CN103675416A

CN103675416A - 欠压-过压保护装置及方法

Info

Publication number: CN103675416A
Application number: CN201210321607.0A
Authority: CN
Inventors: 包章尧; 杨林; 熊钰
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2032-09-03
Also published as: CN103675416B

Abstract

本发明提出了一种欠压-过压保护装置。该保护装置包括：对于三个交流相中的每一个，该装置包括：一采样电路，用于获取该交流相的线路采样电压；一欠压检测电路、一过压检测电路。其中所述三个过压检测电路中至少之一包括电压检测芯片。

Description

欠压-过压保护装置及方法

技术领域

本发明涉及配电系统供电领域，尤其涉及一种欠压-过压保护装置及方法。

背景技术

一般而言，供电线路上的电压并非一个恒定值，其可能因负荷的变化而相应产生波动。供电线路上的这种电压波动（如欠压或者过压），一旦超出用电设备所能承受的范围，就会对用电设备带来不利的影响，甚或造成用电设备的损坏。因此，通常采用欠压保护和过压保护装置来保证用电设备在正常的供电状态下运行。

欠压保护一般是指当供电线路电压低于一个预定阈值（例如低于标称电压的80%）时，保护装置自动切断供电线路，待到线路电压恢复到正常范围时，保护装置可再次被手动恢复到接通状态。相反，过压保护是指当线路电压超过一个预定值（例如高于标称电压的10%）时，为了防止对用电设备造成损坏，保护装置同样自动切断线路且待线路电压恢复正常时可再手动接通线路。

目前市场上的欠压-过压保护装置主要采用2个分立的脱扣线圈来分别实现欠压和过压的检测和保护动作。图1示例性地示出了一种现有的欠压-过压保护装置100的原理图。如图1所示，供电线路L（火线）和N（零线）用来向用电设备150提供电能。保护装置100设置在用电设备侧，且包括两个脱扣线圈110和120。脱扣线圈110用于在检测到欠压时执行脱扣动作。控制电路140在检测到过压时，触发脱扣线圈120执行脱扣动作，进而以机械传动方式驱动断路器130断开供电线路到用电设备150的电连接。

采用如图1所示的结构可以实现欠压、过压的双重保护。然而，由图1可见，这种欠压-过压保护装置需要两个独立的脱扣线圈来分别实现欠压、过压保护。而每一个脱扣线圈因其机械结构的特点其体积相对较大、成本也较高，特别是与电子元件相比更是如此。这一缺憾显然不能满足当前保护装置小型化、低成本的要求。因此，目前提出了一种仅使用一个脱扣线圈来实现欠压、过压保护的方案。现有技术中，使用了4个比较器来实现三相的过压检测，使用另外4个比较器来实现三相的欠压检测和判断。而且，无论比较器检测到过压还是欠压都在延时后控制唯一的一个脱扣线圈动作。

发明内容

本发明旨在提出了一种用于三相电源系统的欠压-过压保护装置及方法。这种欠压-过压保护装置能够用较少的元件实现过欠压检测和判断。而且，优选地，还可以使用成本相对较低的芯片来实现。

根据本发明一个方面，本发明提出一种欠压-过压检测装置，对于三个交流相中的每一个，该装置包括：一采样电路，用于获取该交流相的线路采样电压；一欠压检测电路，用于在检测到所述交流相的线路采样电压低于一个欠压阈值之后，延时一预定时间再输出一欠压检测电平；一过压检测电路用于在检测到所述交流相的线路采样电压高于一个过压阈值之后，延时一预定时间再输出一过压检测电平，其中所述三个过压检测电路中至少之一包括电压检测芯片；该装置还包括：第一取或电路，对所述三个欠压检测电路的输出和所述三个过压检测电路中不包括电压检测芯片的过压检测电路的输出求或；第一判断电路，当所述第一取或电路的输出为所述欠压检测电平或所述过压检测电平时，输出脱扣触发信号；第二取或电路，对所述第一判断电路的输出以及所述包括电压检测芯片的过压检测电路的输出求或；脱扣触发电路，当所述第二取或电路输出为所述脱扣触发信号或所述过压检测电平，触发脱扣线圈执行脱扣动作。

优选地，所述第一取或电路对所述三个欠压检测电路的输出以及一个所述过压检测电路的输出取或。更为优选地，所述过压检测电路中包含的电压检测芯片为带延时的电压检测芯片。优选地，所述第一判断电路也为带延时的电压检测芯片。更为优选地，所述欠压检测电路包括比较电路和延时电路，且该延时电路延时时间长于所述过压检测电路中包含的电压检测芯片的延时时间。

本发明还提出了一种欠压-过压保护装置，其包括：连接到供电线路上的断路器；能够驱动所述断路器断开连接的脱扣线圈；上述的欠压-过压检测装置，其连接到所述脱扣线圈，用于在检测到三相供电线路中之一上出现过压或欠压时，触发所述脱扣线圈执行脱口，以驱动所述断路器断开供电线路。

由此，本发明中使用了电压检测芯片来进行过压判断和欠压输出判断，相比于传统的比较器，其能够节约成本，缩小电路体积。而且，由于本发明中使用的电压检测芯片带有延时功能，因而能够进一步简化电路，以实现小型化、低成本的要求。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1示出现有的欠压-过压保护装置的示意图；

图2A-2C示例性地示出根据本发明一个实施例的欠压-过压检测装置的结构示意图；

图3示出电压检测芯片的输出波形。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

图2A-2C，（以下简称为图2）示例性地示出了根据本发明一个实施例的欠压-过压检测装置的原理图。根据本发明一个实施例的欠压-过压检测装置总体上在检测到三相的线路电压中任一相出现过压或者欠压时触发脱扣机制，进而促使线路上的断路器130及时切断供电连接。

具体地，如图2所示，脱扣线圈110可以串联在三个交流相中任一上，例如图2所示，其串联在火线L1上。L1上的交流电经整流电路D整流后连接到受控的开关元件270。脱扣线圈110和开关元件270构成一串联支路。当检测装置检测并判断出任一交流相出现欠压或过压时，控制开关元件270导通，由此短路掉作为负载的检测装置而使得脱扣线圈110因瞬间有大电流流过而执行脱扣动作，进而促使相关的断路器断开供电线路连接。

在图2中，检测装置包括整流电路D、采样电路210、欠压检测电路220、过压检测电路230、两个取或（OR）单元240、260以及判断单元250和开关元件270。在图2中，分别针对三个交流相中的每一个的电路用脚标“AAAx,x=1,2或3”表示。在不区分具体交流相的情况下，每种电路总体上用不带脚标的标记表示，例如“240”。

如图2所示，针对每个交流相，设有一个采样电路210x（x=1，2或3）。每个采样电路210对单相的线路电压进行采样，得到单相的线路采样电压V_LineX（x=1，2或3）。采样电路210例如可以为图2中的典型的串联分压电路，采样点的电压V_LineX还经滤波处理（电容C1x）。在采样电路210中设置的稳压管，起到限压的作用，用于限制采样点电压的最大值。

如图2所示，采样电路210得到的单相的线路采样电压V_LineX分别送入相应的欠压检测电路220x和过压检测电路230x，其中x=1，2或3。在图2中，每个欠压检测电路220包括一个比较器221和一个延时电路225。比较器221将线路采样电压V_LineX和一个参考电压V_L进行比较。如果V_LineX小于V_L，则表示出现了欠压，比较器221输出有效值；否则没有欠压，比较器221输出无效值。在图2所示的例子中，比较器221的同相输入端连接到V_LineX，负向输入端连接到参考电压V_L。由此，当V_LineX小于V_L时，比较器221输出有效的低电平，反之比较器221输出无效的高电平。比较器221的输出送入延时电路225。

延时电路225的作用在于对比较器221输出的有效值延迟一预定时间，例如100ms，以避免电压信号中噪声、毛刺导致误判。在图2所示例子中，延时电路225包括一个充当开关元件的三极管Q1x，其连接成共射极电路，基极作为受控端连接到比较器221的输出，其集电极作为输出端且并联有起延时作用的电容C2x。具体的，在延时电路225工作时，当比较器输出无效的高电平时，Q1x导通，拉低电容C2x两端电压，Q1x的集电极为低电平。当比较器输出有效的低电平时，Q1x断开，直流电源Vcc给电容C2x充电，从而抬高Q1x的集电极的电压，即形成为高电平的欠压检测信号。欠压检测电路220的三个输出送入第一取或单元240。

如图2所示，检测装置还包括针对三个交流相的三个过压检测电路230x，其中x=1，2或3。在本发明中，这三个过压检测电路230x可以按照与欠压检测电路类似的方式采用比较器和延时电路的组合来实现，也可以用电压检测芯片来实现。图2的例子中，与火线L1对应的交流相的过压检测电路230₁采用比较电路和延时电路实现，其他两个交流相均采用电压检测芯片来实现。

与欠压检测电路类似，过压检测电路230₁包括比较电路231₁和延时电路235₁。其中，延时电路235₁的结构与欠压检测电路中的延时电路225相同，这里不再赘述。比较电路231将V_Line1与一个参考电压V_H进行比较。在图2所示的例子中，比较电路231的同向端连接有参考电压V_H，负向端连接到V_Line1。如果V_Line1>V_H,则表明出现过压，比较电路输出有效的低电平，反之电压正常，比较电路输出无效的高电平。与欠压检测电路类似，比较电路231的输出经延时电路235延时后送入第一取或单元240。

如图2所示，第一取或单元240对来自欠压检测电路220的三个输出和来自过压检测电路230₁的输出取或，即，如果三个输出中任一为有效的高电平，则输出高电平，即表示相关交流相出现了欠压或者过压。在图2所示的例子中，优选地，电路220和电路230₁的各输出端均连接一个二极管D10~D13，四个二极管的阴极一起连接到判断单元250的输入端，即实现线或（Line-OR）。

图2中另外两个交流相的过压检测电路230₂和230₃均采用带延时的电压检测芯片来实现。这里，电压检测芯片具有检测电压Vd和释放电压Vr，如图3所示。当分别输入到电压检测芯片230₂和230₃的VDD引脚的V_Line2和V_Line3超过释放电压Vr，且在预定的延时时间（例如200ms）内没有低于其检测电压Vd时，则电压检测芯片230₂或230₃输出有效的高电平，表示出现了过压，该有效高电平也可以视作是过压情况下的脱扣触发信号。

再回到判断单元250，图2中的判断单元250同样采用一个带延迟功能的电压检测芯片来实现。也就是说，电路220₁、220₂、220₃和230₁的输出经线或（Line-OR）后送入电压检测芯片250的VDD输入端。如果电路220₁、220₂、220₃和230₁有任一输出为有效的高电平，即，出现欠压指示或过压指示，则该电压检测芯片的输入为高电平。如果该输入高于该电压检测芯片的释放电压且在预定的延时时间（例如100ms）内不低于其检测电压，则判断单元输出一个有效的高电平，即一个有效的脱扣触发信号。

判断单元250的输出和两个过压检测电路230₂和230₃的输出均送入第二取或单元260。如果电路250、230₂和230₃的输出中任一为有效的脱扣触发信号，则该第二取或单元260输出也输出有效的脱扣触发信号。第二取或单元260输出的脱扣触发信号用于驱动开关元件270，即图2中的可控硅导通，从而促使脱扣线圈执行脱扣动作，并继而由断路器130断开供电线路连接。

图2给出的例子中，延时电路和各个比较器、比较电路以及电压检测芯片所需的直流电源均从线路L1上获得。可选的，该直流电源也可以从其他线路，如L2和L3上获得，或者采用电池供电。图2中给出的直流电源电路可以提供两个不同的直流电源电压。直流电源电路中包括稳压管，以获得恒定的电压。

在图2中，第二取或单元260发出的脱扣触发信号耦合到作为开关元件的可控硅270。可控硅270在脱扣触发信号的触发下导通。可控硅270导通导致整流电路D1之后的所有负载被短路，瞬间脱扣线圈110获得一个大电流，并由此而执行脱扣动作。在图2所示的例子中，为了维持脱扣触发信号的稳定，在过压检测电路的输出端还连接有RC并联的延时电路。图2中的可控硅270还可以替换为其他受控开关元件，例如晶闸管、继电器等。

除图2所示的情况之外，两个交流相的过压检测电路也可以包括比较器和延时电路。这种过压检测电路的工作原理与图2中的电路230₁相同，这里不再赘述。图2中所示的过压检测电路330x还可以全部用过压检测芯片来实现，其工作原理与图2中的电路230₂和230₃的原理相同，这里也不再赘述。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种欠压-过压检测装置(200)，其特征在于：

对于三个交流相中的每一个，该装置包括：

一采样电路（210₁、210₂、210₃），用于获取该交流相的线路采样电压；

一欠压检测电路（220₁、220₂、220₃），用于在检测到所述交流相的线路采样电压低于一个欠压阈值（V_L）之后，延时一预定时间再输出一欠压检测电平；

一过压检测电路（230₁、230₂、230₃），用于在检测到所述交流相的线路采样电压高于一个过压阈值（V_H）之后，延时一预定时间再输出一过压检测电平，

其中所述三个过压检测电路中至少之一包括电压检测芯片；

该装置还包括：

第一取或电路（240），对所述三个欠压检测电路的输出和所述三个过压检测电路中不包括电压检测芯片的过压检测电路的输出求或；

第一判断电路（250），当所述第一取或电路的输出为所述欠压检测电平或所述过压检测电平时，输出脱扣触发信号；

第二取或电路（260），对所述第一判断电路的输出以及所述包括电压检测芯片的过压检测电路的输出求或；

脱扣触发电路（270），当所述第二取或电路输出为所述脱扣触发信号或所述过压检测电平，触发脱扣线圈执行脱扣动作。

2.如权利要求1所述的欠压-过压检测装置，其中，所述第一取或电路（240）对所述三个欠压检测电路（220₁、220₂、220₃）的输出以及一个所述过压检测电路（230₁）的输出取或。

3.如权利要求1所述的欠压-过压检测装置，其中，所述过压检测电路中包含的电压检测芯片为带延时的电压检测芯片。

4.如权利要求1-3中任一所述的欠压-过压检测装置，其中，所述第一判断电路（250）为带延时的电压检测芯片。

5.如权利要求3所述的欠压-过压检测装置，其中，所述欠压检测电路包括比较电路和延时电路。

6.如权利要求5所述的欠压-过压检测装置，其中，所述欠压检测电路中的延时电路延时时间长于所述过压检测电路中包含的电压检测芯片的延时时间。

7.一种欠压-过压保护装置，包括：

连接到供电线路上的断路器（130）；

能够驱动所述断路器断开连接的脱扣线圈(110)；

至少一个如权利要求1-6中任一所述的欠压-过压检测装置，其连接到所述脱扣线圈(110)，用于在检测到三相供电线路中之一上出现过压或欠压时，触发所述脱扣线圈执行脱口，以驱动所述断路器断开供电线路。