DZ47-63GQ系列过欠压保护小型断路器，适用于交流50Hz、额定电压230/400V，额定电流至63A的配电线路中，作为照明及动力设备的过载与短路保护，也可在正常情况下作为设备的不频繁通断转换。该系列断路器由高强度高阻燃性塑料外壳、过电流脱扣器、过欠压脱扣器、操作机构、触头及灭弧室组成。若电网电压超出或低于某一设定电压值时，断路器脱扣以切断电源电压，避免电气设备因电源电压不在额定工作范围内而造成不必要的损坏。DZ47-63GQ过欠压保护小型断路器，设定的过电压与欠电压动作保护值分别是275V±5%和165V±5%，电源电压处于两者之间时断路器处于正常合闸状态。
据市场反应与同行交流，DZ47-63GQ过欠压保护小型断路器在感性负载应用场合容易出现异常脱扣的现象，尤其是感性负载起动的瞬间。同样的负载类型和应用场合，DZ47-63型空开断路器并没有出现异常脱扣的现象。这可以初步判断DZ47-63GQ过欠压保护小型断路器的异常脱扣，并不是由感性负载起动瞬间的大电流引起，而是起动瞬间电网电压瞬间下降，断路器发挥欠压保护功能而脱扣。本文基于成本控制的前提下，针对如何延长DZ47-63GQ过欠压保护小型断路器的欠压分断时间展开研究，以适应该系列产品在感性负载应用场合能够较好的发挥功能。
过欠压原理分析
单相全桥整流电路示意图如图一所示，由四个二极管组成桥式整流电路，将有效值为U的正弦交流电转换成直流电。分析原理时不考虑整流二极管的压降，当U处于正弦波正半周时二极管D1、D4导通，在负载电阻R上得到正弦波的正半周；当U处于正弦波负半周时二极管D2、D3导通，同样在负载电阻R上得到正弦波的正半周。正弦交流电U的一个周期内，负载电阻R得到周期为π的单向脉动电压。
正弦交流电U经过全桥整流后，得到的单向脉动电压，其有效值Ud为：
过压保护原理分析
图二为DZ47-63GQ过欠压保护小型断路器的电路原理图。过压部分主要由R7电阻、C2电容、R8电阻及R9电阻构成，其中C2电容起滤波及充电延时的作用，使得正弦交流电整流之后近似得到直流电压。
当电源电压有效值上升到断路器过压保护动作阈值电压275V时，电源电压通过R7电阻、R8电阻和R9电阻串联进行分压，以及R7电阻和C2电容构成的RC串联充电电路，稳态时C2电容正极性端电压近似为：
此时正达到12V稳压管D2的临界值，理论上此时D2稳压二极管阳极电位为0V。查阅相应数据手册得知MCR100-8可控硅控制极的触发电压为0.8V，随着电源电压超出断路器过压动作阈值电压275V，若D2稳压管阳极电位达到0.8V，则触发MCR100-8可控硅，断路器发挥过压保护功能。C1电容可吸收PNP型9012三极管Q1发射极与基极之间的干扰信号，否则干扰信号使得9012三极管发射极和基极之间电压存在波动，可能导致9012三极管间歇性导通，使得C3电容有一定的电量累积从而缩短过压分断时间。
欠压保护原理分析
根据图二过欠压保护电路原理图，当电源电压有效值下降到断路器欠压保护动作阈值电压165V时，电源电压全桥整流之后，经过R2电阻、R4电阻及R6电阻构成的串联电路分压之后，PNP型9012三极管基极电压为：
电源电压整流之后经过R1电阻，由12V稳压二极管D1稳压之后，PNP型9012三极管发射极电位几乎为12V，此时三极管导通，其发射极电压经过R5电阻和C4电容构成的RC串联电路对C4电容进行充电。当C4电解电容正极性端电位达到MCR100-8可控硅控制极触发电压时，可控硅单向导通从而断路器发挥欠压保护功能，欠压分断时间主要取决于C4电容充电时间的快慢。C1电容起辅助作用，同样的操作环境下，随着电源电压低于断路器欠压保护动作阈值电压165V的程度越高，C1电容的延时时间越短，PNP三极管9012越快导通，断路器欠压脱扣时间越短。
图二原理图参数存在的问题
根据图二所示原理图制作的过欠压样品，过压分断时间基本上不低于四百毫秒，若电路中出现一瞬间的电压高峰，只要高峰电压持续时间低于过压分断时间，则断路器保持合闸状态，避免了误动作及频繁脱扣现象的发生。只有当高峰电压持续一定时间，此时断路器才会判断电源电压确实异常从而发挥过压保护功能。
但是欠压脱扣时间偏短，电压值越低则断路器分断时间也就越短。电压值大小不变的情况下，合闸分闸速度的快慢明显影响断路器的分断时间大小。断路器发挥欠压保护功能后合闸速度越快，分断时间也就越小，其分断时间都在几十毫秒范围内。在电源电压较易波动的用电环境中，比如该断路器应用于大感性负载时，由于设备启动电流很大，在启动瞬间电网电压降低再恢复至正常范围。由于断路器欠压分短时间很短，此时容易发挥欠压保护功能从而跳闸，而且可能存在不能再次合闸的情况。
欠压改进方案
由图二电路原理图可知，DZ47-63GQ过欠压保护小型断路器的欠压工作电路模型为图三所示的RC串联电路。假设C电容初始电压为0V，当开关S闭合时电压源U通过电阻R对电容C进行充电。根据基尔霍夫电压定律，列出电路中电压和电流的微分方程为：
解方程可知C电容电压表达式Uc为：
该表达式满足U（0）=0，
两者结合可确定电容电压Uc和时间t的关系表达式为：
RC为时间常数。
从Uc表达式可知，电容电压Uc稳态值为U，其值趋向稳态值U的速度与时间常数RC有关，时间常数RC值越大，则Uc趋向U的速度越慢，反之Uc趋向U的速度越快。因此延长DZ47-63GQ过欠压保护小型断路器的欠压分短时间，可以采取增加R5电阻阻值大小或者C4电容容值大小的方法来实现。C4为电解电容，若增加容值大小，将会使得C4电容的体积变大，一方面成本提高了，另一方面不方便生产过程中工人的装配。基于此，将R5电阻阻值改成240K来加大时间常数RC的值，其值的大小为：
改进之后通过理论计算可知经过150ms，C4电容电压为0.727V；经过320ms，C4电容电压为1.498V，考虑到C4电容触发可控硅时，在D3二极管上会有0.7V左右的压降，查阅得知可控硅MCR100-8控制极的触发电压为0.8V。因此当C4电容电压达到1.5V时触发MCR100-8可控硅，脱扣线圈中流过的电流产生克服弹簧力的电磁力，衔铁运动从而触动锁扣，使得断路器脱扣。理论上通过这样的改进，可以使得DZ47-63GQ过欠压保护小型断路器的欠压分断时间达到三百毫秒。从改进前后的试验记录可以看出，DZ47-63GQ过欠压保护小型断路器的欠压分断时间显著延长，即使是电源电压为100V且断路器欠压脱扣后快速合闸，其欠压脱扣时间也都在一百毫秒以上。从表无可以看出，这样的改进方案对断路器过压分断时间影响不大。总体上相比未改进之前明显提升断路器欠压分断的可靠性，降低欠压分断误动作频率。
/2 
