CN1171266C - 包含单稳态型继电器的监视预付电量的电力设备 - Google Patents

Abstract

监视预付电量的电力设备包括电子处理单元，当耗电量达到预付电量时，电子处理单元令继电器(7，8)的触点(7)断开。为了改善设备的可靠性并降低欺诈的可能性，继电器是单稳态型继电器，通过频率-电压转换接口(18)用频率控制信号控制继电器。利用一对粗糙的触点材料以及与继电器触点的可动接触元件相关的磁补偿电路使设备的可靠性得到进一步改善，改善了触点(7)对短路电流的承受力。

Description

包含单稳态型继电器的监视 预付电量的电力设备

本发明涉及一种包含电子处理单元的监视预付电量的电力设备，所述电子处理单元与电力系统的导线相连接，计算耗电量并当耗电量达到预定的预付值时令继电器的触点断开。

这种类型设备在设计时必须尽可能地防止可能出现的欺诈行为。本发明的目的是提供一种监视预付电量的电力设备，与现有设备相比，该设备的运行可靠性得以改善。

根据本发明，所述目的是通过提供一种监视预付电量的电力设备来实现的，该电力设备包括：电子处理单元，与电力系统的导线相连接，计算耗电量并且当耗电量达到预定预付值时令继电器的触点断开，其中，该继电器是具有常开触点的单稳态型继电器，处理单元包括接收电压信号和电流信号的电力测量电路和产生频率大于或等于预置频率的二进制信号的中央单元，所述二进制信号令继电器闭合，当已经消耗了预定电量时所述电力测量电路向所述中央单元提供计数脉冲，在中央处理单元和继电器之间连接频率-电压转换接口。

与现有设备尤其是具有双稳态继电器的现有设备相比，本发明所述设备首先改善了设备的可靠程度。

根据本发明的发展，通过将一对粗糙的接触材料用于继电器触点以及用磁补偿电路来增加大电流流过触点时触点的静止和可动元件之间的压力而使设备的可靠性得到进一步改善。

通过以下对本发明特殊实施例的描述可以更清楚地理解本发明的优点和特征，附图中所示的这些实施例仅是非限制性的例子，附图中：

图1以方框图形式示出了本发明所述的设备；

图2是图1所示设备中处理电路的特殊实施例；

图3是图2所示电路接口的特殊实施例；

图4a至4c是在图3中接口的不同位置处的信号波形；

图5是图1所示设备继电器的特殊实施例；

图6和7是图5所示继电器的磁补偿电路的两个可选择实施例。

图1所示的监视预付电量的电力设备1通过两个连接端子2和3与电力系统的相线P相连接。它还通过两个连接端子4和5与电力系统的中线N相连接。

电测量分路6与连接端子2和3之间的继电器触点7串联连接。触点7由电磁铁或继电器的线圈8控制。电子处理单元9与端子2和4相连接，以便接收表示相线P和中线N之间电压U的信号。处理单元也与分路的两个测量端子10和11相连接。呈现在测量端子10和11之间的电压表示相线P中流过的电流I。

电压U还加到电源电路12的输入端，电源电路12在供电端子上为设备1提供适当的供电电压Vcc1和Vcc2。

电子处理单元9包括处理电路13，最好是基于微处理器的，由电压Vcc1和Vcc2供电并接收信号U和I。处理电路13以常规方式计算连接到电力系统的用户的耗电量。此外，它还与传统类型的读卡机14相连接。电子卡15插入读卡机的输入槽中。在一个最佳实施例中，电子卡15是一次性智能卡，在它的存储器中，存储预付费的预定电量，例如100kWh。在卡15插入槽中之后由读卡机读出该预付电量。当全部预付电量用完时，处理电路13通过线圈8断开触点7，中断向用户供电。

在现有技术设备中，继电器是双稳态型。这种类型的继电器包括一个仅在开关状态变化时才被供电的线圈，所述开关状态变化即从闭合状态变为断开状态，反之亦然。这种继电器耗电量低。但是，在控制该继电器的电子处理单元9不正常工作或继电器线圈不正常工作的情况下，继电器触点7可以保持在其两个稳定位置的其中一个稳定位置上。如果触点能够被锁定在闭合位置上，这就更容易实现欺诈。

根据本发明，继电器是具有常开触点的单稳态继电器，即当线圈8通电时令触点7闭合，当线圈8不通电时断开触点。这样，在电子处理单元9或继电器线圈8不正常工作的情况下，不管这种不正常工作是由故障引起的，还是由蓄意欺诈或其他原因引起的，触点7由于错误而断开并保持断开直至设备1重新建立正确操作。

继电器的线圈8与电子开关串联连接以便为电压端子供电。在正常工作时，只要预付电量不为零，处理电路就令电子开关接通，然后向继电器的线圈8供电。

利用频率控制提高了可靠度。正如图2所示，处理电路13包括电力测量电路16，接收电压信号U和电流信号I。通常，当已经消耗了预定电量例如每消耗kWh时，电力测量电路向基于微处理器的中央单元17提供计数脉冲。已经预先存储了由读卡机14读出的预付电量的中央单元17根据接收到的计数脉冲减少该存储器的容量。只要预付电量未用完，中央单元17就向接口18提供频率大于或等于预置频率(周期T，图4a)的二进制信号A。连接在中央单元17和继电器线圈8之间的接口18是频率-电压(F/V)变换接口。这样，只要发射出足够频率的、构成继电器闭合控制信号的信号，就将直流电压加到继电器的线圈8上。如果来自中央单元17的输出信号A的频率太低，尤其在逻辑电平0或1的连续稳定信号的情况下，则取消加到继电器线圈8的端子上的电压。由于不再向继电器线圈8供电，因此继电器转换到其与断开触点7相对应的单稳态位置上。

这样，即使由于处理单元的故障而导致控制单元的输出信号A被锁定在逻辑电平1，也能使继电器转换到打开位置上。

图3示出了接口18的一个特殊实施例。接口18包括与电源电路12的供电端子和从中央单元17接收信号A的控制输入端相连接的两个电源输入端(Vcc2和地)。控制输入端通过与第一电容器C1和第一二极管D1串联连接的限流电阻R1与NPN型的第一晶体管T1的基极相连接。第二电容器C2连接在晶体管T1的基极和地之间，晶体管T1的发射极接地。晶体管T1的集电极连接PNP型的第二晶体管T2的基极，第二晶体管T2的集电极接地。晶体管T1的集电极和晶体管T2的发射极之间连接极化电阻R2。继电器的线圈8与接口18的输出端相连接，所述输出端一方面连接晶体管T2的发射极，另一方面连接供电端子Vcc2。

晶体管T1和T2组成了与供电端子之间的继电器线圈8串联连接的电子开关，晶体管T1的基极构成了该电子开关的控制极。

下面参考图4a、4b和4c来描述接口8的操作，图4a、4b和4c分别表示信号A、电容器C2的端子上的电压信号B和晶体管T2发射极上的电压信号C的波形。

在正常工作时，用电预付金未用完，中央单元17产生周期为T的二进制信号A。通过电阻器R1、电容器C1和二极管D1，这些信号使电容器C2端子上的充电电压B保持在大于预置阈值S、大于晶体管T1基极/发射极电压的一个值。因此，晶体管T1导通，导致晶体管T2导通。那么，晶体管T2的发射极电压C接近零，图4c，并将接近供电电压Vcc2的电压连续加到保持触点7闭合的继电器线圈8的端子上。

当预付电量用完时，从中央单元17输出的信号A转换为逻辑电平0。电容器C1不发射连续信号，电容器C2的充电中断。电容器C2则通过晶体管T1的基极/发射极结缓慢放电。注意，在图4b中，电容器的充电和放电幅度被大大放大了。实际上，在阈值S以上，电压B仅在电容器C2的正常充电电压周围很轻微地震荡。一旦电压B降到阈值S以下，晶体管T1就截止，时间t1，也导致晶体管T2截止，电压C转换为电源电压Vcc2。继电器线圈8的端子上的电压被取消，触点7转换到其稳态位置即断开位置。当晶体管T2截止时，通常与线圈8的端子相连接的单向传输二极管D2在瞬变阶段让电流流过。

连接在地与电容器C1和二极管D1的公共点之间的二极管D3用于削去负信号。

如果从中央单元17输出的信号A都被锁定在逻辑电平1，则接口的操作是相同的，电容器C1在那里阻止发射。处理电路中元件或接口的任何故障都会中断适当频率的信号A的产生和发射，导致继电器的触点7转换为安全的断开位置。

对于触点7来说，利用一对粗糙的接触材料可以进一步改善设备的运行可靠性。在最佳实施例中，用银-和石墨-基合金形成其中一个静止接触元件19a，用镀银铜制成另一个可动接触元件19b。

为了将触点焊接的危险尽可能地降至预置电流电平，设有一个磁补偿电路20，图5，该电路用于在大电流尤其是故障电流的情况下增加静止和可动接触元件19a，19b之间产生的压力。磁补偿电路20围绕可动接触元件19b。它包括由磁性材料制成的元件，该元件最好为U型，如图6和7所示。该U-型元件可以由磁性材料制成的叶片21来完成，与可动接触元件19b固接在一起，使得能够承受增加的继电器短路电流。如图7所示，在叶片21和磁补偿电路20的U-型元件之间存在预定的气隙。

使用磁补偿电路既减小了短路情况下触点焊接的危险，又能使其以正常工作电流工作时被单独校准的线圈8的继电器得以使用。与双稳态型继电器不同，由于单稳态继电器连续耗电，所以后面这种特性更有利。

用单稳态继电器、频率控制、一对粗糙接触材料和一个磁补偿电路的组合能保证得到比已知设备更高的最佳可靠程度。

Claims (7)

1.一种监视预付电量的电力设备(1)，包括：电子处理单元(9)，与电力系统的导线(N，P)相连接，计算耗电量并当耗电量达到预定预付值时令继电器(7，8)的触点(7)断开，所述设备的特征在于，继电器是具有常开触点(7)的单稳态型继电器，处理单元包括接收电压信号(U)和电流信号(I)的电力测量电路(16)和产生频率大于或等于预置频率的二进制信号(A)的中央单元(17)，所述二进制信号令继电器闭合，当已经消耗了预定电量时所述电力测量电路(16)向所述中央单元(17)提供计数脉冲，在中央处理单元(17)和继电器之间连接频率-电压转换接口(18)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，接口(18)包括与供电端子之间的继电器串联连接的电子开关(T1，T2)。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，接口(18)包括第一电容器(C1)和第二电容器(C2)，所述第一电容器连接在接口的控制输入端和电子开关(T1，T2)的控制电极之间，第二电容器连接在所述控制电极和其中一个供电端子之间，以便当第二电容器(C2)端子上的电压(B)超过预置值(S)时令电子开关(T1，T2)导通。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，触点(7)包括由银-和石墨-基合金构成的第一接触元件(19a)和由镀银铜制成的第二接触元件(19b)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，它包括磁补偿电路(20)，用于当大电流流过触点时增加触点(7)的静止和可动接触元件(19a，19b)之间的压力。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，磁补偿电路(20)包括围绕可动接触元件(19b)的、磁性材料制成的U-型元件。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，磁补偿电路(20)包括与可动接触元件(19b)固接为一体的、磁性材料制成的叶片(21)。

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