直流电路断路器.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200910142200.X

申请日:

2009.06.05

公开号:

CN101728137A

公开日:

2010.06.09

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):H01H 83/00申请公布日:20100609|||实质审查的生效IPC(主分类):H01H 83/00申请日:20090605|||公开

IPC分类号:

H01H83/00; H02H3/08

主分类号:

H01H83/00

申请人:

三菱电机株式会社

发明人:

柏本耕太

地址:

日本东京

优先权:

2008.10.27 JP 2008-275535

专利代理机构:

北京天昊联合知识产权代理有限公司 11112

代理人:

何立波;张天舒

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内容摘要

本发明提供一种直流电路断路器,其在直流电路中产生短路电流时,也可以可靠地向驱动跳闸装置的控制装置供给电源,可靠地进行断路动作。该直流电路断路器具有:开关触点(2),其使直流电路接通/断开;跳闸装置(7),其使该开关触点断开;第1及第2电流传感器(3a、3b),其检测直流电路的电流;控制装置(6),其与该第1及第2电流传感器(3a、3b)的检测电流随动而使跳闸装置(7)动作;第1及第2交流变流器(8a、8b),其设置在直流电路中,检测该直流电路的电流变化;以及第1电源电路(9),其在由直流电路的短路事故导致产生过大电流时,基于第1及第2交流变流器(8a、8b)的输出向所述控制装置(6)供给电力。

权利要求书

1: 一种直流电路断路器,其具有:开关触点,其使直流电路接通/断开;跳闸装置,其使该开关触点断开;电流检测单元,其检测所述直流电路的电流;以及控制装置,其与该电流检测单元的检测电流随动而向所述跳闸装置输出跳闸信号, 其特征在于,具有: 多个交流变流器,它们设置在所述直流电路中,彼此的输出特性不同,以使得在所述直流电路中流过短路电流时,无论短路电流大小如何,都可以从至少1个交流变流器获得大于或等于规定时间的规定电压;以及第1电源电路,其在所述直流电路中流过短路电流时,基于所述交流变流器的输出电压向所述控制装置供给电力。
2: 根据权利要求1所述的直流电路断路器,其特征在于, 作为多个交流变流器,设置有:第1交流变流器,其输出的上升时间短,输出规定电压;以及第2交流变流器,其与所述第1交流变流器相比,输出的上升时间长,达到磁饱和为止的时间长。
3: 根据权利要求1或2所述的直流电路断路器,其特征在于, 具有第2电源电路,其基于所述直流电路的线间电压向所述控制装置供给电力。
4: 根据权利要求3所述的直流电路断路器,其特征在于, 具有输出控制单元,其基于电流检测单元的检测电流,在直流电路的电流大于规定值时从第1电源电路向控制装置供给电力。

说明书


直流电路断路器

    【技术领域】

    本发明涉及一种直流电路断路器。

    背景技术

    当前,作为电路断路器中的电源装置,具有如下技术,设置交流变流器,将其输出电流进行合成而生成直流电压,将该直流电压向跳闸装置的控制电路进行供给,其中,该交流变流器输出与交流电路中流过的电流的变化对应的电流(例如,参照专利文献1)。

    专利文献1:特开平4-188532号公报 图1

    【发明内容】

    在电路断路器的电源使用交流变流器的情况下,在上述交流电路中,在发生短路事故时,即使由短路电流使交流变流器的磁芯达到饱和,但由于该短路电流是交变电流,所以每当短路电流的方向变换,就可以从交流变流器持续获得输出电流,可以向使开关触点断开的控制电路持续供给电源,从而可以可靠地进行断路动作。

    但在直流电路中,只能在短路电流增加而使交流变流器的磁芯达到饱和为止或者短路电流达到饱和为止这两者中的较短的那一个时间内,得到1次来自交流变流器的输出电流。因此,如果设置能够在数倍于额定电流的程度的短路电流时获得输出电压的交流变流器,则在短路电流非常大,接近电路断路器的断路容量的极限的情况下,在非常短的时间内交流变流器的磁芯就达到饱和,无法向控制电路进行足以用于驱动跳闸装置的时间的电源供给。相反,如果设置与接近于电路断路器的断路容量极限的较大短路电流相匹配的交流变流器,则在数倍于额定电流的程度的并不很大的短路电流的情况下,无法从交流变流器获得使驱动跳闸装置的控制电路能够进行动作的输出电压,从而产生无法可靠地进行断路动作的问题。

    本发明就是着眼于上述情况而提出的,其目的在于得到一种直流电路断路器,其在直流电路中发生短路事故时,无论短路电流的大小如何,都可以向驱动跳闸装置的控制电路可靠地供给电源,可以可靠地进行断路动作。

    本发明的直流电路断路器具有:开关触点,其使直流电路接通/断开;跳闸装置,其使该开关触点断开;电流检测单元,其检测直流电路的电流;控制装置,其与该电流检测单元的检测电流随动而向所述跳闸装置输出跳闸信号;多个交流变流器,其设置在直流电路上,彼此的输出特性不同,以使得在直流电路中流过短路电流时,无论短路电流的大小如何,都可以从至少1个交流变流器获得大于或等于规定时间的规定电压;以及第1电源电路,其在直流电路中流过短路电流时,基于交流变流器的输出电压向控制装置供给电力。

    发明的效果

    根据本发明,通过具有第1电源电路,其基于多个交流变流器的输出电压而向用于输出跳闸信号的控制装置供给电力,上述多个交流变流器彼此的输出特性不同,以使得在电路中流过短路电流时,无论短路电流的大小如何,都可以从至少1个交流变流器获得大于或等于规定时间的规定电压,从而即使在直流电路中产生短路电流时,也可以向驱动跳闸装置的控制装置供给电源,可以可靠地进行断路动作。

    【附图说明】

    图1是表示本发明的实施方式1中的直流电路断路器的结构的框图。

    图2是表示本发明的实施方式1中的短路事故时的直流电路电流及设置在直流电路中的第1交流变流器8a和第2交流变流器8b的输出的波形图。

    图3是表示本发明的实施方式1中的由第1电源电路9和第2电源电路10生成的输出电压的波形图。

    图4是表示本发明的实施方式2中的直流电路断路器地结构的框图。

    图5是表示本发明的实施方式2中的短路事故时的直流电路电流及设置在直流电路中的第1交流变流器8a和第2交流变流器8b的输出的波形图。

    图6是表示本发明的实施方式2中的由第1电源电路9和第2电源电路10生成的输出电压的波形图。

    【具体实施方式】

    实施方式1

    图1是表示本发明的实施方式1中的直流电路断路器的结构的框图。图2是表示短路事故时的直流电路电流及设置在直流电路中的第1交流变流器8a和第2交流变流器8b的输出的波形图,(a)是流过直流电路的电路电流、和第1交流变流器8a的输出电流及输出电压的波形图,(b)是流过直流电路的电路电流、和第2交流变流器8b的输出电流及输出电压的波形图,(c)是表示流过直流电路1a及1b的电路电流、和第1交流变流器8a及第2交流变流器8b的合成输出的波形图。图3是表示由第1电源电路9和第2电源电路10生成的输出电压的波形图,(a)是由第1电源电路9生成的输出电压的波形图,(b)是由第2电源电路10生成的输出电压的波形图,(c)是将第1电源电路9的输出电压和第2电源电路10的输出电压进行合成而获得的电源电压Vcc的波形图。

    在图1中,直流电路断路器100具有下述部件而构成:开关触点2,其使直流电路1a、1b进行接通/断开;第1电流传感器3a和第2电流传感器3b、即电流检测单元,该第1电流传感器3a对流过直流电路1a的电流进行检测,该第2电流传感器3b对流过直流电路1b的电流进行检测;信号变换电路4,其将第1及第2电流传感器3a、3b的输出信号变换至规定电平;A/D变换电路5,其将信号变换电路4的输出信号变换为数字值;控制装置6,其根据从A/D变换电路5输出的数字值对电流值进行运算,在运算结果大于规定阈值的情况下输出跳闸信号;跳闸装置7,其在从该控制装置6发来跳闸信号的情况下,使开关触点2断开;多个交流变流器例如第1交流变流器8a及第2交流变流器8b,它们设置在直流电路1a中,彼此的输出特性不同,以使得在直流电路中流过短路电流时,无论短路电流的大小如何,都可以从至少1个交流变流器获得大于或等于规定时间的规定电压;第1电源电路9,其供给基于将第1及第2交流变流器8a、8b的输出进行合成而获得的电力生成的电源电压Vcc;以及第2电源电路10,其供给基于直流电路1a、1b的线间电压生成的电源电压Vcc。在直流电路断路器100的负载侧连接有直流负载11。

    下面,对第1及第2电源电路9、10进行详细说明。

    第1电源电路9具有下述部件而构成:第1整流电路91,其由二极管全桥电路构成,对第1及第2交流变流器8a、8b的输出电压进行合成并整流;第1限流电阻92,其设置在该第1整流电路91的正极后段,对电流进行限制;电容器93,其连接在第1限流电阻92的输出和第1整流电路91的负极之间;第2限流电阻94,其连接在该电容器93和第1限流电阻92之间的连接点上,对电流进行限制;以及第1齐纳二极管95,其连接在第2限流电阻94的输出和电容器93的负极之间。

    另外,第2电源电路10具有下述部件而构成:第2整流电路101,其由与直流电路1a、1b连接的二极管全桥电路构成;第3限流电阻102,其连接在该第2整流电路101的正极后段,对电流进行限制;恒压电路103,其设置在该第3限流电阻102的后段,连接在第3限流电阻102的输出和第2整流电路101的负极之间;第2齐纳二极管104,其连接在第3限流电阻102的输出和第2整流电路101的负极之间,限制向恒压电路103输入的电压;以及逆流防止用二极管105,其与恒压电路103的输出连接,防止电流逆流。另外,第2电源电路10的逆流防止用二极管105的输出与第1电源电路9的第1齐纳二极管95的正极连接,将第1齐纳二极管95两端间的电压作为电源电压Vcc,供给至第1及第2电流传感器3a、3b、信号变换电路4、A/D变换电路5以及控制装置6。

    另外,第1交流变流器8a的目的在于,在数倍于电路断路器的额定电流的程度的短路电流下,作为输出电压获得控制装置6等的可动作下限电压V10,第2交流变流器8b的目的在于,在流过接近于电路断路器的断路容量的较大短路电流时,在足以使控制装置6进行动作的时间内确保可动作下限电压V10,例如,将第1交流变流器8a的2次线圈匝数设定为第2交流变流器8b的2次线圈匝数的1/3。

    此外,用于进行跳闸判断的规定阈值是可以通过未图示的输入单元任意设定的值,例如可以在直流电路断路器的额定电流的200%~1000%的范围内选择。另外,第1及第2电流传感器3a、3b可以采用例如使用霍尔元件构成的电流传感器。

    下面,对动作进行说明。

    通常情况下,直流电路1a、1b的线间电压施加在第2电源电路10的第2整流电路101上。第2整流电路101是出于即使正负极反接也可以正常动作的目的而设置的。第2整流电路101的输出经由第3限流电阻102施加在第2齐纳二极管104上,由第2齐纳二极管104进行限制后的电压输入至恒压电路103。由恒压电路103恒压化后的电压经由逆流防止用二极管105,作为电源电压Vcc供给至第1电流传感器3a、第2电流传感器3b、信号变换电路4、A/D变换电路5以及控制装置6。另一方面,由于流过直流电路1a及1b的电流为直流,不会产生较大变化,所以第1及第2交流变流器8a、8b不产生输出电压,第1电源电路9不动作。

    在直流电路1a、1b的负载侧发生短路事故时,由于线间电压消失,所以如图3(b)所示,第2电源电路10的生成电压由于控制装置6等的电力消耗而降低。

    但是,在第1电源电路9中,由于直流电路1a、1b的电路电流急剧增加,所以如图2(a)所示,第1交流变流器8a的输出电流及电压伴随着电路电流的增加而迅速上升,磁芯立即达到磁饱和,因此输出在短时间内降低。另一方面,如图2(b)所示,由于第2交流变流器8b的输出电流以及电压,与第1交流变流器8a相比缓慢上升,磁芯不会立即达到磁饱和,因此第2交流变流器8b的输出与第1交流变流器8a相比,可以维持更长时间。另外,将第1交流变流器8a和第2交流变流器8b的输出进行合成而获得的输出,如图2(c)所示,成为上升时间短、输出维持时间长的输出。

    如图3(a)所示,第1交流变流器8a和第2交流变流器8b的合成输出,由第1整流电路91整流,经由第1限流电阻92对电容器93进行充电,第1电源电路9的输出电压开始上升(图3(a)的T0~T1)。如图3(c)所示,在第1电源电路9中电容器93的充电电压高于第2电源电路10的输出电压后(T1),第1电源电路9成为主电源,开始向控制电路6等供给电源电压Vcc。此外,在这里,为了叙述简单而忽略了逆流防止用二极管105的正向电压。

    控制装置6对于经由信号变换电路4、A/D变换电路5输入的流过直流电路1a、1b的电路电流的数字信号值,与预先设定的跳闸阈值进行比较判断,如果流过直流电路1a、1b的电路电流大于跳闸阈值(T2),则向跳闸装置7发送跳闸信号。然后,利用跳闸装置7使开关触点2断开,完成直流电路的断路(T3)。

    此外,在本实施方式中,例示了在由第2电源电路10生成的电压低于控制装置6的可动作下限电压V10(例如DC5V)之前,第1电源电路9可以生成可动作下限电压V10,但即使在第1电源电路9生成可动作下限电压V10之前,第2电源电路10的电压供给低于可动作下限电压V10也没有问题。即,只要在电路电流大于跳闸阈值的期间中可以由第1电源电路9生成可动作下限电压V10即可,在本实施方式中,在进行跳闸动作时不需要由第2电源电路10生成的电压。但是,由于对于不像短路电流这样具有急剧的电路电流变化的例如过载电流,难以从第1电源电路9生成电源电压,所以第2电源电路10是必要的。

    根据本实施方式,通过具有第1电源电路9,其基于第1及第2交流变流器8a、8b的输出电压而向用于输出跳闸信号的控制装置6供给电力,该第1及第2交流变流器8a、8b彼此的输出特性不同,以在电路中流过短路电流时,无论短路电流的大小如何,都可以从至少1个交流变流器获得大于或等于规定时间的规定电压,从而即使在直流电路中产生短路电流时,也可以向驱动跳闸装置7的控制装置6供给电源,可以可靠地进行断路动作。

    另外,由于第1交流变流器8a是输出的上升时间较短,输出规定电压的交流变流器,第2交流变流器8b是与第1交流变流器8a相比输出的上升时间长,达到磁饱和的时间较长的交流变流器,因此在电路中流过短路电流时,无论短路电流大小如何,都可以可靠地向用于驱动跳闸装置7的控制装置6供给电源,从而可以可靠地进行断路动作。

    另外,由于具有第2电源电路10,其基于电路1a、1b的线间电压向控制装置6供给电力,所以即使在产生过电流时,也可以从第2电源电路10向用于驱动跳闸装置7的控制装置6供给电源,从而可以可靠地进行断路动作。

    此外,在本实施方式中,作为使磁饱和特性不同,以使第1交流变流器8a尽快得到控制装置6等的可动作下限电压V10,第2交流变流器8b可以尽量久地确保控制装置6等的可动作下限电压V10的方法,示出了改变2次线圈匝数的方法,但并不限于该方法。例如可以采取使用带有间隙的磁芯,通过改变间隙而使磁饱和特性不同的方法,改变交流变流器的磁芯的截面积的方法,改变交流变流器的磁芯的磁路长度的方法,改变交流变流器的磁芯的材料的方法等。

    另外,在本实施方式中,作为用于第1电源电路9的交流变流器,分别在直流电路1a、1b上各设置1个磁芯的饱和电流彼此不同的交流变流器,但为了在发生短路事故时由第1电源电路9生成更稳定的电源,也可以在直流电路中设置大于或等于3个彼此的磁芯饱和电流不同的交流变流器。

    实施方式2

    图4是本发明的实施方式2中的直流电路断路器的结构的框图。图5是表示在发生短路事故时的直流电路电流及设置在直流电路中的第1交流变流器8a和第2交流变流器8b的输出的波形图,(a)是流过直流电路的电路电流、和第1交流变流器8a的输出电流及输出电压的波形图,(b)是流过直流电路的电路电流、和第2交流变流器8b的输出电流及输出电压的波形图,(c)是表示流过直流电路1a及1b的电路电流、和第1交流变流器8a及第2交流变流器8b的合成输出的波形图。与实施方式1中的图2不同,短路电流相对缓慢地增加。图6是表示由第1电源电路9生成的输出电压、由第2电源电路10生成的输出电压以及将第1电源电路9的输出电压和第2电源电路10的输出电压进行合成而获得的电源电压Vcc的波形图,图6(a)是基于实施方式1的动作的波形图,图6(b)是基于实施方式2的动作的波形图。

    在图4中,直流电路断路器101设有作为输出控制单元的开关96和比较部12,该开关96设置在实施方式1中的第1电源电路9的第1限流电阻92与电容器93的连接点、和第2限流电阻94之间,该比较部12将第1及第2电流传感器3a、3b各自的输出信号与规定的基准值进行比较,在至少其中一方超过基准值的情况下,输出对开关96进行闭合控制的输出信号。此外,优选比较部12的基准值设定为等于或略小于预先设置在控制装置6中的跳闸阈值。在本实施方式中设为两个值相等。对于其他构成,由于与实施方式1相同,所以省略其说明。

    下面,对动作进行说明。

    通常情况下,直流电路1a、1b的线间电压施加在第2电源电路10的第2整流电路101上。第2整流电路101是出于即使正负极反接也可以正常动作的目的而设置的。第2整流电路101的输出经由第3限流电阻102施加在第2齐纳二极管104上,由第2齐纳二极管104进行限制后的电压输入至恒压电路103。由恒压电路103恒压化后的电压经由逆流防止用二极管105,作为电源电压Vcc供给至第1电流传感器3a、第2电流传感器3b、信号变换电路4、A/D变换电路5和控制装置6。另一方面,由于流过直流电路1a及1b的电流为直流,因此第1及第2交流变流器8a、8b不产生输出,第1电源电路9不动作。

    在直流电路1a、1b的负载侧发生短路事故时,由于线间电压消失,所以第2电源电路10的生成电压如图6(a)所示,由于控制装置6等的电力消耗而降低。

    在第1电源电路9中,由于直流电路1a、1b的电路电流急剧增加,所以如图5(a)所示,第1交流变流器8a的输出电流及电压,随着电路电流的增加而迅速上升,磁芯立即达到饱和,因此输出在短时间内降低。另一方面,如图5(b)所示,由于第2交流变流器8b的输出电流及电压,与第1交流变流器8a相比缓慢上升,磁芯不会立即达到饱和,因此第2交流变流器8b的输出与第1交流变流器8a相比,可以维持更长时间。另外,将第1交流变流器8a和第2交流变流器8b的输出进行合成而获得的输出,如图5(c)所示,成为上升时间短、输出维持时间长的输出。

    但是,与实施方式1所示的情况不同,由于短路电流的增加比较缓慢,所以第1及第2交流变流8a、8b的输出无法持续至电路电流达到断路电流Imax的时间T13为止。由此,如果使开关96保持为闭合,则如图6(a)所示,在电路电流达到断路电流Imax之前的时间T12,电源电压Vcc降低至低于控制装置6和跳闸装置7的可动作下限电压V10,无法驱动跳闸装置7,其结果,无法进行电路的断路动作。

    因此,在本实施方式中,如图6(b)所示,即使电容器93的充电电压达到可动作下限电压V10(例如5V)(时间T11),成为可以使控制装置6等进行动作的电压电平,也使开关96保持断开,不从第1电源电路9向控制装置6等供给电源电压。电容器93不进行放电,不断将从第1及第2交流变流器8a、8b得到的电能全部进行充电。但是,将电容器93的电压作为电源向第1、第2电流传感器3a、3b及比较部12进行供给。

    如果电路电流进一步增加,第1及第2电流传感器3a、3b的输出信号超过比较部12的基准值,则由比较部12向开关96输出闭合信号,使开关96闭合(T13)。如果开关96闭合,则从第1电源电路9向控制装置6、信号变换电路4和A/D变换电路5供给电源电压Vcc,控制装置6对于经由信号变换电路4和A/D变换电路5输入的电路电流的数字信号值,与预先设定的跳闸阈值进行比较判定。由于在本实施方式中跳闸阈值与比较部12的基准值相等,所以立即向跳闸装置7输出跳闸信号,由跳闸装置7使开关触点2断开,完成直流电路的断路。

    根据本实施方式,通过具有第1电源电路9,其基于第1及第2交流变流器8a、8b的输出电压而向用于输出跳闸信号的控制装置6供给电力,该第1及第2交流变流器8a、8b彼此的输出特性不同,以在电路中流过短路电流时,无论短路电流的大小如何,都可以从至少1个交流变流器获得大于或等于规定时间的规定电压,从而即使在直流电路中产生短路电流时,也可以向驱动跳闸装置7的控制装置6供给电源,可以可靠地进行断路动作。

    此外,第1交流变流器8a是输出的上升时间较短,输出规定电压的交流变流器,第2交流变流器8b是与第1交流变流器8a相比上升时间长,达到磁饱和的时间较长的交流变流器,因此在电路中流过短路电流时,无论短路电流大小如何,都可以可靠地向驱动跳闸装置7的控制装置6供给电源,从而可以可靠地地进行断路动作。

    另外,由于具有第2电源电路10,其基于电路1a、1b的线间电压向控制装置6供给电力,从而即使在产生过电流时,也可以从第2电源电路10向驱动跳闸装置7的控制装置6供给电源,可以可靠地进行断路动作。

    另外,由于可以由比较部12控制从第1电源电路9开始向控制装置6、跳闸装置7等供给电源电压Vcc的定时,因此即使在随着短路事故的状态不同,短路电流的上升时间缓慢的情况下,也可以向控制装置6及跳闸装置7等供给电源电压Vcc,可以可靠地向驱动跳闸装置7的控制装置6供给电源,从而可以可靠地进行断路动作。

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本发明提供一种直流电路断路器,其在直流电路中产生短路电流时,也可以可靠地向驱动跳闸装置的控制装置供给电源,可靠地进行断路动作。该直流电路断路器具有:开关触点(2),其使直流电路接通/断开;跳闸装置(7),其使该开关触点断开;第1及第2电流传感器(3a、3b),其检测直流电路的电流;控制装置(6),其与该第1及第2电流传感器(3a、3b)的检测电流随动而使跳闸装置(7)动作;第1及第2交流变流器(8。

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