断路器跳闸单元的电流增益控制.pdf

本发明涉及断路器跳闸单元的电流增益控制。一种用于断路器的电子跳闸单元(100)，该跳闸单元(100)包括额定插头(110)、处理单元(140)和增益控制单元(120)。额定插头(110)具有每个被配置为指示额定插头(110)的特定的额定电流的多个开关(SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7、SW8)，并且额定插头(110)有选择地为电子跳闸单元(100)提供额定电流。处理单元(140)在上电时从额定插头(110)接收和读取所选择的额定电流的值。增益控制单元(120)包括多个增益电路(122)，该增益电路(122)中的每一个包括由处理单元(140)基于该所选择的额定电流来设定的多个增益开关以控制电子跳闸单元(100)的输入电流的增益。

1.  用于断路器的电子跳闸单元(100)，该跳闸单元(100)包括：
包括每个被配置为指示额定插头(110)的特定的额定电流的多个开关(SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7、SW8)的额定插头(110)，并且额定插头(110)有选择地为电子跳闸单元(100)提供额定电流。
在上电时从额定插头(110)接收和读取所选择的额定电流的值的处理单元(140)；和
包括多个增益电路(122)的增益控制单元(120)，该增益电路(122)中的每一个包括由处理单元(140)基于该所选择的额定电流设定的多个增益开关(124)，以控制电子跳闸单元(100)的输入电流的增益。

2.  权利要求1的电子跳闸单元(100)，其中该处理单元包括：
从增益控制单元(120)接收输出信号并且将输入电流从模拟信号转换到数字信号的模数转换器(130)。

3.  权利要求1的电子跳闸单元(100)，其中当流过该断路器的电流和/或电压超过预定阈值时处理单元(140)提供跳闸信号。

4.  权利要求1的电子跳闸单元(100)，其中该多个增益电路(122)包括多个用于该断路器的每个相的增益电路(122)。

5.  权利要求4的电子跳闸单元，其中该用于每个增益电路(122)的多个增益开关(124)被配置为由处理单元(140)使能和停用以控制电子跳闸单元(100)的输入电流的增益。

6.  权利要求5的电子跳闸单元(100)，其中该增益电路(122)中的每一个进一步包括：
具有由处理单元(140)基于该所选择的额定电流控制的增益的运算放大器(126)。

7.  权利要求5的电子跳闸单元，其中处理单元(140)有选择地使能和停用设定电子跳闸单元(100)的输入电流的增益的增益电路(122)的增益开关(124)。

8.  权利要求7的电子跳闸单元(100)，其中该断路器的保护等级基于由处理单元(140)读取的额定插头(110)的特定的额定电流来设定。

9.  权利要求8的电子跳闸单元(100)，其中处理单元(140)通过基于所选择的额定电流向各个增益开关(124)提供控制信号(128)来确定该多个增益开关(124)的哪些增益开关(124)使能和停用以恰当地将增益开关(124)设定到对应的期望的保护等级。

10.  权利要求9的电子跳闸单元(100)，其中与期望的保护等级相对应的降额信号从运算放大器(126)输出并被提供回处理单元(140)，从而控制输入电流的增益。

断路器跳闸单元的电流增益控制
技术领域
本发明涉及断路器跳闸单元。更具体地，本发明涉及微处理器控制的断路器跳闸单元的电流增益控制。
背景技术
通常，微处理器控制的断路器跳闸单元在故障电流的状况下自动地操作断路器。断路器跳闸单元通过测量电流并且模拟电缆、电动机和负载的加热为电缆、电动机及其它负载提供保护。跳闸单元的电流传感系统在每个相中和中线(neutral)中使用电流传感器，如果使用中线的话。该微处理器控制的跳闸单元跳闸以断开电路，从而在某些情况下中断电流。该跳闸单元借助电流传感器、相放大器和A/D转换器记录流过断路器或者电动机过载继电器的电流。该电流传感器还给跳闸单元供电。现有的跳闸单元使用具有一组包括预定电阻器值的电阻器的额定插头，该电阻器使用由该跳闸单元的微处理器在上电操作期间所读取的额定值设定额定电流(即增益)，该额定电流是用于每个单独的相的电路中所允许的最大连续电流。只要电流保持在规定的保护等级(即例如，长期的、短期的或者瞬时的)之下，该断路器保持闭合。该断路器被配置为对电路提供期望类型的保护。因此，保护等级的修改是非常重要的，并且应该被恰当地处理。
传统的微处理器控制的断路器跳闸单元存在若干缺点。一个缺点是通过使用现有的额定插头，需要额外的配置，并且由于与该增益电路相关联的高阻抗而存在可靠性的担心。另一缺点是现有的跳闸单元存在噪声和量化误差的问题。当模拟值采取接近每个单独的A/D值的增量的数字值时，在较低的信号电平附近出现量化误差。
发明内容
本发明的示例性实施例提供一种断路器的电子跳闸单元。该电子跳闸单元包括额定插头、处理单元和增益控制单元，该额定插头具有每个被配置为指示该额定插头的特定的额定电流的多个开关，并且该额定插头有选择地为该电子跳闸单元提供额定电流，该处理单元在上电时从该额定插头接收并且读取该所选择的额定电流的值，该增益控制单元包括多个增益电路。该增益电路中的每一个包括多个由处理单元基于该所选择的额定电流而设定的增益开关以控制该电子跳闸单元的输入电流的增益。
本发明的另一示例性实施例提供一种控制包括具有多个开关的额定插头、处理单元和增益电路的断路器跳闸单元的输入电流的电流增益的方法。该方法包括从该额定插头选择该断路器跳闸单元的特定的额定电流、借助该处理单元读取并且确定该特定的额定电流的值、借助处理单元设定该增益电路并且控制该断路器跳闸单元的输入电流的电流增益。
额外的特点和优势通过本发明的示例性实施例的技术来实现。这里将详述本发明的其它实施例和方面，并且该其它实施例和方面被认为是该请求保护的发明的一部分。为了更好的理解本发明及其优势和特点，参考说明书和附图。
附图说明
图1是能够在本发明的实施例中实施的断路器的电子跳闸单元的示意图。
图2是能够在本发明的实施例中实施的图1的电子跳闸单元的额定插头的示意图。
图3是能够在本发明的实施例中实施的图1的增益控制单元的增益电路的示意图。
图4A和图4B是能够在本发明的实施例中实施的图1的增益控制单元的增益电路的示意图。
元件列表
SW1开关
SW2开关
SW3开关
SW4开关
SW5开关
SW6开关
SW7开关
SW8开关
R1电阻器
R2电阻器
R3电阻器
R4电阻器
VIN输入电压
100电子跳闸单元
110额定插头
120增益控制单元
122增益电路
124增益开关
126运算放大器
128控制信号
130A/D转换器
132导体
134导体
136导体
138导体
140处理单元
150非易失性存储器
160通量移位器
具体实施方式
现在转到具有更多细节的图中，从图1中将清楚地看到存在用于具有中性连接的三相断路器的电子跳闸单元100，本发明不限于此，并且可以根据需要改变。来自四个电流传感器(未示出)的二次电流信号经由导体132、134、136和138与增益控制单元120通信。根据示例性实施例，该电流传感器可以是提供与流过断路器的初级电流成比例的交流二次电流输出的变流器，或者是提供与流过断路器的高初级电流成比例的微分(derivative)二次电压输出的Rogowski传感器。
在当前的示例性实施例中，如图1所示，电子跳闸单元100包括与电子跳闸单元100耦合的额定插头110、处理单元(以下称为微处理器)140和增益控制单元120。增益控制单元120、微处理器140和非易失性存储器150被配置在控制板上。
图2是图1的电子跳闸单元100的额定插头的示意图。如图2所示，额定插头110配有输入电压V_in以对额定插头110供电，并且额定插头110包括多个开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7和SW8，这些开关的中的每一个被配置为指示用于额定插头110的特定的额定电流。即，根据示例性实施例，开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7和SW8在制造的时候就被预编程。额定插头110的开关的数目不限于任何特定的数目并且可以根据需要改变。额定插头110有选择地为电子跳闸单元100提供特定的额定电流。
返回参考图1，该所选择的额定电流被馈送给微处理器140的输入。微处理器140在上电时从额定插头110接收并且读取该所选择的额定电流的值。
根据示例性实施例，增益控制单元120包括多个用于该断路器的每个相的增益电路122。每个增益电路122包括多个增益开关124(在图3和图4中描述)，该增益开关124由微处理器140基于从额定插头110读取的所选择的额定电流来设定，以控制电子跳闸单元100的输入电流的增益。
根据示例性实施例，微处理器140包括模数(A/D)转换器130，模数(A/D)转换器130从增益控制单元120接收信号并且将来自电流传感器的二次电流电平输出从模拟信号转换到数字信号以供微处理器140分析。
增益电路122放大每个通过各自的增益电路122的节的相A、B和C的相信号，根据该相信号，微处理器140使用A/D转换器130测量每个放大的信号。增益控制单元120还将电噪声从该信号中滤除并且使量化误差最小。
根据示例性实施例，累加器(accumulator)(未示出)基于输入电流(即二次电流电平)是否在预定时段超过或者低于特定值而被递增和递减。因此，累加器代表负载上的加热效应。由此，微处理器140基于该累加器的值确定是否向通量移位器(flux shifter)160发送跳闸信号。通量移位器160是一种机电装置，当由跳闸信号供电时会使断路器断开或者跳闸。即，流过该断路器的电流和/或电压超过预定阈值时，微处理器140向通量移位器160提供跳闸信号。响应于微处理器140发送跳闸信号，微处理器还向非易失性存储器150发送累加器值和实时时钟(未示出)的实时值，非易失性存储器150在断电的情况下保持该数据。根据示例性实施例，非易失性存储器150存储电子跳闸单元100的设定值和参数。
图3是图1的增益控制单元的增益电路的示意图。图4A和4B是增益控制单元的增益电路的示意图。图3、图4A和图4B分别示出在三种不同的保护水平下的增益电路。如图3所示，增益控制单元120的每个增益电路122包括一系列的电阻器R1、R2、R3和R4、多个增益(即，模拟)开关124和运算放大器(以下称为增益放大器)126。增益开关122被配置为由微处理器140基于由微处理器140读取的额定电流来使能和停用以控制电子跳闸单元100的输入电流的增益。对输入电流的该主动增益操作称为“降额”更具体地说，降额的发生是因为额定插头值等于或者低于断路器的最大额定值。例如，如果断路器额定为1000安培，那么顾客可以选择等于或低于该值的额定插头值。在本例中，选择500安培的额定插头。该降额值将为50％，并且将需要相应的增益2以使微处理器140中的模数转换最大。
根据本发明的示例性实施例，存在可以使用的15种不同的增益组合。
此外，微处理器140通过向各个增益开关124提供控制信号128来控制增益开关124。即，微处理器140基于所选择的额定电流确定该多个增益开关124的哪些增益开关124使能和停用，以恰当地将增益开关124设定到对应的保护等级。另外，增益放大器126的增益由微处理器140借助从增益开关124接收的信号和从微处理器140接收的控制信号来控制。从增益放大器126输出的与30倍的输入电流的保护水平相对应的降额信号被馈送入如图1所示的微处理器140的A/D转换器130。
在图4A和图4B中，增益电路122分别输出与处于15倍的输入电流的保护水平和1.2倍的输入电流的保护水平相对应的降额信号，以提供返回给微处理器140。由于微处理器的限制和量化误差，该信号必须被分成多个电平。这些电平降低了量化误差并且为断路器提供更好的保护。具体地，图4A输入降额的30X的信号并且输出更大的15X的信号，图4B输入同样的降额的30X的信号并且输出最大的1.2X的电流的信号。根据示例性实施例，该保护水平不限于输入电流的倍数的任何特定数目，并且根据需要可以改变。
返回参考图1，微处理器140的A/D转换器130从增益电路122接收该降额信号并且从而控制该输入电流的增益。根据本发明的示例性实施例，由微处理器140的A/D转换器130读取的降额信号被最大化以减少噪声和量化误差的影响。
根据示例性实施例，本发明提供这样的优势，即基于由微处理器140读取的特定的额定电流，对于相应的保护水平，控制电子跳闸单元100的输入电流的电流增益。
根据本发明的示例性实施例，提供这样的优势，即通过使经过被用来减少误差的增益开关124的输入电流信号最大化来使保护采取(pick-up)水平增加到非常高的水平(即，例如20倍)。通过读取额定插头开关SW1-SW8、确定它对应的额定值、然后将增益开关124设定到适当的设定位置，获得每个增益级的最大信号并且保护等级被最大化。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解在不背离本发明的范围的情况下可以做出各种改变并且本发明的元件可以由等价物代替。另外，在不背离本发明的实质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定的情况或者材料适合本发明的教学。因此，本发明无意于限于作为被认为是执行本发明的最佳方式所公开的特定实施例，而是，本发明将包括属于所附权利要求的范围内的所有实施例。此外，术语第一、第二等等的使用并不表示任何次序或者重要性，而是，这些术语第一、第二等等是用来将一个元件从另一个区分开。