一種三相過壓檢測保護裝置的製作方法

2023-06-02 21:41:06

專利名稱：一種三相過壓檢測保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及保護開關技術領域，特別涉及一種三相過壓檢測保護裝置。
背景技術：
隨著社會電器化程度的越來越高，對於安全用電的要求也就越來越高。目前，在家庭或工業現場的用電應用中，三相電源系統易受到外界因素影響而造成電源系統的異常。 例如負載發生故障形成三相系統的負載不對稱、或、接線錯誤、或電源系統出現問題，這樣，易出現過壓現象。而過壓後的高壓會對用電設備造成損壞。目前，對於三相電源系統的過壓保護多採用分離開關進行保護，即三個獨立的單相過壓檢測單元分別檢測一相電源的電壓，當一相電源出現過壓現象時，即可切斷電源，保護用電設備不受到損壞。可見，對於三相電源系統的過壓保護需要三個單相過壓檢測檢測單元才能實現， 這樣，不僅三相電源系統的過壓保護電路複雜，而且成本也比較貴。

實用新型內容本實用新型提供一種三相過壓檢測保護裝置，用以簡化三相電源系統的過壓保護電路。本實用新型提供一種三相過壓檢測保護裝置，包括整流單元、檢測單元和觸發單元，其中，所述整流單元包括三條整流電路，其中，每條整流電路將三相電源系統中的一相交流電壓信號進行整流處理獲得對應的直流電壓信號，並輸出給檢測單元；所述檢測單元包括三條採樣電路以及一條檢測電路，其中，每條採樣電路獲得一路直流電壓信號後，進行採樣處理，並將處理後的採樣信號輸出給所述檢測電路，所述檢測電路將接收到的三路採樣信號中電壓值最大的採樣信號確定為檢測信號，並當所述檢測信號的電壓值大於設定電壓值時，將觸發信號發送給所述觸發單元；所述觸發單元響應於所述觸發信號，產生一驅動信號，以切斷所述三相電源系統到負載的電連接。根據本實用新型實施方式，三相過壓檢測保護裝置先將三相電源系統中的每相交流電信號整流後轉化為對應的直流電信號，然後，對每路直流電進行採樣處理後，將電壓值最大的採樣信號確定為檢測信號，並將檢測信號的電壓值與設定電壓進行比較，當該檢測信號的電壓值超過設定電壓時，通過觸發單元產生一驅動信號，以切斷所述三相電源系統到負載的電連接，從而實現了過壓保護。根據本實用新型實施方式，三相過壓檢測保護裝置的採樣電路包括串聯分壓電路以及濾波電路，其中，所述串聯分壓電路包括至少三個電阻，將獲得的直流電壓信號進行分壓處理後，輸出給所述濾波電路進行濾波處理。這樣，通過採樣電路將峰值比較大的半波直流電信號轉化為電壓值較小且穩定的直流電信號，即獲得電壓值較小且穩定的採樣信號。
濾波電路包括包括二極體以及連接在該二極體的陰極和地之間的RC並聯濾波支路。根據本實用新型實施方式，三相過壓檢測保護裝置的檢測電路包括隔離開關電路以及比較電路，其中，所述隔離開關電路獲得三路採樣信號後，將電壓值最大的採樣信號確定為檢測信號，並輸出給所述比較電路；所述比較電路將所述檢測信號的電壓值與設定值進行比較，並當所述檢測信號的電壓值大於設定電壓值時，輸出觸發信號給所述觸發單兀。而隔離開關電路包括三個二極體，其中，每個二極體的陽極分別與一條採樣電路的輸出端連接；每個二極體的陰極均與所述比較電路的輸入端連接二極體。通過隔離開關電路將電壓值最大的採樣信號確定為檢測信號，實現了三路採樣信號的隔離。根據本實用新型實施方式，三相過壓檢測保護裝置中比較電路包括電壓比較器或電壓檢測晶片等這些市場上成熟的產品，這樣，減低了三相過壓檢測保護裝置的成本了。三相過壓檢測保護裝置中的觸發單元包括可控矽，該可控矽的觸發端與檢測電路的輸出端連接，這樣實現了信號隔離，一點觸發，提高了三相電源系統使用的安全性。另外， 該三相過壓檢測保護裝置的觸發單元還可包括消抖電路，所述消抖電路輸對所述檢測電路輸出的觸發信號進行濾波處理後輸出給可控矽的觸發端。該消抖電路可防止觸發信號的抖動，保證了觸發信號的精度和平滑。根據本實用新型實施方式，三相過壓檢測保護裝置中所述三條整流電路輸出的三路直流電壓信號以隔離方式用作驅動脫扣機構的電源以使得所述三相電源系統到負載的電連接斷開，這樣，三相電源系統中的三相交流信號互不影響，進一步提高了三相電源系統的安全性。

下文將以明確易懂的方式通過對優選實施方式的說明並結合附圖來對本實用新型上述特性、技術特徵、優點及其實施方式予以進一步說明，其中圖1為根據本實用新型實施方式，三相過壓檢測保護裝置結構的示意圖；圖2為根據本實用新型實施方式，三相過壓檢測保護裝置中採樣電路的示意圖；圖3為根據本實用新型實施方式，三相過壓檢測保護裝置中檢測電路的示意圖；圖4為根據本實用新型具體實施方式
，三相過壓檢測保護裝置結構的示意圖。參考符號表100整流單元101-103第一至第三整流電路200檢測單元201-203第一至第三採樣電路檢測電路204210串聯分壓電路220濾波電路230隔離開關電路240比較電路[0032]300觸發單元D 二極體
C 電容R 電阻L 線圈U集成晶片
具體實施方式
為對本實用新型的技術特徵，目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本實用新型的具體實施方式
，在各圖中相同的標號表示相同的部分。為清楚表示各部件的結構及其相互關係，附圖中各部件的比例關係僅為示意性的，並不表示實際結構的比例關係。 另外，在說明書有關名稱前所述「第一」、「第二」或「第三」等僅用於區分各部件，標識各部件的相對位置關係，並不表示部件的絕對位置、安裝步驟及相對重要性。圖1為本實用新型的一種三相過壓檢測保護裝置，包括整流單元100、檢測單元 200和觸發單元300，其中，整流單元100包括三條整流電路，其中，每條整流電路將三相電源系統中的一相交流電壓信號進行整流處理獲得對應的直流電壓信號，並將獲得的三路直流電壓信號輸出給檢測單元200。這裡，三條整流電路分別為第一整流電路101，第二整流電路102，以及第三整流電路103。每條整流電路的輸入端對應三相電源系統中的一相交流電壓信號輸出端。三相電源系統中的各相交流電壓信號之間存在120°的相差，因此，經過整流單元100整流後，三條整流電路輸出存在120°相差的直流電壓信號。整流電路一般由二極體組成，該二極體可對交流電壓信號進行半波整流，獲得直流電壓信號，這裡直流電壓信號一般為半波直流電壓信號。該半波直流電壓信號的峰值也比較大。例如現有家庭所用電網中整流後獲得半波直流電壓信號的峰值為110V。檢測單元200包括三條採樣電路201-203以及一條檢測電路204，其中，每條採樣電路獲得一路直流電壓信號後，進行採樣處理，並將處理後的採樣信號輸出給檢測電路 204。這樣該檢測電路204可獲得三路採樣信號，並將其中電壓值最大的採樣信號確定為檢測信號。當檢測信號的電壓值大於設定電壓值時，比較電路向觸發單元300發出一觸發信號。這裡，三條採樣電路分別為第一採樣電路201，第二採樣電路202，以及第三採樣電路203。每條採樣電路的輸入端與整流單元100中的一條整流電路輸出端對應。例如 第一採樣電路201與第一整流電路101連接，第二採樣電路202與第二整流電路連接102， 第三採樣電路203與第三整流電路103連接。這樣，每條採樣電路從對應的整流電路獲得直流電壓信號，並進行採樣處理，獲得電壓值穩定的直流電壓信號，即採樣信號。由於每條採樣電路獲得直流電壓信號一般為峰值較大的半波直流電壓信號，經過採樣處理後，可獲得電壓值較小且穩定的直流電壓信號。 例如採樣電路可將峰值為Iiov的半波直流電壓信號轉為電壓值恆定的採樣信號，較佳地，該採樣信號的電壓值小於5V，例如4V，3V。[0046]檢測電路204獲得的三個採樣信號後，將電壓值最大的採樣信號確定為檢測信號，並當檢測信號的電壓值大於設定電壓值時，將一觸發信號發送給觸發單元300。即將確定的檢測信號的電壓值與設定電壓值進行比較，根據比較結果輸出高電平或低電平給觸發單元300。例如當確定的檢測信號的值大於設定電壓值時，該檢測電路204輸出高電平，即有效的觸發信號，當獲得的檢測信號的值小於設定電壓值時，該檢測電路204輸出低電平， 即無效的觸發信號。當然也可以與此相反。觸發單元300響應於該觸發信號，產生一驅動信號，以驅動並切斷三相電源系統到負載的電連接。即觸發單元300根據檢測單元200輸出的觸發信號而動作。本實用新型實施例中，該三相過壓檢測保護裝置可與斷路器聯合使用，進行過壓保護。在三相過壓檢測保護裝置的觸發單元300連接到一脫扣機構，觸發單元300產生的驅動信號可驅動該脫扣機構動作，並由此使得斷路器斷開從三相電源系統到負載的電連接。 其中脫扣機構可包括一個脫扣線圈。在一個實施例中脫扣線圈與觸發單元中的可控矽串聯，可控矽處於常開狀態，當可控矽被觸發後，可控矽導通，從而與之串聯的脫扣線圈可因得電而執行脫扣動作。優選地，為了確保安全，例如可直接將三條整流電路的輸出端並聯後 (例如，三路整流電路輸出的直流電壓信號以彼此隔離的方式連接，為脫扣機構的驅動電路供電)作為用於驅動脫扣機構的電源。例如，三條整流電路的輸出端並聯後連接在脫扣線圈的一端，脫扣線圈的另一端通過觸發單元300接地。這樣的好處是，即使某相電源因故障而掉電，一旦其他兩相中任一出現過壓，脫扣機構依然得電而執行脫扣動作。這樣，當比較電路240確定檢測信號的電壓值大於設定電壓值時，將觸發信號發送給觸發單元300，而觸發單元300響應於該觸發信號而產生一驅動信號，以促使脫扣線圈執行脫扣動作，斷開三相電源到負載電路的開關，從而實現了過壓保護。本實用新型實施例中，三條整流電路的輸出的直流電壓信號還可分別經過二極體後再並聯接入到脫扣線圈的一端，即整流單元100輸出的每路直流電壓信號分別與一個二極體的陽極連接，每個二極體的陰極並聯後與脫扣線圈的一端連接，線圈的另一端通過觸發單元300與地連接。這樣，當一相電源出現過壓時，與該相連接的二極體導通，其他兩個二極體截止，實現了信號的隔離，提高了切斷電路的穩定性，也進一步提高了過壓保護的準確率。在上述實施例中，檢測單元200中的每條採樣電路都是一樣的，如圖2所示，採樣電路包括串聯分壓電路210，和濾波電路220。其中，由至少三個電阻組成串聯分壓電路210，有兩個電阻串聯，也可以進行分壓，但是本實用新型實施例中須將峰值比較大的半波直流電信號轉分壓為峰值較小的半波直流電信號，這樣，兩個電阻時，功率會比較大，因此，優選需要三個，四個或更多個電阻串聯組成串聯分壓電路。如圖2所示中，串聯分壓電路包括三個電阻，分別為R1、R2、R3。串聯分壓電路210將獲得的直流電壓信號進行分壓處理後，輸出給濾波電路220 進行濾波處理。因此，經過串聯分壓電路210的分壓處理後，濾波電路220兩端輸入的半波直流電信號的峰值比較小。例如濾波電路220兩端的輸入半波直流電信號的峰值小於5V。 通過串聯分壓電路210的分壓，濾波電路220兩端的輸入的是峰值較小的半波直流電信號， 通過濾波電路200獲得電壓值小且穩定的直流電信號。如圖2所示中，濾波電路220包括二極體以及連接在該二極體的陰極和地之間的RC並聯濾波支路，即濾波電路220包括二極體D1，電容Cl，以及電阻R4，其中，電容Cl與電阻R4並聯後一端與二極體Dl的陰極連接，另一端接地。在上述實施例中，檢測單元200中的檢測電路204如圖3所示，包括隔離開關電路230以及比較電路M0，其中，隔離開關電路230獲得三路採樣信號後，將電壓值最大的採樣信號確定為檢測信號，並輸出給比較電路MO ；而比較電路240將檢測信號的電壓值與設定值進行比較，並當檢測信號的電壓值大於設定電壓值時，輸出觸發信號給觸發單元300。如圖3所示，隔離開關電路230的三個二極體，分別為D1、D2、以及D3，其中，每個二極體的陽極分別與一條採樣電路的輸出端連接；每個二極體的陰極均與比較電路MO的輸入端連接。當三條採樣電路的輸出的採樣信號的電壓值不相等，其中，一條採樣電路的輸出的採樣信號的電壓值最大，則與其連接的二極體導通，而其他的二極體截止，因此，經過隔離開關電路230後，電壓值最大的採樣信號輸入比較電路240中。當三條採樣電路的輸出的採樣信號的電壓值相等時，則三個二極體都截止，無檢測信號輸入比較電路MO中。比較電路240包括電壓比較器或電壓檢測晶片。由於電壓比較器或電壓檢測晶片等都是市場上成熟的產品，這樣，減低了三相過壓檢測保護裝置的成本了。上述實施例中，三相過壓檢測保護裝置中的觸發單元300可以高電平觸發或低電平觸發，一般該觸發單元300包括可控矽，但是本實用新型實施例中不限於此，該觸發單元 300還包括消抖電路，該消抖電路對檢測電路204輸出的觸發信號進行濾波處理後輸出給可控矽的觸發端，這樣，可防止觸發信號的抖動，保證了觸發信號的精度和平滑。消抖電路可由並聯的電阻和電容組成。上述實施例中只描述了採樣電路，以及檢測電路的一種具體電路形式，但是本實用新型實施例不限於此，其他具有採樣，隔離等功能的電路也可作為本實用新型實施例中的採樣電路或檢測電路。下面結合說明書附圖對本實用新型實施例作進一步詳細描述。參見圖4，本實施例中，三相電源系統的三相交流電壓分別為Ua，Ub, Uc0 fe輸出的交流電壓信號經二極體D4進行整流處理後分別輸入二極體D1，以及Rl中。證輸出的交流電壓信號經二極體D5進行整流處理後分別輸入二極體D2，以及R6中。Uc輸出的交流電壓信號經二極體D6進行整流處理後分別輸入二極體D3，以及Rll中。下面以A相整流後的實現過壓保護為例進行描述，R1、R2、R3、以及R4串聯，組成三相過壓檢測保護裝置的採樣電路中的串聯分壓電路。二極體D7、電容Cl，以及電阻R5組成的採樣電路中的濾波電路，該濾波電路與R4並聯。在該濾波電路中，電容Cl與電阻R5並聯後與二極體D7的陰極連接，這樣，D7對電容Cl單方向充電，獲得電壓值穩定的直流電壓信號，即採樣信號。當A相出現過壓後，A相對應的採樣信號的電壓值分別大於B相，以及C相對應的採樣信號，因此，D8導通，而D10，以及D12截止，此時，A相對應的採樣信號為檢測信號輸入比較電路Ul中。即該檢測信號經過隔離開關電路中的二極體D8接入比較電路Ul的輸入端。這裡，比較電路UI為S80145，該檢測電路的參考電壓一般為4. 5V，即本實施例中設定電壓值為 4. 5V。此時，檢測信號的電壓值大於4. 5V時，S80145輸出觸發信號給觸發單元，這裡觸發信號為高電平。觸發單元包括可控矽U2，以及消抖電路。該消抖電路由並聯的R16和 C4組成。這樣觸發信號經過消抖電路後輸入可控矽U2的觸發端。由於二極體Dl、D2、以及D3的陰極並聯後與脫扣機構中的脫扣線圈Ll的一端連接，脫扣線圈Ll的另一端與可控矽U2連接。這樣，由於A相過壓，Dl導通，D2和D3截止， 可控矽U2導通，脫扣線圈Ll執行脫扣動作，從而，使得斷路器斷開從三相電源系統到負載的電連接，從而，實現了過壓保護。B、C相的過壓保護與上述過程相同，就不再累述了。在上述實施例中，三相電源系統輸出的三相交流信號整流後分別經過一個二極體後再並聯接入斷路器的脫扣線圈的一端，該脫扣線圈的另一端通過可控矽U2與地連接。這樣，可控矽U2觸發後，表明一相電源過壓，與該項對應的二極體導通，從而，脫扣線圈執行脫扣動作，使得斷路器斷開從三相電源系統到負載的電連接。由於，三相交流信號整流後分別經過一個二極體後並聯與線圈的一端連接，這樣，當三相電源系統中任何一相電源出現過壓時，都可切斷負載電路，並且由於與其他兩相對應的二極體截止，因此，不會對其他兩相電源造成損壞。當然，本實用新型實施例不限於此，三相電源系統輸出的三相交流信號整流後直接並聯接入脫扣線圈的一端，該脫扣線圈的另一端通過可控矽U2與地連接；或者，三相電源系統輸出的任意一相交流信號整流後經過一個二極體與脫扣線圈的一端連接，該脫扣線圈的另一端通過可控矽U2與地連接；或者，三相電源系統輸出的任意一相交流信號整流後直接與斷脫扣線圈的一端連接，該脫扣線圈的另一端通過可控矽U2與地連接。本實用新型實施方式，三相過壓檢測保護裝置先將三相電源系統中的每相交流電信號整流後轉化為對應的直流電信號，然後，對每路直流電進行採用處理後，將將電壓值最大的採樣信號確定為檢測信號，並將檢測信號的電壓值與設定電壓進行比較，當該檢測信號的電壓值超過設定電壓時，通過觸發單元產生一驅動信號，以切斷所述三相電源系統到負載的電連接，從而實現了過壓保護。並且，三相過壓檢測保護裝置能分別獲取三相電源系統中每相交流電信號對應的採樣信號，並在輸入檢測電路前，進行了隔離，只將電壓值最大的採樣信號確定為檢測信號，這樣，只需將一路採樣信號與設定電壓值進行比較，就可實現過壓保護，簡化了電路。另外，三相電源系統輸出的三相交流信號整流後分別經過一個二極體後再並聯與脫扣機構中的脫扣線圈連接，這樣，進行了信號的隔離，三相電源系統中的三相交流信號互不影響，進一步提高了三相電源系統的安全性。上文通過附圖和優選實施方式對本實用新型進行了詳細展示和說明，然而本實用新型不限於這些已揭示的實施方式，本領域技術人員從中推導出來的其它方案也在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種三相過壓檢測保護裝置，包括整流單元(100)、檢測單元(200)和觸發單元 (300)，其中，所述整流單元(100)包括三條整流電路，其中，每條整流電路將三相電源系統中的一相交流電壓信號進行整流處理獲得對應的直流電壓信號，並輸出給檢測單元(200)；所述檢測單元(200)包括三條採樣電路以及一條檢測電路(204)，其中，每條採樣電路獲得一路直流電壓信號後，進行採樣處理，並將處理後的採樣信號輸出給所述檢測電路 (204)，所述檢測電路(204)將接收到的三路採樣信號中電壓值最大的採樣信號確定為檢測信號，並當所述檢測信號的電壓值大於設定電壓值時，將觸發信號發送給所述觸發單元 (300)；所述觸發單元(300)響應於所述觸發信號，產生一驅動信號，以切斷所述三相電源系統到負載的電連接。
2.如權利要求1所述的裝置，所述採樣電路包括串聯分壓電路(210)以及濾波電路 (220)；其中，所述串聯分壓電路(210)包括至少三個電阻，將獲得的直流電壓信號進行分壓處理後，輸出給所述濾波電路(220)進行濾波處理。
3.如權利要求2所述的裝置，其中所述濾波電路(220)包括二極體以及連接在該二極體的陰極和地之間的RC並聯濾波支路。
4.如權利要求1所述的裝置，所述檢測電路(204)包括隔離開關電路(230)以及比較電路(240)，其中，所述隔離開關電路(230)獲得三路採樣信號後，將電壓值最大的採樣信號確定為檢測信號，並輸出給所述比較電路(240)；所述比較電路(240)將所述檢測信號的電壓值與設定值進行比較，並當所述檢測信號的電壓值大於設定電壓值時，輸出觸發信號給所述觸發單元(300)。
5.如權利要求4所述的裝置，所述隔離開關電路(230)包括三個二極體，其中，每個二極體的陽極分別與一條採樣電路的輸出端連接；每個二極體的陰極均與所述比較電路(240)的輸入端連接。
6.如權利要求4所述的裝置，所述比較電路(240)包括電壓比較器或電壓檢測晶片。
7.如權利要求1所述的裝置，所述觸發單元(300)包括可控矽，所述可控矽的觸發端與所述檢測電路(204)的輸出端連接，響應於所述觸發信號，所述可控矽導通，以提供驅動信號，使得所述三相電源系統到負載的電連接斷開。
8.如權利要求7所述的裝置，所述觸發單元(300)還包括消抖電路，所述消抖電路對所述檢測電路(204)輸出的觸發信號進行濾波處理後輸出給所述可控矽的觸發端。
9.如權利要求8所述的裝置，所述消抖電路包括並聯的電阻和電容。
10.如權利要求1所述的裝置，其中所述三條整流電路輸出的三路直流電壓信號以彼此隔離方式為使得所述三相電源系統到負載的電連接斷開的機構供電。
專利摘要本實用新型公開一種三相過壓檢測保護裝置，用以簡化三相電源系統的過壓保護電路。該三相過壓檢測保護裝置，包括整流單元、檢測單元和觸發單元，其中，整流單元包括三條整流電路，其中，每條整流電路將三相電源系統中的一相交流電壓信號轉換為直流電壓信號輸出給檢測單元；檢測單元包括三條採樣電路以及一條檢測電路，其中，每條採樣電路獲得一路直流電壓信號後，轉換為採樣信號輸出給檢測電路，檢測電路將接收到的三路採樣信號中電壓值最大的採樣信號確定為檢測信號，並當測信號的電壓值大於設定電壓值時，將觸發信號發送給觸發單元；觸發單元響應於觸發信號，產生一驅動信號，以切斷三相電源系統到負載的電連接。
文檔編號G01R19/165GK202167825SQ20112022689
公開日2012年3月14日 申請日期2011年6月29日 優先權日2011年6月29日
發明者包章堯, 張紅申, 熊燾 申請人:上海西門子線路保護系統有限公司