CN101232172B

CN101232172B - 电路断路器

Info

Publication number: CN101232172B
Application number: CN 200710145499
Authority: CN
Inventors: 野村敏光; 杉本康浩
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2027-09-14
Also published as: JP2008186592A; JP4908245B2; CN101232172A

Abstract

本发明的目的在于得到一种电路断路器，其利用来自设置于交流电路中的变流器的输出电流，向内部的电子电路部供给电源，同时能够容易地得到与电路中流过的交流信号波形对应的交流信号波形，作为过电流检测信号波形及接地检测信号波形。本发明的电路断路器具有：变流器，其检测交流电路中流过的电流；整流单元，其对由该变流器检测出的电流进行整流；电源电路，其利用从该整流单元输出的电流生成动作用电源；电压变换单元，其将由整流单元整流后的电流变换为电压；以及减法电路，其通过对由该电压检测单元检测出的各变流器的半波电压信号进行减法运算，变换为与交流电路中流过的交流信号波形对应的直流信号波形。

Description

电路断路器

技术领域

本发明涉及一种电路断路器，其具有利用电路中流过的电流，经由变流器向内部的电子电路供给电源，同时检测电路中流过的电流量的装置。

背景技术

当前，作为电路断路器，已知如下电路断路器，其具有：变流器，其检测交流电路的各相电流；整流电路，其对该变流器的2次输出进行全波整流；用于将与各相电流成正比的电压作为负电压输出的相电流检测电阻；作为接地短路电流检测用而检测合成相电流电平的相电流检测电阻；电平变换电路，其用于将各相中检测出的负电压输出变换为正电压；A/D变换电路，其用于将该电平变换电路的输出变换为数字信号；微型计算机，其用于根据检测出的电流电平的大小决定时限；以及电源电路，其与电路连接，该电路断路器构成为，检测在电路各相中流过的电流，与检测出的电流电平对应而输出过电流跳闸信号，经由开闭单元断开电路(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：专利第3712886号公报(图6)

发明内容

如专利文献1所示的现有的电路断路器，在将经由各相的相电流检测电阻将负电压的半波波形输出信号，利用电平变换电路变换为正电压的半波波形信号后，经由A/D变换电路变换为数字信号，由微型计算机进行运算处理，由此进行过电流检测或接地短路检测，但由于过电流检测信号和接地短路电流检测信号分别为半波波形，所以在电路中流过短时间的过电流或接地短路电流的情况下，会产生以下问题，即，随着检测定时的不同，进行过电流跳闸动作或接地短路跳闸动作的检测精度可能恶化。

另外，作为除了过电流检测或接地短路电流检测之外的检测功能，在进行需要傅立叶变换处理的高次谐波电流测量、利用电路的电流值和电压值进行乘法处理的功率测量等检测功能的处理的情况下，作为读入微型计算机内部的电流检测信号的波形，利用由现有结构得到的半波信号波形无法进行处理，而需要增加另外的电流检测用的变流器，所以产生装置大型化的问题。

此外，由于内部的电子电路用的动作用电源，从电路经由电源电路供给，所以产生装置的尺寸变大的问题。

本发明就是为了解决上述的现有电路断路器的问题而提出的，其目的在于，提供一种电路断路器，其利用来自设置于电路中的变流器的输出电流，向内部的电子电路部供给电源，同时能够容易地得到与电路中流过的交流信号波形对应的交流信号波形，作为过电流检测信号波形及接地短路检测信号波形，而不需要增加另外的测量用变流器就能够检测流过电路的各种电流量。

本发明所涉及的电路断路器，其对交流电路进行开闭，该交流电路由与交流各相对应的多个单位电路构成，其中，具有：多个变流器，其分别配置在上述多个单位电路中，产生与在上述单位电路中流过的电流对应的输出电流；整流单元，其对上述变流器的输出电流进行整流；电压变换单元，其将由上述整流单元输出的电流，针对上述每一相，分别变换为于上述交流的正负对应的一对半波电压信号；减法电路，其对由上述电压变换单元变换后的上述一对半波电压信号进行减法运算，变换为与上述各相对应的交流电压信号；运算电路，其基于由上述减法电路变换后的上述交流电压信号，运算在上述多个单位电路中流过的电流值；跳闸单元，其在由上述运算电路运算出的值大于或等于规定值时，输出跳闸信号；电源电路，其基于上述整流单元的输出电流，向上述减法电路、上述运算电路以及上述跳闸电路供电；以及开闭接点，其基于由上述跳闸单元输出的跳闸信号，切断上述交流电路。

发明的效果

由于本发明的电路断路器，具有：多个变流器，其分别配置在上述多个单位电路中，产生与在上述单位电路中流过的电流对应的输出电流；整流单元，其对上述变流器的输出电流进行整流；电压变换单元，其将由上述整流单元输出的电流，针对上述每一相，分别变换为于上述交流的正负对应的一对半波电压信号；减法电路，其对由上述电压变换单元变换后的上述一对半波电压信号进行减法运算，变换为与上述各相对应的交流电压信号；运算电路，其基于由上述减法电路变换后的上述交流电压信号，运算在上述多个单位电路中流过的电流值；跳闸单元，其在由上述运算电路运算出的值大于或等于规定值时，输出跳闸信号；电源电路，其基于上述整流单元的输出电流，向上述减法电路、上述运算电路以及上述跳闸电路供电；以及开闭接点，其基于由上述跳闸单元输出的跳闸信号，切断上述交流电路，所以，可以由设置于电路中的变流器，利用来自该变流器的输出电流，向内部的电子电路部供给电源，同时能够容易地得到与电路中流过的交流信号波形对应的交流信号波形，作为过电流检测信号波形及接地短路检测信号波形，即使在电路中短流过时间的过电流或接地短路电流的情况下，也能够提高过电流跳闸动作或接地短路跳闸动作的检测精度。此外，还能够容易地检测流过电路的各种电流量。

附图说明

图1是表示与本发明的实施方式1中的电路断路器的框图。

图2是表示图1的减法电路的构成的框图。

图3是表示图2的减法电路的输入输出电压的关系的波形图。

图4是表示本发明的实施方式1中的电路断路器的减法电路及

加法电路的输入输出电压的波形图。

具体实施方式

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1中的电路断路器的框图。在图1中，电路断路器的开闭接点2，具有3极的开闭接点，分别与由作为单位电路的第1相交流电路1a、第2相交流电路1b、第3相交流电路1c构成的三相交流电路1连接，如果向电磁装置11施加作用，则其断开而切断开交流电路1。变流器3由分别设置在第1相交流电路1a、第2相交流电路1b、第3相交流电路1c上的第1相变流器3a、第2相变流器3b、第3相变流3c构成，输出与交流电路1的电流成正比的电流信号。

作为整流单元的整流电路4，对从变流器3输出的电流信号进行全波整流，输入至电源电路5。电源电路5基于来自整流电路4的输入，生成在电路断路器内部的电子电路中使用的动作电源，向后述的减法电路70、加法电路12、A/D变换电路8、微型计算机(下面称为CPU)9及电磁装置11等供给动作电力。

电流检测电阻6由与第1相变流器3a对应的第1相电流检测电阻6a、6b、与第2相变流器3b对应的第2相电流检测电阻6c、6d、以及与第3相变流器3c对应的第3相电流检测电阻6e、6f构成，将由第1相变流器3a、第2相变流器3b、第3相变流器3c检测出的分别与第1相交流电路1a、第2相交流电路1b、第3相交流电路1c的电流对应的电流信号，分别变换为电压信号。由电流检测电阻6变换后的电压信号，分别在第1相电流检测电阻6a、6b、第2相电流检测电阻6c、6d、第3相电流检测电阻6e、6f的各自的两端，作为负电压的半波电压波形输出。在本发明中，电流检测电阻6构成电压变换单元，其针对交流的每一相，将由整流电路输出的电流变换为与交流的正负对应的一对半波电压信号。

减法电路70由分别与第1相交流电路1a、第2相交流电路1b、第3相交流电路1c对应的第1相减法电路70a、第2相减法电路70b、第3相减法电路70c构成。图2表示第1相减法电路70a的结构。如图2所示，减法电路70a具有差动放大电路7g。该差动放大电路7g由放大器7a、电阻7b、7c、7d、7e和直流基准电源单元7f构成，该放大器7a用于将在第1相电流检测电阻6a、6b各自的两端产生的负电压的半波电压波形作为输入信号放大，上述电阻7b、7c、7d、 7e是用于确定该放大器7a的放大率的放大率设定单元，上述直流基准电源单元7f确定从放大器7a输出的信号的直流电压输出值。

电阻7h、7i和齐纳二极管7j、7k，构成与差动放大电路7g的过电压输入相对应的过电压保护单元，该电阻7h、7i的一端分别与第1相电流检测电阻6a、6b的一端连接，另一端分别与齐纳二极管7j、7k的阳极侧连接。齐纳二极管7j、7k的阴极侧，分别与第1相电流检测电阻6a、6b的另一端一同接地。

第2相减法电路70b及第3相减法电路70c的输入侧，分别与对应的第2相电流检测电阻6c、6d的一端及第3相电流检测电阻6e、6f的一端连接。第2相减法电路70b及第3相减法电路70c的其他结构，与第1相减法电路70a的结构相同。

如果使当前第1相变流器3a的输出电流为(a1)，使第1相电流检测电阻6a、6b的两端之间的电压分别为(b1)、(c1)，使直流基准电压单元7f的直流基准电压为V1，则电压(b1)、(c1)向第1相减法电路70a的各输入端子施加，输出如下式(式1)所示的输出电压(d1)。

(d1)＝(b1)-(c1)+V1 (式1)

图3分别表示第1相变流器3a的输出电流(a1)、第1相电流检测电阻6a、6b的两端之间的电压(b1)、(c1)、第1相减法电路70a的输出(d1)的波形。如图3所示，第1相减法电路70a的输出电压(d1)具有与第1相变流器3a的输出电流(a1)对应的相位的波形，并且其值为向正侧移动直流基准电压单元7f的直流基准电压V1后的直流。相同地，第2相减法电路70b的输出(d2)、第3相减法电路70c的输出，分别具有与变流器3b、3c的输出电流(a2)、(a3)对应的相位的交流分量的波形，并且其值为向正侧移动相当于直流基准电压V1的值后的直流。由此，可以向无法输入负电压信号的后述A/D变换电路8，直接输入各减法电路70a、70b、70c的输出电压(d1)、(d2)、(d3)。向加法电路12输入第1相减法电路70a、第2相减法电路70b、第3相减法电路70c的各输出电压(d1)、(d2)、(d3)，对这些输出电压进行加法运算后输出输出电压(e)。

图4表示相对于变流器3的输出电流波形而从减法电路7及加法电路12输出的输出电压的波形的关系，图4(a)表示第1相变流器3a、第2相变流器3b、第3相变流器3c的输出电流(a1)、(a2)、(a3)，图4(d)表示第1相减法电路70a、第2相减法电路70b、第3相减法电路70c的输出电压(d1)、(d2)、(d3)，图4(e)表示加法电路12的输出电压(e)。另外，图4(a)、(d)、(e)是将交流电路1的三相交流电流，分成三相正常负载时(A)、三相过载时(B)以及在交流电路1的任意1极接地短路的情况下的单极接地短路时(C)而分别表示。

即，在图4中，在三相正常负载时(A)的情况下，分别对减法电路70a、70b、70c的输出电压(d1)、(d2)、(d3)进行加法运算后的加法电路12的输出电压(e)，如图4(e)所示，成为具有固定值Ve的直流电压。在三相过载时(B)的情况下，由于交流电路1的各相交流电路1a、1b、1c中流过过电流，所以各自的变流器3a、3b、3c的输出电流(a1)、(a2)、(a3)的振幅变大，由此，各相的减法电路70a、70b、70c的输出电压(d1)、(d2)、(d3)的交流分量的振幅超过过电流检测阈值Ho。另外，在交流电路1的单极接地短路时(C)的情况下，如图4(e)所示，其仅单极作为交流分量出现在加法电路12的输出(e)中，而且其振幅的值超过接地短路检测阈值Hg。

返回图1，变压器13，其输入端子连接在交流电路1的电路之间，输出端子与电压信号输入电路14连接。电压信号输入电路14接收来自变压器13的输出信号，基于该输出信号输出与交流电压1的电路间电压对应的电压信号。向A/D变换电路8分别输入作为模拟信号的减法电路70的输出电压(d1)、(d2)、(d3)、加法电路12的输出信号(e)、及作为电压信号输入电路14的输出的电压信号，将这些信号分别变换为数字信号，输入CPU 9。CPU 9基于输入的各个数字信号，利用数字处理检测交流电路1是否存在过载，以及是否存在接地短路故障等。另外，CPU 9根据基于电压信号输入电路14的输出信号的数字信号，对交流信号1的电压值、频率等进行运算处理，根据该电压值和频率值、以及基于变流器3的输出电流的数字信号，运算交流电路1的高次谐波电流、功率值、电量等。

触发电路10在CPU 9检测出交流电路1的过载或接地短路故障时，接收来自CPU 9的跳闸信号，向电磁装置11施加作用。被施加作用的电磁装置利用其电磁力断开开闭接点2，切断交流电路1。由7段LED或液晶显示装置等构成的显示部15显示CPU 9的运算结果。

下面，说明本发明的实施方式1中的电路断路器的动作。在图1至图4中，如果电路断路器的开闭接点2闭合，则与第1相交流电路1a、第2相交流电路1b、第3相交流电路1c中流过的三相交流电路对应，从第1相变流器3a、第2相变流器3b、第3相变流器3c输出输出电流(a1)、(a2)、(a3)，由整流电路4进行全波整流后，输入至电源电路5。电源电路5基于该输入，生成在电路断路器内部的电子电路中使用的动作电源，向减法电路70、加法电路12、A/D变换电路8、微型计算机(下面称为CPU)9以及电磁装置11等供给动作电力。

分别从变流器3a、3b、3c输出的输出电流(a1)、(a2)、(a3)，利用分别构成电流检测电阻6的第1相电流检测电阻6a、6b、第2相电流检测电阻6c、6d及第3相电流检测电阻6e、6f，如上所述变换为负的半波的电压输出，供给至对应的第1相减法电路70a、第2相减法电路70b、第3相减法电路70c。各个减法电路70a、70b、70c分别对输入的2个电压信号进行减法运算，基于上述式1输出输出电压(d1)、(d2)、(d3)，向A/D变换电路8输入。另一方面，加法电路12将对各个减法电路70a、70b、70c的输出电压(d1)、(d2)、(d3)进行加法运算后，输出输出电压(e)，将其向A/D变换电路8输入。A/D变换电路8将以模拟信号形式输入的这些输出电压(d1)、(d2)、(d3)及(e)变换为数字信号，输入至CPU9。

如果当前交流电路1中没有异常，且其三相负载处于正常状态，则如图4(A)中的(d)所示，第1相减法电路70a、第2相减法电路70b、第3相减法电路70c的输出电压(d1)、(d2)、(d3)，不会超过过电流检测阈值Ho。因此，CPU 9没有检测出过电流，触发电路10不向电磁装置11施加作用，开闭接点2不断开。

另外，CPU 9基于输入的输出电压(d1)、(d2)、(d3)及(e)，对交流电路1的电压值、电流值、频率以及高次谐波电流、功率值、电量等进行运算处理，由显示部15显示其运算结果。由此，能够以简单的结构测量交流电路1的通电信息，并且对其进行显示。

此外，如果在交流电路1中由于过载等而流过过电流，则如图4(B)中的(a)所示，第1相变流器3a、第2相变流器3b、第3相变流器3c的输出电流(a1)、(a2)、(a3)，成为大于正常时的值。由此，基于第1相减法电路70a、第2相减法电路70b、第3相减法电路70c的输出电压(d1)、(d2)、(d3)，利用由A/D变换电路8和CPU 9构成的运算电路运算出的各相中流过的电流量，超过过电流检测阈值Ho。CPU 9由此检测出过电流，向触发电路10施加跳闸信号。触发电路10接收该触发信号，向电磁装置11施加作用，断开开闭接点2而切断交流电路1。由此，向电源电路5供给的整流电流，利用作为电压变换单元的电流检测电阻6，检测为半波电压信号，通过对该检测出的半波电压信号利用减法电路70变换为交流电压信号而进行运算，可以高精度地检测电路中流过的过电流。

另外，如果在交流电路1中，某一相的交流电路、例如第1相交流电路1a中发生接地短路故障，则如图4(C)的(a)所示，第1相变流器3a的输出电流(a1)和第2相变流器3b及第3相变流器3c的输出电流(a2)、(a3)之间的振幅平衡被打破。由此，接地短路电流量超过接地短路检测阈值Hg，该接地短路电流量是将加法电路12的输出电压(e)的波形，利用由A/D变换电路8和CPU 9构成的运算电路运算出的，该加法电路12的输出电压(e)的波形是第1相减法电路70a、第2相减法电路70b、第3相减法电路70c的输出电压(d1)、(d2)、(d3)的加法波形。CPU 9由此检测出单极接地短路故障，向触发电路10施加跳闸信号。触发电路10接收该触发信号，向电磁装置11施加作用，断开开闭接点2而切断交流电路1。另外，在发生第1相交流电路1a之外的接地短路故障时，也可以与上述相同地检测出接地短路故障，切断交流电路1。

这样，根据本发明的实施方式1的电路断路器，基于交流电路1中流过的电流，经由变流器3并利用电源电路5向内部的电子电路供给电源，同时利用减法电路70，能够容易地得到与电路中流过的交流信号波形对应的交流信号波形，作为过电流检测信号波形及接地短路检测信号波形，即使在流过短时间的过电流或接地短路电流的情况下，也能够提高过电流跳闸动作或接地短路跳闸动作的检测精度。另外，作为流过交流电路1的各种电流量，能够容易地进行高次谐波电流测量或功率测量等的检测。

Claims

1.一种电路断路器，其对交流电路进行开闭，该交流电路由与交流各相对应的多个单位电路构成，其特征在于，具有：

多个变流器，其分别配置在上述多个单位电路中，产生与在上述单位电路中流过的电流对应的输出电流；

整流单元，其对上述变流器的输出电流进行整流；

电压变换单元，其将由上述整流单元输出的电流，针对上述各相，分别变换为与上述交流的正负对应的一对半波电压信号；

减法电路，其对由上述电压变换单元变换后的上述一对半波电压信号进行减法运算，变换为包含与上述各相的相位对应的交流成分的直流电压信号；

运算电路，其基于由上述减法电路变换后的上述直流电压信号，运算在上述多个单位电路中流过的电流值；

跳闸单元，其在由上述运算电路运算出的值大于或等于规定值时，输出跳闸信号；

电源电路，其基于上述整流单元的输出电流，向上述减法电路、上述运算电路以及上述跳闸单元供电；以及

开闭接点，其基于由上述跳闸单元输出的跳闸信号，切断上述交流电路。

2.根据权利要求1所述的电路断路器，其特征在于，

上述减法电路具有：

差动放大电路，其对由上述电压变换单元变换后的一对半波电压信号进行差动放大；

放大率设定单元，其设定由上述差动放大电路进行放大的放大率；

过电压保护单元，其在上述半波电压信号大于或等于规定值时，保护上述差动放大电路；以及

基准电压单元，其规定上述减法电路输出的电压的基准。

3.根据权利要求1或2所述的电路断路器，其特征在于，

其具有加法电路，其对从上述减法电路输出的上述直流电压信号进行加法运算，

基于上述加法电路的输出信号，上述运算电路运算上述交流电路的接地短路电流，在该运算出的值大于或等于规定值时，向上述跳闸单元输出跳闸信号。

4.根据权利要求1或2所述的电路断路器，其特征在于，

其具有电压检测单元，其检测上述交流电路的电压，

基于由上述电压检测单元检测出的上述交流电路的电压和由上述减法电路输出的上述直流电压信号，上述运算电路运算上述交流电路的电压、电流、功率、电量、高次谐波电流中的至少任一个，并利用显示部显示其运算结果。