專利名稱：自供電型數字繼電器的制作方法
技術領域：
自供電型數字繼電器技術領域[0001 ] 本實用新型涉及一種自供電型數字繼電器。
背景技術：
現(xiàn)有繼電器裝置包括斷路器執(zhí)行機構以及用于控制執(zhí)行機構動作的控制裝置，所 述控制裝置根據被控線路的電流、電壓等信號進行故障分析判斷，在發(fā)生故障或到達其它 跳閘標準時自動控制執(zhí)行機構動作。其主要缺陷為用于控制分析的是模擬量，因此影響控 制精度；二是需要采用外部電源，不僅供電成本高，維護不便，而且還易于出現(xiàn)因電源失效 導致的控制失效。
實用新型內容為克服現(xiàn)有技術的上述缺陷，本實用新型提供了一種自供電型數字繼電器，這種 繼電器采用數字分析方式進行故障分析，并且不需要設置外部電源。本實用新型實現(xiàn)上述目的的技術方案是一種自供電型數字繼電器，包括斷路器、 采集用電流互感器執(zhí)行機構和控制裝置，所述控制裝置包括一個或多個采集用電流互感 器、一個或多個整流電路、一個或多個隔離用電流互感器、一個或多個低通濾波電路、模/ 數轉換電路、微處理器和電源管理電路，所述采集用電流互感器采集與其對應的被控線路 的電流信號，其輸出端連接與其對應的所述整流電路的輸入端，所述整流電路的輸出端連 接所述電源管理電路的電源輸入端，所述隔離用電流互感器采集與其對應的整流電路的輸 入線路上的電流信號，其輸出端連接所述模/數轉換電路的輸入端，所述模/數轉換電路 的輸出端連接所述微處理器的信號輸入端，所述電源管理電路的輸出用作其他各部分的電 源，并通過跳閘控制線與所述斷路器執(zhí)行機構的控制端連接，所述跳閘控制線上設有跳閘 電控開關，所述微處理器的控制信號輸出線路連接所述跳間電控開關的控制端。本實用新型的有益效果是由于通過模/數轉換電路將模擬量轉換為數字量，并 采用微處理器進行數據分析，由此不僅提高了分析處理的能力和速度，而且提高了分析處 理的精度，并允許通過程序和參數的設置，采用各種更為靈活和有效的控制方式，使控制更 全面、更精確、更準確、更迅速、更靈活；由于通過采集用電流互感器獲得感應電流，并經過 整流電路和電源管理電路形成可以向其他各部分供電的電源，由此不需要另行設置外部輔 助電源，不僅有利于簡化產品結構，降低生產成本和運行費用，而且使用壽命長，可以保證 長期有效地供電，減少了因電源失效導致的控制失效。
圖1是本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
參見圖1，一種自供電型數字繼電器，包括斷路器執(zhí)行機構KM、一個或多個采集用電流互感器CTl和控制裝置，所述控制裝置包括一個或多個整流電路、一個或多個隔離用 電流互感器CT2、一個或多個低通濾波電路、模/數轉換電路A/D、微處理器uP和電源管理 電路，所述采集用電流互感器采集與其對應的被控線路的電流信號，其輸出端連接與其對 應的所述整流電路的輸入端，所述整流電路的輸出端連接所述電源管理電路的電源輸入 端，所述隔離用電流互感器采集與其對應的整流電路的輸入線路上的電流信號，其輸出端 連接所述模/數轉換電路的輸入端，所述模/數轉換電路的輸出端連接所述微處理器的信 號輸入端，所述電源管理電路的輸出用作其他各部分的電源，并通過跳閘控制線與所述斷 路器執(zhí)行機構的控制端連接，所述跳間控制線上設有跳間電控開關K，所述微處理器的控制 信號輸出線路連接所述跳閘電控開關的控制端。所述的各種電流互感器可以采用任意適宜的形式，當用于采集相應線路的電流信 號時，通常應將該線路作為電流互感器的一次繞組，通過該線路的交變電流在電流互感器 的測量線圈(二次繞組)上產生出感應電流，該感應電流在一定范圍內與相應線路上的電 流具有一定的比例關系，由此可以判斷出相應線路上的電流情況，進而判斷出是否存在故 障以及故障的性質。根據所采用的電流互感器的特點，就可以確定在需要該電流互感器采 用某個線路的電流信號時，如何將該電流互感器與該線路進行連接。所述電控開關可以采用任意適宜的形式，例如各種電路或元件構成的電子開關或 接觸器，其控制方式可以采用相應的現(xiàn)有技術。所述采集用電流互感器、整流電路、隔離用電流互感器和低通濾波電路的數量可 以均選擇為3個，由此適應于對三相交流電線路的控制。所述模/數轉換電路、微處理器和 電源管理電路的數量可以均選擇為1個，以簡化產品結構。所述低通濾波電路的輸出端與所述模/數轉換電路的輸入端可以通過采樣和保 持電路連接，具體連接方式為所述低通濾波電路的輸出端連接所述采樣和保持電路的輸入 端，所述采樣和保持電路的輸出端連接所述模/數轉換電路的輸入端。設置所述采樣和保 持電路后，可以通過微處理器控制采樣時間和周期，以更好地適于微處理器的數字化處理。所述模/數轉換電路可以通過高速串行總線與所述微處理器通信連接，并由此實 現(xiàn)所述模/數轉換電路的輸出端與所述微處理器的信號輸入端之間的連接。所述斷路器執(zhí)行機構優(yōu)選為低能量型的永磁型結構。所述整流電路可以采用硅橋整流電路，以便在保證整流效果的同時，降低產品成 本和運行電耗。所述電源管理電路可以由順序連接的升壓充電控制電路和穩(wěn)壓控制電路組成，所 述升壓充電控制電路的輸入端構成所述電源管理電路的輸入端，所述穩(wěn)壓控制電路的輸出 端構成所述電源管理電路的輸出端。通常，所述電源管理電路連接有一個或多個儲能元件， 例如，所述升壓充電控制電路的輸入端可以連接有電能緩存電容，以便對輸入的電能進行 緩存，穩(wěn)定輸入端電壓，所述升壓充電控制電路的輸出端可以連接有主儲能電容，以便進行 電能存儲，在周期工作方式下或沒有感應電流輸入的情況下，保持供電的穩(wěn)定。優(yōu)選地，所述電能緩存電容可以采用電解電容，所述主儲能電容可以采用超級電 容。這種自供電型數字繼電器還可以設有比較電路和硬件保護電路，所述比較電路的 輸入端連接所述各低通濾波電路的輸出端，所述比較電路的輸出端連接所述硬件保護電路的輸入端，所述硬件保護電路的輸出信號線路連接所述跳間電控開關的控制端。由此，在微 處理器及有關電路出現(xiàn)故障時，可以通過這些硬件電路繼續(xù)進行有效的控制。所述微處理器可以與所述硬件保護電路相互通信連接，以實現(xiàn)微處理器同硬件保 護電路之間的通信，協(xié)調兩套控制系統(tǒng)的工作，在微處理器及其相應電路有效工作的情況 下，由微處理器進行相應的控制，在微處理器及其相應電路出現(xiàn)問題后，由硬件電路進行控 制。本實用新型的工作原理簡單為本產品不需要任何外部輔助電源，通過采集用電流互感器獲得感應電流進行對微 處理器等供電，同時向斷路器執(zhí)行機構提供跳閘控制的能量。由于采用了微處理器等電 路，本產品具有較寬的整定范圍，可選擇跳閘特性曲線來保護各種不同的設備，其中的采集 用電流互感器的電流輸出不僅作為供電用的能量，而且還可以形成電流的測量值，該測量 電流通過隔離用電流互感器進行電氣隔離，并通過阻容低通的低通濾波電路過濾掉高頻干 擾，然后按比例轉換成模擬電壓信號，該模擬電壓信號通過采樣和保持電路輸入專用的A/ D芯片(模/數轉換電路)，轉換成數字信號，通過高速串行總線與微處理器通信，將該數 字信號送入微處理器。微處理器可以依據一定的采樣方式進行采樣，例如對工頻交流信號 (50Hz)進行定間隔采樣，采樣頻率為800Hz，即每周期16點，并采用高效率的數字信號處理 算法，對離散后的信號進行計算，得到相應的電流有效值。為了保證采樣精度，微處理器在 采樣階段一般應切斷采集用電流互感器對電源管理電路的充電線路，此功能通過電源管理 電路實現(xiàn)。[0021 ] 保護定值參數存放在掉電保持的非易失性存儲器中，微處理器實時比較計算值和 保護整定值，如果相電流超過啟動值，裝置給出報警，通過設定的跳閘延時后，相應的斷電 器被驅動跳閘。 為了避免單片機程序(微處理器)運行或存儲器異常對故障跳閘功能的影響，還 可以增加一個由比較電路和硬件保護電路組成的硬件保護體系，當單片機程序或存儲器故 障或發(fā)生異常后，硬件保護體系被激活，當電流信號超過設定閾值后，硬件保護體系輸出控 制信號驅動斷電器做跳閘動作。
權利要求1.一種自供電型數字繼電器，包括斷路器執(zhí)行機構、采集用電流互感器和控制裝置， 其特征在于所述控制裝置包括一個或多個整流電路、一個或多個隔離用電流互感器、一個 或多個低通濾波電路、模/數轉換電路、微處理器和電源管理電路，所述采集用電流互感器 采集與其對應的被控線路的電流信號，其輸出端連接與其對應的所述整流電路的輸入端， 所述整流電路的輸出端連接所述電源管理電路的電源輸入端，所述隔離用電流互感器采集 與其對應的整流電路的輸入線路上的電流信號，其輸出端連接所述模/數轉換電路的輸入 端，所述模/數轉換電路的輸出端連接所述微處理器的信號輸入端，所述電源管理電路的 輸出用作其他各部分的電源，并通過跳閘控制線與所述斷路器執(zhí)行機構的控制端連接，所 述跳間控制線上設有跳間電控開關，所述微處理器的控制信號輸出線路連接所述跳間電控 開關的控制端。
2.如權利要求1所述的自供電型數字繼電器，其特征在于所述采集用電流互感器、整 流電路、隔離用電流互感器和低通濾波電路的數量均為3個，所述模/數轉換電路、微處理 器和電源管理電路的數量均為1個，所述被控線路為被控的交流電路的三個相線。
3.如權利要求2所述的自供電型數字繼電器，其特征在于所述低通濾波電路的輸出端 與所述模/數轉換電路的輸入端通過采樣和保持電路連接，具體連接方式為所述低通濾波 電路的輸出端連接所述采樣和保持電路的輸入端，所述采樣和保持電路的輸出端連接所述 模/數轉換電路的輸入端。
4.如權利要求3所述的自供電型數字繼電器，其特征在于所述模/數轉換電路通過高 速串行總線與所述微處理器通信連接，并由此實現(xiàn)所述模/數轉換電路的輸出端與所述微 處理器的信號輸入端之間的連接。
5.如權利要求4所述的自供電型數字繼電器，其特征在于所述斷路器執(zhí)行機構為低能 量型的永磁型結構。
6.如權利要求5所述的自供電型數字繼電器，其特征在于所述整流電路采用硅橋整流 電路。
7.如權利要求6所述的自供電型數字繼電器，其特征在于所述電源管理電路由順序連 接的升壓充電控制電路和穩(wěn)壓控制電路組成，所述升壓充電控制電路的輸入端連接有電能 緩存電容，所述升壓充電控制電路的輸出端連接有主儲能電容，所述升壓充電控制電路的 輸入端構成所述電源管理電路的輸入端，所述穩(wěn)壓控制電路的輸出端構成所述電源管理電 路的輸出端。
8.如權利要求7所述的自供電型數字繼電器，其特征在于所述電能緩存電容采用電解 電容，所述主儲能電容采用超級電容。
9.如權利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的自供電型數字繼電器，其特征在于還設有比 較電路和硬件保護電路，所述比較電路的輸入端連接所述各低通濾波電路的輸出端，所述 比較電路的輸出端連接所述硬件保護電路的輸入端，所述硬件保護電路的輸出信號線路連 接所述跳閘電控開關的控制端。
10.如權利要求9所述的自供電型數字繼電器，其特征在于所述微處理器與所述硬件 保護電路相互通信連接。
專利摘要本實用新型涉及一種自供電型數字繼電器，包括斷路器執(zhí)行機構、采集用電流互感器和控制裝置，所述控制裝置設有整流電路、隔離用電流互感器、低通濾波電路、模/數轉換電路、微處理器和電源管理電路，所述采集用電流互感器的輸出端連接對應的所述控制裝置整流電路的輸入端，所述整流電路的輸出端連接所述電源管理電路的電源輸入端，所述隔離用電流互感器采集對應的整流電路的輸入線路上的電流信號，其輸出端連接所述模/數轉換電路的輸入端，所述模/數轉換電路與所述微處理器通過串行總線通信，所述微處理器的控制信號輸出線路連接所述跳閘電控開關的控制端。本實用新型不需要設置外部電源，對被控線路的控制靈活、精確、可靠。
文檔編號H01H83/00GK201838536SQ201020501978
公開日2011年5月18日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權日2010年8月23日
發(fā)明者劉顯峰, 陳未遠 申請人:北京恒源華清電力科技有限公司