CN102933974A - 用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子*** - Google Patents

用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子*** Download PDF

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Abstract

用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，包括固态开关，由电力供应模块和控制模块形成，通过能够接收和区分多个电学和光学部件的电气信号的光电耦合器激活，这种结构使其能够识别故障状态(短路)类型以中断电流，在没有电弧、没有阀值降低、没有热量散发的情况下自动或手动恢复，从而提高了服务寿命，减少反应时间，恢复要保护的装置或电路部件的运行。

Description

用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***
发明内容
技术领域
本发明属于电子领域。
发明背景
断路器中的电源断路器是一种自动装置用以保护电子电路以避免过载或短路引起的损坏。它们的基本功能是检测到故障状态，并停止电路中的电流。基于电源断路器的大小和性能，电源断路器相互显著不同，但它们有一些共同的特点。在一般情况下，所有的断路器包括一个能够检测到故障状态的装置，和一个电流断路装置。
断路器必须在故障状态发生之前打开或分离触点，允许正常电流流动。标准断路器的触点通常是由铜制成的，但也可以由银和其他金属的合金制成。电流被中断时，产生电弧。断路器能承受在电力中断时由于电弧产生导致的热量。由于其磨损或物理磨损，尤其是装置触点的磨损，将导致断路器部件的使用寿命降低，
电源断路器采用不同的技术，使用真空，空气或气体达到冷却的目的。也可以使用多个电容器并联连接到直流(DC)电路触点。
国际标准IEC60898-1和欧洲标准EN60898-1定义了低电压电路断路器的额定电流标准，依据当前的标准，在30℃操作，电流依次为6，10，13，16，20，25，32，40，50，63，80，和高达100安培的断路器。
在低电压电路断路器中，以下内容被提及：
MCB(微型断路器)，额定电流不高于100A.
其中断特性通常是不可调的，和其采用热磁操作机制。
MCCB(塑壳断路器)，额定电流高达2500A，需要激活中断的电流通常是可调的。
大电压断路器控制电流一般以Kv(千伏)计。
在现有技术中，在检测到故障时用于中断电流的装置或***中，被称作电磁阀组件的操作是至关重要的。
电磁阀是一种小型的立体线圈。其用于建立电卡的磁场。这些磁场可以用于检测电磁波的变化。
然而，这些***的性能或电气故障(短路)检测时的响应时间仍然非常差，导致材料损耗，电弧产生，和阈值下降。所有这些状态都对电气安装安全性有影响，导致大量潜在的事故。
与保险丝不同，正如保险丝名称所表明的，意在熔化或熔化，本发明装置设计为重置，即，在尽可能短到30ms的时间内使电流得以再次流动，或者优选地，通过按一个按钮实现。
另外，与标准的电源断路器不同的是，标准电源断路器使用与电压增加相应的机械激活热磁元件，从而意味着更大的重量和体积，更多的反应时间，本发明采用了LED发送光信号识别***的另一个组成部分，并且在同一时间激活逻辑电路装置以命令信号中断电流。
依据发明人提供的说明，本发明的技术将有助于开发新的设备旨在保护直流和交流电气装置，能够处理所有当前市售所能处理的额定功率。
这些优势使得本发明可以被用于极端条件下的应用开发，如用于安全，化学和石化工业，航空航天技术，与目前在市场上可用的产品相比能在更有利的条件下竞争。
除了前述之外，与具有相似功能的设备相比较，本发明的设备重量和体积减少，由于材料使用显着降低，其中有几种材料是有毒的或稀缺的，使本发明的设备更环保。
发明内容
本发明是一固态开关装置，能够接收和区分多个电学和光学部件的电气信号，这使得能识别故障状态(短路)类型以中断电流并在没有电弧的情况下自动或手动恢复，阀值不会降低，没有热量散发，从而增加了使用寿命，减少响应时间，并还原被保护的电气设备或设备的运行。
本发明提供了集成在电源中的电力保护，以确保在几十微秒时间内，克服短路状态。
本发明***，由如下一系列的集成电子元件集成组成：
在这种布局设计中，可以发现下述模块：
模块一，主要模块或电源模块(提供所需要的能量来运行此装置)；
第二模块或控制模块(其中包含负责对不同的类型的故障状态在适当的情况下中断电路的部件)。
模块一说明：此模块包括电源输入(1)，该电力输入(1)连接到单相，两相，三相电流127，220，440或更高电压；双电容组件(2)，和与整流桥(4)连通的三个电阻(3)，后者连通到下列部件：连接到MOC(光电耦合器)(6)的电阻(5)，，连接到TRIAC三端双向可控硅开关元件(7)，此外，整流桥(4)连接到电阻(8)和信号LED(9)。除了这些组件外，有一个电阻连接到开关上以消除电源输出上的电压泄漏。
第二模块说明；此模块包括电力线输入(1)，该电力线输入(1)连接到单相，两相，三相电流127，220，440或更高电压；，然后由整流桥(3)连接到微法电容器(2)，后者连通到：与电容器(5)相连通接的晶体管(4)，这些相连通接到二极管(6)，电阻(7)，电容器(8)，微继电器(9)和馈送信号LED(11)的电阻(10)。
这两个模块由开关连通。
***运行说明。电力线定向到子电路组件或模块的电容和电阻，在此位置电压从127，220伏或440伏降至33伏(+/-5％变化)，并馈送整流桥，这反过来又以1.5伏馈送MOC 3041。MOC驱动或触发TRIAC Q6040P栅极，这又定向到电力输出；在电力输出故障(短路)的情况下，电压通过开关反馈回第二模块电容器，从而激活故障(短路)的情况下模块操作。
第二模块激活后，第二模块通过整流桥反馈到微法电容(2)，随后整流桥(3)，后者连通到与电容器(5)连通的晶体管(4)，这些部件连通到二极管(6)，电阻(7)，电容器(8)和微继电器(9)，微继电器(9)中断MOC电源供应触发TRIAC的栅极，从而消除了短路故障状态。
一旦故障(短路)状况得以改善，***手动或自动恢复电压到电力输出。
本发明最佳实施方式
本发明用于保护的内容优选的如下述实施：
(1)127伏单相电流
模块一的说明。该模块包括：
127V电力输入(1)，其连接到双电容22K微法组件(2)，三个(一个100K欧姆，两个10M欧姆)电阻(3)，与整流桥BA157GP连通，后者与下述部件连通：连接到MOC3041(6)的1K欧姆的电阻(5)，连接到TRIAC Q6040P(7)；此外，整流桥(4)连接到100K欧姆的电阻(8)和信号LED(9).除此之外，270欧姆的电阻连接到开关以消除电力输出上的电压泄漏。
第二模块的说明。该模块包括127V电力输入(1)，127V电力输入(1)连接到77K微法电容器(2)，随后整流桥BA157GP，所有这些与下述组件连通：连通到16V、2.2微法的电容器(5)的晶体管BC547(5)，连通到稳压二极管IN4733A(6)，1K欧姆的电阻(7)；16V、22微法的电容(8)；TQ2-12V微型继电器(9)；馈送信号LED(11)的33K欧姆电阻(10)。
两个模块通过127V、3A转换开关连通。
***运行说明。电力线定向到电容或电阻的子电路组件或模块，在此位置电压从127伏降到33伏(+/-5％变化)，并馈送整流桥，这反过来又以1.5V馈送MOC3041。MOC驱动或触发TRIAC Q6040P栅极，这样反过来又定向到电力输出，在电力输出出现故障(短路)的情况下，电压通过开关反馈到第二模块电容器，从而激活阻止操作。
第二模块激活后，第二模块整流桥馈送77K微法拉电容器(2)，随后BA157GP整流桥(3)，这些部件与以下部件连通：连通到16V、2.2微法电容器(5)的BC547晶体管(4)，这些连通到IN4733A稳压二极管(6)，1K欧姆的电阻(7)；16伏、10微法的电容(8)；和TQ2-12伏微继电器(9)，该继电器中断MOC电源供应触发TRIAC门，从而消除短路故障状态。
一旦故障(短路)状况得以改善，***手动或自动恢复电压到电力输出。(2)220V单相、双相和三相电流
模块一说明。该模块包括：220V电力输入(1)，其连接到双电容22K微法组件(2)，三个(一个10K欧姆，两个10M欧姆)电阻(3)，与整流桥BA157GP、10K欧姆电阻(5)连通，与下述部件连通：，连接到MOC3041(6)，连接到TRIACQ6040P(7)；此外，整流桥(4)连接到100K欧姆的电阻(8)和信号LED(9).除此之外，270欧姆的电阻连接到开关以消除电力输出上的电压泄漏
第二模块的说明。该模块包括：220V电力输入(1)，220V电力输入(1)连接到47K微法电容器(2)，随后整流桥BA157GP(3)和1K欧姆的电阻，所有这些与下述组件连通：连通到16V、2.2微法的电容器(5)的晶体管BC547(4)，连通到稳压二极管IN4733A(6)，1K欧姆的电阻(7)；16V、10微法的电容(8)；TQ2-12V微型继电器(9)；馈送信号LED(11)的33K欧姆电阻(10)。
两个模块通过220V、3A转换开关连通。
***运行说明。电力线定向到电容或电阻的子电路组件或模块，在此位置电压从220伏降到33伏(+/-5％变化)，并馈送整流桥，和10K欧姆的电阻，这反过来又以1.5V馈送MOC3041。MOC驱动或触发TRIAC Q6040P栅极，TRIACQ6040P栅极又定向到电力输出，在电力输出出现故障(短路)的情况下，电压通过开关反馈到第二模块电容器，从而激活阻止操作。
第二模块激活后，第二模块整流桥馈送47K微法拉电容器(2)，随后BA157GP整流桥(3)和1K欧姆电阻，这些部件与以下部件连通：连通到16V、2.2微法电容器(5)的BC547晶体管(4)，这些连通到IN4733A稳压二极管(6)，1K欧姆的电阻(7)；16伏、10微法的电容(8)；和TQ2-12伏微继电器(9)，该继电器中断MOC电源供应触发TRIAC门，从而消除短路故障状态。
一旦故障(短路)状况得以改善，***手动或自动恢复电压到电力输出。两相和三相操作：
在每一相中，电力***包括电力模块和控制模块
相1和相2之间出现问题时，相1控制模块断开相2的电力供应。
接下来，相2控制模块终止相3的MOC信号，以类似的方式相3控制模块中断相1的电力模块信号。
相2和相3之间的连通，需要附加一开关处理两相。
(3)440V单相、双相和三相电流
模块一说明。该模块包括：440V电力输入(1)，其连接到双电容10K微法组件(2)，三个(一个10K欧姆，两个10M欧姆)电阻(3)，与整流桥BA157GP、5K欧姆电阻连通，连接到下述部件：，1K欧姆电阻(5)、连接到MOC3041(6)，连接到TRIAC Q6040P(7)；此外，整流桥(4)连接到100K欧姆的电阻(8)和信号LED(9).除此之外，270欧姆的电阻连接到开关以消除电力输出上的电压泄漏
第二模块的说明。该模块包括：440V电力输入(1)，440V电力输入(1)连接到33K微法电容器(2)，随后整流桥BA157GP(3)和500欧姆的电阻，所有这些与下述组件连通：连通到16V、2.2微法的电容器(5)的晶体管BC547(4)，连通到稳压二极管IN4733A(6)，1K欧姆的电阻(7)；16V、10微法的电容(8)；TQ2-12V微型继电器(9)；馈送信号LED(11)的33K欧姆电阻(10)。
两个模块通过440V、3A转换开关连通。
***运行说明。电力线定向到电容或电阻的子电路组件或模块，在此位置电压从440伏降到33伏(+/-5％变化)，并馈送整流桥，和5K欧姆的电阻，这反过来又以1.5V馈送MOC3041。MOC驱动或触发TRIAC Q6040P栅极，TRIACQ6040P栅极又定向到电力输出，在电力输出出现故障(短路)的情况下，电压通过开关反馈到第二模块电容器，从而激活阻止操作。
第二模块激活后，第二模块整流桥馈送33K微法拉电容器(2)，随后BA1576P整流桥(3)和500欧姆电阻，这些部件与以下部件连通：连通到16V、2.2微法电容器(5)的BC547晶体管(4)，这些连通到IN4733A稳压二极管(6)，1K欧姆的电阻(7)；16伏、10微法的电容(8)；和TQ2-12伏微继电器(9)，该继电器中断MOC电源供应触发TRIAC门，从而消除短路故障状态。
一旦故障(短路)状况得以改善，***手动或自动恢复电压到电力输出。
两相和三相操作
电力***在每相包括电力模块和控制模块
相1和相2之间出现故障时，相1控制模块断开相2的电力供应
接下来，相2控制模块中止相3的MOC信号，以类似的方式相3控制模块停止相1电力模块信号
相2和相3之间的连通，需要附加一开关处理两相。
虽然本发明的示例性的值是127，220和440V电压和更高电压，但其不构成对本发明所用电压的限制，包含于模块1和2的电压可以根据应用电压的需要进行调整。
附图说明
图1：用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***
(1)模块一
(2)第二模块；和
(3)开关
图2：用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***的模块一
(1)电力输入
(2)电容
(3)电阻
(4)整流桥
(5)电阻
(6)MOC光电耦合器
(7)TRIAC三端双向可控硅开关元件
(8)电阻；和
(9)信号LED
图3：用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***的第二模块
(1)电力供应线
(2)电容
(3)整流桥
(4)晶体管
(5)电容
(6)稳压二极管
(7)电阻
(8)电容
(9)继电器
(10)电阻；和
(11)信号LED。

Claims (16)

1.用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，其特征在于集成两个子电路，一个供应子电路和另一个控制子电路，二者连通，电路和其子电路形成固态开关。
2.用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，其特征在于第一子电路的供应模块或电力模块通过开关集成到控制或第二子电路。
3.用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，其特征在于供应或电力电路包括连接到双电容组件的电力供应线，和三个电阻。
4.用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，其特征在于电容组件和电阻供应整流桥。
5.用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，其特征在于整流桥连接到电阻。
6.用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，其特征在于整流桥供应MOC光电耦合器。
7.用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，其特征在于MOC光电耦合器触发TRIAC输出。
8.用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，其特征在于如果短路故障发生，输出通过开关定向到控制模块或子电路。
9.用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，其特征在于控制模块包括需要通过开关定向的输出的电容。
10.用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，其特征在于电容馈送整流桥。
11.用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，其特征在于整流桥连接到晶体管组件、电容和稳压二极管。
12.用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，其特征在于晶体管组件连接电容与其电阻。
13.用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，其特征在于电容馈送继电器。
14.用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，其特征在于继电器激活MOC，相继触发TRIAC关闭。
15.用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，其特征在于TRIAC，输出关闭，在平均30微妙的时间中断输出，防止电弧产生、阈值降低和热量散发。
16.用于检测早期短路故障的自动及自我维持的电子***，其特征在于电力供应手动或自动恢复。
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