接電容Cl的一端、電容C2的一端和低壓差線性穩(wěn)壓器LDO的電源輸入端,電容Cl的另一端、電容C2的另一端和低壓差線性穩(wěn)壓器LDO的地線接地,低壓差線性穩(wěn)壓器LDO的電源輸出端連接微控制器MCU的電源端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱記憶保護電路,其特征在于充放電控制電路是由電阻R3、三極管Q1、電容C3、電阻R4實現(xiàn),電阻R4的一端連接電容電壓反饋電路、電容C3的一端和三極管Ql的E極,電阻R4的另一端、電容C3的另一端接地,三極管Ql的C極連接微控制器MCU的電源端,三極管Ql的B極通過電阻R3連接至微控制器MCU的I/O端口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱記憶保護電路,其特征在于電容電壓反饋電路是由運放U1A、電阻R5和電容C4實現(xiàn),電容C4的一端和電阻R5的一端連接至微控制器MCU的ADl端口,電容C4的另一端接地,電阻R5的另一端連接運放UlA的第I腳和第2腳,運放UlA的第4腳連接微控制器MCU的電源端,運放UlA的第11腳接地,運放UlA的第3腳連接充放電控制電路。
專利摘要本實用新型涉及低壓電器領(lǐng)域,具體涉及具有熱記憶功能的低壓過電流保護電器中的電子式脫扣器。本實用新型的一種熱記憶保護電路,設(shè)置于斷路器或電子式熱過載繼電器中的電子式脫扣器內(nèi),該斷路器或電子式熱過載繼電器設(shè)置于電源和負(fù)載設(shè)備之間,該斷路器或電子式熱過載繼電器還包括了脫扣線圈、電流互感器,脫扣線圈用于驅(qū)動斷路器斷開或電子式熱過載繼電器動作,電流互感器用于檢測線路各相極電流,電子式脫扣器分別與脫扣線圈及電流互感器相連。該熱記憶保護電路包括微處理器MCU、非易失存儲器、儲能電路、斷電判斷電路、充放電控制電路和電容電壓反饋電路,微處理器MCU分別與非易失存儲器、儲能電路、斷電判斷電路、充放電控制電路及電容電壓反饋電路連接。
文檔編號G05B19/04GK202837860SQ201220339409
公開日2013年3月27日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者林宜, 方進(jìn)勇, 劉劍鋒 申請人:廈門士林電機有限公司