CN105811363A - 一种带自锁功能的自复式过欠压保护器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带自锁功能的自复式过欠压保护器，包括外壳，外壳内设有工作电路板，工作电路板连有处理器、继电器、采集模块，所述的工作电路板还连有自锁模块，所述自锁模块与处理器相连，所述继电器在某一时间内断开一定次数后，自锁模块自动触发自锁状态使处理器强制断开继电器，使继电器在短时间不会再重新启动，可以有效避免线路不稳定时自复式过欠压保护器频繁地断电重启，减少对线路上的电器件的损伤。

Description

一种带自锁功能的自复式过欠压保护器

【技术领域】

本发明涉及一种带自锁功能的自复式过欠压保护器。

【背景技术】

自复式过欠压保护器在电路系统中是一种常见的保护型电器，其核心部分为继电器及处理器，处理器通过采集线路中的电流或电压信息来控制继电器，当供电线路出现过电压、欠电压时，自复式过欠压保护器能安全地切断电路，避免异常电压送入终端电器造成事故的发生，当电压恢复正常值，保护器将在规定时间内自动接通电路，确保终端电器在无人值守情况下正常运行，传统的自复式过压保护器只具备瞬时的开启和断开功能，有时候在线路不稳定时，自复式过压保护器会重复开启或重复断开多次，这对于线路中的电器等损伤非常大，这种情况下，对自复式过压保护器提出了更高的智能化要求。

【发明内容】

本发明所要解决的问题就是提供一种带自锁功能的自复式过欠压保护器，能减少对线路电器元件的损伤。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种带自锁功能的自复式过欠压保护器，包括外壳，外壳内设有工作电路板，工作电路板连有处理器、继电器、采集模块，所述的工作电路板还连有自锁模块，所述自锁模块与处理器相连，工作流程如下：

A、采集模块周期性采集线路中的电压信号，并将该采集信号传输给处理器；

B、处理器将采集模块传输来的采集信号经数据模块进行分析处理，当电压信号异常时，处理器驱动所述继电器断开；

C、处理器同时将断电次数进行记录并发送给自锁模块，当连续过电压或者欠电压次数大于等于N次且每两次过电压或者欠电压的时间间隔小于等于T1时，所述自锁模块自动触发自锁状态，此时自锁模块传递断电信号给处理器，使其驱动继电器断开一段时间，断电时间为T2；

D、所述采集模块继续采集电压信号，经数据模块分析后，判断采集到的电压信号连续正常一段时间后，自锁状态解除，自锁模块传输信号给处理器，处理器驱动继电器闭合；

所述自锁模块连接有用于显示自锁状态的预警装置。

优选的，所述外壳上设有控制开关，所述的控制开关为薄膜开关，所述控制开关与所述自锁模块相连。

优选的，所述T1为20秒～60秒，所述T2为10分钟～1小时，所述N大于等于3。

优选的，步骤D中，自锁状态解除分为手动解除和自动解除，当采集到电压信号连续正常的时间大于等于10分钟时，手动短按所述的控制开关进行手动解除，继电器闭合；当采集到电压信号连续正常的时间大于等于60分钟时且该期间内未按下控制开关，自锁状态自动解除，驱动继电器闭合。

优选的，长按所述控制开关后，整个自锁模块关闭，长按时间大于等于3秒。

优选的，所述的预警装置包括背景灯，所述背景灯设在薄膜开关下方。

优选的，所述外壳上设有容置所述控制开关的开关槽，所述开关槽上设有容置所述背景灯的第二安装孔。

优选的，所述步骤B中的数据模块分析处理方法如下：

Ⅰ、数据处理：

根据采集到的电压值进行测算处理，步骤如下：

平均值μ，平均值为采集信号中的直流分量：

$\mathrm{\μ}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{x}_i$

式中：μ为平均值，N为每周期采样点数，Xi为每周期采集的电压值；

标准差σ，标准差为采集信号中的交流分量，基于平均值μ，利用所述标准差的计算公式测算出标准差，标准差的计算公式如下：

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{(x_i-\mathrm{\μ})}^2}$

式中：σ为标准差，N为每周期采样点数，Xi为每周期采集的电压值，μ为平均值；

谐波分析时，可以采样2ⁿ点，做快速傅里叶变换；

Ⅱ：数据校正；

Ⅲ：数据分析，分析完成后将状态信息显示到指示灯上，并将信号传输给处理器，处理器驱动继电器断电或继续工作。

本发明的有益效果：本发明中自复式过欠压保护器，增加了一个自锁模块，该自锁模块能使得继电器在某一时间内断开一定次数后，自动触发自锁状态，强制断开继电器，使继电器在短时间不会再重新启动，可以有效避免线路不稳定时自复式过欠压保护器频繁地断电重启，减少对线路上的电器件的损伤。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。

【附图说明】

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的剖视结构示意图；

图3为本发明中上壳安装支电路板后的仰视示意图；

图4为为本发明中上壳未安装支电路板前的示意图；

图5为本发明中支电路板的结构示意图；

图6为本发明中下壳的仰视示意图；

图7为数据校正时的示意图。

【具体实施方式】

参照图1～6，本实施例为一种带自锁功能的自复式过欠压保护器，包括外壳1，外壳1的整体形状大致呈“凸”状，为方便下文描述，以图1为例，定义外壳1的上端面为顶面，下端面为底面，用于接线用的两侧分别为左侧和右侧，剩下两个光面为前侧壁和后侧壁，本实施例中所述外壳1包括上壳11和下壳12，所述下壳12的外壁设有定位槽121，定位槽121分别设在下壳12的前侧壁和后侧壁上，定位槽121的形状呈梯形，上壳11的外壁上设有与定位槽121匹配用的定位凸缘111，定位凸缘111的形状也为梯形，上壳11和下壳12通过定位凸缘111和定位槽121实现定位组装，外壳1的左右两侧分别设有接线孔10。

外壳1内设有工作电路板，工作电路板连有处理器、继电器21、指示灯22和控制开关23，本实施例中的控制开关23为薄膜开关，指示灯22用于显示线路是否正常，所述的工作电路板包括主电路板201和支电路板202，主电路板201与支电路板202通过导线29电连，本实施例中，主电路板201上固定设有继电器21、处理器，安规电容24、电解电容25和采集模块，主电路板201上通过导线连接有接线板26，接线板上拧有接线螺钉27，最大化利用外壳1的内部空间，所述主电路板201竖向设于外壳1顶壁下方。本实施例中指示灯22为二级发光管，二级发光管焊接在所述支电路板202上，所述指示灯22包括红色灯和绿色灯两种状态，线路过压或者欠压时，红色灯开启；线路正常时，绿色灯开启；所述上壳11的顶壁设有容置所述指示灯22的第一安装孔112，组装时，支电路板202焊接有指示灯22的一面朝向上壳11的顶壁，指示灯22嵌入第一安装孔112内，支电路板202贴近上壳11顶壁并固定，为了增加第一安装孔112对指示灯22的定位，本实施例中第一安装孔112的孔壁往下延伸出上壳的底壁，以加大指示灯22与第一安装孔112的接触面积，如此设计后，指示灯22的焊接引脚无需进行折弯，减少了对指示灯22的损伤，另外也方便了主电路板201的电子元件布局，无需考虑到在什么位置设置指示灯22来保证指示灯22尽量贴近上壳11顶壁，方便了内部布局，而且组装也方便。

同时，由于支电路板202是单独固定在外壳1上，使这一部分已成为一个模块化的整体，用户可以根据实际需要灵活更换不同规格继电器21的主电路板201，即同类产品只需更换主电路板201即可，支电路板202、外壳1均无需重新设计、更换，减少了对产品的模具等研发投入，减少成本，出于该出发点，本实施例中，所述下壳12内设有两条插槽122，其中一条贴近下壳12的前侧壁，另一条贴近下壳12的后侧壁，所述主电路板201插入其中一条插槽122中，不同规格的主电路板201可根据实际需要插入其中一个插槽122，同时同个规格的主电路板201可以在两个插槽122中选择正面插入还是反面插入，都不影响产品工作，非常灵活自由，但是传统的保护器不能做到这样，因为传统的指示灯22是直接焊接在主电路板201上，其引脚的折弯方向、指示灯22的焊接位置都极大限制了主电路板201的安装自由度，不方便布局，对空间使用率非常低。

本实施例中的自复式过欠压保护器，为了避免线路不稳定时自复式过欠压保护器频繁地断电重启，减少对线路上的电器件的损伤，特在工作电路板上增加了一个自锁模块，所述自锁模块与处理器相连，工作流程如下：

A、采集模块周期性采集线路中的电压信号，并将该采集信号传输给处理器；

B、处理器将采集模块传输来的采集信号经数据模块进行分析处理，当电压信号异常时，处理器驱动所述继电器断开；

C、处理器同时将断电次数进行记录并发送给自锁模块，当连续过电压或者欠电压次数大于等于N次且每两次过电压或者欠电压的时间间隔小于等于T1时，所述自锁模块自动触发自锁状态，此时自锁模块传递断电信号给处理器，使其驱动继电器断开一段时间，断电时间为T2；

D、所述采集模块继续采集电压信号，经数据模块分析后，判断采集到的电压信号连续正常一段时间后，自锁状态解除，自锁模块传输信号给处理器，处理器驱动继电器闭合；

所述T1为20秒～60秒，优选为20秒；所述T2为10分钟～1小时，优选为0.5小时；所述N大于等于3，优选为3。步骤D中，自锁状态解除分为手动解除和自动解除，当采集到电压信号连续正常的时间大于等于10分钟时，手动短按所述的控制开23进行手动解除，继电器闭合；当采集到电压信号连续正常的时间大于等于60分钟时且该期间内未按下控制开关23，自锁状态自动解除，驱动继电器闭合。

长按所述控制开关23后，整个自锁模块关闭，长按时间大于等于3秒。当用户需要重启自锁模块时，同样长按控制开关就能实现开启。

此外，本实施例中的控制开关23与自锁模块相连，主要起到控制该自锁模块的功能，短按控制开关是用于D步骤中手动解除自锁模块的自锁状态，而在任意时候用户只要长按控制开关时，可用于手动单独关闭自锁模块，即当用户不需要自锁模块时，可自行手动关闭，关闭后自锁模块不工作，整个自复式过欠压保护器不具备自锁功能。所述自锁模块连接有用于显示自锁状态的预警装置，所述预警装置可为带颜色的二级发光管，例如黄色灯，自锁模块的自锁状态触发时，黄色灯开启，当手动关闭自锁模块时或者手动解除自锁状态时，黄色灯关闭，便于用户识别。

本实施例中的B步骤中的数据分析计算如下：

Ⅰ、数据处理：

根据采集到的电压值进行测算处理，步骤如下：

平均值μ，平均值为采集信号中的直流分量：

$\mathrm{\μ}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{x}_i$

式中：μ为平均值，N为每周期采样点数，为每周期采集的电压值；

标准差σ，标准差为采集信号中的交流分量，基于平均值μ，利用所述标准差的计算公式测算出标准差，标准差的计算公式如下：

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{(x_i-\mathrm{\μ})}^2}$

式中：σ为标准差，N为每周期采样点数，为每周期采集的电压值，μ为平均值；

谐波分析时，可以采样2ⁿ点，做快速傅里叶变换，公式如下：

ForwardDiscreteFourierTransform(DFT)：

$X_k=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_n\·e^{-i2\mathrm{\π}kn/N}$

InverseDiscreteFourierTransform(IDFT)：

$x_n=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{X}_k{e}^{i2\mathrm{\π}kn/N};$

Ⅱ：数据校正：电信号采集过程中可能存在的电磁元件会造成采集信号和实际信号之间的非线性失真。为了补偿和修正这些失真带来的误差，还需要用微积分概念来分段校准和补偿，如图7所示，微分是对函数的局部变化的一种线性描述。微分可以近似地描述当函数自变量的变化量取值作足够小时，函数的值是怎样改变的。比如图中L为非线性信号，T为线性信号，但当x的变化量△x趋于0时，可近似认为Q点处是与P点处相似的线性信号。线性信号处理变得较为容易，通过一次函数，来实现校准功能；

对于线性信号，认为是一次函数：y＝kx+b，k和b为常数，且k≠0；

其中y为测量值，x为采样值。具体实现，将外部标准源输出y1，接入自复式过欠压保护器，此时测量出采样值x1；外部标准源输出y2，接入自复式过欠压保护器，此时测量出采样值x2。通过(x1，y1)、(x2，y2)即可计算常数k，b，即校准参数，最后将k，b等校准参数存储在处理器中，供处理器调用；

Ⅲ：数据分析，分析完成后将状态信息显示到指示灯上，并将信号传输给处理器，处理器驱动继电器断电或继续工作。

本实施例中为了最大化利用支电路板202的位置优势，所述上壳11的顶壁设有容置所述控制开关23的开关槽113，本实施例中开关槽113为方形槽，开关槽113上设有方便导线或者传输带穿过的过线孔114，所述支电路板202在薄膜开关的下方设有所述的预警装置，本实施例中预警装置为背景灯25，利用背景灯25可以为薄膜开关提供背景光源，即背景灯25不仅具备了预警功能，还具备给薄膜开关提供背景灯的效果，方便用户操作控制开关23，而传统的自复式过欠压保护器由于设置折弯状的背景灯25较为复杂，一般不设置背景灯25，而本实施例中设置了支电路板202后可顺利解决这个问题。

为了更好的定位支电路板202，所述背景灯25固设于所述支电路板202上，所述开关槽113上设有容置所述背景灯25的第二安装孔115，组装后，背景灯25嵌入第二安装孔115内，配合之前指示灯22嵌入第一安装孔112的定位方式，两个定位点完全定位住支电路板202，使得支电路板202不发生转动，同时支电路板202在背景灯25和指示灯22之间设有过孔26，螺钉等紧固件穿过过孔26与外壳1内壁固定，从而完全固定住支电路板202。

为了减少材料成本，腾出更多的布线空间，所述支电路板202形状呈长条形，宽度为3mm～15cm，材料非常省，甚至可以使用主电路板201的边角料进行落料成型，而且条状的支电路板202固定后，还剩余很多的空间出来，方便走线，所述支电路板202朝外壳1顶壁的投影呈斜向，从图中看，最优化的斜向方向是沿上壳11顶壁的对角线方向，这样设计后支电路板202两侧的空间相对均匀，无论主电路板201正向放置还是反正放置，从支电路板202连接到主电路板201的导线29其布线方案都不受影响。同时为了方便加工，所述指示灯22、背景灯25、过孔26在同一直线上，组装也较为方便。

本实施例中，所述下壳12的底部设有前后贯通的安装槽123，本自复式过欠压保护器通过安装槽123安装到条形状的安装导轨上，安装导轨未在图中示出，传统的自复式过欠压保护器安装时，安装导轨嵌装到安装槽123，然后用螺钉等紧固件进行固定，以防止过欠压保护器脱离安装导轨，本实施例对固定方式进行改进，所述安装槽123的其中一侧壁上设有限定块124，另一侧壁上设有活动插销125，安装导轨上设有与供限定块124和活动插销125插入用的插孔，限定块124设有斜面，活动插销125的插入端也设有斜面，限定块124的斜面与活动插销125的斜面平行，限定块124上的斜面是方便将自复式过欠压保护器一端翘起嵌入安装导轨内，活动插销125的斜面是为活动插销125插入插孔时为活动插销的插入端提供导向作用，本实施例中的活动插销125的具体结构如图6所示，包括中间的支撑部1251及设在支撑部1251两侧的弹性部1252，每个弹性部1252往侧边延伸有尖角凸缘1253，下壳12的底部设有用于限位该尖角凸缘的尖角凹槽126。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (8)

1.一种带自锁功能的自复式过欠压保护器，包括外壳，外壳内设有工作电路板，工作电路板连有处理器、继电器、采集模块，其特征在于：所述的工作电路板还连有自锁模块，所述自锁模块与处理器相连，工作流程如下：

A、采集模块周期性采集线路中的电压信号，并将该采集信号传输给处理器；

B、处理器将采集模块传输来的采集信号经数据模块进行分析处理，当电压信号异常时，处理器驱动所述继电器断开；

C、处理器同时将断电次数进行记录并发送给自锁模块，当连续过电压或者欠电压次数大于等于N次且每两次过电压或者欠电压的时间间隔小于等于T1时，所述自锁模块自动触发自锁状态，此时自锁模块传递断电信号给处理器，使其驱动继电器断开一段时间，断电时间为T2；

D、所述采集模块继续采集电压信号，经数据模块分析后，判断采集到的电压信号连续正常一段时间后，自锁状态解除，自锁模块传输信号给处理器，处理器驱动继电器闭合；

所述自锁模块连接有用于显示自锁状态的预警装置。

2.如权利要求1所述的一种带自锁功能的自复式过欠压保护器，其特征在于：所述外壳上设有控制开关，所述的控制开关为薄膜开关，所述控制开关与所述自锁模块相连。

3.如权利要求2所述的一种带自锁功能的自复式过欠压保护器，其特征在于：所述T1为20秒～60秒；所述T2为10分钟～1小时，所述N大于等于3。

4.如权利要求3所述的一种带自锁功能的自复式过欠压保护器，其特征在于：步骤D中，自锁状态解除分为手动解除和自动解除，当采集到电压信号连续正常的时间大于等于10分钟时，手动短按所述的控制开关进行手动解除，继电器闭合；当采集到电压信号连续正常的时间大于等于60分钟时且该期间内未按下控制开关，自锁状态自动解除，驱动继电器闭合。

5.如权利要求2所述的一种带自锁功能的自复式过欠压保护器，其特征在于：长按所述控制开关后，整个自锁模块关闭，长按时间大于等于3秒。

6.如权利要求2所述的一种带自锁功能的自复式过欠压保护器，其特征在于：所述的预警装置包括背景灯，所述背景灯设在薄膜开关下方。

7.如权利要求6所述的一种带自锁功能的自复式过欠压保护器，其特征在于：所述外壳上设有容置所述控制开关的开关槽，所述开关槽上设有容置所述背景灯的第二安装孔。

8.如权利要求1所述的一种带自锁功能的自复式过欠压保护器，其特征在于：所述步骤B中的数据模块分析处理方法如下：

Ⅰ、数据处理：

根据采集到的电压值进行测算处理，步骤如下：

平均值μ，平均值为采集信号中的直流分量：

$\mathrm{\μ}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{x}_i$

式中：μ为平均值，N为每周期采样点数，Xi为每周期采集的电压值；

标准差σ，标准差为采集信号中的交流分量，基于平均值μ，利用所述标准差的计算公式测算出标准差，标准差的计算公式如下：

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left(x_i-\mathrm{\μ}\right)}^2}$

式中：σ为标准差，N为每周期采样点数，Xi为每周期采集的电压值，μ为平均值；

谐波分析时，可以采样2ⁿ点，做快速傅里叶变换；

Ⅱ：数据校正；

Ⅲ：数据分析，分析完成后将状态信息显示到指示灯上，并将信号传输给处理器，处理器驱动继电器断电或继续工作。