專利名稱：自供電型數(shù)字繼電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
自供電型數(shù)字繼電器技術(shù)領(lǐng)域[0001 ] 本實用新型涉及一種自供電型數(shù)字繼電器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有繼電器裝置包括斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作的控制裝置，所 述控制裝置根據(jù)被控線路的電流、電壓等信號進(jìn)行故障分析判斷，在發(fā)生故障或到達(dá)其它 跳閘標(biāo)準(zhǔn)時自動控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(hù)不便，而且還易于出現(xiàn)因電源失效 導(dǎo)致的控制失效。
實用新型內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實用新型提供了一種自供電型數(shù)字繼電器，這種 繼電器采用數(shù)字分析方式進(jìn)行故障分析，并且不需要設(shè)置外部電源。本實用新型實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種自供電型數(shù)字繼電器，包括斷路器、 采集用電流互感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(shù)轉(zhuǎn)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(yīng)的被控線路 的電流信號，其輸出端連接與其對應(yīng)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(yīng)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(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)的控制端連接，所述跳閘控制線上設(shè)有跳閘 電控開關(guān)，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(guān)的控制端。本實用新型的有益效果是由于通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并 采用微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)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(shù)的設(shè)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(zhǔn)確、更迅速、更靈活；由于通過采集用電流互感器獲得感應(yīng)電流，并經(jīng)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(shè)置外部輔 助電源，不僅有利于簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本和運(yùn)行費(fèi)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(dǎo)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(shù)字繼電器，包括斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(shù)轉(zhuǎn)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(yīng)的被控線路的電流信號，其輸出端連接與其對 應(yīng)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(yīng)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(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)的控制端連接，所述跳間控制線上設(shè)有跳間電控開關(guān)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(guān)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(dāng)用于采集相應(yīng)線路的電流信 號時，通常應(yīng)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(chǎn)生出感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流在一定范圍內(nèi)與相應(yīng)線路上的電 流具有一定的比例關(guān)系，由此可以判斷出相應(yīng)線路上的電流情況，進(jìn)而判斷出是否存在故 障以及故障的性質(zhì)。根據(jù)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(jìn)行連接。所述電控開關(guān)可以采用任意適宜的形式，例如各種電路或元件構(gòu)成的電子開關(guān)或 接觸器，其控制方式可以采用相應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)。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(shù)量可 以均選擇為3個，由此適應(yīng)于對三相交流電線路的控制。所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理器和 電源管理電路的數(shù)量可以均選擇為1個，以簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。所述低通濾波電路的輸出端與所述模/數(shù)轉(zhuǎn)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(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端。設(shè)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(shù)字化處理。所述模/數(shù)轉(zhuǎn)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(shù)轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)優(yōu)選為低能量型的永磁型結(jié)構(gòu)。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(chǎn)品成 本和運(yùn)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(gòu)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(gòu)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(jìn)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(jìn)行 電能存儲，在周期工作方式下或沒有感應(yīng)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(shù)字繼電器還可以設(shè)有比較電路和硬件保護(hù)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(hù)電路的輸入端，所述硬件保護(hù)電路的輸出信號線路連接所述跳間電控開關(guān)的控制端。由此，在微 處理器及有關(guān)電路出現(xiàn)故障時，可以通過這些硬件電路繼續(xù)進(jìn)行有效的控制。所述微處理器可以與所述硬件保護(hù)電路相互通信連接，以實現(xiàn)微處理器同硬件保 護(hù)電路之間的通信，協(xié)調(diào)兩套控制系統(tǒng)的工作，在微處理器及其相應(yīng)電路有效工作的情況 下，由微處理器進(jìn)行相應(yīng)的控制，在微處理器及其相應(yīng)電路出現(xiàn)問題后，由硬件電路進(jìn)行控 制。本實用新型的工作原理簡單為本產(chǎn)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(yīng)電流進(jìn)行對微 處理器等供電，同時向斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供跳閘控制的能量。由于采用了微處理器等電 路，本產(chǎn)品具有較寬的整定范圍，可選擇跳閘特性曲線來保護(hù)各種不同的設(shè)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(jìn)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(zhuǎn)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(shù)轉(zhuǎn)換電路)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過高速串行總線與微處理器通信，將該數(shù) 字信號送入微處理器。微處理器可以依據(jù)一定的采樣方式進(jìn)行采樣，例如對工頻交流信號 (50Hz)進(jìn)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(shù)字信號處理 算法，對離散后的信號進(jìn)行計算，得到相應(yīng)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(yīng)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(hù)定值參數(shù)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(hù)整定值，如果相電流超過啟動值，裝置給出報警，通過設(shè)定的跳閘延時后，相應(yīng)的斷電 器被驅(qū)動跳閘。 為了避免單片機(jī)程序(微處理器)運(yùn)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(hù)電路組成的硬件保護(hù)體系，當(dāng)單片機(jī)程序或存儲器故 障或發(fā)生異常后，硬件保護(hù)體系被激活，當(dāng)電流信號超過設(shè)定閾值后，硬件保護(hù)體系輸出控 制信號驅(qū)動斷電器做跳閘動作。
權(quán)利要求1.一種自供電型數(shù)字繼電器，包括斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、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(shù)轉(zhuǎn)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(yīng)的被控線路的電流信號，其輸出端連接與其對應(yīng)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(yīng)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(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入 端，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)的控制端連接，所 述跳間控制線上設(shè)有跳間電控開關(guān)，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(guān)的控制端。
2.如權(quán)利要求1所述的自供電型數(shù)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(shù)量均為3個，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理 器和電源管理電路的數(shù)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(quán)利要求2所述的自供電型數(shù)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(shù)轉(zhuǎn)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(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端。
4.如權(quán)利要求3所述的自供電型數(shù)字繼電器，其特征在于所述模/數(shù)轉(zhuǎn)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(shù)轉(zhuǎn)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(quán)利要求4所述的自供電型數(shù)字繼電器，其特征在于所述斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)為低能 量型的永磁型結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的自供電型數(shù)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(quán)利要求6所述的自供電型數(shù)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(gòu)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(gòu)成所述電源管理電 路的輸出端。
8.如權(quán)利要求7所述的自供電型數(shù)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(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的自供電型數(shù)字繼電器，其特征在于還設(shè)有比 較電路和硬件保護(hù)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(hù)電路的輸入端，所述硬件保護(hù)電路的輸出信號線路連 接所述跳閘電控開關(guān)的控制端。
10.如權(quán)利要求9所述的自供電型數(shù)字繼電器，其特征在于所述微處理器與所述硬件 保護(hù)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(shù)字繼電器，包括斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、采集用電流互感器和控制裝置，所述控制裝置設(shè)有整流電路、隔離用電流互感器、低通濾波電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)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(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)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(guān)的控制端。本實用新型不需要設(shè)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(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者劉顯峰, 陳未遠(yuǎn) 申請人:北京恒源華清電力科技有限公司