CN106549358B - 电路故障的检测控制装置及空调 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电路故障的检测控制装置及空调，该装置包括漏电保护电路及故障电弧检测电路，漏电保护电路包括脱扣机构、控制器及零序电流互感器，零序电流互感器用于采集火线及零线上的第一电流信号，并生成第一控制信号；控制器用于根据第一控制信号控制脱扣机构的关断；故障电弧检测电路包括电流互感器及电弧检测模块，电流互感器用于采集火线的第二电流信号，电弧检测模块用于根据第二电流信号生成第二控制信号，电弧检测模块还用于将第二控制信号作用在零线上，以控制脱扣机构的关断。该空调包括壳体、电路主板及电路故障的检测控制装置。上述控制装置及空调，有效地消除故障电弧的影响，提高了电器使用的安全性。

Description

电路故障的检测控制装置及空调

技术领域

本发明涉及空调故障检测领域，特别是涉及一种电路故障的检测控制装置及空调。

背景技术

随着生活质量的提高，空调、冰箱等用电器的广泛为人们所使用，特别是空调，其内部线路复杂，可能存在不良的电气连接或者内部线路因为绝缘老化而出现故障电弧。目前常见的故障电弧原因有以下几点：

1、尖锐器件刺破电源线或者外力挤压电源线，导致电源线的绝缘层被损坏。

2、连接线路中线与线接头出现虚焊、松动或氧化，导致接触电阻过大，发热大而引起故障电弧的发生。

3、没有采用正确的保护装置，如断路器等。

4、电线绝缘老化导致绝缘层被击穿。

可知故障电弧会引起火灾的发生，因此应该预防故障电弧的发生。常用的防止因为故障电弧而引起火灾的方法是采用在用电器上加装空气开关的方式进行预防。然而，该方法并没有真正意义上的在发生故障电弧之前检出故障电弧的存在，并直接在源头进行杜绝故障电弧的隐患，因而，故障电弧引起火灾的危险性依然存在。

发明内容

基于此，有必要针对如何提高检测故障电弧的效率并消除故障电弧的影响的技术问题，提供一种电路故障的检测控制装置。

也有必要针对如何提高安全性的技术问题，提供一种具有电路故障的检测控制装置的空调。

一种电路故障的检测控制装置，包括漏电保护电路及故障电弧检测电路，所述漏电保护电路包括脱扣机构、控制器及零序电流互感器，所述脱扣机构用于通过火线及零线连接电器主板以及在电路故障时断开火线L及零线N与电器主板的连接；所述零序电流互感器用于套设在所述火线及所述零线上，所述零序电流互感器用于采集所述火线及所述零线上的第一电流信号，并基于所述第一电流信号生成第一控制信号；所述控制器分别与所述零序电流互感器及所述脱扣机构连接，所述控制器用于根据所述第一控制信号控制所述脱扣机构的关断；所述故障电弧检测电路包括电流互感器及电弧检测模块，所述电流互感器与所述电弧检测模块连接；所述电流互感器用于套设在所述火线上，所述电流互感器用于采集所述火线的第二电流信号，所述电弧检测模块用于根据所述第二电流信号生成第二控制信号，所述电弧检测模块还用于将所述第二控制信号作用在所述零线上，以控制所述脱扣机构的关断。

在其中一个实施例中，所述电弧检测模块包括电流波形检测电路、信号调制电路、A/D数据转换电路及电弧检测微处理器，所述电流波形检测电路的输入端与所述电流互感器的输出端连接，所述电流波形检测电路的输出端与所述信号调制电路连接，所述A/D数据转换电路的输入端与所述信号调制电路的输出端连接，所述A/D数据转换电路的输出端与所述电弧检测微处理器的输入端连接；所述电流波形检测电路用于检测所述第二电流信号的电流波形，所述电流波形经过所述信号调制电路及所述A/D数据转换电路后传输至所述电弧检测微处理器，所述电弧检测微处理器根据所述电流波形生成所述第二控制信号。

在其中一个实施例中，所述电弧检测模块还包括开关电源及电压转换电路，所述开关电源输出端分别与所述信号调制电路的电源端及所述电压转换电路的输入端连接，所述电压转换电路的输出端与所述电弧检测微处理器的电源端连接。

在其中一个实施例中，所述电弧检测模块还包括测试电路，所述测试电路的电源端与所述开关电源的输出端连接，所述测试电路的输出端与所述A/D数据转换电路的输入端连接。

在其中一个实施例中，所述电弧检测模块还包括继电器及驱动电路，所述漏电保护电路还包括通信线缆及保护电阻，所述继电器的接入端用于与所述零线连接，所述继电器的开关端通过所述通信线缆与所述保护电阻的一端连接，所述保护电阻的另一端用于与所述火线连接；所述继电器的控制端通过所述驱动电路与所述电弧检测微处理器的控制端连接。

在其中一个实施例中，所述漏电保护电路还包括测试按钮，所述测试按钮的一端用于与所述零线连接，所述测试按钮的另一端用于通过所述保护电阻与所述火线连接。

在其中一个实施例中，所述电弧检测模块还包括漏电检测模块、过流检测模块、过压检测模块、欠压检测模块及短路检测模块，所述漏电检测模块、所述过流检测模块、所述过压检测模块、所述欠压检测模块及所述短路检测模块分别与所述电弧检测微处理器连接。

一种空调，包括壳体、电路主板及上述的电路故障的检测控制装置，所述电路主板设置于所述壳体内部，所述故障电弧检测电路设置于所述电路主板上，所述漏电保护电路用于设置在所述壳体外部。

一种空调，包括壳体、电路主板及上述的电路故障的检测控制装置，所述电路主板设置于所述壳体的内部，所述故障电弧检测电路及所述漏电保护电路用于设置在所述壳体外部。

在其中一个实施例中，所述空调还包括保护盒，所述故障电弧检测电路及所述漏电保护电路设置于所述保护盒中，所述保护盒用于设置在所述壳体外部。

上述电路故障的检测控制装置及空调，通过电流互感器采集火线的第二电流信号，当电弧检测模块检测第二电流信号为异常时，产生第二控制信号并作用在零线，以使得火线及零线的电流矢量和不平衡，产生第一电流信号，零序电流互感器采集该第一电流信号并生成第一控制信号，控制器在该第一控制信号达到故障电弧阈值时，控制脱扣机构的动作断开，切断电器主板与火线及零线的连接，提高了检测故障电弧的效率，从而在发生故障电弧时及时切断电路，有效地消除故障电弧的影响，提高了电器使用的安全性。

附图说明

图1为一个实施例中电路故障的检测控制装置的电路结构示意图；

图2为一个实施例中电弧负荷特征识别的流程示意图；

图3为一个实施例中电弧检测模块的电路模块结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1，其为一个实施例中电路故障的检测控制装置10的电路结构示意图，一种电路故障的检测控制装置10包括漏电保护电路101及故障电弧检测电路102。故障电弧检测电路102用于检测连接电器主板的火线的电流，当电流异常时，向漏电保护电路101发送控制信号。漏电保护电路101在控制信号的作用下，控制断开电器主板与主电源的连接。

漏电保护电路101包括脱扣机构M1、控制器U1及零序电流互感器CT1，脱扣机构M1用于通过火线L及零线N连接电器主板以及在电路故障时断开火线L及零线N与电器主板的连接，也就是说，在电路故障时断开主回路火线L和零线N给电气主板的电源供电。零序电流互感器CT1用于套设在火线L及零线N上，零序电流互感器CT1用于采集火线L及零线N上的第一电流信号，并基于第一电流信号生成第一控制信号。控制器U1分别与零序电流互感器CT1及脱扣机构M1连接，控制器U1用于根据第一控制信号控制脱扣机构M1的关断。

故障电弧检测电路102包括电流互感器CT2及电弧检测模块U2，电流互感器CT2与电弧检测模块U2连接。电流互感器CT2用于套设在火线L上，电流互感器CT2用于采集火线L的第二电流信号，电弧检测模块U2用于根据第二电流信号生成第二控制信号，电弧检测模块U2还用于将第二控制信号作用在零线N上，以控制脱扣机构M1的关断。

上述电路故障的检测控制装置及空调10，通过电流互感器CT2采集火线L的第二电流信号，当电弧检测模块U2检测第二电流信号为异常时，产生第二控制信号并作用在零线N，以使得火线L及零线N的电流矢量和不平衡，产生第一电流信号，零序电流互感器CT1采集该第一电流信号并生成第一控制信号，控制器U1在该第一控制信号达到故障电弧阈值时，控制脱扣机构M1的动作断开，切断电器主板与火线L及零线N的连接，提高了检测故障电弧的效率，从而在发生故障电弧时及时切断电路，有效地消除故障电弧的影响，提高了电器使用的安全性。

一实施例中，例如，漏电保护电路具有脱扣机构，例如，漏电保护电路具的脱扣机构设置在空调外部。例如，设计成插座形式、插头形式、空气断路器形式等。电弧故障检测装置设置在空调内部与空调主控集成在同一块控制板上，也可以与脱扣装置集成设置在空调外部。脱扣装置包括但不限于以下形式：继电器、电磁式脱扣装置、电磁式脱扣装置与断路器连用等方式。

例如，将把电弧检测模块U2和空调或电器的主控板设计在一起，形成一块PCB板，也可以把电弧检测模块U2直接做成一个检测器件安装在空调的电器盒中，然后通过某种通信方式进行控制。例如，串口通信等。需要说明的是，本实施例的电路故障的检测控制装置可采用独立供电和外部供电两种方式。例如，采用独立供电时，电弧检测模块U2包括开关电源及电压转换电路，所述测试电路的电源端与所述开关电源的输出端连接，所述开关电源用于向所述测试电路供电。所述测试电路的输出端与所述A/D数据转换电路的输入端连接，用于模拟故障电弧，以使电弧检测微处理器控制继电器动作闭合。

正常工作时，穿过零序电流互感器主电路的漏电电流为零，当被保护电路或空调由于漏电或人体触电时，漏电电流会通过空调外壳、大地或人体泄漏出去，此时零序电流互感器一次线圈出现漏电电流，零序电流互感器二次线圈产生感应电压，当漏电电流达到设定的动作电流值时，晶闸管触发并通过脱扣线圈使漏电脱扣机构动作断开，脱扣装置直接与空调供电电源连接，切断主电源。脱扣装置包括但不限于以下形式：继电器、电磁式脱扣装置、电磁式脱扣装置与断路器连用等方式。

漏电保护装置的试验电路中引出一组控制信号用的通信线。例如，该通信线是与试验按钮连接的线。例如，该信号线与故障电弧检测装置的通信线进行连接，连接方式可以采用快速连接、插片连接、连接器连接、螺钉连接等导线连接方式，也可以采用无线通信的方式与电弧检测装置进行通讯，如蓝牙、wifi、zigbee、RS485等等方式。

空调的火线穿过电流互感器，例如，空调的火线从电流互感器中穿过，以实时采集电流并快速分析主电路上产生的电弧数据。例如，空调主控中集成电有弧检测模块。例如，通过电流互感器检测电流，检测模块中内置电弧检测专用芯片内置算法，根据发生异常情况下电流发生的特定波形特征等判断电弧异常情况；当空调发生打火或电弧放电时，快速判断当前电路上产生的电弧是否为异常电弧。漏电保护装置的控制信号线和电弧检测装置单元通信通过线缆进行连接，该线可与主机供电零火线做成一体，同时可进行供电和信号通信。例如，做成一体是指该控制信号线可与主机供电的零、火线在一条电缆内。

漏电保护装置的试验电路中引出的控制信号通过线缆(或无线通信的方式)与故障电弧检测模块通讯，故障电弧检测装置电路中内置继电器(或固态继电器或磁保持继电器)，且连接零线通过继电器(或固态继电器或磁保持继电器)触点闭/断形成回路。当电弧检测模块分析具有异常电弧出现时，故障检测装置控制端给信号给继电器(或固态继电器或磁保持继电器)，控制继电器触点吸合，此回路零线通过漏电保护装置的零序电流互感器(火线未通过零序电流互感器)漏电保护装置起保护，脱扣机构脱扣，切断主电路供电。空调等设备的动作漏电流应不大于30mA，因此I1-max所对应的量化电流为30mA。

为识别电弧的好坏，如图2所示，例如，电弧负荷特征识别是提取电流信号的特征向量完成的，对一个周期的电流信号采样值进行FFT变换，系统的采样频率设计为工频的A次倍频，因此处理长度为A的序列得到A个谐波系数，然后计算出模值。因为DFT的共扼对称性，只保留前A/2个系数，其物理意义是直流分量、基波和(A/2)-1次谐波分量的有效值，然后进行归一化，保留的谐波有效值除以基波有效值，去除基波分量，计算出长度为(A/2)-1的谐波特征向量，特征向量包含了信号波形信息。谐波系数模：P(n)，n＝1，2，……，(A/2)-1；特征向量：X(n)＝P(n)/P(1)，n＝0，2，……，(A/2)-1，提取特征向量，通过计算各次谐波分量的大小，就可以检测电流波形的畸变程度，识别是否有电弧产生。判断电弧负荷设备类型的方法为计算正常电流的谐波特征向量与预存储的所有电弧负荷设备的谐波特征向量进行比较，选择平方差最小的电弧负荷设备类型，然后确定相应的电弧检测判断依据。

值得一提的是，故障电弧保护装置内置无线发射模块，可通过手机与其进行配对互联，当检测到异常电弧发生时除切断脱扣机构保护外，同时也可以通过推送信息的方式，把检测电弧情况推送到用户或售后的手机APP端，告知空调目前运行情况，便于用户了解目前情况，同时也便于售后明白用户空调的运行情况。

另外，故障电弧检测装置可以无线接入小区消防报警中心，作为火灾预警使用。又如，故障电弧检测装置中可内置烟雾或气体探测传感器，检测发生电弧燃烧时的烟雾或气体，结合预警。又如，相应的无线通讯模块可以设置在漏电保护装置和故障电弧检测装置中。

如图3所示，例如，电弧检测模块包括电流波形检测电路、信号调制电路、A/D数据转换电路、电弧检测微处理器、开关电源及电、转换电路及测试电路。例如，电流波形检测电路的输入端与电流互感器CT2的输出端连接，电流波形检测电路的输出端与信号调制电路连接，A/D数据转换电路的输入端与信号调制电路的输出端连接，A/D数据转换电路的输出端与电弧检测微处理器的输入端连接；电流波形检测电路用于检测第二电流信号的电流波形，电流波形经过信号调制电路及A/D数据转换电路后传输至电弧检测微处理器，电弧检测微处理器根据电流波形生成第二控制信号。开关电源输出端分别与信号调制电路的电源端及电压转换电路的输入端连接，电压转换电路的输出端与电弧检测微处理器的电源端连接。测试电路的电源端与开关电源的输出端连接，测试电路的输出端与A/D数据转换电路的输入端连接。

例如，电弧检测模块还包括继电器及驱动电路，漏电保护电路还包括通信线缆及保护电阻，继电器的接入端用于与零线连接，继电器的开关端通过通信线缆与保护电阻的一端连接，保护电阻的另一端用于与火线连接；继电器的控制端通过驱动电路与电弧检测微处理器的控制端连接。

例如，漏电保护电路还包括测试按钮，测试按钮的一端用于与零线连接，测试按钮的另一端用于通过保护电阻与火线连接。

为实现快速有效故障电弧检测，例如，电弧检测模块还包括漏电检测模块、过流检测模块、过压检测模块、欠压检测模块及短路检测模块，漏电检测模块、过流检测模块、过压检测模块、欠压检测模块及短路检测模块分别与电弧检测微处理器连接。通过电路中增加集漏电、过流、过压、欠压、短路检测的故障电弧检测装置，实现快速有效故障电弧检测，以便区分好弧与坏弧，，同时能检测出运行电路中是否漏电、过流、过压、欠压、短路，实现电路和电器的运行保护。

需要说明的是，正常电弧即是指电器在使用中存在拉弧现象，比如开关开断或交流接触器触点开断，使用中不会对电器本省和用户安全造成影响；异常故障电弧是指如绝缘老化出现短路起弧，触点粘连无法断开引起燃弧等，电器使用中对用户安全和电器造成隐患。

值得一提的是，上述任一实施例的电路故障的检测控制装置可应用到空调中。例如，空调包括壳体、电路主板及上述任一实施例的电路故障的检测控制装置，电路主板设置于壳体内部，故障电弧检测电路设置于电路主板上，漏电保护电路用于设置在壳体外部。例如，壳体外部包括墙体、控制柜等实体。如此，漏电保护电路可用于设置在壳体外部的墙体、控制柜等实体中。

可以理解，家用电器包括空调、冰箱等，采用电路故障的检测控制装置可以有效地提高用电器的用电安全。以空调为例，例如，一种空调，包括壳体、电路主板及上述任一实施例的电路故障的检测控制装置，电路主板设置于壳体内部，故障电弧检测电路设置于电路主板上，漏电保护电路用于设置在壳体外部的墙体中。

又如，一种空调，包括壳体、电路主板及上述任一实施例的电路故障的检测控制装置，电路主板设置于壳体的内部，故障电弧检测电路及漏电保护电路用于设置在壳体外部的墙体中。例如，空调还包括保护盒，故障电弧检测电路及漏电保护电路设置于保护盒中，保护盒用于设置在壳体外部的墙体中。

上述两实施例的空调，漏电保护电路和故障电弧检测电路采用分离式或一体式设计。可根据需要进行组合，若要扩大通用性，则可以把脱扣装置和故障电弧检测装置设计成一体式，形式可以做成插头式或直接类似插头形式埋置在用户墙内。从而使得空调实现自适应电弧检测，实现精准电弧检测、快速分析电弧特性、同时进行漏电、过流、过压、欠压、短路检测。脱扣装置包括但不限于以下形式：继电器、电磁式脱扣装置、电磁式脱扣装置与断路器连用等方式。

上述各实施例具有如下优点：

(1)准确的电弧检测。此项功能要求检测装置能根据对负载电流的A/D采样，在短时间内检测出电弧的产生，包括对负载运转所产生的正常电弧检测和非正常状态所产生的电弧检测。

(2)快速电弧特性分析。要求检测装置在检测到电弧产生后，运用高效而准确的算法，进一步分析电弧的特性，与电弧特征数据储备进行比较，从而得出电弧的产生是否属于异常。

(3)可靠的脱扣动作。当检测装置识别发生电弧故障时，需迅速有效的启动脱扣装置。

(4)同时能进行漏电、过流、过压、欠压、短路检测和保护。

(5)有效识别故障电弧，降低误动作，故障电弧检测为了在发生故障电弧时及时分断电路，避免负荷损坏，并降低火灾的可能性，并能快速进行漏电等保护，提高电器使用的安全性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电路故障的检测控制装置，其特征在于，包括：

漏电保护电路(101)，所述漏电保护电路(101)包括脱扣机构M1、控制器U1及零序电流互感器CT1，所述脱扣机构M1用于通过火线L及零线N连接电器主板以及在电路故障时断开火线L及零线N与电器主板的连接；

所述零序电流互感器CT1用于套设在所述火线L及所述零线N上，所述零序电流互感器CT1用于采集所述火线L及所述零线N上的第一电流信号，并基于所述第一电流信号生成第一控制信号；

所述控制器U1分别与所述零序电流互感器CT1及所述脱扣机构M1连接，所述控制器U1用于根据所述第一控制信号控制所述脱扣机构M1的关断；

故障电弧检测电路(102)，所述故障电弧检测电路(102)包括电流互感器CT2及电弧检测模块U2，所述电流互感器CT2与所述电弧检测模块U2连接；

所述电流互感器CT2用于套设在所述火线L上，所述电流互感器CT2用于采集所述火线L的第二电流信号，所述电弧检测模块U2用于根据所述第二电流信号生成第二控制信号，所述电弧检测模块U2还用于将所述第二控制信号作用在所述零线N上，以使得火线L及零线N的电流矢量和不平衡，产生所述第一电流信号，所述零序电流互感器CT1采集所述第一电流信号并生成所述第一控制信号，以控制所述脱扣机构M1的关断。

2.根据权利要求1所述的电路故障的检测控制装置，其特征在于，所述电弧检测模块U2包括电流波形检测电路、信号调制电路、A/D数据转换电路及电弧检测微处理器，

所述电流波形检测电路的输入端与所述电流互感器CT2的输出端连接，所述电流波形检测电路的输出端与所述信号调制电路连接，所述A/D数据转换电路的输入端与所述信号调制电路的输出端连接，所述A/D数据转换电路的输出端与所述电弧检测微处理器的输入端连接；

所述电流波形检测电路用于检测所述第二电流信号的电流波形，所述电流波形经过所述信号调制电路及所述A/D数据转换电路后传输至所述电弧检测微处理器，所述电弧检测微处理器根据所述电流波形生成所述第二控制信号。

3.根据权利要求2所述的电路故障的检测控制装置，其特征在于，所述电弧检测模块U2还包括开关电源及电压转换电路，所述开关电源输出端分别与所述信号调制电路的电源端及所述电压转换电路的输入端连接，所述电压转换电路的输出端与所述电弧检测微处理器的电源端连接。

4.根据权利要求3所述的电路故障的检测控制装置，其特征在于，所述电弧检测模块U2还包括测试电路，所述测试电路的电源端与所述开关电源的输出端连接，所述开关电源用于向所述测试电路供电，所述测试电路的输出端与所述A/D数据转换电路的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的电路故障的检测控制装置，其特征在于，所述电弧检测模块U2还包括继电器及驱动电路，所述漏电保护电路(101)还包括通信线缆及保护电阻，所述继电器的接入端用于与所述零线N连接，所述继电器的开关端通过所述通信线缆与所述保护电阻的一端连接，所述保护电阻的另一端用于与所述火线L连接；所述继电器的控制端通过所述驱动电路与所述电弧检测微处理器的控制端连接。

6.根据权利要求5所述的电路故障的检测控制装置，其特征在于，所述漏电保护电路(101)还包括测试按钮，所述测试按钮的一端用于与所述零线N连接，所述测试按钮的另一端用于通过所述保护电阻与所述火线L连接。

7.根据权利要求5所述的电路故障的检测控制装置，其特征在于，所述电弧检测模块U2还包括漏电检测模块、过流检测模块、过压检测模块、欠压检测模块及短路检测模块，所述漏电检测模块、所述过流检测模块、所述过压检测模块、所述欠压检测模块及所述短路检测模块分别与所述电弧检测微处理器连接。

8.一种空调，其特征在于，包括壳体、电路主板及如权利要求1至7中任一项所述的电路故障的检测控制装置，

所述电路主板设置于所述壳体内部，所述故障电弧检测电路设置于所述电路主板上，所述漏电保护电路用于设置在所述壳体外部。

9.一种空调，其特征在于，包括壳体、电路主板及如权利要求1至7中任一项所述的电路故障的检测控制装置，

所述电路主板设置于所述壳体的内部，所述故障电弧检测电路及所述漏电保护电路用于设置在所述壳体外部。

10.根据权利要求9所述的空调，其特征在于，所述空调还包括保护盒，所述故障电弧检测电路及所述漏电保护电路设置于所述保护盒中，所述保护盒用于设置在所述壳体外部。