CN101888082A - 剩余电流保护器 - Google Patents

Abstract

剩余电流保护器，包括零序互感器、检测线圈、信号调整电路、逻辑处理模块、脱扣器、测试线圈、直流电源装置。它采用由测试开关、模拟电流发生器、跳闸灵敏度设定器、参数调节电阻RS构成性能优化装置，模拟电流发生器采用三节RC移相式的振荡电路，测试开关控制向RC移相振荡电路提供的低压直流电源的通断，当接通时，RC移相振荡电路向测试线圈输出波形为交流正弦波的激磁信号。不仅优化了模拟电流发生器由低压直流电源供电的供电方式，而且使测试状态下剩余电流保护器的跳闸灵敏度与跳闸灵敏度设定器的设定参数无关，而且高于正常状态下的剩余电流保护器的跳闸灵敏度，从而大大简化了电路结构，缩小了产品的体积，改善了产品的安全可靠性和耐用性。

Description

剩余电流保护器

技术领域

本发明涉及具有模拟剩余电流测试电路的电子式剩余电流保护器，具体地说，涉及用于判断其剩余电流动作保护功能是否能正常工作的电流动作型剩余电流断路器。

背景技术

剩余电流保护器是电力***中常用的一种低压电器，剩余电流保护器是剩余电流动作保护器的简称，以前称漏电保护器。剩余电流保护器包括断路器本体、剩余电流检测装置、电子逻辑处理模块、测试试验装置和电源电路。断路器本体包括操作机构、触头***和脱扣器，用于执行主电路的接通或断开。剩余电流检测装置，用于检测剩余电流或接地故障电流。电子逻辑处理模块用于处理和判断来自剩余电流检测装置的信号，当剩余电流或接地故障电流达到一个预定限值时，电子逻辑处理模块控制使脱扣器脱扣，通过断路器本体的触头***使被控电路断开。测试试验装置用于定期地检查剩余电流保护器的动作性能和判断断路器的剩余电流保护功能是否能正常工作，通过模拟存在的一个剩余电流，该模拟剩余电流能被检测装置检测到，并能报警和致使电子逻辑处理模块控制脱扣器脱扣。

当前，市售的低压剩余电流保护器的测试装置的测试回路的模拟剩余电流直接来自主电路，最常用的方案有两种：一种是将功率型电阻、测试线圈和一个测试按钮串接在主电路的A、B、C三相中的任意两相之间，通过人力按下测试按钮接通电路，模拟存在一个剩余电流，通过剩余电流检测装置输出信号驱动断路器断开。另一种如专利申请CN1976158A所公开的方案，是将功率电阻、测试线圈和一个按钮型开关串接在整流侧电源电路的输入端，然后通过人力按下按钮型开关接通电路，从而形成了一个电流通路，使模拟剩余电流通过剩余电流检测装置。采用以上两种方案的最大缺点：测试回路的功率型电阻需要过大的尺寸和热耗散，这样不仅影响产品小型化设计的要求，而且更严重的是，由于测试回路安装在电源电路的任意两相之间，因此会带来测试回路的可靠性和耐用性问题。另外如果剩余电流保护器进行下进线方式电力安装，通过剩余电流测试回路测试时，断路器本体断开时加载在测试回路两端的电源是没有断开的，如果按住按钮的时间过长，还可能会引起测试电阻热击穿的危险。

专利申请CN101207271A公开了一种剩余电流保护器，它的测试装置采用单片机(可控编程器)实现，从编程芯片的I/O端口模拟输出高频PWM脉冲波信号，该PWM脉冲波的输出信号将通过测试绕组线圈模拟存在一个剩余电流激磁信号。这种保护器实现起来电路复杂，而且单片机成本较高。另外，常用LC振荡电路产生的正弦波频率较高，若要产生像剩余电流信号这样频率较低的正弦振荡，势必要求振荡回路要有较大的电感和电容，这样不但元件体积大、笨重、安装不便，而且制造困难、成本高。

况且，为了使剩余电流保护器产品能满足各种跳闸灵敏度的要求，人们一般采用跳闸灵敏度设定器，通过该设定器，在使用现场就可调试设定断路器本体的跳闸灵敏度。然而由于在测试状态下，现有的剩余电流保护器的跳闸灵敏度与其跳闸灵敏度设定器的设定参数有关，所以在测试操作时需先设定跳闸灵敏度设定器的参数，然后进行测试，如果不先设定可能会导致测试失败，只能待测试完成后再将跳闸灵敏度设定器的参数调回去，从而对现场使用操作带来极大的不方便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述诸多缺陷，提供一种集检测功能、测试功能和灵敏度设定功能于一体的且性能更加优化的剩余电流保护器。

为实现上述目的，本发明的一种剩余电流保护器包括：剩余电流检测装置10，包括环绕着初级线圈绕组的环形磁芯和多个次级线圈绕组，包含测试线圈4和检测线圈2的各次级线圈绕组分别直接绕在剩余电流检测装置10的环形磁芯上，由检测线圈2检测的剩余电流或者接地故障电流的电气信号经信号调整电路40生成一个检测信号。逻辑控制单元6，根据来自信号调整电路40的检测信号产生一个驱动脱扣器5动作的电控制信号，脱扣器5驱动断路器本体1实现电力线路分断。直流电源装置11包括限流模块8、整流模块9和低压直流输出模块3。模拟剩余电流发生器70包括限流电阻R7、隔直电容C5和三节RC移相振荡电路71，振荡电流输出端f与隔直电容C5、限流电阻R7、剩余电流检测装置10的测试线圈4的一端串联连接，测试线圈4的另一端与接地端g连接，在振荡电流输出端f与接地端g之间形成测试回路。一个测试按钮41连接在三节RC移相振荡电路71的VCC输入端和低压直流输出模块3之间，控制由低压直流输出模块3向模拟剩余电流发生器70的三节RC移相振荡电路71提供的低压直流电源的通断，当三节RC移相振荡电路71与低压直流输出模块3接通时，所述三节RC移相振荡电路71向测试线圈4输出波形为交流正弦波的激磁信号。

所述的三节RC移相振荡电路71包括反相放大器和移相反馈网络，反相放大器从三极管VT、运算放大器或场效应管中任选其一，移相反馈网络是由三个谐振电容C1、C2和C3、三个谐振电阻R3、R4和R5组成的三级RC超前型或滞后型移相反馈，正反馈从放大器的输出端出发，通过移相反馈网络直接接回放大器的反相输入端。所述的三节RC移相振荡电路71中构成所述移相反馈网络的三个谐振电阻R3、R4和R5、三个谐振电容C1、C2和C3的参数为R3＝R4＝R5，C1＝C2＝C3。所述的三节RC移相振荡电路71是并联电阻式RC移相振荡电路710、并联电容式RC移相振荡电路711或运算放大器RC移相振荡电路712中的一种。

为实现上述目的，本发明的另一种剩余电流保护器包括：剩余电流检测装置10，包括环绕着初级线圈绕组的环形磁芯和多个次级线圈绕组，包含测试线圈4和检测线圈2的各次级线圈绕组分别直接绕在剩余电流检测装置10的环形磁芯上，用于检测剩余电流或者接地故障电流的电气信号并生成一个检测信号，逻辑控制单元6，根据来自剩余电流检测装置10的检测信号产生一个驱动脱扣器5动作的电控制信号，脱扣器5驱动断路器本体1实现电力线路分断，直流电源装置11包括限流模块8、整流模块9和低压直流输出模块3。

一个性能优化装置7，包括测试开关73、模拟剩余电流发生器70、跳闸灵敏度设定器72和参数调节电阻RS，所述的参数调节电阻RS并联连接在检测线圈2的两端。测试开关73为双路控制开关，其中一路控制节点a与节点b之间的接通/断开，另一路控制节点c与节点d之间的接通/断开；在正常状态下，节点a与节点b接通，而节点c与节点d断开；在测试状态下，节点a与节点b断开，而节点c与节点d接通。模拟剩余电流发生器70包括三节RC移相振荡电路71、限流电阻R7和隔直电容C5，所述的RC移相振荡电路71的振荡电流输出端f与隔直电容C5、限流电阻R7、测试线圈4的一端串联连接，测试线圈4的另一端与接地端g连接，在振荡电流输出端f与接地端g之间形成测试回路。跳闸灵敏度设定器72的选择端h与测试开关73的节点b连接，并接端i与检测线圈2的一端连接并接地，检测线圈2的另一端与测试开关73的节点a连接，逻辑处理模块6的信号输入端与测试开关73的节点a连接。所述的RC移相振荡电路71的Vcc输入端e与测试开关73的节点d连接，低压直流输出模块3的输出端与测试开关73的节点c连接，测试开关73控制由低压直流输出模块3向模拟剩余电流发生器70的三节RC移相振荡电路71提供的低压直流电源的通断，当三节RC移相振荡电路71与低压直流输出模块3接通时，所述三节RC移相振荡电路71向测试线圈4输出波形为交流正弦波的激磁信号。

所述的三节RC移相振荡电路71的起振时间是通过调节谐振电阻R3、R4、R5和谐振电容C1、C2、C3与Vcc输入端e的低压直流电源的匹配值来实现调整。

所述的跳闸灵敏度设定器72是由四个电阻值不同的电阻RT并联连接组成的分档开关，所述四个电阻RT的一端并联连接在一起形成并联端i，四个电阻RT的另一端相互断开，该相互断开的RT断开端可供跳闸灵敏度设定器72的选择端h有选择地选其中一个电阻RT和Rs并联连接，所述电阻RS和RT共同实现剩余电流断路器的动作灵敏度的调节。所述的双路开关73构成与直流电源装置11和电阻RT相互联锁的接通结构，不会同时与直流电源装置11和电阻RT接通，使在测试状态下的剩余电流保护器的跳闸灵敏度与所述的跳闸灵敏度设定器72的设定参数无关。

电阻RS的取值范围为2K～3.9K，电阻RT的取值范围为7.6欧姆～619欧姆，使在测试状态下的剩余电流保护器的跳闸灵敏度高于在正常状态下的剩余电流保护器的跳闸灵敏度。

所述的三节RC移相振荡电路71是并联电阻式RC移相振荡电路710、并联电容式RC移相振荡电路711或运算放大器RC移相振荡电路712中的一种。

本发明的剩余电流保护器装置，模拟剩余电流来自性能优化装置内的模拟电流发生器，而模拟电流发生器由直流电源装置的低压直流输出端供电，测试过程中测试灵敏度与灵敏度设定器的设定值无关，从而无需采用昂贵的电子元器件，大大缩小了产品体积，减小了产品的重量，简化了电路的结构，改善了产品的安全可靠性和使用寿命。与现有装置相比，本发明具有以下突出优点：

1、测试试验装置小型化、元器件数量少且成本低。

2、测试试验装置通过控制振荡电路的起振时间实现抗干扰、防误动功能。

3、通过测试回路与检测回路的解耦，能以较小的测试电流实现测试功能。

附图说明

图1示意性地图示按照本发明第一实施例的剩余电流保护器的测试装置。

图2是按照本发明的模拟剩余电流发生器第一实施例的电路示意图，图中的三节RC移相振荡电路为并联电阻式RC移相振荡电路。

图3是按照本发明的模拟剩余电流发生器第二实施例的电路示意图，图中的三节RC移相振荡电路为并联电容式RC移相振荡电路。

图4是按照本发明的模拟剩余电流发生器第三实施例的电路示意图，图中的三节RC移相振荡电路为运算放大器RC移相振荡电路。

图5示意性地图示按照本发明第二实施例的剩余电流保护器的测试装置。

图6是按照本发明第二实施例的剩余电流保护器的性能优化装置的电路示意图，图中的三节RC移相振荡电路为并联电阻式RC移相振荡电路。

图7是按照本发明第二实施例的剩余电流保护器的电路工作原理示意图，图中的电路处于人力按下的“测试”状态。

图8是按照本发明第二实施例的剩余电流保护器的电路工作原理示意图，图中的电路处于没有人力按下的“正常”状态。

图9是本发明的RC移相式振荡电路模拟产生的输出波形图，图中示出的模拟剩余电流为正弦交流电。

具体实施方式

根据以下对仅作为非限制性例子给出的并结合附图中示出的本发明的具体实施例的描述，本发明的特性和优点将变得更加清楚和更易于理解。

图1、5中是按照本发明第一和第二实施例实现的剩余电流保护器的整体结构示意图。图1、5中的断路器本体1，用于接通或分断电力线路A、B、C。剩余电流检测装置10在本实施例中是一个零序电流互感器，可用于检测剩余电流或者接地故障电流。如图1所示的剩余电流检测装置10包括环形磁芯、初级线圈绕组和多个次级线圈绕组，初级线圈绕组由二相或者多相电流导体组成，它们被环形磁芯所环绕，图1中主电路的三相电力线A、B、C穿过零序互感器10的环形磁芯。所述次级线圈绕组包括检测线圈2和测试线圈4，各个次级线圈绕组分别直接绕制在零序互感器10的环形磁芯骨架上。直流电源装置11包括限流模块8、整流模块9和低压直流输出模块3。

图1的第一实施例的剩余电流保护器中的信号调整电路40的信号输入端与检测线圈2串联连接形成检测回路，当检测线圈2感应到剩余电流信号时，信号调整电路40接收来自于检测线圈2的检测信号，并对该检测信号进行信号处理，信号调整电路40的信号输出端与逻辑处理模块6连接，通过逻辑处理模块6判断后输出电控制信号，驱动电磁式脱扣器5动作，电磁式脱扣器5推动断路器本体1的机械机构动作分断电力线路。如图1所示，模拟剩余电流发生器70的输出端与测试线圈4串联连接形成测试回路，剩余电流发生器70的电源输入端经测试按钮41与低压直流输出模块3串联连接。当人为按下测按钮41时，低压直流输出模块3向模拟剩余电流发生器70提供低压直流稳压电源，使模拟剩余电流发生器70产生并输出正弦交流电流，用于模拟存在一个剩余电流，该电流就是从测试线圈4中流过的模拟剩余电流。检测线圈2感应到该模拟剩余电流信号后，同样将其送到信号调整电路40，经逻辑处理模块6判断并驱动脱扣器5动作。

本发明的剩余电流保护器的模拟剩余电流发生器70的低压直流电源装置11由高压电源电压经过降压、整流、稳压处理后得到，低压直流电源装置11通过RC移相式振荡电路产生模拟激磁电流信号，并且该激磁信号为正弦交流信号，可用于各类型剩余电流保护断路器的模拟激磁信号。本发明采用RC移相式振荡电路来实现剩余电流保护断路器的测试实验功能，由于模拟剩余电流发生器70采用低压直流供电，不用通过高压电源模拟实现激磁信号，而是通过RC移相式振荡电路将低压直流稳压电压转换成交流形式通过绕组线圈形成激磁信号，所以不仅体积小，而且电子元件的发热量小，从而克服了现有技术的功率电阻导致的保护器的耐用性和安全可靠性差的问题。

图2-4所示的是本发明的剩余电流保护器的模拟剩余电流发生器70的三个实施方式。如图2第一实施例的电路示意图所示，模拟剩余电流发生器70包括限流电阻R7、隔直电容C5和在三极管VT的共发射电路中加入的三节RC移相振荡电路71。在图2和3中，电容C5主要起隔直作用，它与电阻R7一起起调整阻抗的作用，用于调整测试线圈4中电流的大小。所述的三节RC移相振荡电路71具有Vcc输入端e、振荡电流输出端f、接地端g。Vcc输入端e为低压直流电源输入端，它经测试按钮41和低压直流输出模块3串联连接。振荡电流输出端f用于输出振荡电流，它与隔直电容C5、限流电阻7、测试线圈4、接地端g串联连接形成测试回路。当人为按下测试按钮41使其接通时，所述剩余电流保护器进入测试状态，此时低压直流输出模块3向模拟剩余电流发生器70提供低压直流电，模拟剩余电流发生器70向测试线圈4输出模拟剩余电流，该模拟剩余电流为正弦交流电。在无人为按下测试按钮41时，此时上述测试回路被断开，测试线圈4中无电流，所述剩余电流保护器进入正常状态。

如图2所示，本发明的剩余电流保护器的三节RC移相振荡电路71由反相放大器和移相反馈网络组成。图2所示实施例中，反相放大器为一个三极管VT，在其他实施例中还采用运算放大器或场效应管等来代替三极管VT实现放大功能。移相反馈网络是由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6组成的三级RC超前型移相反馈，其中第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3与反馈回路串联，即上述三电容串联在三极管VT的基极和集电极之间，三个电阻R1、R2、R6为偏置电阻，用于驱动和限定三极管VT的集电极、基极和发射极的电流，其中R1，R2构成三极管的基极驱动偏置。三个电阻R3、R4、R5为谐振电阻，R3、R4、R5要大于R6的三倍，以满足构成放大电路的要求。三个电容C1、C2、C3为谐振电容，三个谐振电阻R3、R4、R5与三个谐振电容C1、C2、C3组成三节谐振电路。低压直流输出模块3是所述RC移相式振荡电路71的直流电源，确定振荡器频率的元件是R1、R4、R5和C1、C2、C3组成的移相网络，正反馈从放大器的输出端出发，通过移相反馈网络直接接回放大器的反相输入端。由于放大器的反相作用，提供180°的移相，为了满足振荡的相位平衡条件，移相网络再提供180°的移相，每级RC电路所能提供的最大相移为90°，但此时R或C必须为零，所以移相电路至少要采用三级组成，每级移相60°，即在共发射电路中加了三节串联的RC移相电路形成反馈网络。在超前时间网络中，电容与反馈回路串联，这样就可以使得在全部电阻周围产生的反馈信号超前于放大器信号；在滞后型中，反馈回路串联的是电阻，并且这些电阻与电容是并联的，从而可以产生滞后的反馈信号。图2是使用了超前型RC振荡电路的实施例，图3是使用了滞后型RC振荡电路的实施例。

通过调整RC(谐振电阻R3、R4、R5和谐振电容C1、C2、C3)和Vcc的匹配值，可达到调节三节RC移相振荡电路71的起振时间的目的，从而提高保护器的抗干扰和防误动作的能力。为了满足移相要求，需设谐振电阻的参数相等，即R3＝R4＝R5，以及设谐振电容的参数相等，即C1＝C2＝C3。从图2可见，三个谐振电阻R3、R4、R5之间按并联方式连接，而三个谐振电容C1、C2、C3之间按串联方式连接，这里将这种连接特征的三节RC移相振荡电路称之为并联电阻式RC移相振荡电路710。

如图3所示，本发明的剩余电流保护器的三节RC移相振荡电路71采用并联电容式RC移相振荡电路711实现。与图2所示的并联电阻式RC移相振荡电路710相比，除三个谐振电阻R3、R4、R5与三个谐振电容C1、C2、C3的连接方式不同外，图3所示的并联电容式RC移相振荡电路711的其余电路结构都相同。上述连接方式的区别是：并联电容式RC移相振荡电路711的三个谐振电容C1、C2、C3之间按并联的方式连接，而三个谐振电阻R3、R4、R5之间按串联的方式连接。

如图4所示，本发明剩余电流保护器的三节RC移相振荡电路71的另一种可替代的方案是采用运算放大器RC移相振荡电路712，用运算放大器代替三极管实现放大功能。该运算放大器RC移相振荡电路712由运算放大器700、电阻RF、电阻R1、三个谐振电阻R3、R4和R5、三个谐振电容C1、C2和C3构成。由运算放大器700、电阻R1和电阻RF替代了由图2或图3所示的三节RC移相振荡电路中的三极管VT、电阻R1、R2、R6和电容C4。如图4所示，三个谐振电阻R3、R4、R5之间按并联方式连接，而三个谐振电容C1、C2、C3之间按串联方式连接，因此它是属于并联电阻式运算放大器RC移相振荡电路。如果将图4的谐振电阻电容的连接改成三个谐振电容C1、C2、C3之间按并联方式连接，三个谐振电阻R3、R4、R5之间按串联方式连接，那么就组成了并联电容式运算放大器RC移相振荡电路。由此，本发明的运算放大器RC移相振荡电路既可指并联电阻式运算放大器RC移相振荡电路，或可指并联电容式运算放大器RC移相振荡电路。应该说明的是，由于直接替换为集成运放的运算放大器RC移相振荡电路，要比图2和图3所示的三极管RC移相振荡电路成本高，因此，本发明优选采用三极管RC移相振荡电路。

图5是本发明的剩余电流保护器的第二实施例的整体结构框图。与图1所示的本发明的剩余电流保护器相比，在图5所示的实施例中，除了包括断路器本体1、零序互感器10、分别绕在零序互感器10上的检测线圈2和测试线圈4、脱扣器5、逻辑处理模块6、直流电源装置11外，还包括一个性能优化装置7，它解决了采用模拟剩余电流发生器后进一步改善和优化产品性能的问题，使得模拟剩余电流发生器的设计与装配调试更加容易，保护器产品使用操作更方便。

如图6至图8所示的性能优化装置7包括检测线圈2、模拟剩余电流发生器70、跳闸灵敏度设定器72、参数调节电阻RS以及测试按钮41的测试开关73的双路常开和常闭中的一路常闭触点。所述的测试开关73为双路控制开关，其上设有四个开关节点a、b、c、d，其中一路控制节点a与节点b之间接通或断开，另一路控制节点c与节点d之间接通或断开。在正常状态下，也就是不在测试状态下，节点a与节点b接通，而节点c与节点d断开。在测试状态下，节点a与节点b断开，而节点c与节点d接通。保护器的正常状态与测试状态之间的转换靠人为控制。当人为按下测试开关73时，保护器由正常状态转换为测试状态；当人为撤去对测试开关73的控制，即测试开关处在自然状态下，保护器自动恢复到正常状态。与第一实施例相同，模拟剩余电流发生器70包括三节RC移相振荡电路71、限流电阻R7和隔直电容C5。与第一实施例相同，RC移相振荡电路71具有三个电连接端，即Vcc输入端e、振荡电流输出端f、接地端g。所述的Vcc输入端e与测试开关73的节点d连接，振荡电流输出端f与隔直电容C5、限流电阻R7、测试线圈4的一端串联连接，测试线圈4的另一端接地。跳闸灵敏度设定器72由四个电阻值不同的电阻RT并联连接组成，四个电阻RT的一端并联连接在一起形成并联端j，并联端j与检测线圈2的一端连接并接地，检测线圈2的另一端与测试开关73的节点a连接。四个电阻RT的另一端相互断开，该相互断开的断开端可供跳闸灵敏度设定器72的选择端h有选择地与其中一个连接，这种分档选择是为了满足可选择不同的跳闸灵敏度的要求，由现场的操作人员人为完成设定跳闸灵敏度的分档操作。跳闸灵敏度设定器72的选择端h与测试开关73的节点b连接，参数调节电阻RS的两端并联连接在检测线圈2的两端，逻辑处理模块6的信号输入端与测试开关73的节点a连接，低压直流输出模块3的输出端与测试开关73的节点c连接。

下面结合图5至8进一步说明本发明的第二实施例的工作原理。测试按钮41采用双路开关73，按钮的双路开关73的结构构成相互联锁的关系。这里联锁关系是指要么是与低压直流稳压电源接通，要么是与电阻RT接通，不会同时两路都接通。电阻RT是灵敏度分档用的，本发明通过分档开关72选灵敏度电阻RT中的一个电阻和Rs并联，RS和RT均属于性能优化装置7，它们共同用来实现剩余电流断路器的动作灵敏度的调节。灵敏度电阻RS的取值范围为2K～3.9K，4个灵敏度调节电阻RT的取值范围为7.6欧姆～619欧姆。在正常状态下，测试开关73的节点a与节点b接通，而节点c与节点d断开。节点a与节点b的接通，使得跳闸灵敏度设定器72的电阻RT与参数调节电阻RS并联，且并接在检测线圈2的两端，故而剩余电流保护器的跳闸动作灵敏度取决于电阻RS和电阻RT二者，这在设计中是很方便调节实现的。当人为操作选择RT的电阻值即人为操作设定跳闸灵敏度时，剩余电流保护器的跳闸灵敏度会改变。当主电路的三相电力线A、B、C出现剩余电流故障时，检测线圈2会感应到剩余电流信号，该剩余电流信号输入到逻辑处理模块6，逻辑处理模块6对该剩余电流信号处理，当该剩余电流信号超过一定门限时，逻辑处理模块6控制脱扣器5发出脱扣动作；在此状态下，节点c与节点d断开，使模拟剩余电流发生器70不工作，也就是测试线圈4内无电流流过。本发明的测试装置模拟剩余电流动作的灵敏度和实际剩余电流动作灵敏度是相互解耦的。这里所说的解耦是指测试按钮回路的灵敏度电阻比较容易选型，而和灵敏度电阻RT是无关的。具体地说，在测试状态下，当开关按钮按下，低压直流电源和RC移相式振荡电路接通，测试开关73的节点a与节点b断开，而节点c与节点d接通。节点a与节点b的断开，使得跳闸灵敏度设定器72不参与工作，故而剩余电流保护器的跳闸灵敏度只取决于参数调节电阻RS，RT电阻网络中的电阻没有一个会接入检测线圈绕组的二次侧，也就是说，当按下测试回路开关按钮，则灵敏度电阻RT从回路中断开，串接在检测线圈2中的就只有灵敏度电阻Rs，也可以说在此状态下，测试按钮回路动作的灵敏度电阻就只剩下Rs，测试按钮回路的灵敏度和灵敏度电阻RT没有直接的关系，Rs选的越大就越灵敏，RC移相振荡电路输出较小就能使得断路器动作。由于剩余电流保护器的跳闸灵敏度与跳闸灵敏度设定器72无关，所以实现了其解耦。此时节点c与节点d接通，使得模拟剩余电流发生器70产生模拟剩余电流，该模拟剩余电流流过测试线圈4，使检测线圈2感应到剩余电流信号，该剩余电流信号输入到逻辑处理模块6，逻辑处理模块6控制脱扣器5发生脱扣动作，使断路器本体1跳闸并断开主电路。从以上关于工作原理的说明不难看出，本发明的剩余电流保护器的性能优化装置7的显著贡献在于：在测试状态，跳闸灵敏度设定器72不工作，剩余电流保护器的跳闸灵敏度与跳闸灵敏度设定器72所设定的参数无关，这不仅大大方便了现场的测试操作，而且还大大方便了电路设计和调试，从而大大降低了产品的制造难度和生产成本。由于跳闸灵敏度设定器72的电阻RT与参数调节电阻RS采用并联连接，所以在测试状态下的跳闸灵敏度高于正常状态下的测试灵敏度，也就是测试状态下的跳闸响应速度要比正常状态下的跳闸响应速度更快，从而避免了长时间按下测试开关73所导致的电子元器件过热损坏的情况发生，提高了的安全测试的等级，大大改善了保护器的安全性与可靠性。

图6所示的三节RC移相振荡电路71与图2所示的第一实施例中的三节RC移相振荡电路71相同，都是并联电阻式三节RC移相振荡电路710。与第一实施例一样，可替代第二实施例的并联电阻式RC移相振荡电路710的另一种方案是如图3所示的并联电容式RC移相振荡电路711，或者是如图4所示的运算放大器RC移相振荡电路712。即图2-4所示的三节RC移相振荡电路71可适用于图1和图5的本发明的剩余电流保护器。

图9是本发明的模拟剩余电流发生器70所输出的模拟剩余电流的波形图，由图9所示的模拟剩余电流是正弦交流激磁信号，可以用于各类型剩余电流保护断路器的激磁信号模拟测试。其中，T代表振荡电路稳定输出的正弦波的周期时间，TD代表起振时间，TL代表稳定起振的时间。为了减少人为误操作而导致断路器误分断，需要根据断路器的实际功能要求对RC移相式振荡电路的电路起振时间TD进行分别设定，可以通过图2所示的谐振电阻R3、R4、R5和谐振电容C1、C2、C3的RC参数调节进行选配。

以上是本发明的剩余电流保护器的两个实施例，其中第二实施例的跳闸灵敏度设定器72采用了并联形式，即四个电阻RT的一端并联连接，形成并联连接端j，而另一端作为开端与选择端h配合选择连接。另一种可替代的等效电路可以是串联形式，即四个电阻RT串联连接形成串联电路，串联电路的一端为连接端j，另一端和两个相邻电阻之间的引出端作为开端，与选择端h配合选择连接。

此外，本发明的第一实施例或第二实施例的模拟剩余电流发生器70中的隔直电容C5，在以下两种情况下可以省去：第一种情况是降低对模拟剩余电流的交流特性的要求，即允许模拟剩余电流中存在较大的直流成份的使用场合；第二种情况是三节RC移相振荡电路71输出的振荡电流的交流特性很好，即在不隔直的情况下也能用作模拟剩余电流，但采用C5会使模拟剩余电流的交流特性更好，这种情况如在采用运算放大器型的三节RC移相振荡电路的方案中有可能出现。

本发明提供的剩余电流试验电路将低压直流稳压电源通过RC移相振荡电路实现模拟存在的剩余电流，剩余电流保护断路器可以方便的进行上下进线的电力线安装，而不影响其安全可靠性。不仅解决了测试回路热设计的问题，且满足剩余电流保护器下进线安装的要求，并可设定RC振荡电路起振延时时间，同时满足A型、AC型、B型剩余电流保护器的测试试验功能，具有电路简单，成本低，可靠性高，适用范围广的优点。RC移相振荡电路模拟激磁信号，还可以简单的通过改变RC的数值大小获得所需要的动作灵敏度要求，同时采用不同的RC数值振荡电路有不同的起振时间，根据功能要求可以设定所需要的电路起振时间，减少人为误操作而导致驱动断路器断开。本发明采用RC移相振荡电路实现剩余电流保护的测试试验电路，其输出稳定振荡波信号为交流正弦波信号，并且输出信号幅度稳定，适用于各种类型剩余电流保护断路器测试回路的模拟激磁信号。

应该理解到的是，上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种剩余电流保护器，包括：

剩余电流检测装置10，包括环绕着初级线圈绕组的环形磁芯和多个次级线圈绕组，包含测试线圈4和检测线圈2的各次级线圈绕组分别直接绕在剩余电流检测装置10的环形磁芯上，由检测线圈2检测的剩余电流或者接地故障电流的电气信号经信号调整电路40生成一个检测信号，

逻辑控制单元6，根据来自信号调整电路40的检测信号产生一个驱动脱扣器5动作的电控制信号，脱扣器5驱动断路器本体1实现电力线路分断，

直流电源装置(11)包括限流模块(8)、整流模块(9)和低压直流输出模块(3)，

其特征在于：

模拟剩余电流发生器(70)包括限流电阻R7、隔直电容C5和三节RC移相振荡电路(71)，振荡电流输出端f与隔直电容C5、限流电阻R7、剩余电流检测装置10的测试线圈(4)的一端串联连接，测试线圈(4)的另一端与接地端g连接，在振荡电流输出端f与接地端g之间形成测试回路，

一个测试按钮(41)连接在三节RC移相振荡电路(71)的VCC输入端和低压直流输出模块(3)之间，控制由低压直流输出模块(3)向模拟剩余电流发生器(70)的三节RC移相振荡电路(71)提供的低压直流电源的通断，当三节RC移相振荡电路(71)与低压直流输出模块(3)接通时，所述三节RC移相振荡电路(71)向测试线圈4输出波形为交流正弦波的激磁信号。

2.根据权利要求1所述的剩余电流保护器，其特征在于：所述的三节RC移相振荡电路(71)包括反相放大器和移相反馈网络，反相放大器从三极管VT、运算放大器或场效应管中任选其一，移相反馈网络是由三个谐振电容C1、C2和C3、三个谐振电阻R3、R4和R5组成的三级RC超前型或滞后型移相反馈，正反馈从放大器的输出端出发，通过移相反馈网络直接接回放大器的反相输入端。

3.根据权利要求2所述的剩余电流保护器，其特征在于：

所述的三节RC移相振荡电路(71)中构成所述移相反馈网络的三个谐振电阻R3、R4和R5、三个谐振电容C1、C2和C3的参数为R3＝R4＝R5，C1＝C2＝C3。

4.根据权利要求1或2所述的剩余电流保护器，其特征在于：所述的三节RC移相振荡电路(71)是并联电阻式RC移相振荡电路(710)、并联电容式RC移相振荡电路(711)或运算放大器RC移相振荡电路(712)中的一种。

5.一种剩余电流保护器，包括：

剩余电流检测装置10，包括环绕着初级线圈绕组的环形磁芯和多个次级线圈绕组，包含测试线圈4和检测线圈2的各次级线圈绕组分别直接绕在剩余电流检测装置10的环形磁芯上，用于检测剩余电流或者接地故障电流的电气信号并生成一个检测信号，

逻辑控制单元6，根据来自剩余电流检测装置10的检测信号产生一个驱动脱扣器5动作的电控制信号，脱扣器5驱动断路器本体1实现电力线路分断，

直流电源装置(11)包括限流模块(8)、整流模块(9)和低压直流输出模块(3)，

其特征在于：

一个性能优化装置(7)，包括测试开关(73)、模拟剩余电流发生器(70)、跳闸灵敏度设定器(72)和参数调节电阻RS，所述的参数调节电阻RS并联连接在检测线圈(2)的两端，

测试开关(73)为双路控制开关，其中一路控制节点a与节点b之间的接通/断开，另一路控制节点c与节点d之间的接通/断开；在正常状态下，节点a与节点b接通，而节点c与节点d断开；在测试状态下，节点a与节点b断开，而节点c与节点d接通，

模拟剩余电流发生器(70)包括三节RC移相振荡电路(71)、限流电阻R7和隔直电容C5，所述的RC移相振荡电路(71)的振荡电流输出端f与隔直电容C5、限流电阻R7、测试线圈(4)的一端串联连接，测试线圈(4)的另一端与接地端g连接，在振荡电流输出端f与接地端g之间形成测试回路，

跳闸灵敏度设定器(72)的选择端h与测试开关(73)的节点b连接，并接端j与检测线圈(2)的一端连接并接地，检测线圈(2)的另一端与测试开关(73)的节点a连接，逻辑处理模块(6)的信号输入端与测试开关(73)的节点a连接，

所述的RC移相振荡电路(71)的Vcc输入端e与测试开关(73)的节点d连接，低压直流输出模块(3)的输出端与测试开关(73)的节点c连接，测试开关(73)控制由低压直流输出模块(3)向模拟剩余电流发生器(70)的三节RC移相振荡电路(71)提供的低压直流电源的通断，当三节RC移相振荡电路(71)与低压直流输出模块(3)接通时，所述三节RC移相振荡电路(71)向测试线圈(4)输出波形为交流正弦波的激磁信号。

6.根据权利要求5所述的剩余电流保护器，其特征在于：所述的三节RC移相振荡电路(71)的起振时间是通过调节谐振电阻R3、R4、R5和谐振电容C1、C2、C3与Vcc输入端e的低压直流电源的匹配值来实现调整。

7.根据权利要求5所述的剩余电流保护器，其特征在于：所述的跳闸灵敏度设定器(72)是由四个电阻值不同的电阻RT并联连接组成的分档开关，所述四个电阻RT的一端并联连接在一起形成并联端j，四个电阻RT的另一端相互断开，该相互断开的RT断开端可供跳闸灵敏度设定器(72)的选择端h有选择地选其中一个电阻RT和Rs并联连接，所述电阻RS和RT共同实现剩余电流断路器的动作灵敏度的调节。

8.根据权利要求5所述的剩余电流保护器，其特征在于：所述的双路开关(73)构成与直流电源装置(11)和电阻RT相互联锁的接通结构，不会同时与直流电源装置(11)和电阻RT接通，使在测试状态下的剩余电流保护器的跳闸灵敏度与所述的跳闸灵敏度设定器(72)的设定参数无关。

9.根据权利要求5所述的剩余电流保护器，其特征在于：电阻RS的取值范围为2K～3.9K，电阻RT的取值范围为7.6欧姆～619欧姆，使在测试状态下的剩余电流保护器的跳闸灵敏度高于在正常状态下的剩余电流保护器的跳闸灵敏度。

10.根据权利要求5所述的剩余电流保护器，其特征在于：所述的三节RC移相振荡电路(71)是并联电阻式RC移相振荡电路(710)、并联电容式RC移相振荡电路(711)或运算放大器RC移相振荡电路(712)中的一种。

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