專利名稱：一種數(shù)字標(biāo)定電能過負(fù)荷斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電能過負(fù)荷保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。尤其是以數(shù)字形式標(biāo)定并具電能累計(jì)顯示功能的實(shí)施電能過負(fù)荷速斷和反時(shí)限保護(hù)的斷路器。
背景技術(shù)：
保護(hù)電器大體上可分為熔斷器、非選擇型斷路器和選擇型斷路器三類。熔斷器的選擇性好，分?jǐn)嗄芰Ω?，尺寸較小，價(jià)格便宜，但保護(hù)功能單一且為一次性器件。非選擇型斷路器可以手操復(fù)位，有反時(shí)限特性的長延時(shí)脫扣器和瞬時(shí)過流脫扣器兩段保護(hù)功能，市電配電常用的小型斷路器即屬于這一類。選擇型斷路器則具有多種保護(hù)功能，且多具有智能特點(diǎn)，除防護(hù)功能外，還有測量、記錄及通信等功能，價(jià)格較高，尺寸較大，多用于干線和重要分干線。
目前，廣泛用于市電配電的小型斷路器是依金屬熱元件進(jìn)行過負(fù)荷檢測并進(jìn)一步通過脫扣機(jī)構(gòu)實(shí)施保護(hù)動作的空氣開關(guān)。具體是通過不同規(guī)格的金屬熱元件對應(yīng)各種額定保護(hù)電流值。由于金屬熱元件的物理特性及整個(gè)機(jī)構(gòu)的離散性使得空氣開關(guān)的實(shí)際動作電流與保護(hù)動作曲線的標(biāo)定值有不同程度的偏差，而且同一個(gè)空氣開關(guān)的這種動作偏差也因環(huán)境及工作電流過流形式的不同而不同。這類斷路器對超過其額定保護(hù)電流值較大的過流有確定或一致的動作，而對超過其額定保護(hù)電流值較小的過流不能確知預(yù)定保護(hù)動作的發(fā)生，長時(shí)間的低幅度過流更可能對器件本身造成不可恢復(fù)的損壞。在市電配電應(yīng)用中多個(gè)斷路器采用樹型多級串聯(lián)結(jié)構(gòu)連接，且上級斷路器的額定保護(hù)電流大于下級斷路器的額定保護(hù)電流，從而實(shí)現(xiàn)自下而上的分級保護(hù)。由于上述動作偏差的存在，在各級斷路器參數(shù)選擇保證用電安全的前提下，實(shí)際使用中越級保護(hù)的情況時(shí)有發(fā)生。也有額定保護(hù)電流值可調(diào)的空氣開關(guān)，就是由人工參照外部刻度調(diào)節(jié)內(nèi)部機(jī)械間隙，以使產(chǎn)品在調(diào)整范圍內(nèi)適應(yīng)不同的應(yīng)用。這種形式除了增加產(chǎn)品的適用性，對動作偏差沒有實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，而且由于調(diào)整環(huán)節(jié)的引入、人工對應(yīng)的誤差以及使用現(xiàn)場測試條件的限制，保護(hù)動作發(fā)生的預(yù)定性更差。另外，配電系統(tǒng)負(fù)荷量所對應(yīng)的應(yīng)該是電功率，上述空氣開關(guān)中的金屬熱元件檢測的也是電功率的變化，而習(xí)慣采用的以電流量衡量和標(biāo)定負(fù)荷量的前提是供電電壓保持為額定值不變。由于供電設(shè)備、線路傳輸、用電周期，負(fù)荷匹配等諸多因素的影響，實(shí)際供電電壓與額定電壓存在有動態(tài)偏差，以電流值標(biāo)定的負(fù)荷量的可參照性因此而受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是提供一種能準(zhǔn)確標(biāo)定動作負(fù)荷值、能根據(jù)電能過負(fù)荷形式的不同在不同的可預(yù)知的確定時(shí)刻實(shí)施保護(hù)動作、進(jìn)行電能累計(jì)、為用電安全和用電故障診斷提供保障和方便的數(shù)字標(biāo)定電能過負(fù)荷斷路器。
為了克服現(xiàn)有市電配電用小型斷路器在保護(hù)動作確定性方面的不足，本實(shí)用新型借鑒選擇型斷路器功能特點(diǎn)，在小型斷路器的尺寸及成本框架下，提供一種數(shù)字標(biāo)定的電能過負(fù)荷斷路器，該小型數(shù)字?jǐn)嗦菲鞑粌H能準(zhǔn)確標(biāo)定動作負(fù)荷值，而且能根據(jù)電能過負(fù)荷形式的不同在不同的可預(yù)知的確定時(shí)刻實(shí)施保護(hù)動作，同時(shí)還可進(jìn)行電能累計(jì)，通過輔助輸出手段顯示輸出標(biāo)定的額定負(fù)荷量、實(shí)時(shí)負(fù)荷量和累計(jì)電能值，可兼作電能表使用；當(dāng)分級配合使用時(shí)，各級斷路器參數(shù)可實(shí)現(xiàn)精密明確配合，為用電安全和用電故障診斷提供保障和方便。
本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思是，在斷路器中用電路將檢測的交流電壓和電流信號放大、相乘，并通過電壓/頻率轉(zhuǎn)換將電能信號按比例數(shù)變?yōu)槊}沖頻率信號；微控制器對脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)電量累計(jì)功能，并將脈沖密度對應(yīng)成實(shí)際電功率進(jìn)行實(shí)時(shí)定量監(jiān)視，根據(jù)速斷及反時(shí)限保護(hù)算法，綜合分析工作負(fù)荷及其變化趨勢和速率，對照以數(shù)值標(biāo)定的額定負(fù)荷值，動態(tài)確定保護(hù)判據(jù)，對線路實(shí)施準(zhǔn)確、及時(shí)和合理的保護(hù)。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是，一種數(shù)字標(biāo)定電能過負(fù)荷斷路系統(tǒng)，在絕緣外殼中，交流220伏相線入端、檢流元件、斷路元件和交流220伏相線出端順序電連接，交流220伏零線入端直接連接到交流220伏零線出端，其特征在于，檢流元件采用錳銅制成的分流器，斷路元件采用具有兩組常開觸點(diǎn)的繼電器，交流220伏相線入端通過分流器和繼電器的一組常開觸點(diǎn)連接到220伏相線出端。
分流器通過三個(gè)中間引出端與電能脈沖轉(zhuǎn)換模塊相連接，交流220伏零線通過內(nèi)部支路也與電能脈沖轉(zhuǎn)換模塊相連接；電能脈沖轉(zhuǎn)換模塊的脈沖輸出端經(jīng)過信號變換電路連接到微控制器系統(tǒng)；微控制器系統(tǒng)可控制繼電器吸合和釋放的輸出控制端通過驅(qū)動電路與繼電器控制端相接。
絕緣外殼正面布置有四位數(shù)碼顯示輸出、兩個(gè)LED指示燈和一個(gè)非鎖定輸入按鍵；數(shù)碼顯示輸出在內(nèi)部通過顯示驅(qū)動連接到微控制器，輸入按鍵和一個(gè)LED指示燈也在內(nèi)部連接到微控制器，另一個(gè)LED指示燈則通過一個(gè)限流電阻和一個(gè)保護(hù)二極管與繼電器的另一組常開觸點(diǎn)串接成一條支路跨接在交流220伏相線入端和零線入端之間。
斷路器實(shí)施的過負(fù)荷斷路保護(hù)以數(shù)字形式按功率值標(biāo)定，微控制器系統(tǒng)依此數(shù)字標(biāo)定值對照檢測到的代表實(shí)際功率大小的電能脈沖密度決定實(shí)施保護(hù)動作。
本實(shí)用新型達(dá)到的的有益效果是，斷路器實(shí)施的過負(fù)荷斷路保護(hù)以數(shù)字形式按功率值標(biāo)定，準(zhǔn)確性好而且更加合理，多級斷路器配合工作確定性好、工作可靠；可進(jìn)行實(shí)時(shí)功率監(jiān)視，兼作電能表使用時(shí)方便各分回路用電量的統(tǒng)計(jì)或?qū)μ囟ㄖ返碾娖鬟M(jìn)行單獨(dú)計(jì)量，例如冰箱、空調(diào)等。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。


圖1是本實(shí)用新型的電路原理圖。
圖2A～2D是實(shí)施例1外部及構(gòu)造示意圖，其中的圖2A是實(shí)施例1的正面視圖，圖2B是相應(yīng)的側(cè)面視圖并給出內(nèi)部前板和內(nèi)部后板等的位置指示，圖2C是內(nèi)部前板的元件安排圖，圖2D是內(nèi)部后板的元件安排圖。
圖中，1.分流器，2.電能脈沖轉(zhuǎn)換模塊，3.電源變換電路，4.信號變換電路，5.驅(qū)動電路，6.控制繼電器，7.微控制器，8.非易失性存儲器，9.電源監(jiān)視模塊，10.顯示驅(qū)動，11.顯示輸出，12.通斷狀態(tài)指示燈，13.工作狀態(tài)指示燈，14.輸入按鍵，15.繼電器常開觸點(diǎn)I，16.繼電器常開觸點(diǎn)II，17.前板接線座，18.后板接線座，19.晶振，20.晶振，21.交流220伏相線入端，22.大地線入端，23.交流220伏零線入端，24.交流220伏相線出端，25.大地線出端，26.交流220伏零線出端，27.前板板體，28.后板板體。
具體實(shí)施方式
正常交流220伏供電分為火線和零線兩端，電流從火線端通過負(fù)載回路控制開關(guān)＋負(fù)載元件回到零線端。在圖1中，正常供電時(shí)，由微控制器7通過驅(qū)動電路5控制繼電器6吸合，從而繼電器常開觸點(diǎn)I15和繼電器常開觸點(diǎn)II16均接通。一方面，火線經(jīng)交流220伏相線入端21、分流器1、繼電器常開觸點(diǎn)I15輸出至交流220伏相線出端24，并與經(jīng)交流220伏零線入端23接入、由交流220伏零線出端26引出的零線一同用于進(jìn)一步連接負(fù)載回路；一方面，通斷狀態(tài)指示燈12所在輔助回路接通，燈被點(diǎn)亮，指示當(dāng)前處于正常供電狀態(tài)。電能脈沖轉(zhuǎn)換模塊2通過由錳銅制成的分流器1檢測流過供電回路的電流及供電電壓，在內(nèi)部將檢測信號放大、相乘，并通過電壓/頻率轉(zhuǎn)換將結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)時(shí)脈沖頻率信號，其中脈沖個(gè)數(shù)與電能消耗是成比例的。脈沖串經(jīng)信號變換電路4進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換必要時(shí)進(jìn)行光電隔離后送入微控制器7。微控制器7在程序控制下實(shí)時(shí)累計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，并經(jīng)一定的間隔時(shí)間記錄累計(jì)值到非易失性存儲器8，以防斷電造成累計(jì)值的丟失；同時(shí)將累計(jì)脈沖數(shù)對應(yīng)成累計(jì)電能值千瓦時(shí)經(jīng)顯示驅(qū)動10送至顯示輸出11進(jìn)行顯示。微控制器7還在程序控制下實(shí)時(shí)監(jiān)視單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)以及相鄰脈沖到來的間隔時(shí)間，并由此對應(yīng)出供電回路的實(shí)時(shí)功率值。將實(shí)際負(fù)荷量與以數(shù)字形式按功率值標(biāo)定的額定負(fù)荷量相比較，結(jié)合由反時(shí)限算法得出的延時(shí)時(shí)間值，動態(tài)確定保護(hù)實(shí)施條件。決定實(shí)施保護(hù)時(shí)，微控制器7一方面通過驅(qū)動電路5控制繼電器6釋放，從而繼電器常開觸點(diǎn)I15和繼電器常開觸點(diǎn)II16均斷開，供電回路被切斷，通斷狀態(tài)指示燈12也同時(shí)熄滅，另一方面通過輸出端口使工作狀態(tài)指示燈13不停閃爍，指示系統(tǒng)已處于保護(hù)狀態(tài)。該保護(hù)狀態(tài)也同時(shí)記錄到非易失性存儲器8中，確保該保護(hù)狀態(tài)一直保持，不受入端斷電再送電的影響。直至通過輸入按鍵14進(jìn)行人工干預(yù)，系統(tǒng)才使工作狀態(tài)指示燈13停止閃爍，控制繼電器6重新吸合，從而回到正常工作狀態(tài)。在正常工作狀態(tài)，也可用輸入按鍵14進(jìn)行人工干預(yù)，使系統(tǒng)切換控制繼電器6的當(dāng)前狀態(tài)(吸合/釋放)，從而實(shí)現(xiàn)常規(guī)供電的通斷控制。正常工作狀態(tài)下控制繼電器6的當(dāng)前狀態(tài)也記錄到非易失性存儲器8中，入端斷電再送電后，控制繼電器6的當(dāng)前狀態(tài)不變。晶振19配合電能脈沖轉(zhuǎn)換模塊2工作，確保其基本節(jié)拍的穩(wěn)定并與分流器1一起決定電能量與轉(zhuǎn)換后的脈沖頻率信號的比例關(guān)系。晶振20保證微控制器7基本定時(shí)的準(zhǔn)確性。由分流器1及其它相關(guān)部分造成電能量到脈沖轉(zhuǎn)換的偏差需要使用轉(zhuǎn)換標(biāo)定參數(shù)進(jìn)行修正，這些轉(zhuǎn)換標(biāo)定參數(shù)也存儲在非易失性存儲器8中。電能脈沖轉(zhuǎn)換模塊2的核心器件采用上海貝嶺公司生產(chǎn)的BL0932，控制繼電器6繼電器常開觸點(diǎn)115的觸點(diǎn)容量與標(biāo)定的保護(hù)電流值相比應(yīng)留有足夠的余量，一般保留3倍余量。
交流220伏火線和零線分別由上部的交流220伏相線入端21和交流220伏零線入端23接入，由下部的交流220伏相線出端24和交流220伏零線出端26引出；正面中間偏上為4位LED數(shù)碼管作為顯示輸出11用于累計(jì)電量及其它相關(guān)信息的顯示，正面中間偏下依次排列著通斷狀態(tài)指示燈12、輸入按鍵14和工作狀態(tài)指示燈13；背面的凹槽用于到標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌的安裝；內(nèi)部為雙板結(jié)構(gòu)，前板板體27上主要排列與狀態(tài)顯示輸出和控制輸入相關(guān)的部件，從而與外部正面中間部分的安排相配合，其余相關(guān)部件均安排在后板板體28上，前板板體27和后板板體28通過相對應(yīng)的前板接線座17和后板接線座18進(jìn)行信號連接。
比照現(xiàn)行入戶空開及各分回路空開，除外觀尺寸因替代應(yīng)用的需要而保持大體相同以外，結(jié)構(gòu)上由于二者實(shí)現(xiàn)保護(hù)的機(jī)理的不同而完全不同?？諝忾_關(guān)型小型斷路器內(nèi)部主要包括金屬熱元件及相配合的一套脫扣機(jī)構(gòu)，是依金屬熱元件進(jìn)行過負(fù)荷檢測并進(jìn)一步通過脫扣機(jī)構(gòu)實(shí)施保護(hù)動作；外部則有通斷扳手便于人工進(jìn)行通斷控制，或有通斷及復(fù)位按鈕連通內(nèi)部機(jī)械機(jī)構(gòu)用于人工通斷及保護(hù)后的復(fù)位控制。實(shí)施例1則在內(nèi)部主要有兩塊布有元件的電路板，通過其上由錳銅制成的分流器檢測流過供電回路的電流及供電電壓，并進(jìn)一轉(zhuǎn)化成同實(shí)際電能消耗相對應(yīng)的脈沖信號送入微控制器，一方面對脈沖計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)電量累計(jì)，一方面實(shí)時(shí)監(jiān)視單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)以及相鄰脈沖到來的間隔時(shí)間，由此對應(yīng)出供電回路的實(shí)時(shí)功率，并據(jù)此決定是否通過微控制器控制下的繼電器實(shí)施相應(yīng)的斷路保護(hù)。面板按鈕用來通過微控制器控制繼電器實(shí)現(xiàn)人工通斷功能。面板上的數(shù)碼顯示窗口用來顯示累計(jì)用電量等信息。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字標(biāo)定電能過負(fù)荷斷路器，在絕緣外殼中，交流220伏相線入端、檢流元件、斷路元件和交流220伏相線出端順序電連接，交流220伏零線入端直接連接到交流220伏零線出端，其特征在于，檢流元件采用錳銅制成的分流器，斷路元件采用具有兩組常開觸點(diǎn)的繼電器，交流220伏相線入端通過分流器和繼電器的一組常開觸點(diǎn)連接到220伏相線出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字標(biāo)定電能過負(fù)荷斷路器，其特征在于，分流器通過三個(gè)中間引出端與電能脈沖轉(zhuǎn)換模塊相連接，交流220伏零線通過內(nèi)部支路也與電能脈沖轉(zhuǎn)換模塊相連接；電能脈沖轉(zhuǎn)換模塊的脈沖輸出端經(jīng)過信號變換電路連接到微控制器系統(tǒng)；微控制器系統(tǒng)可控制繼電器吸合和釋放的輸出控制端通過驅(qū)動電路與繼電器控制端相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字標(biāo)定電能過負(fù)荷斷路器，其特征在于，絕緣外殼正面布置有四位數(shù)碼顯示輸出、兩個(gè)LED指示燈和一個(gè)非鎖定輸入按鍵；數(shù)碼顯示輸出在內(nèi)部通過顯示驅(qū)動連接到微控制器，輸入按鍵和一個(gè)LED指示燈也在內(nèi)部連接到微控制器，另一個(gè)LED指示燈則通過一個(gè)限流電阻和一個(gè)保護(hù)二極管與繼電器的另一組常開觸點(diǎn)串接成一條支路跨接在交流220伏相線入端和零線入端之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字標(biāo)定電能過負(fù)荷斷路器，其特征在于，斷路器實(shí)施的過負(fù)荷斷路保護(hù)以數(shù)字形式按功率值標(biāo)定，微控制器系統(tǒng)依此數(shù)字標(biāo)定值對照檢測到的代表實(shí)際功率大小的電能脈沖密度決定實(shí)施保護(hù)動作。
專利摘要一種數(shù)字標(biāo)定電能過負(fù)荷斷路器屬于電能過負(fù)荷保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。尤其是以數(shù)字形式標(biāo)定并具電能累計(jì)顯示功能的實(shí)施電能過負(fù)荷速斷和反時(shí)限保護(hù)的斷路器。斷路器實(shí)施的過負(fù)荷斷路保護(hù)以數(shù)字形式按功率值標(biāo)定。它是通過串接在主回路中的分流器獲取主回路的電壓電流信號經(jīng)電能脈沖轉(zhuǎn)換模塊將主回路消耗的電能實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電能脈沖，內(nèi)部微控制器系統(tǒng)依據(jù)檢測到的代表實(shí)際功率大小的電能脈沖密度對照數(shù)字標(biāo)定值智能決定保護(hù)動作的實(shí)施。
文檔編號H02H3/08GK2742646SQ200420031128
公開日2005年11月23日 申請日期2004年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月8日
發(fā)明者陳星 申請人:大連理工大學(xué)