專利名稱：斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及斷路器，它能夠隨通地漏泄/或過載電流的出現(xiàn)而使負(fù)載與交流電源斷開。
本發(fā)明是提供一種用于交流電源和負(fù)載之間的斷路器，該斷路器包含連接在所述電源和負(fù)載之間的開關(guān)裝置、用于檢測(cè)與所述負(fù)載關(guān)聯(lián)的事故出現(xiàn)的故障檢測(cè)電路以及用于隨所述故障檢測(cè)電路檢測(cè)出所述故障而啟動(dòng)所述開關(guān)裝置從而把所述負(fù)載與所述電源斷開的控制電路，其中，所述故障檢測(cè)電路至少包含第一和第二變壓器，所述第一變壓器至少具有兩個(gè)平衡的初級(jí)繞組和一個(gè)次級(jí)繞組，而所述第二變壓器至少具有兩個(gè)不平衡的初級(jí)繞組和一個(gè)次級(jí)繞組，第一變壓器的所述各初級(jí)繞組與第二變壓器的各對(duì)應(yīng)的初級(jí)繞組串聯(lián)連接，以使所述電源和負(fù)載之間相連接，從而容許相應(yīng)的輸入和輸出負(fù)載電流流通，所述布置使得第一變壓器次級(jí)繞組的輸出信號(hào)表示出輸入和輸出負(fù)載電流的不平衡，用于檢測(cè)通地漏泄事故，以及第二變壓器的次級(jí)繞組的輸出信號(hào)表示幅度正比于輸入/輸出負(fù)載電流幅度的輸入和輸出負(fù)載電流之間的不平衡，用于檢測(cè)電流過載事故。
最好用尺寸基本上相同的各自的金屬絲繞制第一變壓器的各初級(jí)繞組并使它們?cè)褦?shù)相同，從而使所述各初級(jí)繞組成為平衡的。
最好使第二變壓器的各初級(jí)繞組之一具有與其并聯(lián)連接的元件，從而使所述各初級(jí)繞組成為不平衡的。
所述元件最好具有電阻器的形式。
在一個(gè)特定的實(shí)施例中，所述斷路器包括另一個(gè)所述第二變壓器，其中，每個(gè)變壓器具有四個(gè)所述初級(jí)繞組，它們與另外兩個(gè)變壓器的相應(yīng)的初級(jí)繞組串聯(lián)連接，以便在所述電源和負(fù)載之間的三相連接。
最好把每個(gè)第二變壓器的4個(gè)初級(jí)繞組配置成兩對(duì)所述不平衡繞組。
使每個(gè)第二變壓器對(duì)應(yīng)的初級(jí)繞組對(duì)成為同樣不平衡的兩個(gè)元件最好是相同的。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，第二變壓器之一的兩對(duì)不平衡的初級(jí)繞組與其余第二變壓器的不平衡的初級(jí)繞組對(duì)不相對(duì)應(yīng)。
在一個(gè)特定實(shí)施中，所述控制電路配有第一和第二預(yù)定參考電壓，第一參考電壓用于同第一變壓器的次級(jí)繞組的輸出信號(hào)作比較以檢測(cè)通地漏泄事故，而第二參考電壓用于同第二變壓器的次級(jí)繞組的輸出信號(hào)作比較以檢測(cè)電流過載事故。
所述控制電路最好備有幅度相對(duì)地小于上述第二預(yù)定參考電壓的另一個(gè)所述第二預(yù)定參考電壓，用于通過積分電路與第二變壓器或各第二變壓器的次級(jí)繞組的輸出信號(hào)相比較，以檢查考慮過載電流持續(xù)時(shí)間的瞬時(shí)電流過載事故。
下面將參照附圖舉例更具體地描述本發(fā)明，附圖中
圖1是本發(fā)明的斷路器的第一實(shí)施例的三相電路圖；圖2是圖1的斷路器的部分電路圖，說明出現(xiàn)通地漏泄事故時(shí)的運(yùn)作情況；
圖3是圖1的斷路器的部分電路圖，說明出現(xiàn)電流過載事故的運(yùn)作情況；圖4是圖1的斷路器的供選擇的另一個(gè)延時(shí)電路的電路圖；圖5是本發(fā)明的斷路器的第二實(shí)施例的單相簡(jiǎn)化電路圖。
首先參照?qǐng)D1，圖中示出本發(fā)明第一實(shí)施例的斷路器10，該斷路器10有三個(gè)變壓器形式的主要部件，即，變壓器20、30和40，它們構(gòu)成故障檢測(cè)電路。每個(gè)變壓器20/30/40有四個(gè)初級(jí)繞組P1至P4以及一個(gè)次級(jí)繞組S1。變壓器20/30/40的相應(yīng)的初級(jí)繞組P1至P4串聯(lián)連接，在用于連接到三相電源的輸入端X和用于連接到三相負(fù)載的輸出端Y之間構(gòu)成三條帶電線路(黃、紅和藍(lán))和一條中性線(黑)。通過繼電器的四個(gè)各自的開關(guān)SW1至SW4，可以將所述帶電線路和中性線斷開和接通，所述繼電器裝有一個(gè)公共的電磁線圈CO。借助可控硅整流器SCR來控制線圈CO的激勵(lì)。
第一變壓器20用來檢測(cè)通地漏泄事故，而其他兩個(gè)變壓器30和40用來檢測(cè)電流過載事故。
變壓器20的初級(jí)繞組P1至P4是相同的，它們由基本上相同尺寸的各自的金屬絲繞制而成并具有相同匝數(shù)，因此，就初級(jí)側(cè)而論，變壓器20是平衡的。雖然其余兩個(gè)變壓器30/40中每一個(gè)的初級(jí)繞組P3和P4也是相同的，但是，變壓器30的初級(jí)繞組P3和P4與各自的電阻器P1和R2并聯(lián)連接，而變壓器40的初級(jí)繞組P1和P4與各自的電阻器R3和R4并聯(lián)連接。因此，就初級(jí)側(cè)而論，變壓器30/40變成不平衡的。變壓器30/40中的一個(gè)的兩對(duì)不平衡的初級(jí)繞組與變壓器30/40中的另一個(gè)的兩對(duì)不平衡的初級(jí)繞組不相對(duì)應(yīng)。四個(gè)電阻器R1至R4是相同的，它們具有基本上相同的電阻值。因此，變壓器30有第一對(duì)平衡的初級(jí)電路P1和P2以及第二對(duì)平衡的初級(jí)電路P3和P4。同樣，變壓器40也有第一對(duì)平衡的初級(jí)電路P1和P4以及第二對(duì)平衡的初級(jí)電路P2和P3。
所述三個(gè)次級(jí)繞組S1中的每一個(gè)都是一端接地并裝有跨接在其兩端的濾波電容C1。分別用V1、V2、V3表示三個(gè)次級(jí)輸出電壓。
變壓器20的次級(jí)繞組S1的另一端接到電壓比較器50。電壓比較器50裝有運(yùn)算放大器OA1，它使次級(jí)繞組S1的輸出電壓V1與代表通地漏泄電流的最大容許值的預(yù)定參考電壓進(jìn)行比較。當(dāng)輸出電壓V1超過所述參考電壓時(shí)，運(yùn)算放大器OA1提供使可控硅整流器SCR導(dǎo)通的輸出信號(hào)，可控硅整流器SCR隨即激勵(lì)電磁線圈CO而使開關(guān)SW1至SW4斷開，以便使負(fù)載與電源斷開(用斷路器10)。
其余兩個(gè)變壓器30和40的各次級(jí)繞組S1的另一端彼此用線連接，然后連接到另一個(gè)電壓比較器60。電壓比較器60裝有一對(duì)運(yùn)算放大器OA2和OA3，它們把所述次級(jí)繞組S1的輸出電壓V2/V3與第一和第二預(yù)定參考電壓相比較。第一參考電壓相對(duì)地高于第二參考電壓。第一參考電壓代表最大的容許過載電流，不管是瞬時(shí)的還是持續(xù)的，并且，與過載電流的持續(xù)時(shí)間無關(guān)。當(dāng)輸出電壓V2/V3超過第一參考電壓時(shí)，運(yùn)算放大器OA2提供使可控硅整流器SCR導(dǎo)通的輸出信號(hào)，以便用同上述相同的方式使負(fù)載(用斷路器10)與電源斷開。
第二參考電壓代表考慮過載電流持續(xù)時(shí)間的中等的容許過載電流。每當(dāng)輸出電壓V2/V3超過第二參考電壓時(shí)，運(yùn)算放大器OA3就為依次連接以控制硅整流器SCR的延時(shí)電路70提供一種輸出信號(hào)。延時(shí)電路70由運(yùn)算放大器OA4、電容器C2和若干電阻器組成，起運(yùn)算放器OA3的輸出信號(hào)積分器的作用。積分以如下方式進(jìn)行電容器C2隨時(shí)間積累從運(yùn)算放大器OA3接收到的電荷。當(dāng)電容器C2充電到足夠量時(shí)，運(yùn)算放大器OA4啟動(dòng)雙級(jí)晶體管TR而使可控硅整流器SCR導(dǎo)通，從而，以同上述相同的方式使負(fù)載(用斷路器10)與電源斷開。
電路50、60和70一起組成控制電路，用于在變壓器20、30和40檢測(cè)出故障時(shí)作出反應(yīng)而起動(dòng)開關(guān)SW1至SW4，以便使負(fù)載與電源斷開。
圖2說明三相負(fù)載處出現(xiàn)通地漏泄事故導(dǎo)致漏泄電流I4流向大地的情況。三相負(fù)載星形連接，具有連接到黑線(中性線)公共交點(diǎn)。在正常情況下，用I1、I2和I3標(biāo)明的三相電流在流經(jīng)平衡變壓器20時(shí)與中線電流相抵消，因此，變壓器20給出零次級(jí)輸出電壓V1。漏泄電流I4的出現(xiàn)擾亂了負(fù)載電流I1至I3的平衡狀態(tài)，從而產(chǎn)生幅度正比于漏泄電流I4的幅度的非零次級(jí)輸出電壓V1。當(dāng)該次級(jí)輸出電壓V1超過相關(guān)的參考電壓時(shí)，斷路器10起作用而斷開負(fù)載。
圖3說明三相負(fù)載處出現(xiàn)過載電流的情況，所述三相負(fù)載也是星形連接，但公共交點(diǎn)連接到黃線(帶電線)。在正常情況下，由于變壓器30和40在初級(jí)側(cè)是不平衡的，所以，相應(yīng)的次級(jí)繞組S1將給出幅度正比于三相負(fù)載電流I1至I3的幅度的非零輸出電壓V2/V3。當(dāng)由于出現(xiàn)電流過載事故而使三相負(fù)載電流I1至I3中的一路或幾路電流大到不能接受的程度時(shí)，輸出電壓V2/V3會(huì)超過第一參考電壓。一旦出現(xiàn)這種情況，斷路器10將啟動(dòng)而斷開負(fù)載。
變壓器30通過測(cè)量由黃線與紅線之間以及藍(lán)線與黑線之間的電阻器R1和R2人為產(chǎn)生的電流不平衡幅度來監(jiān)視流經(jīng)帶電線路和中性線的電流。變壓器40通過測(cè)量由黃線與黑線之間以及紅線與藍(lán)線之間的電阻器R3和R4人為產(chǎn)生的電流不平衡幅度來監(jiān)視流經(jīng)帶電線路和中性線的電流。在正常情況下，按照正常負(fù)載電流的一定的百分比把流經(jīng)電阻器R1至R4的電流不平衡值規(guī)定在10mA以下，例如，大約1至2mA。由于過載電流必然流經(jīng)所述四條線路之一并且經(jīng)過其中另一條線路返回，所以，或者變壓器30、或者變壓器40將能夠檢測(cè)出所述不平衡值，并隨后斷開開關(guān)SW1至SW4。
以變壓器30為例，當(dāng)過載電流流經(jīng)黃線/紅線之一并經(jīng)過藍(lán)線/黑線之一返回時(shí)，它將檢測(cè)出過量的電流不平衡值，在這種情況下，如果過載電流經(jīng)過黃線/黑線或者紅線/藍(lán)線流入和返回的話，變壓器40將不能檢測(cè)出所述過載電流。從另一方面來說，當(dāng)過載電流流經(jīng)黃線/黑線之一并經(jīng)過紅線/藍(lán)線之一返回時(shí)，變壓器40將能夠檢測(cè)出過量的電流不平衡值。這種情況下，如果過載電流經(jīng)過黃線/紅線或者藍(lán)線/黑線流入和返回，那么，變壓器30將不能檢測(cè)出所述過載電流。
兩個(gè)變壓器30/40相互補(bǔ)充，以覆蓋所述四條線路。安裝最多四個(gè)變壓器30/40來逐一地監(jiān)視所述四條線路是可能的，例如，所述變壓器具有不同的靈敏度。還可以想像根據(jù)負(fù)載的接法，使變壓器30/40監(jiān)視所述四條線路中的一些線路而不是所有線路，在這種情況下，可能只需要一個(gè)這種檢測(cè)變壓器30/40。
在漏泄電流幅度足夠大的通地漏泄事故的情況下，除了變壓器20之外，變壓器30和/或40也可能作出響應(yīng)。
運(yùn)算放大器OA2的參考電壓預(yù)置在正常工作時(shí)允許的最大負(fù)載電流所對(duì)應(yīng)的正常次級(jí)輸出電壓V2/V3的大約4倍到7倍。運(yùn)算放大器OA3的參考電壓預(yù)置在相對(duì)較低的值，即，正常次級(jí)輸出電壓V2/V3的大約2倍到3倍。為了適合于可能不是故障的任何瞬時(shí)電流過載而插入延時(shí)電路70。這種瞬時(shí)過載電流可能由，例如啟動(dòng)時(shí)的馬達(dá)負(fù)載所產(chǎn)生。除了瞬時(shí)過載電流非常大，足以觸發(fā)運(yùn)算放大器OA2的情況之外，幅度相對(duì)較小但還是足夠大的瞬時(shí)過載電流也將觸發(fā)另一個(gè)運(yùn)算放大器OA3，從而啟動(dòng)延時(shí)電路70起作用。延時(shí)電路70借助電容器C的充電來監(jiān)視所述瞬時(shí)過載電流。如果瞬時(shí)過載電流的持續(xù)時(shí)間間隔長(zhǎng)到足以使電容器C充足地充電，那么，運(yùn)算放大器OA4將給出使可控硅整流器SCR導(dǎo)通的輸出信號(hào)，從而斷開所述負(fù)載。
圖4示出適合于代替延時(shí)電路70的另一個(gè)延時(shí)電路70′。除了別的以外，延時(shí)電路70′裝有運(yùn)算放大器OA4′、電容器C′、相對(duì)小的電阻器R′和相對(duì)大的電阻器R″。電容器C′的配置是使得能夠通過小電阻R′快速充電，而通過大電阻R″慢放電。雙極晶體管TR′用于隨運(yùn)算放大器OA4′的輸出信號(hào)而換向。延時(shí)電路70′特別適合于監(jiān)視具有相對(duì)小的傳號(hào)空號(hào)比的瞬時(shí)過載電流。
最后參照?qǐng)D5，圖中局部示出本發(fā)明實(shí)施例的第二個(gè)斷路器110，斷路器110預(yù)定用于單相電源/負(fù)載電路中。斷路器110包含兩個(gè)變壓器形式的主要部件，即，變壓器120和130。每個(gè)變壓器120/130有兩個(gè)初級(jí)繞組P1和P2以及一個(gè)次級(jí)繞組S1。相應(yīng)的初級(jí)繞組P1和P2串聯(lián)連接而構(gòu)成一條帶電線路和一條中性線路。借助繼電器的兩個(gè)相應(yīng)的開關(guān)SW1和SW2可以斷開和接通所述帶電線路和中性線路，所述繼電器裝有用于斷開開關(guān)SW1和SW2的公共電磁線圈。斷路器110的其余部分的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行情況實(shí)質(zhì)上與上述斷路器10的相同，只是對(duì)斷路器10作適當(dāng)?shù)男薷囊赃m合于單相工作。
第一變壓器120用于檢測(cè)通地漏泄故障，它具有相同的和平衡的初級(jí)繞組P1和P2。變壓器120將檢測(cè)出經(jīng)過初級(jí)繞組P1和P2流入和返回的負(fù)載電流的、由出現(xiàn)通地漏泄事故引起的不平衡。如果所述通地漏泄電流大到不能接受的程度，變壓器120將使開關(guān)SW1和SW2開路，從而把負(fù)載與電源斷開。
第二變壓器130用于檢測(cè)過載電流。該變壓器130具有相同的初級(jí)繞組P1和P2，但是，一個(gè)初級(jí)繞組P1與電阻R1并聯(lián)，從而使初級(jí)側(cè)成為不平衡的。由于所述初級(jí)側(cè)不是平衡的，所以，變壓器130能夠通過檢測(cè)經(jīng)由初級(jí)繞組P1和P2的離開和返回通路之間的不平衡來監(jiān)視負(fù)載電流。這種不平衡的幅度正比于負(fù)載電流的幅度。如果所述不平衡大到不能接受的程度，那么，變壓器130將使開關(guān)SW1和SW2開路，以便把負(fù)載與電源斷開。
以上僅以實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但是，在本發(fā)明權(quán)利要求所規(guī)定的范圍內(nèi)，由所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所述實(shí)施例進(jìn)行的各種更改和/或變換都不會(huì)偏離權(quán)利要求書所述發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于交流電源和負(fù)載之間的斷路器，所述斷路器包含連接在所述電源和負(fù)載之間的開關(guān)裝置、用于檢測(cè)與所述負(fù)載關(guān)聯(lián)的故障出現(xiàn)的故障檢測(cè)電路以及用于響應(yīng)所述故障檢測(cè)電路檢測(cè)出所述故障而啟動(dòng)所述開關(guān)裝置以便把所述負(fù)載與所述電源斷開的控制電路，其中，故障檢測(cè)電路至少包含第一和第二變壓器，所述第一變壓器至少具有兩個(gè)平衡的初級(jí)繞組和一個(gè)次級(jí)繞組，而所述第二變壓器至少具有兩個(gè)不平衡的初級(jí)繞組和一個(gè)次級(jí)繞組，所述第一變壓器的所述各初級(jí)繞組與所述第二變壓器的各對(duì)應(yīng)的初級(jí)繞組串聯(lián)為了在所述電源和所述負(fù)載之間的連接以容許流通相應(yīng)的輸入和輸出負(fù)載電流，所述布置使得第一變壓器的次級(jí)繞組的輸出信號(hào)代表輸入和輸出負(fù)載電流之間的不平衡為了檢測(cè)通地漏泄事故，以及第二變壓器的次級(jí)繞組的輸出信號(hào)代表輸入和輸出負(fù)載電流之間的、幅度正比于輸入/輸出負(fù)載電流幅度的不平衡量、為了檢測(cè)電流過載事故。
2.如權(quán)利要求1的斷路器，其中，所述第一變壓器的所述各初級(jí)繞組是用尺寸基本上相同的各自的金屬絲繞制而成的，并且，具有基本上相同的匝數(shù)，從而，使所述各初級(jí)繞組是平衡的。
3.如權(quán)利要求1的斷路器，其中，所述第二變壓器的初級(jí)繞組之一具有一個(gè)與其并聯(lián)的元件，從而使所述各初級(jí)繞組成為不平衡的。
4.如權(quán)利要求3的斷路器，其中，所述元件為電阻器的形式。
5.如權(quán)利要求1的斷路器，它包括另一個(gè)所述第二變壓器，其中，每一個(gè)變壓器具有四個(gè)所述初級(jí)繞組，它們與其他兩個(gè)變壓器的對(duì)應(yīng)的初級(jí)繞組串聯(lián)連接，以便在所述電源和負(fù)載之間的三相連接。
6.如權(quán)利要求5的斷路器，其中，每個(gè)所述第二變壓器的四個(gè)初級(jí)繞組配置成兩對(duì)所述不平衡繞組。
7.如權(quán)利要求6的斷路器，其中，所述第二變壓器的所述各初級(jí)繞組之一具有一個(gè)與其并聯(lián)連接的元件，從而使所述各初級(jí)繞組成為不平衡的，以及其中使每個(gè)第二變壓器的對(duì)應(yīng)的初級(jí)繞組對(duì)成為同樣不平衡的所述兩個(gè)元件基本上是相同的。
8.如權(quán)利要求6的斷路器，其中，所述第二變壓器之一的兩對(duì)不平衡的初級(jí)繞組與所述另一個(gè)第二變壓器的兩對(duì)不平衡的初級(jí)繞組對(duì)不一致。
9.如權(quán)利要求1的斷路器，其中，所述控制電路備有用于同第一變壓器的次級(jí)繞組的輸出信號(hào)作比較以檢測(cè)通地漏泄事故的第一預(yù)定參考電壓，以及用于同第二變壓器或各變壓器的次級(jí)繞組的輸出信號(hào)作比較以檢測(cè)電流過載事故的第二參考電壓。
10.如權(quán)利要求9的斷路器，其中，所述控制電路備有幅度相對(duì)小于上述第二預(yù)定參考電壓的另一個(gè)所述第二預(yù)定參考電壓，所述另一個(gè)第二參考電壓用于通過一個(gè)積分電路同第二變壓器或各變壓器的次級(jí)繞組的輸出信號(hào)作比較，以檢測(cè)涉及過載電流持續(xù)時(shí)間的瞬時(shí)電流過載事故。
全文摘要
用于交流電源和負(fù)載之間的斷路器，包含連接電源和負(fù)載間的開關(guān)，檢測(cè)故障的故障檢測(cè)電路和響應(yīng)故障檢測(cè)電路啟動(dòng)開關(guān)使負(fù)載與電源斷開的控制電路。故障檢測(cè)電路至少包含第一和第二變壓器。第一變壓器至少具有兩平衡初級(jí)繞組和一個(gè)次級(jí)繞組。第二變壓器至少具有兩不平衡初級(jí)繞組和一個(gè)次級(jí)繞組。第一和第二變壓器對(duì)應(yīng)的初級(jí)繞組串聯(lián)。第一變壓器次級(jí)繞組輸出用于檢測(cè)通地漏泄事故。第二變壓器次級(jí)繞組輸出用于檢測(cè)電流過載事故。
文檔編號(hào)H02H3/08GK1143822SQ9511598
公開日1997年2月26日 申請(qǐng)日期1995年10月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月2日
發(fā)明者林社振 申請(qǐng)人:林社振