Патент на изобретение №2383960

(54) ЭЛЕКТРОННОЕ ОТКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ОСНАЩЕННОЕ СХЕМОЙ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, СОДЕРЖАЩЕЙ СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, И АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ОДНО ТАКОЕ ОТКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

(57) Реферат:

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в увеличении быстродействия. Электронное отключающее устройство содержит, по меньшей мере, один датчик (T1, T2, Т3) тока, выпрямляющую схему (3) для подачи питающего тока (Iа), электронный блок (6) обработки для управления исполнительным механизмом, предназначенным для того, чтобы приводить в действие размыкающий механизм основного проводника (1), и схему (4) электропитания, оснащенную стабилизатором (17) напряжения, предназначенным для того, чтобы подавать питающее напряжение (VA) в электронный блок обработки. В электронном отключающем устройстве схема электропитания содержит средство (19, 20) повышения напряжения, позволяющее подавать повышенное напряжение (VB) на вход стабилизатора (17) напряжения, предназначенного для того, чтобы подавать питающее напряжение (VA) в электронный блок обработки, при этом упомянутое повышенное напряжение (VB) больше, чем напряжение (VM) на клеммах накопительного конденсатора. Изобретение также относится к автоматическому выключателю, оснащенному вышеописанным электронным отключающим устройством. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области автоматических выключателей и, более конкретно, к области электронных отключающих устройств, оснащающих эти автоматические выключатели.

Более конкретно, изобретение относится к электронному отключающему устройству для автоматического выключателя, причем упомянутое отключающее устройство содержит:

– по меньшей мере, один датчик тока для подачи тока вторичной обмотки, отображающий ток первичной обмотки в основном проводнике упомянутого автоматического выключателя,

– выпрямляющую схему для выпрямления тока вторичной обмотки и подачи питающего тока,

– электронный блок обработки для управления исполнительным механизмом, предназначенным для того, чтобы приводить в действие размыкающий механизм основного проводника, и

– схему электропитания, оснащенную накопительным конденсатором, предназначенным для того, чтобы подавать электроэнергию в исполнительный механизм, и стабилизатором напряжения, предназначенным для того, чтобы подавать питающее напряжение в электронный блок обработки, при этом упомянутый накопительный конденсатор заряжается посредством питающего тока.

Изобретение также относится к автоматическому выключателю, причем выключатель содержит:

– по меньшей мере, один основной проводник,

– размыкающий механизм основного проводника,

– исполнительный механизм, предназначенный для того, чтобы приводить в действие размыкающий механизм, и

– отключающее устройство с электронным блоком обработки для управления исполнительным механизмом, и схемой электропитания, предназначенной для того, чтобы подавать электропитание в исполнительный механизм, оснащенной стабилизатором напряжения, предназначенным для того, чтобы подавать питающее напряжение в электронный блок обработки.

Уровень техники

В отключающих устройствах предшествующего уровня техники стабилизатор напряжения, предназначенный для того, чтобы подавать питающее напряжение VA в электронный блок обработки, как правило, питается напряжением VM на клеммах накопительного конденсатора. В этих отключающих устройствах накопительный конденсатор, как правило, заряжается посредством тока вторичной обмотки, поступающего от датчиков тока.

Одна из проблем отключающих устройств предшествующего уровня техники заключается в том, что время зарядки накопительного конденсатора, предназначенного для того, чтобы подавать электропитание в исполнительный механизм, как правило, также значительное. Время нарастания питающего напряжения VA электронного блока обработки, которое зависит от напряжения VM на клеммах накопительного конденсатора, следовательно, также значительное. Чтобы электронное устройство обработки работало в штатном режиме, напряжение VM на клеммах накопительного конденсатора должно быть выше номинального значения питающего напряжения VA электронного блока обработки.

Таким образом, при подаче питания на автоматический выключатель заряд накопительного конденсатора стремится задерживать подачу питания на электронный блок обработки отключающего устройства.

Раскрытие изобретения

Объектом настоящего изобретения является электронное отключающее устройство и автоматический выключатель, оснащенный таким электронным отключающим устройством, причем упомянутое электронное отключающее устройство содержит в схеме электропитания средство, дающее возможность уменьшения задержки подачи питания на электронный блок обработки.

Поэтому изобретение относится к электронному отключающему устройству, при этом устройство содержит:

– по меньшей мере, один датчик тока для подачи тока вторичной обмотки, отображающий ток первичной обмотки, в основном проводнике упомянутого автоматического выключателя,

– выпрямляющую схему для выпрямления тока вторичной обмотки и подачи питающего тока,

– электронный блок обработки для управления исполнительным механизмом, предназначенным для того, чтобы приводить в действие размыкающий механизм основного проводника, и

– схему электропитания, оснащенную накопительным конденсатором, предназначенным для того, чтобы подавать электроэнергию в исполнительный механизм, и стабилизатором напряжения, предназначенным для того, чтобы подавать питающее напряжение в электронный блок обработки, при этом упомянутый накопительный конденсатор заряжается посредством питающего тока,

при этом схема электропитания содержит средство повышения напряжения, позволяющее подавать повышенное напряжение на вход стабилизатора напряжения, предназначенного для того, чтобы подавать питающее напряжение в электронный блок обработки, при этом упомянутое повышенное напряжение является большим, чем напряжение на клеммах накопительного конденсатора.

В конкретном варианте осуществления средство повышения напряжения содержит резистор, последовательно подключенный к накопительному конденсатору таким образом, что когда питающий ток поступает, чтобы заряжать упомянутый накопительный конденсатор, повышенное напряжение имеет значение, большее или равное сумме напряжения на клеммах упомянутого конденсатора и напряжения на клеммах упомянутого резистора.

В другом конкретном варианте осуществления средство повышения напряжения содержит ограничитель напряжения, последовательно подключенный к накопительному конденсатору таким образом, что когда питающий ток поступает, чтобы заряжать упомянутый накопительный конденсатор, повышенное напряжение быстро достигает значения, большего или равного сумме напряжения на клеммах упомянутого конденсатора и ограничивающего напряжения упомянутого ограничителя напряжения. Предпочтительно, ограничитель напряжения является ограничивающим напряжение диодом, обеспечивающим ограничивающим напряжением, при этом упомянутый диод является обратно подключенным.

Согласно предпочтительному варианту осуществления средство повышения напряжения содержит резистор и ограничитель напряжения, соединенные параллельно.

Предпочтительно, в случае, когда средство повышения содержит ограничитель напряжения, ограничивающее напряжение больше или равно номинального значения питающего напряжения электронного блока обработки.

Преимущественно питающее напряжение на клеммах накопительного конденсатора регулируется стабилизатором напряжения.

Предпочтительно, электронное отключающее устройство содержит средство фильтрации повышенного напряжения, подключенное выше по линии от стабилизатора напряжения, предназначенное для того, чтобы подавать питающее напряжение в электронный блок обработки.

Изобретение также относится к автоматическому выключателю, причем выключатель содержит:

– по меньшей мере, один основной проводник,

– размыкающий механизм основного проводника,

– исполнительный механизм, предназначенный для того, чтобы приводить в действие размыкающий механизм, и

– отключающее устройство с электронным блоком обработки, чтобы управлять исполнительным механизмом, и схемой электропитания, предназначенной для того, чтобы подавать электропитание в исполнительный механизм, оснащенной стабилизатором напряжения, предназначенным для того, чтобы подавать питающее напряжение в электронный блок обработки,

при этом отключающим устройством является вышеописанное отключающее устройство, содержащее средство повышения напряжения, позволяющее подавать повышенное напряжение на вход стабилизатора напряжения, предназначенного для того, чтобы подавать питающее напряжение в электронный блок обработки.

Краткое описание чертежей

Другие преимущества и признаки станут более явными из последующего описания конкретного варианта осуществления изобретения, предоставленного только в качестве неограничивающего примера и представленного на прилагаемых чертежах.

Фиг.1 изображает упрощенную блок-схему автоматического выключателя, в котором может быть реализовано отключающее устройство согласно изобретению.

Фиг.2 изображает схему отключающего устройства согласно предшествующему уровню техники.

Фиг.3 изображает схему отключающего устройства согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг.4 иллюстрирует на кривых 3a-3c различные сигналы напряжения в отключающем устройстве согласно Фиг.3 в ходе нестационарной фазы включения питания автоматического выключателя.

Фиг.5 изображает схему отключающего устройства согласно варианту осуществления изобретения, содержащему интегральную микросхему.

Подробное описание варианта осуществления

Автоматический выключатель, представленный на Фиг.1, работает с тремя основными проводниками 1 упомянутого автоматического выключателя. Следует отметить, что устройство изобретения может содержать любое число основных проводников. Основные проводники подсоединены к контактам 2, позволяя току первичной обмотки, текущему в этих проводниках, замыкаться или размыкаться.

Датчики тока T1, T2, T3, электрически связанные с различными основными проводниками, преобразуют ток первичной обмотки с высоким значением в ток вторичной обмотки, совместимый с электронным отключающим устройством. Выпрямляющая схема 3 подает питающий ток Ia на схему 4 электропитания отключающего устройства.

Автоматический выключатель содержит электронный блок 6 обработки, предназначенный для того, чтобы управлять исполнительным механизмом 7 сигналом Is, отображающим интенсивность тока первичной обмотки в, по меньшей мере, одном основном проводнике автоматического выключателя. В варианте осуществления, представленном на Фиг.1, подача сигнала Is, отображающего интенсивность тока первичной обмотки, осуществляется посредством отдельного средства 8, содержащего датчик тока. В таком случае следует предусмотреть использование тех же датчиков тока, чтобы подавать питающий ток Ia в схему 4 электропитания и подавать сигнал Is, отображающий интенсивность тока первичной обмотки, в блок электронной обработки. Исполнительный механизм 7 дает возможность разомкнуть основные проводники 1 посредством механизма 9, работающего с размыканием контактов 2.

Таким образом, схема 4 электропитания подает питающее напряжение в исполнительный механизм 9. Схема 4 электропитания оснащена стабилизатором напряжения, предназначенным для того, чтобы подавать питающее напряжение VA, чтобы питать электронный блок 6 обработки.

В электронном отключающем устройстве согласно предшествующему уровню техники, представленном на Фиг.2, вторичная обмотка датчика тока T1 подключена к выпрямительному мосту, сформированному посредством группы из четырех диодов 11-14. Первый конец вторичной обмотки подсоединен к аноду первого диода 11 и катоду второго диода 13, тогда как второй конец вторичной обмотки подсоединен к аноду третьего диода 12 и катоду четвертого диода 14. Катоды первого и третьего диодов 11 и 12 подсоединены к положительной линии электропитания VP. Аноды второго и четвертого диодов 13 и 14 подсоединены к электрическому базовому заземлению отключающего устройства. Другие датчики T2 и T3 подсоединены таким же образом к двум выпрямительным мостам, соответственно, представляемым посредством диодов 11a, 12a, 13a, 14a и 11b, 12b, 13b и 14b. Катоды диодов 11a, 11b, 12a и 12b подсоединены к линии VP. Аноды диодов 13a, 13b, 14a и 14b подсоединены к электрическому базовому заземлению отключающего устройства.

Питающий ток Ia подается в положительную линию электропитания VP через диод 15 с тем, чтобы зарядить накопительный конденсатор 16. Таким образом, напряжение VM на клеммах накопительного конденсатора дает возможность подавать электропитание в исполнительный механизм. Питающий ток Ia также питает стабилизатор напряжения 17, предназначенный для того, чтобы регулировать питающее напряжение VA блока обработки.

Другое средство 8 обнаружения и измерения тока подает сигнал Is, отображающий, по меньшей мере, один ток первичной обмотки, в электронный блок 6 обработки. Когда ток первичной обмотки превышает порог отключения автоматического выключателя, электронный блок 6 обработки передает команду размыкания исполнительного механизма 7 на управляющий транзистор 18. Энергия, накопленная в накопительном конденсаторе 16, затем используется, чтобы питать исполнительный механизм.

Напряжение VM на клеммах накопительного конденсатора, предназначенного для того, чтобы подавать электропитание в исполнительный механизм, регулируется при помощи стабилизатора 21 напряжения посредством измерения напряжения VM и подачи управляющей команды на затвор транзистора 22. Диод 15 дает возможность питающему току Ia течь, чтобы заряжать конденсатор 16. Как только напряжение VM достигает рабочего значения, стабилизатор 21 напряжения передает управляющую команду отведения питающего тока Ia. Когда напряжение VM меньше рабочего значения, стабилизатор напряжения передает управляющую команду переустановления питающего тока Ia для перезарядки накопительного конденсатора 16.

Электронное отключающее устройство, представленное на Фиг.3, содержит компоненты, представленные на Фиг.2 и описанные выше. Электронное отключающее устройство, изображенное на Фиг.3, содержит, помимо этого, средство повышения напряжения, предназначенное для того, чтобы подавать повышенное напряжение VB в стабилизатор 17 напряжения, при этом упомянутое средство повышения подключено между катодом диода 15 и накопительным конденсатором 16. В случае, представленном на Фиг.3, средство повышения содержит резистор 19 и ограничивающий напряжение диод 20, обратно подключенный параллельно упомянутому резистору, так чтобы, когда накопительный конденсатор 16 зарядился, повышенное напряжение VB быстро достигало значения, равного сумме напряжения VM на клеммах конденсатора и ограничивающего напряжения VL упомянутого диода 20. Как только накопительный конденсатор 16 начинает зарядку, по меньшей мере, часть питающего тока Ia протекает через резистор 19. Когда напряжение на клеммах резистора 19 достигает ограничивающего напряжения, ограничивающий напряжение диод 20 удерживает это напряжение на значении, равном упомянутому ограничивающему напряжению VL. Таким образом, повышенное напряжение быстро достигает значения, равного ограничивающему напряжению VL, в начале зарядки накопительного конденсатора 16.

Ограничивающий напряжение диод может преимущественно представлять ограничивающее напряжение VL, большее или равное номинальному значению питающего напряжения VA электронного блока обработки, которое позволяет электронному блоку обработки работать с того момента, как только накопительный конденсатор 16 начинает зарядку. Таким образом, когда питание автоматического выключателя включается, питание электронного блока 6 обработки включается с меньшей задержкой.

Напряжение VM на клеммах накопительного конденсатора, предназначенного для электропитания исполнительного механизма, регулируется посредством стабилизатора 21 напряжения. Этот стабилизатор дает возможность уменьшить мощность, рассеиваемую питающим током Ia в резисторе 19 и диоде 20.

Когда питание автоматического выключателя включается, диод 23 позволяет току вторичной обмотки заряжать конденсатор 24, предназначенный для того, чтобы питать стабилизатор 17 напряжения. Конденсатор 24, объединенный с резистором 25, также выполняет фильтрацию повышенного напряжения VB на входе стабилизатора 17 напряжения.

Изменения значений напряжения VM, VB и VA во времени представлены, соответственно, кривыми 31, 32 и 33 Фиг.4, во время фазы включения питания автоматического выключателя.

Вплоть до времени t1 часть питающего тока Ia течет через резистор 20 скозь диод 15, чтобы зарядить накопительный конденсатор 16. Другая часть тока Ia течет через диод 23 и резистор 25, чтобы зарядить конденсатор 24. Повышенное напряжение VB очень быстро достигает значения, равного ограничивающему напряжению VL диода 20, которое в данном случае практически равно номинальному значению питающего напряжения VA электронного блока обработки. Таким образом, в момент времени t1 повышенное напряжение VB имеет значение, практически равное номинальному значению напряжения VA. Стабилизатор 17 напряжения поэтому имеет достаточное питание, чтобы предоставлять напряжение, равное номинальному значению напряжения VA.

Следует отметить, что в момент времени t1 значение напряжения VM на клеммах накопительного конденсатора 16 значительно ниже номинального значения напряжения VA. В сравнении с отключающим устройством предшествующего уровня техники, в котором стабилизатор напряжения 17 напрямую питается напряжением VM на клеммах накопительного конденсатора, это значение напряжения VM по-прежнему будет недостаточным, чтобы дать возможность стабилизатору 17 напряжения подавать номинальное питающее напряжение электронного блока обработки.

Между моментами времени t1 и t3 питающий ток Ia используется, чтобы заряжать накопительный конденсатор 16. Повышенное напряжение VB практически равно сумме напряжения VM на клеммах накопительного конденсатора 16 и ограничивающего напряжения VL диода 20.

Следует отметить, что в момент времени t2 напряжение VM на клеммах накопительного конденсатора равно номинальному значению напряжения VA. В сравнении с отключающим устройством предшествующего уровня техники, в котором стабилизатор 17 напряжения питается напряжением VM на клеммах накопительного конденсатора, t2 – это единственный момент времени, когда это напряжение VM достаточно, чтобы дать возможность стабилизатору 17 напряжения подавать напряжение, равное номинальному значению напряжения VA. Таким образом, в этом варианте осуществления отключающее устройство изобретения дает возможность подавать питание на электронный блок обработки с опережением. Приращение времени в сравнении с отключающим устройством предшествующего уровня техники, в котором стабилизатор 17 напряжения питается напряжением VM на клеммах накопительного конденсатора, равен t2-t1.

В момент времени t3 напряжение VM достигает рабочего значения VMc, и стабилизатор 21 напряжения передает управляющую команду транзистору 22, чтобы отклонить ток вторичной обмотки. Повышенное напряжение VB для этой части достигает максимального значения VB+, практически соответствующего сумме рабочего значения VMc и ограничивающего напряжения VL. Между моментами времени t3 и t4 напряжение VM и VB уменьшается вследствие того, что накопительный конденсатор 16 разряжается. В момент времени t4 напряжение VM достигает значения, меньшего рабочего значения VMc, и стабилизатор 21 напряжения передает управляющую команду транзистору 22, чтобы отклонить ток вторичной обмотки для перезарядки накопительного конденсатора 16. В момент времени t5 регулирование напряжения VM повторяет цикл, содержащийся между моментами времени t3 и t5.

Электронное отключающее устройство по Фиг.5 содержит интегральную микросхему 51, содержащую, помимо других компонентов, стабилизатор 17 напряжения, электронный блок обработки и стабилизатор 21 напряжения. Интегральная микросхема содержит выход регулятора 17 напряжения, подсоединенный к конденсатору 52, подсоединенному к электрическому базовому заземлению.

В представленном выше варианте осуществления средство повышения может содержать резистор 19 и/или ограничитель 20 напряжения, последовательно включенные с накопительным конденсатором. В других вариантах осуществления средство повышения может содержать другие электронные схемы, позволяющие повышать напряжение, такие как, например, полупроводниковые схемы или интегральные микросхемы.

Единственное преимущество отключающего устройства согласно изобретению заключается в обеспечении того, что питание электронного блока обработки подается как можно раньше после подачи питания на автоматический выключатель.

Формула изобретения

1. Электронное отключающее устройство содержит: по меньшей мере, один датчик тока (T1, T2, Т3) для подачи тока вторичной обмотки, отображающий ток первичной обмотки в основном проводнике (1) упомянутого автоматического выключателя, выпрямляющую схему (3) для выпрямления тока вторичной обмотки и подачи питающего тока (Iа), электронный блок (6) обработки для управления исполнительным механизмом, предназначенным для того, чтобы приводить в действие размыкающий механизм (9) основного проводника (1), и схему (4) электропитания, оснащенную накопительным конденсатором (16), предназначенным для того, чтобы подавать электроэнергию в исполнительный механизм, и стабилизатором (17) напряжения, предназначенным для того, чтобы подавать питающее напряжение (VA) в электронный блок обработки, при этом упомянутый накопительный конденсатор заряжается посредством питающего тока (Iа), отличающееся тем, что схема электропитания содержит средство (19, 20) повышения напряжения, позволяющее повышенное напряжение (VB) подавать на вход стабилизатора (17) напряжения, предназначенного для того, чтобы подавать питающее напряжение (VA) в электронный блок обработки, при этом упомянутое повышенное напряжение (VB) больше напряжения (VM) на клеммах накопительного конденсатора (16).

2. Электронное отключающее устройство по п.1, отличающееся тем, что средство повышения напряжения содержит резистор (19), последовательно подключенный к накопительному конденсатору (16) таким образом, что когда питающий ток (Iа) поступает, чтобы заряжать упомянутый накопительный конденсатор, повышенное напряжение (VB) имеет значение, большее или равное сумме напряжения (VM) на клеммах упомянутого конденсатора и напряжения на клеммах упомянутого резистора.

3. Электронное отключающее устройство по п.2, отличающееся тем, что средство повышения напряжения содержит ограничитель (20) напряжения, последовательно подключенный к накопительному конденсатору (16) таким образом, что когда питающий ток (Iа) поступает, чтобы заряжать упомянутый накопительный конденсатор (16), повышенное напряжение (VB) быстро достигает значения, большего или равного суммы напряжения (VM) на клеммах упомянутого конденсатора и ограничивающего напряжения на клеммах упомянутого ограничителя напряжения.

4. Электронное отключающее устройство по п.3, отличающееся тем, что ограничитель напряжения является ограничивающим напряжение диодом (20), обеспечивающим ограничивающим напряжением (VL), причем упомянутый диод является обратно подключенным.

5. Электронное отключающее устройство по любому из пп.2-4, отличающееся тем, что средство повышения напряжения содержит резистор (19) и ограничитель напряжения (20), соединенные параллельно.

6. Электронное отключающее устройство по любому из пп.3 и 4, отличающееся тем, что ограничивающее напряжение (VL) больше или равно номинальному значению питающего напряжения (VA) электронного блока обработки.

7. Электронное отключающее устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что напряжение (VM) на клеммах накопительного конденсатора регулируется посредством стабилизатора (21) напряжения.

8. Электронное отключающее устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что оно содержит средство (23, 24, 25) фильтрации повышенного напряжения (VB), подключенное выше по линии от стабилизатора (17) напряжения, предназначенное для того, чтобы подавать питающее напряжение (VA) в электронный блок обработки.

9. Автоматический выключатель, содержащий: по меньшей мере, один основной проводник (1), размыкающий механизм (9) основного проводника, исполнительный механизм (7), предназначенный для того, чтобы приводить в действие размыкающий механизм (9), и отключающее устройство с электронным блоком (6) обработки, чтобы управлять исполнительным механизмом, и схемой (4) электропитания, предназначенной для того, чтобы подавать электропитание в исполнительный механизм, оснащенный стабилизатором (17) напряжения, предназначенным для того, чтобы подавать питающее напряжение (VA) в электронный блок обработки, при этом отключающим устройством является отключающее устройство по одному из пп.1-8, содержащее средство (19, 20) повышения напряжения, позволяющее подавать повышенное напряжение (VB) на вход стабилизатора (17) напряжения, предназначенного для того, чтобы подавать питающее напряжение (VA) в электронный блок обработки.

РИСУНКИ