專利名稱：超快速精密過電壓保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電器保護(hù)技術(shù)，具體地說是超快速精密過電壓保護(hù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
交流供電系統(tǒng)的過電壓一般可分為雷擊過電壓和內(nèi)部過電壓兩種主要情況，雷擊過電壓又可細(xì)分為雷擊直擊過電壓和雷擊感應(yīng)過電壓兩種方式，而內(nèi)部過電壓也可分為“工頻過電壓(單相接地故障、甩負(fù)荷、空載線末端電壓升高等)、操作過電壓(斷開電感性負(fù)載、合空載線，重合空載線、切空載線路或容性負(fù)載、電弧接地等)”。這些過電壓的共同特點(diǎn)大致表現(xiàn)在出現(xiàn)過電壓時(shí)的峰值電壓較高，但持續(xù)時(shí)間都較短，一般采用防雷保護(hù)裝置或壓敏電阻等器件對低壓(220V.AC，50HZ)供電系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。
還有一種過電壓是電網(wǎng)電壓等級(jí)發(fā)生故障引起的過電壓，這類過電壓發(fā)生在380V.AC電源串入到220V.AC低壓供電回路，這種過電壓不存在持續(xù)時(shí)間有多長的概念，在沒有切斷故障電源以前，這種過電壓將始終存在。目前使用的常規(guī)過電壓保護(hù)器件因切除的時(shí)間太慢而失掉應(yīng)有的保護(hù)作用，往往是重要電器設(shè)備已損壞，過電壓保護(hù)開關(guān)才斷開。
實(shí)踐證明，這種電源電壓等級(jí)故障產(chǎn)生的過電壓，采用動(dòng)作速度很快的壓敏電阻或者瞬間抑制二極管進(jìn)行保護(hù)也很難真正奏效，其重要原因之一就是這些器件電壓等級(jí)的分散性較大而且功率較小，從曾經(jīng)發(fā)生的380V.AC串入220V.AC供電回路的故障情況看，220V.AC電源回路事先已接有250V.AC有效值的壓敏電阻爆裂，造成UPS嚴(yán)重?fù)p壞，同時(shí)造成DCS開關(guān)電源中的壓敏電阻爆裂，開關(guān)電源損壞的嚴(yán)重事故。
到目前為止，國內(nèi)外均未發(fā)現(xiàn)有用于大型精密電器設(shè)備的大功率過電壓保護(hù)裝置，特別是近幾年本發(fā)明人從事DCS(集散型工業(yè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控和管理系統(tǒng))系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)開發(fā)過程中，先后兩次遇到380V.AC串入220V.AC電源系統(tǒng)中，造成數(shù)百萬元的DCS系統(tǒng)損壞的嚴(yán)重事故，深感研制和生產(chǎn)一種能快速、安全、可靠進(jìn)行過電壓保護(hù)裝置的緊迫性和重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種在外部供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能切實(shí)可行的快速過電壓保護(hù)，從根本上確保這些電器設(shè)備用電安全的超快速精密過電壓保護(hù)系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案要對高度連續(xù)性生產(chǎn)過程用大型計(jì)算機(jī)DCS系統(tǒng)等核心自動(dòng)控制設(shè)備實(shí)施過電壓保護(hù)，最關(guān)鍵的問題就是必須從各個(gè)方面充分考慮和研究作為過電壓保護(hù)裝置自身的高可靠性問題，對電源出現(xiàn)的各種內(nèi)部過電壓及雷擊感應(yīng)過電壓等持續(xù)時(shí)間較短的尖脈沖，要具備快速吸收和濾波功能，防止這部份浪涌電壓繼續(xù)傳向后續(xù)電路。對于供電系統(tǒng)出現(xiàn)的真的過電壓，例如400V電壓等級(jí)的電源串入220V電壓等級(jí)，則必須快速檢測出，并以最快的速度將故障電源切斷，做到萬無一失，并具有很強(qiáng)的抗干擾能力，正常供電情況下保證不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作。
為實(shí)現(xiàn)上述功能，采用的具體電路結(jié)構(gòu)為本超快速精密過電壓保護(hù)器包括電源輸入電路(F1)和電源輸出電路(F6)，其特征在于主要由過電壓保護(hù)電路(F4)及過電壓測量和控制電路(F7)構(gòu)成，過電壓保護(hù)電路提供過電壓測量和控制電路電壓信號(hào)，經(jīng)檢測后將控制信號(hào)送回到過電壓保護(hù)電路；過電壓保護(hù)電路(F4)主要由至少一只空氣開關(guān)(2PK2、2PK3)，晶閘管SCR1、SCR2構(gòu)成，晶閘管SCR1的陽極與晶閘管SCR2的陰極連接，晶閘管SCR2的陽極與晶閘管SCR1的陰極連接，SCR1的陰極與空氣開關(guān)的一端相連，SCR2的陰極與空氣開關(guān)的另一端相連，SCR1的門極與過電壓測量和控制電路中的三極管N2的發(fā)射極連接，SCR2的門極與過電壓測量和控制電路中的三極管N3的發(fā)射極連接；過電壓測量和控制電路(F7)是由F7-1和F7-2兩部份構(gòu)成，F(xiàn)7-1(或F7-2)是由變壓器GB1、DB1，整流電路(ZL1、ZL2)，穩(wěn)壓電路，電壓基準(zhǔn)電路(JZ1、RP1、C14、R7、R8)，測量電路(C9、C10、R9、R10)，比較放大電路和功率放大電路構(gòu)成，其聯(lián)接為變壓器的次級(jí)線圈與整流電路連接，整流電路(ZL1)與穩(wěn)壓電路連接，穩(wěn)壓電路又與電壓基準(zhǔn)電路連接，整流電路(ZL2)與測量電路連接，比較放大電路的輸入端與測量電路和電壓基準(zhǔn)電路連接，比較放大電路的輸出端與功率放大電路連接，功率放大電路的輸出信號(hào)與過電壓保護(hù)電路F4連接，F(xiàn)7-1還與交直流變換電路F8和過電壓保護(hù)電路F4連接。
本實(shí)用新型的特征還在于過電壓保護(hù)電路還連接有內(nèi)部過電壓吸收電路(F3)，它主要由電感線圈L01，電容C01、C02、C35構(gòu)成，L01的一端與電容C01的一端相連，L01的另一端與C02的一端和C35的一端相連，C01的另一端與C02的另一端和C35的另一端相連接。過電壓保護(hù)電路還連接有輸出移相電路(F5)，它由電感線圈L04和電容C03、C04構(gòu)成，L04的一端與C03的一端和C04的一端連接，C03的另一端與C04的另一端連接。內(nèi)部過電壓吸收電路還連接有雷擊過電壓吸收電路(F2)。
本實(shí)用新型最主要的特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面1、對220V.AC，50HZ或60HZ的大功率電源進(jìn)行超快速過電壓保護(hù)，從系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓到切除故障電源一般僅需約5×10-5秒。
2、由于采用大功率L、C構(gòu)成的濾波器，對雷擊感應(yīng)過電壓和內(nèi)部過電壓有很強(qiáng)的吸收和濾波作用，提高了電源的質(zhì)量和抗干擾能力。
3、特別是當(dāng)高電壓等級(jí)380V.AC串入低電壓等級(jí)的220V.AC回路時(shí)，通過快速過電壓保護(hù)回路和大功率L、C輸出移相電路達(dá)到確保輸出端用電設(shè)備的絕對安全。
4、具有長期運(yùn)行的高可靠性和高穩(wěn)定性，這種高可靠性是通過高質(zhì)量的電力電子器件和先進(jìn)的電路設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)。


圖1為本實(shí)用新型的過電壓保護(hù)器方框圖；圖2為本實(shí)用新型的過電壓保護(hù)器的電路原理圖；圖3為本實(shí)用新型的測量和控制電路方框圖；圖4為本實(shí)用新型的交直流變換電路原理圖。
具體實(shí)施方案如圖1所示，本實(shí)用新型包括超快速精密過電壓保護(hù)器由電源輸入電路F1、雷擊過電壓吸收電路F2、內(nèi)部過電壓吸收電路F3、過電壓保護(hù)電路F4、過電壓測量和控制電路F7、交直流變換電路F8、輸出移相電路F5和電源輸出電路F6組成。過電壓保護(hù)電路提供過電壓測量和控制電路電壓信號(hào)，經(jīng)檢測后將控制信號(hào)送回到過電壓保護(hù)電路。如圖2所示，過電壓保護(hù)電路F4由兩只雙極空氣開關(guān)2PK2、2PK3，電容C4、C5、C6，電阻R2、R3，電感線圈L2、L3，晶閘管SCR1、SCR2構(gòu)成(也可用門極關(guān)斷晶閘管GTO或絕緣柵雙極型晶體管等類的電力電子器件代替)，晶閘管SCR1的陽極與電感線圈L2的一端和C6的一端相連，C6的另一端與R3的一端相連，R3的另一端與晶閘管SCR1的陰極相連，晶閘管SCR2的陽極與電感線圈L3的一端和C5的一端相連，C5的另一端與R2的一端相連，R2的另一端與SCR2的陰極相連，C4的一端與SCR1的陰極和L3的另一端相連，C4的另一端與SCR2的陰極和L2的另一端相連，雙極空氣開關(guān)的輸出端與C4并聯(lián)，SCR1的門極與過電壓測量和控制電路中的三極管N2的發(fā)射極連接，SCR2的門極與過電壓測量和控制電路中的三極管N3的發(fā)射極連接。過電壓測量和控制電路F7是由F7-1和F7-2兩部份構(gòu)成，F(xiàn)7-1(F7-2的電路構(gòu)成與F7-1相同)是由變壓器GB1、DB1，整流電路ZL1(及電容C7、C28和電阻R5)、ZL2，穩(wěn)壓電路，電壓基準(zhǔn)電路(包括電壓基準(zhǔn)JZ1、可調(diào)電阻RP1、電容C14、電阻R7、R8，其聯(lián)接關(guān)系如圖2所示)，測量電路(包括電容C9、C10，電阻R9、R10，聯(lián)接關(guān)系如圖2所示)，比較放大電路和功率放大電路構(gòu)成，其聯(lián)接為變壓器的次級(jí)線圈與整流電路連接，整流電路ZL1與穩(wěn)壓電路連接，穩(wěn)壓電路又與電壓基準(zhǔn)電路連接，整流電路ZL2與測量電路連接，比較放大電路的輸入端與測量電路和電壓基準(zhǔn)電路連接，比較放大電路的輸出端與功率放大電路連接，功率放大電路的輸出信號(hào)與過電壓保護(hù)電路F4連接，F(xiàn)7-1還與交直流變換電路F8和過電壓保護(hù)電路F4連接其中穩(wěn)壓電路由集成穩(wěn)壓器V1和電容C12、二極D8組成，其聯(lián)接關(guān)系如圖2所示。比較放大電路由運(yùn)算放大器A1、電阻R6、R11、R12、電容C15組成，其聯(lián)接關(guān)系如圖2所示。功率放大器由三極管N1、N2、P1、P2，電阻R13、R14、R15、R16、R29、R30、R33組成，其聯(lián)接關(guān)系如圖2所示。
過電壓保護(hù)電路還連接有內(nèi)部過電壓吸收電路F3，它主要由電感線圈L01(也可在C01與C02之間串入電感線圈L02，如圖2所示)、電容C01、C02、C35構(gòu)成，L01的一端與電容C01的一端相連，L01的另一端與C02的一端和C35的一端相連，C01的另一端與C02的另一端和C35的另一端相連接。
過電壓保護(hù)電路還連接有輸出移相電路F5，它由電感線圈L04(也可在晶閘管SCR1的陰極端與電容C03之間串入電感線圈L03，如圖2所示)和電容C03、C04構(gòu)成，L04的一端與C03的一端和C04的一端連接，C03的另一端與C04的另一端連接。
內(nèi)部過電壓吸收電路還連接有雷擊過電壓吸收電路F2。
交直流變換電路F8的具體構(gòu)成如圖4所示，電源輸入輸出電路F1、F6的具體構(gòu)成如圖2所示。
工作原理如圖2所示，220V.AC 50HZ的單相交流電源，經(jīng)總電源開關(guān)2PK1進(jìn)入超快速過電壓保護(hù)器的輸入電路F1，可同時(shí)顯示出進(jìn)線電源電壓和電流的數(shù)值，有利于對進(jìn)入過電壓保護(hù)器的電源進(jìn)行監(jiān)視。該電源經(jīng)過雷擊過電壓吸收電路F2和內(nèi)部過電壓吸收電路F3后，再將經(jīng)過濾波的平滑電源送往過電壓保護(hù)電路F4、過電壓測量和控制電路F7，并同時(shí)送往AC/DC變換電路F8(圖4所示)。經(jīng)過電壓保護(hù)電路F4后的電源在被送往輸出移相電路F5，經(jīng)移相后的電源才作為超快速過電壓保護(hù)器確認(rèn)的安全電源送往輸出回路F6。
當(dāng)供電電源低于預(yù)先設(shè)定的門檻電壓(例如240V.AC的效值)時(shí)，過電壓保護(hù)電路F4中的兩只晶閘管SCR1和SCR2均處于關(guān)斷狀態(tài)，除去晶閘管很小的漏電流外，該電路不消耗功率。
輸出移相電路F5用于在高電壓串入系統(tǒng)的瞬間，使輸出端的電源電壓較輸入端延遲一定的相位角，這樣，當(dāng)電源出現(xiàn)過電壓，晶閘管SCR1和SCR2還未動(dòng)作(導(dǎo)通)前，確保輸出端的電源電壓仍低于用戶要求的安全電壓值。
當(dāng)進(jìn)入過電壓保護(hù)電路F4的電源電壓超過預(yù)先設(shè)定的門檻電壓時(shí)，過電壓測量和控制電路F7迅速發(fā)出控制信號(hào)，晶閘管SCR1和SCR2總有一只對應(yīng)于電源的正半周或負(fù)半周迅速導(dǎo)通，對電源系統(tǒng)而言，晶閘管SCR1和SCR2導(dǎo)通接近于將電源短路，輸出端的電壓迅速被箝位到約10V，并被迫使雙極空氣開關(guān)2PK1、2PK2和2PK3中的至少一只動(dòng)作(跳開)，從而將事故電源切斷，這就從根本上避免了因空氣開關(guān)動(dòng)作速度慢而導(dǎo)致在空氣開關(guān)跳閘的瞬間又將高電壓串到后續(xù)的重要用電設(shè)備，造成電子元器件損壞的各種事故發(fā)生。
從電源出現(xiàn)事故過電壓到將輸出電源端箝位的時(shí)間約為5×10-5秒，空氣開關(guān)動(dòng)作的時(shí)間長短已不再影響輸出電路F6中Rfz(用電設(shè)備等效電阻)兩端的電壓。
權(quán)利要求1.一種超快速精密過電壓保護(hù)器，包括電源輸入電路(F1)和電源輸出電路(F6)，其特征在于主要由過電壓保護(hù)電路(F4)及過電壓測量和控制電路(F7)構(gòu)成，過電壓保護(hù)電路提供過電壓測量和控制電路電壓信號(hào)，經(jīng)檢測后將控制信號(hào)送回到過電壓保護(hù)電路；過電壓保護(hù)電路(F4)主要由至少一只空氣開關(guān)(2PK2、2PK3)，晶閘管SCR1、SCR2構(gòu)成，晶閘管SCR1的陽極與晶閘管SCR2的陰極連接，晶閘管SCR2的陽極與晶閘管SCR1的陰極連接，SCR1的陰極與空氣開關(guān)的一端相連，SCR2的陰極與空氣開關(guān)的另一端相連，SCR1的門極與過電壓測量和控制電路中的三極管N2的發(fā)射極連接，SCR2的門極與過電壓測量和控制電路中的三極管N3的發(fā)射極連接；過電壓測量和控制電路(F7)是由F7-1和F7-2兩部份構(gòu)成，F(xiàn)7-1(或F7-2)是由變壓器GB1、DB1，整流電路(ZL1、ZL2)，穩(wěn)壓電路，電壓基準(zhǔn)電路(JZ1、RP1、C14、R7、R8)，測量電路(C9、C10、R9、R10)，比較放大電路和功率放大電路構(gòu)成，其聯(lián)接為變壓器的次級(jí)線圈與整流電路連接，整流電路(ZL1)與穩(wěn)壓電路連接，穩(wěn)壓電路又與電壓基準(zhǔn)電路連接，整流電路(ZL2)與測量電路連接，比較放大電路的輸入端與測量電路和電壓基準(zhǔn)電路連接，比較放大電路的輸出端與功率放大電路連接，功率放大電路的輸出信號(hào)與過電壓保護(hù)電路F4連接，F(xiàn)7-1還與交直流變換電路F8和過電壓保護(hù)電路F4連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超快速精密過電壓保護(hù)器，其特征在于過電壓保護(hù)電路還連接有內(nèi)部過電壓吸收電路(F3)，它主要由電感線圈L01，電容C01、C02、C35構(gòu)成，L01的一端與電容C01的一端相連，L01的另一端與C02的一端和C35的一端相連，C01的另一端與C02的另一端和C35的另一端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超快速精密過電壓保護(hù)器，其特征在于過電壓保護(hù)電路還連接有輸出移相電路(F5)，它由電感線圈L04和電容C03、C04構(gòu)成，L04的一端與C03的一端和C04的一端連接，C03的另一端與C04的另一端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超快速精密過電壓保護(hù)器，其特征在于內(nèi)部過電壓吸收電路還連接有雷擊過電壓吸收電路(F2)。
專利摘要本實(shí)用新型是一種超快速精密過電壓保護(hù)器。包括電源輸入電路(F1)和電源輸出電路(F6),其特征在于主要由過電壓保護(hù)電路(F4)及過電壓測量和控制電路(F7)構(gòu)成,過電壓保護(hù)電路提供過電壓測量和控制電路電壓信號(hào),經(jīng)檢測后將控制信號(hào)送回到過電壓保護(hù)電路。過電壓保護(hù)電路還連接有內(nèi)部過電壓吸收電路(F3)和輸出移相電路(F5),內(nèi)部過電壓吸收電路還連接有雷擊過電壓吸收電路(F2)。由于采用大功率L、C構(gòu)成的濾波器,對雷擊感應(yīng)過電壓和內(nèi)部過電壓有很強(qiáng)的吸收和濾波作用,提高了電源的質(zhì)量和抗干擾能力。達(dá)到確保輸出端用電設(shè)備的絕對安全。具有長期運(yùn)行的高可靠性和高穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H02H9/04GK2513271SQ0124797
公開日2002年9月25日 申請日期2001年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月23日
發(fā)明者楊建才 申請人:楊建才