基于三相電流感應(yīng)取電和跳閘的自供電保護(hù)裝置及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種自供電保護(hù)裝置，尤其涉及一種基于三相電流感應(yīng)取電和跳閘的自供電保護(hù)裝置，并涉及包括了該基于三相電流感應(yīng)取電和跳閘的自供電保護(hù)裝置的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市配電網(wǎng)的不斷發(fā)展，大量地埋電纜線路和環(huán)網(wǎng)柜得到普及應(yīng)用；在環(huán)網(wǎng)柜等緊湊性安裝場合，控制電源一般通過PT柜加裝直流裝置及蓄電池獲取電源；若采用傳統(tǒng)電磁式電壓傳感器，容易出現(xiàn)空間占用大、高壓電極絕緣密封不夠和鐵磁諧振等隱患。自供電保護(hù)裝置，由于采用電流感應(yīng)取電方式，占用空間小，可以免除因加裝直流裝置及蓄電池而帶來的額外負(fù)擔(dān)，因此非常適合環(huán)網(wǎng)柜等無低壓可靠控制電源且需要保護(hù)功能的場所。
[0003]自供電保護(hù)裝置電流感應(yīng)取電，是利用電流互感器從交流電網(wǎng)中感應(yīng)電流取得電能的一種方式，其輸入為交流電網(wǎng)中幅值波動范圍較大的交流電流，輸出要求為穩(wěn)定的直流電壓?，F(xiàn)有的自供電保護(hù)裝置中，電流互感器的一次繞組匝數(shù)少，使用時一次繞組串聯(lián)在被測線路里；二次繞組匝數(shù)多，作為供電繞組接入自供電保護(hù)裝置的電流感應(yīng)取電回路。電流互感器二次電流的大小由一次電流決定，二次電流產(chǎn)生的磁勢是平衡一次電流的磁勢的，如二次開路，其阻抗無限大，二次電流等于零，其磁勢也等于零，就不能去平衡一次電流產(chǎn)生的磁勢，那么一次電流將全部作用于勵磁，使鐵芯嚴(yán)重飽和；磁飽和使鐵損增大，電流互感器發(fā)熱，電流互感器線圈的絕緣也會因過熱而被損壞；還會在鐵芯上產(chǎn)生剩磁，增大互感器誤差，影響二次電流輸出，進(jìn)而影響電流感應(yīng)取電；最嚴(yán)重是由于磁飽和，交變磁通的正弦波變?yōu)樘菪尾ǎ诖磐ㄑ杆僮兓乃查g，二次線圈上將感應(yīng)出較高的電壓，其峰值可到幾千伏，如此高的電壓作用在二次線圈和二次回路上，對人身和設(shè)備都存在著嚴(yán)重的威脅。所以電流互感器在任何時候都是不允許二次側(cè)開路運行的。
[0004]目前用于自供電保護(hù)裝置的電流感應(yīng)取電及脫扣跳閘方法，主要有以下三種:1)取電CT 二次繞組輸出大電流，整流后輸出電壓超出設(shè)定的電壓值時，觸發(fā)M0S管關(guān)斷，進(jìn)而將取電CT 二次繞組開路，來使整流輸出電壓降到設(shè)定的電壓值；跳閘脫扣電磁鐵工作電源由儲能電容提供，通過電池和開關(guān)電源給儲能電容充電。2)取電CT 二次繞組輸出大電流，整流后輸出電壓超出設(shè)定的電壓值時，通過控制M0S管導(dǎo)通，將整流橋輸出側(cè)直流電壓短接，進(jìn)而將取電CT 二次繞組短路，來使整流輸出電壓降到設(shè)定的電壓值；該方法應(yīng)用于采用專用定制電流互感器的自供電保護(hù)裝置，同時利用電流互感器二次電流完成取電和模擬量采集。3)取電CT 二次繞組輸出大電流時，通過穩(wěn)壓器件作為門限電壓，觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，進(jìn)而將CT 二次繞組短接來穩(wěn)定整流輸出電壓。跳閘脫扣電磁鐵工作電源由儲能電容提供。以上三種方法存在以下問題1)第一種方法中，電流互感器存在二次側(cè)開路運行的情況，對人身和設(shè)備都存在著嚴(yán)重的威脅；脫扣跳閘可靠性不高，跳閘能量來自于大容量電解儲能電容，存在漏電流高，容量誤差大，耐高溫性較差，使用時間長容易失效的問題。跳閘輸出能量取決于電解電容容量大小。2)第二種方法中，三相取電CT 二次繞組輸出大電流時，由于通過控制MOS管導(dǎo)通，將整流橋輸出側(cè)直流電壓短路，整流橋發(fā)熱非常嚴(yán)重，影響裝置系統(tǒng)運行可靠性；電流模擬量通過大功率電阻對整流輸出直流電壓采樣，精度低，不支持諧波測量和分析；CPU跟整流輸出電路及脫扣跳閘電路沒有電氣隔離，系統(tǒng)可靠性不高。3)第三種方法中，由于穩(wěn)壓器件動作和返回電壓偏差，控制信號是工頻，使整流輸出電壓紋波大，不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是需要提供一種輸出電壓波動小、動態(tài)響應(yīng)快、調(diào)節(jié)性能好、發(fā)熱少且電流保護(hù)范圍寬的基于三相電流感應(yīng)取電和跳閘的自供電保護(hù)裝置，并提供包括了該基于三相電流感應(yīng)取電和跳閘的自供電保護(hù)裝置的系統(tǒng)，同時還能夠提高直接脫扣跳閘輸出功率；利用開關(guān)電源變壓器隔離，增加自供電保護(hù)裝置的CPU運行可靠性。
[0006]對此，本發(fā)明提供一種基于三相電流感應(yīng)取電和跳閘的自供電保護(hù)裝置，包括:三相整流及穩(wěn)壓控制電路、開關(guān)電源隔離電路、脫扣跳閘控制電路和CPU，所述三相整流及穩(wěn)壓控制電路通過開關(guān)電源隔離電路與所述CPU相連接，所述三相整流及穩(wěn)壓控制電路與所述脫扣跳閘控制電路相連接，所述脫扣跳閘控制電路與所述CPU相連接；其中，所述三相整流及穩(wěn)壓控制電路采用PWM驅(qū)動芯片實現(xiàn)電流模式下對其輸出電壓的檢測和控制，所述三相整流及穩(wěn)壓控制電路通過調(diào)節(jié)RC振蕩電路參數(shù)進(jìn)而調(diào)節(jié)其PWM頻率和占空比，當(dāng)所述三相整流及穩(wěn)壓控制電路的取電CT整流后輸出電壓超出設(shè)定電壓值時，由電流模式驅(qū)動PWM驅(qū)動芯片輸出的高頻PWM信號，調(diào)整其導(dǎo)通占空比，進(jìn)而動態(tài)降低取電CT整流的輸出電壓以實現(xiàn)將其回調(diào)至設(shè)定電壓值。
[0007]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述三相整流及穩(wěn)壓控制電路包括三相電流互感器、整流橋BR1、整流橋BR2、M0S管Ql、M0S管Q2、M0S管Q3、M0S管Q4、電解電容El、TVS管TVS1和PWM驅(qū)動芯片U1，所述三相電流互感器的輸出端依次與所述整流橋BR1、整流橋BR2和TVS管TVS1相連接，所述M0S管Q1和M0S管Q2分別并聯(lián)于所述整流橋BR1的整流二極管上，所述M0S管Q3和M0S管Q4分別并聯(lián)于所述整流橋BR2的整流二極管上，所述TVS管TVS1與所述PWM驅(qū)動芯片U1的電源端相連接；其中，所述三相電流互感器的取電CT二次繞組輸出電流經(jīng)過整流后，給后端電解電容E1充電，當(dāng)取電CT 二次繞組電流過大，電解電容E1的電壓大于預(yù)設(shè)電壓值時，通過電流模式驅(qū)動PWM驅(qū)動芯片U1調(diào)整其輸出信號占空比，控制M0S管Ql、M0S管Q2、M0S管Q3和M0S管Q4同時導(dǎo)通，電流直接通過這四個M0S管的導(dǎo)通回路實現(xiàn)回流，進(jìn)而動態(tài)調(diào)整取電CT整流的輸出電壓回調(diào)至到設(shè)定電壓值。
[0008]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述M0S管Ql、M0S管Q2、M0S管Q3和M0S管Q4的導(dǎo)通內(nèi)阻均在10毫歐以內(nèi)。
[0009]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述整流橋BR1包括整流二極管D1、整流二極管D2、整流二極管D3和整流二極管D4，所述三相電流互感器的A相取電CT輸出繞組同名端分別與整流二極管D1的陽極和整流二極管D3的陰極相連接，所述三相電流互感器的B相取電CT輸出繞組同名端分別與整流二極管D2的陽極和整流二極管D4的陰極相連接，所述整流二極管D1的陰極與整流二極管D2的陰極相連接，所述整流二極管D3的陽極和整流二極管D4的陽極相連接；所述M0S管Q1的柵極與所述PWM驅(qū)動芯片U1的輸出端相連接，所述M0S管Ql的漏極與所述整流二極管D3的陰極相連接，所述MOS管Q1的源極與所述整流二極管D3的陽極相連接；所述MOS管Q2的柵極與所述PWM驅(qū)動芯片U1的輸出端相連接，所述MOS管Q2的漏極與所述整流二極管D4的陰極相連接，所述MOS管Q2的源極與所述整流二極管D4的陽極相連接。
[0010]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述整流橋BR2包括整流二極管D5、整流二極管D6、整流二極管D7和整流二極管D8，所述三相電流互感器的C相取電CT輸出繞組同名端分別與整流二極管D5的陽極和整流二極管D7的陰極相連接；所述三相電流互感器的A相、B相和C相的取電CT輸出繞組非同名端相互連接，再與整流二極管D6的陽極和整流二極管D8的陰極相連接；所述整流二極管D5的陰極與整流二極管D6的陰極相連接，所述整流二極管D7的陽極和整流二極管D8的陽極相連接；所述M0S管Q3的柵極與所述PWM驅(qū)動芯片U1的輸出端相連接，所述M0S管Q3的漏極與所述整流二極管D7的陰極相連接，所述M0S管Q3的源極與所述整流二極管D7的陽極相連接；所述M0S管Q4的柵極與所述PWM驅(qū)動芯片U1的輸出端相連接，所述M0S管Q4的漏極與所述整流二極管D8的陰極相連接，所述M0S管Q4的源極與所述整流二極管D8的陽極相連接。
[0011]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述三相整流及穩(wěn)壓控制電路還包括電感L1、二極管D9、二極管D16、電阻R34、TVS管TVS2、電容C6、電阻R5、電容C2和電阻R8，所述整流橋BR2的兩端分別與所述電解電容E1的兩端和TVS管TVS1的兩端相連接，所述TVS管TVS1的一端通過電感L1連接至所述二極管D9的陽極，所述二極管D9的陰極與二極管D16的陽極相連接，所述二極管D16的陰極通過電阻R34連接至TVS管TVS2的一端，所述TVS管TVS2的另一端分別與電容C6的一端和PWM驅(qū)動芯片U1的電源端相連接，所述電容C6的另一端接地；所述PWM驅(qū)動芯片U1的輸出端通過電阻R5分別與電容C2的一端、電阻R8的一端、M0S管Q1的柵極、M0S管Q2的柵極、M0S管Q3的柵極和M0S管Q4的柵極相連接，所述電容C2的另一端和電阻R8的另一端接地。
[0012]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述開關(guān)電源隔離電路包括PWM驅(qū)動芯片、變壓器和控制反饋電路，所述開關(guān)電源隔離電路的輸入電源為三相整流及穩(wěn)壓控制電路的取電CT整流的輸出電壓，輸出主路電源和輔路電源共兩路電源，所述主路電源輸出5V的DC電源為CPU提供工作電源，所述輔路電源輸出24V或5V的DC電源為485通信電路以及開關(guān)量輸出電路提供電源；所述主路電源和輔路電源之間通過變壓器實現(xiàn)隔離。
[0013]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述脫扣跳閘控制電路包括電阻R200、電容C100、光耦U100、電阻R300、電阻R400、電阻R500、電阻R600、電容C200、三極管Q100、穩(wěn)壓二極管D600、穩(wěn)壓二極管D700、穩(wěn)壓二極管D800、二極管D400、繼電器RL1、二極管D200、TVS管TVS100、二極管D500和脫扣電磁鐵，所述電阻R200的一端與CPU的輸出端相連接，所述電阻R200的另一端分別與所述電容C100的一端和光耦U100的一個輸入端相連接，所述電容C100的另一端和光耦U100的另一個輸入端分別接地；所述光耦U100的一個輸出端通過電阻R300連接至電源端，所述光耦U100的另一個輸出端分別與所述電阻R400的一端和電阻R