專(zhuān)利名稱：使用磁阻抗元件的過(guò)載電流保護(hù)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種過(guò)載電流保護(hù)設(shè)備，用于檢測(cè)流經(jīng)導(dǎo)體的電流，并在電流超過(guò)一個(gè)預(yù)定閾值時(shí)切斷電流，例如，能夠控制提供給電動(dòng)機(jī)的電源的過(guò)載電流保護(hù)設(shè)備。
背景技術(shù)：
一般來(lái)說(shuō)，例如，這種類(lèi)型的過(guò)載電流保護(hù)設(shè)備檢測(cè)到通過(guò)接觸器流向三相電動(dòng)機(jī)的電流超過(guò)一個(gè)安全閾值時(shí)，就根據(jù)檢測(cè)結(jié)果切斷流向電動(dòng)機(jī)的電流，這是通過(guò)使電動(dòng)機(jī)的全部或部分電流流經(jīng)一個(gè)雙金屬元件而實(shí)現(xiàn)的。即，若向由雙金屬片制成的開(kāi)關(guān)施加電流，該雙金屬片根據(jù)電流大小而被加熱，且電動(dòng)機(jī)電流超過(guò)安全閾值一段預(yù)定時(shí)間后，該雙金屬片受熱彎曲，從而開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)置于斷開(kāi)狀態(tài)，供給接觸器的控制輸入端的電流也被停止。然而，在使用該開(kāi)關(guān)的系統(tǒng)中，當(dāng)開(kāi)關(guān)進(jìn)入斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)難以調(diào)節(jié)電流，導(dǎo)致系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間處于錯(cuò)誤狀態(tài)。
為解決上述問(wèn)題，可以由電子方式來(lái)執(zhí)行傳統(tǒng)上由雙金屬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的功能。使用電子設(shè)備可以提供可靠的、容易調(diào)節(jié)的設(shè)備。但是，由于這種電子系統(tǒng)需要復(fù)雜的電路，因此需要多個(gè)部件，諸如恒壓電源等，通過(guò)適當(dāng)?shù)貦z測(cè)電流來(lái)操作接觸系統(tǒng)。此外，把電流檢測(cè)變壓器(稱為CT)用作電流檢測(cè)單元，這將導(dǎo)致由于鐵芯產(chǎn)生磁飽和而不能獲得寬的電流檢測(cè)范圍的問(wèn)題。還有一種使用磁阻元件的方法。但是，由于其靈敏度低，所以需要鐵芯，因此和上述CT一樣不能獲得寬的電流檢測(cè)范圍。另外，由于磁阻元件受溫度影響而波動(dòng)很大，元件間的差異性很大，且受干擾噪聲的影響，從而產(chǎn)生了高精度設(shè)備需要高成本的問(wèn)題。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種低成本、高精度的過(guò)載電流保護(hù)設(shè)備，其能夠擴(kuò)展電流檢測(cè)范圍而不需要恒壓電源等，也不會(huì)由于干擾噪聲等環(huán)境特征和時(shí)間的變化而降低精度。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，在根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明中，一種過(guò)載電流保護(hù)設(shè)備包括開(kāi)關(guān)，用于提供或切斷從電源到負(fù)載的電流；電流檢測(cè)器，用于檢測(cè)電流；控制電源，其具有包含初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的電源變壓器，插入在從電源到負(fù)載的電流供應(yīng)線路中，并向各個(gè)單元供電，從而，在產(chǎn)生電流過(guò)載時(shí)，可以切斷負(fù)載的電流供應(yīng)。其中，電流檢測(cè)器由具有磁阻抗效應(yīng)的磁檢測(cè)元件構(gòu)成，并且其所處位置使得可以檢測(cè)由流經(jīng)電源變壓器次級(jí)繞組的電流產(chǎn)生的磁通。
在根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)明中，一種過(guò)載電流保護(hù)設(shè)備包括開(kāi)關(guān)，用于提供或切斷從電源到負(fù)載的電流；電流檢測(cè)器，用于檢測(cè)電流；控制電源，其具有包含初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的電源變壓器，插入在從電源到負(fù)載的電流供應(yīng)線路中，并向各個(gè)單元供電，從而，在產(chǎn)生電流過(guò)載時(shí)，可以切斷負(fù)載的電流供應(yīng)。其中，多個(gè)電流檢測(cè)器各由具有磁阻抗效應(yīng)的磁檢測(cè)元件構(gòu)成，并且其所處位置使得可以檢測(cè)由流經(jīng)電源變壓器次級(jí)繞組的電流產(chǎn)生的磁通。
在根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)明中，控制電源被配置為電源變壓器的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組都是中空的，并包含用于存儲(chǔ)次級(jí)繞組的電流的電容器，以及電壓調(diào)節(jié)器。(根據(jù)權(quán)利要求3的發(fā)明)。
在根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的發(fā)明中，提供了用于傳導(dǎo)電流的配線和安裝配線的基板，磁檢測(cè)元件位于基板上配線的附近，從而磁檢測(cè)元件可以檢測(cè)電流產(chǎn)生的磁通。(根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)明)。在根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的發(fā)明中，兩個(gè)磁檢測(cè)元件所處的位置使得與電流產(chǎn)生的磁通相對(duì)應(yīng)的輸出的絕對(duì)值相等而極性相反，并且根據(jù)兩個(gè)磁檢測(cè)元件之間的輸出差值計(jì)算結(jié)果來(lái)檢測(cè)電流。(根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)明)。


圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的配置；圖2顯示了圖1所示的電流檢測(cè)器的實(shí)例的配置；圖3是一個(gè)示意圖，顯示了電流檢測(cè)元件單元中流經(jīng)相鄰配線的電流的影響；圖4是一個(gè)框圖，顯示了檢測(cè)電路的實(shí)際例子；圖5顯示了圖1所示的控制電源的實(shí)際例子。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。
標(biāo)號(hào)R、S和T表示電源線，其連接至未在附圖中顯示的三相交流電源，并通過(guò)三相接觸器(開(kāi)關(guān))2和三個(gè)電源變壓器5a、5b和5c連接至作為負(fù)載的電動(dòng)機(jī)3。在這些電源變壓器5a、5b和5c的次級(jí)繞組附近為每一相設(shè)置了電流檢測(cè)器4a、4b和4c，從而可以檢測(cè)流經(jīng)次級(jí)繞組的電流。
接觸器2包含觸點(diǎn)2a、2b和2c，每個(gè)觸點(diǎn)通過(guò)不同電源線經(jīng)過(guò)各個(gè)電源變壓器5a、5b和5c的初級(jí)繞組連接至電動(dòng)機(jī)3。觸點(diǎn)2a、2b和2c機(jī)械連接，從而由電磁線圈2d同時(shí)操作。電磁線圈2d與微計(jì)算機(jī)8的數(shù)字輸出端相連。由微計(jì)算機(jī)8，電流檢測(cè)器4a、4b和4c，電源變壓器5a、5b和5c等構(gòu)成的控制電路形成了電子過(guò)載繼電器1。通過(guò)切換器6順序?qū)﹄娏鳈z測(cè)器4a、4b和4c的輸出進(jìn)行切換。通過(guò)半波整流器7，把切換器6選擇的電流檢測(cè)器4a、4b和4c的輸出連接到微計(jì)算機(jī)8的模擬輸入端。
通過(guò)整流二極管D0、D1和D2把電源變壓器5a、5b和5c的次級(jí)繞組連接至第一電容器C0，從而形成了控制電源。該第一電容器C0連接在電壓調(diào)節(jié)器9的正輸入端和地之間，第二(穩(wěn)定)電容器C1連接在電壓調(diào)節(jié)器9的正輸出端和地之間，從而可以由電壓調(diào)節(jié)器9提供恒定電平的電壓Vcc作為控制電源。保護(hù)二極管D3、D4和D5連接在整流二極管D0、D1和D2之間。
下面參考附圖描述電流檢測(cè)器4a、4b和4c的實(shí)際配置。由于電流檢測(cè)器4a、4b和4c的配置相同，下面描述其中的一個(gè)，作為代表性配置。
如圖2所示，電流檢測(cè)器包括具有磁阻抗(MI)效應(yīng)的MI元件40a和40b、用于傳導(dǎo)電流的配線200、用于安裝配線200和MI元件40a和40b的基板300以及檢測(cè)電路41。
MI元件40a和40b可以是，例如，日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)特開(kāi)平6-281712中公布的無(wú)定型導(dǎo)線，或日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)特開(kāi)平8-330645中公布的薄膜。
圖3顯示了電流I1和I2并行流動(dòng)的一個(gè)示例。
圖3中，假設(shè)電流I1和I2產(chǎn)生的磁通分別由1和2表示，且兩個(gè)MI元件40a和40b上由1和2產(chǎn)生的輸出電平分別為S2和N2，則兩個(gè)MI元件40a和40b之間的差動(dòng)輸出可計(jì)算如下。
差分輸出＝40a的輸出-40b的輸出＝S2+N3-(-S2+N3)＝2×S2……(1)因此，可以不受相鄰配線210的電流I2的影響而檢測(cè)電流I1。
此外，當(dāng)施加有作為噪聲的均勻外部磁場(chǎng)時(shí)，在兩個(gè)MI元件40a和40b上產(chǎn)生大小和符號(hào)相同的輸出。因此，可以消除外部磁場(chǎng)的影響，如同附近配線的情況一樣。
圖4顯示了檢測(cè)電路的一個(gè)實(shí)例。
檢測(cè)電路41使用振蕩電路411和分壓電阻器R3和R4向MI元件40a和40b施加高頻電流，使用檢測(cè)電路412a和412b，通過(guò)電壓的變化而檢測(cè)MI元件40a和40b由磁場(chǎng)引起的阻抗變化，并使用差動(dòng)電路413產(chǎn)生與MI元件40a和40b之間的差值成正比的輸出，使用放大電路414取出這個(gè)輸出?？捎眉臃娐穪?lái)替換差動(dòng)電路413，從而與MI元件40a和40b之間的差值成正比的輸出可替換為與MI元件40a和40b的和值成正比的輸出。
在上述實(shí)例中，兩個(gè)MI元件之間的磁場(chǎng)檢測(cè)方向相同。但是很顯然，通過(guò)將磁場(chǎng)檢測(cè)方向設(shè)置為彼此相反，并獲得兩個(gè)MI元件的輸出和，也可以和上述實(shí)例一樣，檢測(cè)電流不受干擾噪聲的影響。
在上述實(shí)例中使用了三相交流電。但是，考慮到單相交流電對(duì)應(yīng)于三相交流電中的其中一相，很顯然，也可以適當(dāng)?shù)厥褂脝蜗嘟涣麟姟?br> 圖5顯示了控制電源的另一個(gè)實(shí)例。
圖1中，假設(shè)電源變壓器配備有鐵芯。在圖5所示的實(shí)例中，使用了中空鐵芯。由于其他點(diǎn)與圖5所示的實(shí)例相同，此處省略了相應(yīng)的說(shuō)明。
根據(jù)本發(fā)明，由具有磁阻抗效應(yīng)的磁檢測(cè)元件檢測(cè)由電流產(chǎn)生的磁通，所以不會(huì)出現(xiàn)由廣泛使用的電流檢測(cè)變壓器所導(dǎo)致的鐵芯磁飽和，從而擴(kuò)展了電流檢測(cè)范圍。
在本發(fā)明的電流檢測(cè)單元中，由于兩個(gè)磁檢測(cè)元件被設(shè)置為磁檢測(cè)元件的輸出的絕對(duì)值相等，作為由電流產(chǎn)生的磁通值，而磁檢測(cè)元件的輸出的極性相反，并檢測(cè)磁檢測(cè)元件的輸出之間的差值，所以，可以不受由外部磁場(chǎng)和流經(jīng)相鄰配線的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響而檢測(cè)電流。因此，可以提供一種過(guò)載電流保護(hù)設(shè)備，其不易受的噪聲的影響并具有優(yōu)異的抗環(huán)境干擾性能。
根據(jù)本發(fā)明的電流檢測(cè)單元檢測(cè)電源變壓器的次級(jí)側(cè)的電流。因此，可以使用高靈敏度的磁檢測(cè)元件來(lái)調(diào)節(jié)輸出靈敏度。尤其當(dāng)所檢測(cè)的電流很大時(shí)，可以提供具有寬的電流檢測(cè)范圍而會(huì)由于所檢測(cè)的電流而導(dǎo)致輸出飽和的過(guò)載電流保護(hù)設(shè)備。
此外，根據(jù)本發(fā)明的控制電源不需要配備外部恒壓電源，因此，提供了一種能夠減少總成本的通用過(guò)載電流保護(hù)設(shè)備。
另外，本發(fā)明的控制電源的電源變壓器的中空結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了低成本的過(guò)載電流保護(hù)設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種過(guò)載電流保護(hù)設(shè)備，其包括開(kāi)關(guān)，用于提供或切斷從電源到負(fù)載的電流；電流檢測(cè)器，用于檢測(cè)電流；控制電源，其具有包含初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的電源變壓器，插入在從電源到負(fù)載的電流供應(yīng)線路中，并向各個(gè)單元供電，從而，在產(chǎn)生電流過(guò)載時(shí)，可以切斷負(fù)載的電流供應(yīng)，其特征在于電流檢測(cè)器由具有磁阻抗效應(yīng)的磁檢測(cè)元件構(gòu)成，并且其所處位置使得可以檢測(cè)由流經(jīng)電源變壓器次級(jí)繞組的電流產(chǎn)生的磁通。
2.一種過(guò)載電流保護(hù)設(shè)備，其包括開(kāi)關(guān)，用于提供或切斷從電源到負(fù)載的電流；電流檢測(cè)器，用于檢測(cè)電流；控制電源，其具有包含初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的電源變壓器，插入在從電源到負(fù)載的電流供應(yīng)線路中，并向各個(gè)單元供電，從而，在產(chǎn)生電流過(guò)載時(shí)，可以切斷負(fù)載的電流供應(yīng)，其特征在于多個(gè)電流檢測(cè)器各由具有磁阻抗效應(yīng)的磁檢測(cè)元件構(gòu)成，并且其所處位置使得可以檢測(cè)由流經(jīng)所述次級(jí)繞組的電流產(chǎn)生的磁通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于控制電源被配置為電源變壓器的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組都是中空的，并包含用于存儲(chǔ)所述次級(jí)繞組的電流的電容器以及電壓調(diào)節(jié)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于提供了用于傳導(dǎo)電流的配線和安裝配線的基板，磁檢測(cè)元件位于基板上配線的附近，從而磁檢測(cè)元件可以檢測(cè)電流產(chǎn)生的磁通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于兩個(gè)磁檢測(cè)元件所處的位置使得與電流產(chǎn)生的磁通相對(duì)應(yīng)的輸出的絕對(duì)值相等而極性相反，并且根據(jù)兩個(gè)磁檢測(cè)元件之間的輸出差值計(jì)算結(jié)果來(lái)檢測(cè)電流。
全文摘要
一種過(guò)載電流保護(hù)設(shè)備，用于在發(fā)生過(guò)載時(shí)通過(guò)接觸器(開(kāi)關(guān))(2)切斷從電源提供給諸如電動(dòng)機(jī)的負(fù)載(3)的電源，其中，把具有磁阻抗(MI)效應(yīng)的MI元件作為電流檢測(cè)器(4a、4b和4c)安裝在能夠檢測(cè)流經(jīng)電源變壓器(5a、5b和5c)的次級(jí)繞組的電流的位置上，電源變壓器(5a、5b和5c)產(chǎn)生控制電源，從而無(wú)需使用恒壓電源，能夠減少成本，并消除了由鐵芯導(dǎo)致的磁飽和，從而擴(kuò)展了電流檢測(cè)范圍，避免了傳統(tǒng)電流互感器中存在的問(wèn)題，從而提供了一種低成本、高精度的具有寬電流檢測(cè)范圍的過(guò)載電流保護(hù)設(shè)備。
文檔編號(hào)H02M7/06GK1491471SQ02805044
公開(kāi)日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2002年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月16日
發(fā)明者工藤高裕, 北出雄二郎, 石川公忠, 二郎, 忠 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社