专利名称：一种电子自动空气开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子自动空气开关，用于三相配电与三相设备过载、断相、三相不平衡短路和其他造成严重三相不平衡保护。
目前市场上自动空气开关(如DZ10-100)，一般是采用双金属热形变工作的，由于受到机械疲劳、环境温度等原因，常常在自动空气开关动作时，电动机已经劳损或烧毁，造成较大的经济损失。另外，机械式自动空气开关工作时，能耗大，没有断相保护和电流值可调等功能，难以适应单独控制电动机场合。虽然市场上也出现一些电子式自动空气开关，电流取样部分采用电流互感器，体积大，灵敏度差，价格高，没有完全模拟电动机的电特性与热特性，限制电子自动空气开关推广。
本发明的宗旨是提供一种能比较理想地模拟电动机电特性与热特性的电子线路与原自动空气开关机械脱扣装置相结合的形成多功能、高精度、电流值可调电子自动空气开关。本实施例，选用DZ10-100系列中50A的自动空气开关为例。
图1为电子自动空气开关、交流电动机控制工作原理方框图。
图2为电子自动空气开关电子线路工作原理图。
由图1、图2，本实施例是一个具有过载、断相、三相不平衡短路以及其他造成三相严重不平衡保护功能的电子式自动空气开关，由三相主开关、交流电动机、电流取样电路、电压互感器隔离电路、有源精密半波整流放大电路、三相平均值滤波电路、三相峰值检波电路、电流调节电路、反时限电路、电压比较放大电路、脱扣线圈关断执行电路、机械脱扣装置等部分组成。反时限电路两端并接一个非过载放电电路，该电路由集成电压比较器N4及其输出端电阻R9组成，集成电压比较器正端接电流调节电路电位器RP中心抽头，负端接电压比较放大电路稳压管V1高电位端，输出端经R9接反时限电路延时电容C3正端。反时限电路由稳压管V3和电阻R11组成的串联电路与电阻R10并联、再同延时电容C3相串联组成的。实验证明，只要准确计算上述元件双金属片的反时限特性。增设非过载放电电路的目的是在电动机非过载时通过该电路将延时电容C3正端箝位在零电位，给延时电容C3提供一条对地放电支路，以充电时间常数与放电时间常数模拟电动机温度上升与下降时间常数，以电容C3上电压模拟电动机温度，在电动机工作电流没有超过额定值时，电容上的电压始终为零。
现有电子自动空气开关过载保护是利用稳压管、电阻、电容组成的串并联电路组成的，由于稳压管漏电，以及干扰信号使电容电压缓慢上升，导致误动作。没有给电容提供一条电荷释放支路，电容电压难以模拟电动机温升。因此，在反时限电路两端并接非过载放电电路是本发明技术区别现有技术一个重要特征。
三相平均值滤波电路、电流调节电路、电压比较放大电路之间接三相不平衡保护电路。该电路由集成电压比较器N1、N2、N3组成，其正端分别接三相平均值滤波电路电容C1正端，负端同时接在电流调节电路电阻R8高电位端，输出端接电压比较放大电路稳压管V1高电位端。设置该电路的目的是针对电动机出现严重不平衡工作状态(如缺相、二相间短路、相与地间短路等)时进行保护，模拟电动机电特性。
当三相A、B、C任一相出现断相时，该相平均值滤波电路电容C1上电压降为低电位，电流调节电路R8高电位端电压取决于三相峰值检波电路维持电容C2电压，因此三相不平衡保护电路集成电压比较器正端电压低于负端电压，输出端由原来高电位(稳压管V1稳压值)变于零电位；电压比较放大电路集成运算放大器正端电压高于负端电压，其输出端由原来零电位翻转为高电位，经三极管V2及其基极电阻R13使该三极管迅速饱和，脱扣线圈得电，机械脱扣装置动作，三相主开关立即切断三相主电源。
当三相A、B、C任一相出现对地短路时，大电流将导致该相有源精密半波整流放大电路集成运算放大器输出端电位急剧上升并迅速饱和，电流调节电路电阻R8高电位端电位急剧上升，由于检波二极管隔离作用，另两相平均值滤波电路电容C1上的电压保持不变，通过电流调节电路电阻R7、R8、电位器RP参数设计，三相不平衡保护电路集成电压比较器负端电压高于正端电压，该两相集成电压比较器输出由高电位(稳压管V1稳压值)翻转于零电位，经过电压比较放大电路和脱扣线圈关断执行电路使机械脱扣装置动作迅速切断三相主电源。
如果出现二相间短路时，两相电流急剧增加，根据单相对地短路分析，同样使三相不平衡保护电路中另一相集成电压比较器输出零电位，经过电压比较放大电路和脱扣线圈关断执行电路使机械脱扣装置动作迅速切断三相主电源。
如果A、B、C出现严重不平衡，只要使三相不平衡保护电路集成电压比较器负端电位高于正端电位，其输出端同样会出现零电位，经过电压比较放大电路和脱扣线圈关断执行电路使机械脱扣装置动作切断三相主电源。
由于目前电子式自动空气开关短路保护是根据实际电流值与额定电流值比值来设计的，因此，必须避开电动机起动电流，尤其在控制多台电动机场合，情况更加复杂。本发明所采取的技术方案，是利用三相目不平衡原理，只要其中一相或两相电流大于另二相或相数倍时，电子保护线路就发挥作用，巧妙地将断相、相对地短路、两相间短路以及其他产生严重三相不平衡状态统一于一种线路，是本发明技术与现有技术另一个重要特征。
电流取样采用铜电阻RA、RB、RC作为传感器。铜电阻RA、RB、RC分别串联在电动机主电路中，其两端接电压互感器TV1、TV2、TV3的初级，铜电阻上的微压降能真实地反映交流电动机工作电流大小，空气开关工作在微热状态，节能效果尤为显贵。在电压互感器隔离电路与三相峰值检波电路之间接有源精密半波整流放大电路，该电路由偏置电阻R1、R2，集成运算放大器T1、T2、T3及其输出端、负端、偏置电阻R1、R2接联点之间的串联电阻R3、R4组成的。设置该电路的目的一方面将隔离变压器次级电压进行半波整流，另一方面将该电压高保真放大，即使电动机工作在空载时，也能在其输出端获得比较大的直流电压信号，与目前市场上电子式自动空气开关采用电流互感器获取直流电压信号相比，具有明显的优点(失真小、幅值大)。设置偏置电阻R1、R2的目的是自动空气开关在不带负载时，也能照样合闸，原理是三相平均值滤波电路电容C1有一个固定微弱直流电压，使三相不平衡保护电路集成电压比较器输出端始终处于高电位。有源精密半波整流放大电路与电流调节电路之间接三相峰值检波电路，设置该电路的目的是使在电流调节电路中电位器RP高电位端电压取决于三相有源精密半波整流放大电路电压幅值最大那相峰值电压。
图2中电子自动空气开关电流规格在一定范围内，由有源精密半波整流放大电路中集成运算放大器T1、T2、T3的输出端、负端与偏置电阻R1、R2连接点之间串联电阻R3、R4比值决定的，对于同一规格电流取样传感器RA、RB、RC只要改变R3、R4比值就能方便生产出不同规格的电子自动空气开关，给生产带来极大方便。
反时限电路输入端电压信号大小，取决于电流调节电路中电位器RP中心抽头位置，在某一电流范围内对不同额定电流的电动机，只要改变电位器RP中心抽头位置，就能获得同一输出电压信号，该电压与电动机功率无关，仅与电动机负载倍数有关，减少了电子自动空气开关电流规格，给生产和使用带来极大方便。
综上所述，本电子自动空气开关同原自动空气开关相比，具有以下优点1、具有断相、三相不平衡短路保护和其他造成严重三相不平衡保护，拓宽了电子自动空气开关的应用范围。
2、采用集成电路，环境温度，电压变化影响小，准确度高。
3、用电子元件实现过载保护功能，精度高、功耗低。
4、应用同一规格铜电阻，能方便地生产和制造出多种不同规格的电子自动空气开关，因此该电子自动空气开关是一种可以替代原自动空气开关实用性很强的电子电器产品。
权利要求
1.一种电子自动空气开关，电子线路包括电流取样电路，电压互感器隔离电路，有源精密半波整流放大电路，三相平均值滤波电路，三相峰值检波电路，电流调节电路，反时限电路，电压比较放大电路，脱扣线圈关断执行电路，其特征是该电子自动空气开关还包括三相不平衡保护电路和非过载放电电路。三相不平衡保护电路集成电压比较器的正端、负端、输出端分别接在三相平均值滤波电路电容(C1)正端、电流调节电路电阻(R8)高电位端、电压比较放大电路稳压管(V1)高电位端；非过载放电电路接在电流调节电路电位器(RP)中心抽头与反时限电路延时电容(C3)正端之间。
2.根据权利要求书1所述的电子自动空气开关，其特征在于电流取样电路采用铜电阻(RA、RB、RC)，串联在自动空气开关内部三相主电路中。
3.根据权利要求书1或2所述的电子自动空气开关，其特征是电压互感器隔离电路与三相峰值检波电路之间接有源精密半波整流放大电路，由偏置电阻(R1、R2)、集成运算放大器(T1、T2、T3)及其输出端、负端、偏置电阻连接点之间串联电阻(R3、R4)组成。
4.根据权利要求书1或2或3所述的电子自动空气开关，其特征是有源精密半波整流放大电路与电流调节电路之间接三相峰值检波电路，其输入端通过检波二极管(VD)与有源精密半波整流放大电路输出端相连接，输出端通过维持电容(C2)同电流调节电路电位器(RP)高电位端相连接。
5.根据权利要求书1或2或3或4所述的电子自动空气开关，其特征是有源精密半波整流放大电路与三相不平衡保护电路之间接三相平均值滤波电路，该电路由限流电阻(R5)和滤波电容(C1)串联组成的，限流电阻(R5)高电位端接有源精密半波整流放大电路输出端，低电位端接三相不平衡保护电路集成电压比较器(N1、N2、N3)正端。
6.根据权利要求书1或2或3或4所述的电子自动空气开关，其特征是三相峰值检波电路维持电容(C2)正端与反时限电路输入端之间接电流调节电路，该电路由电位器(RP)、电阻(R7、R8)串联组成的，电位器高电位端接维持电容(C2)正端，中心抽头接反时限电路输入端。
全文摘要
本发明涉及一种电子空气开关，包括三相通断主开关、电流取样电路、电压互感器隔离电路、有源精密半波整流放大电路、三相平均值电路、三相峰值检波电路、电流调节电路、反时限电路、电压比较放大电路、脱扣线圈关断执行电路以及机械脱扣装置，其特征是该电子自动空气开关还包括三相不平衡保护电路和非过载放电电路。是一种自动空气开关更新换代产品，适用配电与三相设备过载、断相、三相不平衡短路以及其他造成三相严重不平衡保护。
文档编号H02H3/32GK1123962SQ9411837
公开日1996年6月5日 申请日期1994年11月28日 优先权日1994年11月28日
发明者王正存 申请人:乐清市正存电子开关厂