CN113422352B - 一种自动检测短路故障的强电开关电路 - Google Patents

一种自动检测短路故障的强电开关电路 Download PDF

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Abstract

本发明的自动检测短路故障的强电开关电路，包括交流电源、实验电路、电源通断控制电路、逻辑判断运算及驱动电路、电磁开关ZC和电磁开关GZ组成，限流及控制电路与实现电路之间的相线与相线之间、相线与中线之间均设置有短路电压检测电路，短路电压检测电路的输出与逻辑判断运算及驱动电路的信号输入端相连接，电磁开关ZC的线圈和电磁开关GZ的线圈接于逻辑判断运算及驱动电路的输出端上。本发明的强电开关电路，只有当所有的线电压和相电压正常时，才对实验电路进行供电，避免了因接错线造成短路时所导致的保护电器动作、停电、火灾、设备损坏或人身伤害事故了发生，有效保证了实验的安全进行。

Description

一种自动检测短路故障的强电开关电路
技术领域
本发明涉及一种强电开关电路，更具体的说，尤其涉及一种自动检测短路故障的强电开关电路。
背景技术
电气实验室经常进行强电的各种实验，因接错线造成短路现象时有发生，轻则造成保护电器动作，引起停电现象，重则造成火灾、设备损坏、人身伤害。如果在全压送电之前先在电路中串上限流元件，然后进行短路电压检测，检测到有短路故障就停止送电，这样就不会造成很大的冲击电流，这对实验室安全是非常有意义的。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种自动检测短路故障的强电开关电路。
本发明的自动检测短路故障的强电开关电路，包括交流电源、实验电路、电源通断控制电路、逻辑判断运算及驱动电路、电磁开关ZC和电磁开关GZ组成，交流电源用于提供220V或380V交流电，电源通断控制电路由按钮SO和继电器KM组成，按钮SO、继电器KM的线圈和电磁开关GZ的常闭点串联后的两端接于交流电源的线电压的两端；交流电源的相线和中线上均串联继电器KM的常开点；其特征在于：相线上的继电器KM的常开点与实验电路之间的线路上串有限流及控制电路，限流及控制电路由限流电容与电磁开关ZC的常开点并联组成；限流及控制电路与实现电路之间的相线与相线之间、相线与中线之间均设置有短路电压检测电路，短路电压检测电路对相电压是否正常进行检测，短路电压检测电路的输出与逻辑判断运算及驱动电路的信号输入端相连接，电磁开关ZC的线圈和电磁开关GZ的线圈接于逻辑判断运算及驱动电路的输出端上；
当所有的短路电压检测电路所检测的相电压和线电压正常时，逻辑判断运算及驱动电路输出高电平至电磁开关ZC、输出低电平至电磁开关GZ，以使交流电源输入至实验电路中；当所有的短路电压检测电路所检测的相电压和线电压有一个或一个以上出现故障时，逻辑判断运算及驱动电路输出低电平至电磁开关ZC、输出高电平至GZ，断开交流电源的输入。
本发明的自动检测短路故障的强电开关电路，所述短路电压检测电路由第二整流电路BR、第一稳压管DZ、电容E、发光二极管LE和光电耦合器组成，第二整流电路BR的输入端接于两相线或者相线与中线上，第一稳压管和电容E接于第二整流电路BR的输出端上；第二整流电路BR的一个输出端接于光电耦合器的一个输入端上，第二整流电路BR的另一个输出端经发光二极管LE和限流电阻接于光电耦合器的另一个输入端上，光电耦合器的输出端接于逻辑判断运算及驱动电路的输入端上。
本发明的自动检测短路故障的强电开关电路，所述逻辑判断及驱动电路由场效应管Q1、三极管Q2和三极管Q3组成，场效应管Q1位P沟道MOS管，三极管Q2和Q3均为NPN型三极管；光电耦合器输出端的集电极经上拉电阻接于直流电源+V上、经二极管接于场效应管Q1的栅极上，光电耦合器输出端的发射极接于直流电源地GND上，Q1的栅极经电阻R13接地，源极接于直流电源+V上，漏极经二极管D9接于电源地GND上，电磁开关ZC的线圈并联于二极管D9的两端；三极管Q2的基极经电阻R14接于Q1的漏极上，发射极接于电源地GND上，集电极经电阻R16接于电源+V上；三极管Q3的基极经第二稳压管DZ7接于Q2的集电极上，第二稳压管DZ7的正极、负极分别经电阻R17和电容E7接于电源地GND上，Q3的发射极接于电源地GND上，集电极经电磁开关GZ的线圈接于电源+V上；电容E7、第二稳压管DZ7和电阻R16构成延时电路。
本发明的自动检测短路故障的强电开关电路，所述逻辑判断运算及驱动电路由场效应管Q4、三极管Q5、三极管Q 6和三极管Q7组成，Q4为P沟道MOS管，Q5为PNP型三极管，Q6和Q7均为NPN型三极管；光电耦合器输出端的集电极经上拉电阻接于直流电源+V上、经二极管接于Q5的栅极上，光电耦合器输出端的发射极接于直流电源地GND上，Q4的源极接于直流电源+V上，漏极经二极管D11接于电源地GND上；Q5的基极和Q6的基极分别经电阻R19和电阻R20接于Q4的漏极上，Q5的发射极接于电源+V上，Q6的发射极接于电源地GND上，Q5的集电极与Q6的集电极相连接，电磁开关ZC的线圈并联于D11的两端；Q7的基极依次经第三稳压管DZ8和电阻R21接于Q5的集电极上，第三稳压管DZ8的正极、负极分别经电阻R22和电容E9接于电源地上，三极管Q7的发射极接地，Q7的集电极经电磁开关GZ接于电源+V上；第三稳压管DZ8、电容E9和电阻R21构成延时电路。
本发明的自动检测短路故障的强电开关电路，包括变压器、第一整流电路BR的电解电容E8，变压器的输入端接于交流电源的线电压上，电压器的输出端接于第一整流电路的输入端上，电解电容E8的两端接于第一整流电路的输出端上，电解电容E8的正极、负极分别形成直流电源+V和直流电源地GND。
本发明的有益效果是：本发明的自动检测短路故障的强电开关电路，交流电源与实验电路之间设置有电源通断控制电路、限流及控制电路、短路电压检测电路、逻辑判断运算及驱动电路、电磁开关ZC、电磁开关GZ，且电磁开关GZ的常闭点接于电源通断控制电路中，电磁开关ZC的常开点设置于限流及控制电路中，短路电压检测电路实现对交流电源的相电压、线电压的检测，并将检测的结果转化为逻辑信号输入至逻辑判断运算及控制电路中；当相电压或线电压中的一路或一路以上存在故障时，逻辑判断运算及驱动电路经电磁开关ZC、GZ断开对实验电路的供电，只有当所有的线电压和相电压正常时，才对实验电路进行供电，避免了因接错线造成短路时所导致的保护电器动作、停电、火灾、设备损坏或人身伤害事故了发生，有效保证了实验的安全进行。
附图说明
图1为本发明的自动检测短路故障的强电开关电路的电路原理图；
图2为本发明中实施例1的电路图；
图3为本发明中实施例2的电路图。
图中：1交流电源，2实验电路，3限流及控制电路，4电源通断控制电路，5短路电压检测电路，6逻辑判断运算及驱动电路，7电磁开关ZC，8电磁开关GZ，9变压器，10第一整流电路BR，11继电器KM，12按钮SO，13限流电容，14第二整流电路BR，15光电耦合器，16场效应管Q1，17三极管Q2，18三极管Q3，19场效应管Q4，20三极管Q5，21三极管Q6，22三极管Q7。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，给出了本发明的自动检测短路故障的强电开关电路的电路原理图，其由交流电源1、实验电路2、限流及控制电路3、电源通断控制电路4、短路电压检测电路5、逻辑判断运算及驱动电路6、电磁开关ZC和电磁开关GZ组成，交流电源1为220V或380V交流电，用于给实验电路2提供交流电源。电源通断控制电路4设置于交流电源1的输入端，电源通断控制电路4由按钮SO、继电器KM组成，按钮SO、开关SS、继电器KM的线圈以及电磁开关GZ的常闭点串联后的两端接于交流电源1的线电压上，按钮SO的两端并联有继电器KM的常开点。交流电源1的输入端串有继电器KM的常开点，按下按钮SO使得继电器KM线圈通电，继电器的常开点闭合，使得交流电源1接通；同时与按钮SO并联的KM的常开点闭合，实现互锁。
继电器KM的常开点与实验电路之间的交流电源1的相线上串有限流及控制电路3，限流及控制电路3由相并联的限流电阻13、大电阻RF和电磁开关ZC的常开点组成，具体地，A相上设置的限流及控制电路3由电容CZA、电阻RF1和ZC的常开点并联组成，B相上设置的限流及控制电路3由电容CZB、电阻RF2和ZC的常开点并联组成，C相上设置的限流及控制电路3由电容CZC、电阻RF3和ZC的常开点并联组成。
限流及控制电路3与实验电路2之间的交流电源1的相线与相线之间、相线与中线之间均设置有短路电压检测电路5组成，短路电压检测电路5用于对交流电源1的相电压和线电压是否正常进行检测，并将检测结果转化为逻辑信号输入至逻辑判断运算及驱动电路6的信号输入端。当对实验电路2进行的供电的相线之间或相线与中线之间存在短路或不存在短路时，短路电压检测电路5输出不同的信号至逻辑判断运算及驱动电路6。
所示的电磁开关ZC的线圈和电磁开关GZ的线圈均接于逻辑判断运算及驱动电路6的输出端。逻辑判断运算及驱动电路6经变压器9、第一整流电路BR（10）和电解电容E8提供直流电源，变压器9的输入端接于交流电源1的线电压上，电压器9的输出端接于第一整流电路BR的输入端，电解电容E8接于第一整流电路BR的输出端，电解电容E8的正极、负极用于产生稳定直流电压正极+V和电源地GND，以对逻辑判断运算及驱动电路6进行供电。
当所有的短路电压检测电路5所检测的相电压和线电压正常时，逻辑判断运算及驱动电路6输出高电平至电磁开关ZC、输出低电平至电磁开关GZ，以使交流电源1输入至实验电路中；当所有的短路电压检测电路5所检测的相电压和线电压有一个或一个以上出现故障时，逻辑判断运算及驱动电路6输出低电平至电磁开关ZC、输出高电平至GZ，断开交流电源1的输入。
实施例1，如图2所示，给出了本发明中实施例1的电路图，本实施例中的短路电压检测电路5由第二整流电路BR（14）、第一稳压管DZ、电容E、发光二极管LE和光电耦合器15组成，第二整流电路BR的输入端接于两相线或者相线与中线上，第一稳压管和电容E接于第二整流电路BR的输出端上；第二整流电路BR的一个输出端接于光电耦合器15的一个输入端上，第二整流电路BR的另一个输出端经发光二极管LE和限流电阻接于光电耦合器15的另一个输入端上，光电耦合器15的输出端接于逻辑判断运算及驱动电路6的输入端上。
所示逻辑判断及驱动电路6由场效应管Q1（16）、三极管Q2（17）和三极管Q3（18）组成，场效应管Q1位P沟道MOS管，三极管Q2和Q3均为NPN型三极管；光电耦合器15输出端的集电极经上拉电阻接于直流电源+V上、经二极管接于场效应管Q1的栅极上，光电耦合器输出端的发射极接于直流电源地GND上，Q1的栅极经电阻R13接地，源极接于直流电源+V上，漏极经二极管D9接于电源地GND上，电磁开关ZC的线圈并联于二极管D9的两端；三极管Q2的基极经电阻R14接于Q1的漏极上，发射极接于电源地GND上，集电极经电阻R16接于电源+V上；三极管Q3的基极经第二稳压管DZ7接于Q2的集电极上，第二稳压管DZ7的正极、负极分别经电阻R17和电容E7接于电源地GND上，Q3的发射极接于电源地GND上，集电极经电磁开关GZ（8）的线圈接于电源+V上；电容E7、第二稳压管DZ7和电阻R16构成延时电路。
当实验电路2不存在短路故障时，这时交流电源1的相电压和线电压均正常，使得第二整流电路BR输入正常电压，可正常驱使光电耦合器15的光敏三极管正常导通；所有的光电耦合器15的光敏三极管导通后，使得a点为低电位，Q1的栅极也为低电位，Q1导通，电磁开关ZC的线圈通电，此时限流及控制电路3中的电磁开关ZC的常开点闭合，交流电源1对实验电路2正常供电。此时，Q2导通、Q3截止，电磁开关GZ的线圈不通电，电源通断控制电路4中GZ的常闭点保持不变。
当实验电路2存在短路故障时，此时无论是相线之间存在短路还是相线与中线之间存在短路，与短路相对应的短路电压检测电路5中的第二整流器BR不会有电压输入，该短路电压检测电路5中的光电耦合器15不会导通，在上拉电阻的作用下使得图中a点的电压为高电平，场效应管Q1的栅极也为高电平使其截止，使得Q2截止。在电容E7、第二稳压管DZ7和电阻R16构成的延时电路的作用下，通过对电容E7的充电，当电容E7的正极端的电压上升至第二稳压管DZ7的导通电压后，使得Q3导通，电磁开关GZ的线圈通电，电源通断控制电路4中GZ的常闭点断开，继电器KM断电，KM的常开点断开，切断交流电源1的供电。
可见，通过设置由电容E7、第二稳压管DZ7和电阻R16构成的延时电路，给短路电源检测电路5和逻辑判断运算及驱动电路6留出了足够的时间，同时又不会影响对电磁开关GZ的线圈通断电的控制。
实施例2，如图3所示，给出了本发明中实施例2的电路图，本实施例中的短路电压检测电路5与实施例1中的相同，不同之处在于逻辑判断运算及驱动电路6。本实施例中的逻辑判断运算及驱动电路6由场效应管Q4、三极管Q5（20）、三极管Q 6（21）和三极管Q7（22）组成，Q4为P沟道MOS管，Q5为PNP型三极管，Q6和Q7均为NPN型三极管；光电耦合器15输出端的集电极经上拉电阻接于直流电源+V上、经二极管接于Q5的栅极上，光电耦合器输出端的发射极接于直流电源地GND上，Q4的源极接于直流电源+V上，漏极经二极管D11接于电源地GND上；Q5的基极和Q6的基极分别经电阻R19和电阻R20接于Q4的漏极上，Q5的发射极接于电源+V上，Q6的发射极接于电源地GND上，Q5的集电极与Q6的集电极相连接，电磁开关ZC的线圈并联于D11的两端；Q7的基极依次经第三稳压管DZ8和电阻R21接于Q5的集电极上，第三稳压管DZ8的正极、负极分别经电阻R22和电容E9接于电源地上，三极管Q7的发射极接地，Q7的集电极经电磁开关GZ（8）接于电源+V上；第三稳压管DZ8、电容E9和电阻R21构成延时电路。
本实施例的工作原理为：
当实验电路2不存在短路故障时，所有的光电耦合器15的光敏三极管均正常导通；使得a点为低电位，Q4的栅极也为低电位，Q4导通，电磁开关ZC的线圈通电，此时限流及控制电路3中的电磁开关ZC的常开点闭合，交流电源1对实验电路2正常供电。此时，Q5、Q6、Q7截止，电磁开关GZ的线圈不通电，电源通断控制电路4中GZ的常闭点保持不变。
当实验电路2存在短路故障时，与短路故障线路相连的短路电压检测电路5中的光电耦合器15不会导通，在上拉电阻的作用下使得图中a点的电压为高电平，场效应管Q4的栅极也为高电平使其截止，此时Q5、Q6导通。在电容E9、第二稳压管DZ8和电阻R21构成的延时电路的作用下，通过对电容E9的充电，当图中b点的电压上升到一定值后，使得Q7导通，电磁开关GZ的线圈通电，电源通断控制电路4中GZ的常闭点断开，继电器KM断电，KM的常开点断开，切断交流电源1的供电。

Claims (5)

1.一种自动检测短路故障的强电开关电路，包括交流电源（1）、实验电路（2）、电源通断控制电路（4）、逻辑判断运算及驱动电路（6）、电磁开关ZC（7）和电磁开关GZ（8）组成，交流电源用于提供220V或380V交流电，电源通断控制电路由按钮SO（12）和继电器KM（11）组成，按钮SO、继电器KM的线圈和电磁开关GZ的常闭点串联后的两端接于交流电源的线电压的两端；交流电源的相线和中线上均串联继电器KM的常开点；其特征在于：相线上的继电器KM的常开点与实验电路之间的线路上串有限流及控制电路（3），限流及控制电路由限流电容（13）与电磁开关ZC的常开点并联组成；限流及控制电路与实验电路之间的相线与相线之间、相线与中线之间均设置有短路电压检测电路（5），短路电压检测电路对相电压是否正常进行检测，短路电压检测电路的输出与逻辑判断运算及驱动电路的信号输入端相连接，电磁开关ZC的线圈和电磁开关GZ的线圈接于逻辑判断运算及驱动电路的输出端上；
当所有的短路电压检测电路所检测的相电压和线电压正常时，逻辑判断运算及驱动电路输出高电平至电磁开关ZC、输出低电平至电磁开关GZ，以使交流电源输入至实验电路中；当所有的短路电压检测电路所检测的相电压和线电压有一个或一个以上出现故障时，逻辑判断运算及驱动电路输出低电平至电磁开关ZC、输出高电平至GZ，断开交流电源的输入。
2.根据权利要求1所述的自动检测短路故障的强电开关电路，其特征在于：所述短路电压检测电路（5）由第二整流电路BR（14）、第一稳压管DZ、电容E、发光二极管LE和光电耦合器（15）组成，第二整流电路BR的输入端接于两相线或者相线与中线上，第一稳压管和电容E接于第二整流电路BR的输出端上；第二整流电路BR的一个输出端接于光电耦合器的一个输入端上，第二整流电路BR的另一个输出端经发光二极管LE和限流电阻接于光电耦合器的另一个输入端上，光电耦合器的输出端接于逻辑判断运算及驱动电路（6）的输入端上。
3.根据权利要求2所述的自动检测短路故障的强电开关电路，其特征在于：所述逻辑判断运算及驱动电路（6）由场效应管Q1（16）、三极管Q2（17）和三极管Q3（18）组成，场效应管Q1位P沟道MOS管，三极管Q2和Q3均为NPN型三极管；光电耦合器（15）输出端的集电极经上拉电阻接于直流电源+V上、经二极管接于场效应管Q1的栅极上，光电耦合器输出端的发射极接于直流电源地GND上，Q1的栅极经电阻R13接地，源极接于直流电源+V上，漏极经二极管D9接于电源地GND上，电磁开关ZC的线圈并联于二极管D9的两端；三极管Q2的基极经电阻R14接于Q1的漏极上，发射极接于电源地GND上，集电极经电阻R16接于电源+V上；三极管Q3的基极经第二稳压管DZ7接于Q2的集电极上，第二稳压管DZ7的正极、负极分别经电阻R17和电容E7接于电源地GND上，Q3的发射极接于电源地GND上，集电极经电磁开关GZ（8）的线圈接于电源+V上；电容E7、第二稳压管DZ7和电阻R16构成延时电路。
4.根据权利要求2所述的自动检测短路故障的强电开关电路，其特征在于：所述逻辑判断运算及驱动电路（6）由场效应管Q4、三极管Q5（20）、三极管Q 6（21）和三极管Q7（22）组成，Q4为P沟道MOS管，Q5为PNP型三极管，Q6和Q7均为NPN型三极管；光电耦合器（15）输出端的集电极经上拉电阻接于直流电源+V上、经二极管接于Q5的栅极上，光电耦合器输出端的发射极接于直流电源地GND上，Q4的源极接于直流电源+V上，漏极经二极管D11接于电源地GND上；Q5的基极和Q6的基极分别经电阻R19和电阻R20接于Q4的漏极上，Q5的发射极接于电源+V上，Q6的发射极接于电源地GND上，Q5的集电极与Q6的集电极相连接，电磁开关ZC的线圈并联于D11的两端；Q7的基极依次经第三稳压管DZ8和电阻R21接于Q5的集电极上，第三稳压管DZ8的正极、负极分别经电阻R22和电容E9接于电源地上，三极管Q7的发射极接地，Q7的集电极经电磁开关GZ（8）接于电源+V上；第三稳压管DZ8、电容E9和电阻R21构成延时电路。
5.根据权利要求3或4所述的自动检测短路故障的强电开关电路，其特征在于：包括变压器（9）、第一整流电路BR（10）的电解电容E8，变压器的输入端接于交流电源（1）的线电压上，电压器的输出端接于第一整流电路的输入端上，电解电容E8的两端接于第一整流电路的输出端上，电解电容E8的正极、负极分别形成直流电源+V和直流电源地GND。
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