CN117174547A - 电气防火限流式保护器模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电气防火限流式保护器模块，属于熔断器技术领域，保护器模块的MCU连接对外接口JP1，通过对外接口JP1接收启动信号，MCUU2与双向光耦OP2连接，检测主回路输入端电压的过零时刻，MCU检测到过零时刻后，通过高速光耦OP1控制MOSQ1、MOSQ3导通使主回路导通，负载通电开始工作；本电路采用MCU控制电路优点是检测速度快、控制反应速度快，检测速度1微秒左右，工作原理是检测控制电路只要检测到超过设置的电流值电流时就会立刻发出信号，信号控制电子开关电路关断输出，阻止大电流火花的产生。而且纯硬件的方式电路工作稳定，不存在延迟和软件BUG等无法控制电子开关电路的可能性。

Description

电气防火限流式保护器模块

技术领域

本发明属于熔断器技术领域，具体涉及电气防火限流式保护器模块。

背景技术

公开号：CN116387110A在中国公开了一种断路器，属于断路器领域。该断路器包括壳体、脱扣机构、动触头、静触头、连杆和隔离件；所述脱扣机构至少部分位于所述壳体中，所述动触头与所述脱扣机构相连，用于在所述脱扣机构的作用下与位于所述壳体中的所述静触头接触或分离；所述隔离件位于所述壳体中，且能够相对所述壳体移动，所述连杆的一端与所述脱扣机构相连，另一端与所述隔离件相连，用于在所述脱扣机构的作用下带动所述隔离件，使所述隔离件在所述动触头与所述静触头分离时位于所述动触头与所述静触头之间。利用隔离件隔开动触头和静触头，起到切断动触头与静触头之间的电弧的作用，通过采用隔离件隔开动触头和静触头，实现灭弧，但是隔离件老化速度决定了断路器灭弧效果。因此，隔离件的寿命也成为该设计较为直接的短板。

公开号：CN114097054B在中国公开了一种用于在中压应用中使用的断路器，诸如真空断续器，该断路器包括：壳体；第一接触部，该第一接触部布置在第一接触部杆的端部，该第一接触部杆固定地延伸穿过壳体；第二接触部，该第二接触部布置在第二接触部杆的端部，该第二接触部杆可轴向移动地延伸穿过壳体；移动装置，该移动装置用于将第二接触部在闭合位置与断开位置之间移动，在闭合位置该第二接触部与第一接触部接触，在断开位置该第二接触部与第一接触部间隔开，其中，第二接触部的质量小于第一接触部的质量，其中，移动装置包括：单独的闭合机构，该单独的闭合机构用于将第二接触部推至闭合位置，以及单独的断开机构，工作时需要第一接触部、第二接触部发生连续配合，还需要移动装置和闭合机构进行配合，以及单独的断开机构用于将第二接触部推至断开位置后才能完成，整个过程需要较长时间。

目前机械断路器存在的切断短路电流时间长、短路电流大、产生的电弧火花大、使用寿命短等问题。当发生短路故障时，极易产生危险火花，无法提升电气火灾的监控能力，导致电气火灾事故的发生，为此我们提出电气防火限流式保护器模块。

发明内容

本发明的目的在于提供电气防火限流式保护器模块，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：电气防火限流式保护器模块，保护器模块的MCU连接对外接口JP1，通过对外接口JP1接收启动信号，MCUU2与双向光耦OP2连接，检测主回路输入端电压的过零时刻，MCU检测到过零时刻后，通过高速光耦OP1控制MOSQ1、MOSQ3导通使主回路导通，负载通电开始工作；

电流互感器CT1连接电压比较器U4所在的检测控制电路，检测控制电路用于判断并通过高速光耦OP1控制MOS Q1、Q3关闭来使主回路断开和将已确认的过负荷信号传送到MCU U2，MCU U2持续判断检测控制电路传来的过负荷信号；

电流互感器CT1和互感器T2之间通过电能计量芯片U1连接，电能计量芯片U1收集电压电流信号，电能计量芯片U1与MCUU2相连；

MOSQ1、Q3一侧设有相连接的测温IC U3，测温IC U3与MCUU2连接用于传输检测到的温度信号；

二极管D1、二极管D2均并联在主回路中，用于保护MOS Q1、MOS Q3。

进一步地，双向光耦输入端电压为0V时启动输出回路，降低接通瞬间的电流，防止电弧的产生。

进一步地，保护器模块内的主回路上安装有保护组件，保护组件包括用于熔断的熔件，若干熔件呈环形排布在壳体内部，与熔件接触的导电触头安装在壳体中的旋转座上，所述导电触头与电源导线连接，转动旋转座带动导电触头角度改变实现更换熔件。

进一步地，所述旋转座转动连接在中心座上，所述中心座与壳体的内绝缘罩为一体式结构，所述旋转座的中部一体式连接有柱状件，所述柱状件插设在中心座的中部，实现旋转座与中心座转动连接，所述柱状件端部的外侧套装有弹性件，所述弹性件的一端与柱状件接触，所述弹性件的另一端与中心座的内壁抵触。

进一步地，中心座的表面一体式设置有凸条，所述凸条的截面呈三角形，所述旋转座的表面开设有与凸条吻合的对位槽。

进一步地，两个所述导电触头均通过导线与柱状件端部的两个触点分别连接，两个所述触点非对称设置。

进一步地，所述中心座的侧壁上安装有连接火线零线的两个接线部，所述接线部包括接线槽、金属片、锁紧螺栓以及导电金属圈，所述接线槽的内壁上安装有与火线零线接触的金属片，所述接线槽的端部安装有用于锁紧火线零线的锁紧螺栓，所述金属片与锁紧螺栓通过导线连接。

进一步地，所述导电金属圈共有两个，两个导电金属圈为直径不同的两个同心圆且均安装在中心座的内壁上，两个导电金属圈分别与两个触点对应。

进一步地，所述壳体包括外绝缘罩和内绝缘罩，所述外绝缘罩和内绝缘罩通过螺钉固定组合，所述内绝缘罩的内壁上安装有用于固定熔件的弧形扣件。

进一步地，所述熔件的形状为四分之一的圆弧，且数量为四个且卡合在内绝缘罩内侧的弧形扣件上。

进一步地，所述中心座上的凸条数量为四个，分别排布在圆心的三点位置处、六点位置处、九点位置处以及十二点位置处。

进一步地，所述内绝缘罩的内壁上三点位置处、六点位置处、九点位置处以及十二点位置处设置有隔板。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

本设计较MCU控制电路优点是检测速度快、控制反应速度快，检测速度1微秒左右，工作原理是检测控制电路只要检测到超过设置的电流值电流时就会立刻发出信号，信号控制电子开关电路关断输出，阻止大电流火花的产生。而且纯硬件的方式电路工作稳定，不存在延迟和软件BUG等无法控制电子开关电路的可能性。

本产品可广泛应用于学校、医院、商场、宾馆、娱乐场所、寺庙、文物建筑、会展、住宅、仓库、幼儿园、老年人建筑、集体宿舍、电动车充电站及租赁式商场商铺、批发市场、集贸市场、甲乙丙类危险品库房等各种用电场所末端干、支路的线路保护。

增加了保护机构，实现双重保护的效果，保护机构采用旋转的方式，一次性安装好之后，可实现多次快速更换熔丝的效果，且操作步骤简单，只需旋转对应部件即可，方便快捷，且旋转更换熔丝过程中，与火线零线的连接同时断开，增加操作的安全性，以防瞬间电流烧坏用电设备，装置水平安装后，内部的隔板起到防止熔液流动的效果，避免对其他的熔件产生影响，进一步增加使用的安全性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明的电路图；

图2为本发明模块上旋转座位置的示意图；

图3为本发明保护组件的结构示意图；

图4为本发明旋转座、中心座的拆分结构示意图；

图5为本发明旋转座、中心座的另一视角拆分结构示意图；

图6为本发明旋转座、中心座的剖视图；

图7为本发明图 6 中的 A 部位的放大结构示意图。

图中：101、外绝缘罩；102、内绝缘罩；103、弧形扣件；200、熔件；301、旋转座；302、导电触头；303、触板；304、中心座；305、凸条；306、对位槽；307、柱状件；308、弹性件；309、触点；400、接线部；401、接线槽；402、金属片；403、锁紧螺栓；404、导电金属圈；501、隔板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-图6，本发明提出的技术方案：电气防火限流式保护器模块，保护器模块的MCU连接对外接口JP1，通过对外接口JP1接收启动信号，MCU U2与双向光耦OP2连接，检测主回路输入端电压的过零时刻，MCU检测到过零时刻后，通过高速光耦OP1控制MOS Q1、MOSQ3导通使主回路导通，负载通电开始工作，电流互感器CT1连接电压比较器U4所在的检测控制电路，检测控制电路用于判断并通过高速光耦OP1控制MOSQ1、Q3关闭来使主回路断开和将已确认的过负荷信号传送到MCU U2，MCUU2持续判断检测控制电路传来的过负荷信号，电流互感器CT1和互感器T2之间通过电能计量芯片U1连接，电能计量芯片U1收集电压电流信号，电能计量芯片U1与MCU U2相连，MOS Q1、Q3一侧设有相连接的测温ICU3，测温ICU3与MCUU2连接用于传输检测到的温度信号，二极管D1、二极管D2均并联在主回路中，用于保护MOS Q1、MOS Q3，克服传统断路器存在的切断短路电流时间长、短路电流大、产生的电弧火花大、使用寿命短等问题。当发生短路故障时，本产品能以微秒级别速度实现限流保护，避免产生危险火花。大大地提高了电气火灾的监控能力，显著减少电气火灾事故的发生。另外本产品开关电路部分具有较高的分断能力，其数值远高于传统机械开关。

保护器模块内的主回路上安装有保护组件，保护组件包括用于熔断的熔件200，熔件200的形状为四分之一的圆弧，且数量为四个且卡合在内绝缘罩102内侧的弧形扣件103上，与熔件200接触的导电触头302安装在壳体中的旋转座301上，导电触头302与电源导线连接，转动旋转座301带动导电触头302角度改变实现更换熔件200，其中，旋转座301转动连接在中心座304上，中心座304与壳体的内绝缘罩102为一体式结构，旋转座301的中部一体式连接有柱状件307，柱状件307插设在中心座304的中部，实现旋转座301与中心座304转动连接，柱状件307端部的外侧套装有弹性件308，弹性件308的一端与柱状件307接触，弹性件308的另一端与中心座304的内壁抵触，本设计采用旋转的方式，一次性安装好之后，可实现多次快速更换熔丝的效果，且操作步骤简单，只需旋转对应部件即可，方便快捷。

其中，弹性件308为弹簧，通过弹簧两端分别嵌入柱状件307、中心座304，利用弹簧自身弹性实现拉紧。

具体的，中心座304的表面一体式设置有凸条305，凸条305的截面呈三角形，旋转座301的表面开设有与凸条305吻合的对位槽306，方便转动旋转座301时，将与之连接的火线零线断开，中心座304上的凸条305数量为四个，分别排布在圆心的三点位置处、六点位置处、九点位置处以及十二点位置处，旋转更换熔丝过程中，与火线零线的连接同时断开，增加操作的安全性，以防瞬间电流烧坏用电设备，且凸条305方便对转动角度限制。

具体地，两个导电触头302均通过导线与柱状件307端部的两个触点309分别连接，两个触点309非对称设置。

具体地，中心座304的侧壁上安装有连接火线零线的两个接线部400，接线部400包括接线槽401、金属片402、锁紧螺栓403以及导电金属圈404，接线槽401的内壁上安装有与火线零线接触的金属片402，接线槽401的端部安装有用于锁紧火线零线的锁紧螺栓403，金属片402与锁紧螺栓403通过导线连接，导电金属圈404共有两个，两个导电金属圈404为直径不同的两个同心圆且均安装在中心座304的内壁上，两个导电金属圈404分别与两个触点309对应，以便于满足转动后也能保持电路通路的要求。

具体的，壳体包括外绝缘罩101和内绝缘罩102，外绝缘罩101和内绝缘罩102通过螺钉固定组合，内绝缘罩102的内壁上安装有用于固定熔件200的弧形扣件103。

具体地，内绝缘罩102的内壁上三点位置处、六点位置处、九点位置处以及十二点位置处设置有隔板501。

具体地，熔件200的材质为铜。

具体地，保护组件位于模组的顶面，模组竖直安装后，保护组件处于水平状态。

本发明的工作原理及使用流程：

模组启动：电路正常连接后，需要启动输出时，模组需要接收到从对外接口JP1传来的启动信号，接收到启动信号后，MCU U2需要通过双向光耦OP2来检测主回路输入端L_IN电压的过零时刻，只有输入端L_IN电压为0V时才能启动输出回路，这样做的好处是降低接通瞬间的电流，防止电弧的产生。MCU U2检测到过零时刻后，通过高速光耦OP1来控制高压大功率MOS Q1、Q3导通来使主回路导通，负载通电开始工作。

限流：当主回路电流增大到限流设定值时，电流互感器CT1在若干纳秒内把大电流信号传到以电压比较器U4为主的检测控制电路，检测控制电路在若干微秒内判断后并通过高速光耦OP1来控制高压大功率MOS Q1、Q3关闭来使主回路断开，负载失电停止工作。为了安全因素，限流保护器开启限流保护后，不能自动启动，必须手动启动，以保证输出的安全。

过负荷信号：过负荷信号即为超过主回路电流负荷设定值时，检测控制电路发出的电流信号，当主回路电流增大到过负荷设定值时，电流互感器CT1再把过负荷电流信号传到电压比较器U4为主的检测控制电路，检测控制电路将已确认的过负荷信号传送到MCUU2，MCU U2持续判断检测控制电路传来的过负荷信号，直到超过设定时间3-60秒后，MCU U2通过对外接口JP1把过负荷信号传送到上位机。

电能计量：电路工作正常后，电能计量芯片U1通过电流互感器CT1和互感器T2把电压电流等信号收集起来，通过电能计量芯片U1内部高达16位的ADC、逻辑计算电路实时计算出电路的电能使用情况，并传送到MCUU2中，MCUU2记录在内部FLASH中，或通过对外接口JP1使用标准MODBUS协议把电能记录传送到上位机。

内部测温：测温ICU3紧贴高压大功率MOSQ1、Q3，测温ICU3会实时把检测到的温度信号传送到MCUU2中。电路启动后，测温ICU3开始检测高压大功率MOSQ1、Q3外部温度，一旦温度达到设定值，MCUU2会通过对外接口JP1把超温信号传送到上位机或启动风冷系统。

主电路输出保护：负载电路如果有感性负载的话，在感性负载断开输出同时会在主回路输入L_IN和主回路输出L_OUT端之间产生高压，此高压会超过额定工作电压，致使高压大功率MOS Q1、Q3或外部负载损坏。当高压大功率MOS Q1、Q3关断时，超大功率瞬态抑制二极管D1、D2会在极短时间内吸收这个高压，以保护负载和高压大功率MOS Q1、Q3。同时模组正常工作时如果外部有高压脉冲干扰信号的话，超大功率瞬态抑制二极管D1、D2也会保护负载和高压大功率MOS Q1、Q3和其他电路不受干扰。

主回路输入L_IN和主回路输出L_OUT分别插入两侧的接线槽401内侧，然后将锁紧螺栓403旋紧，将火线与零线固定在接线槽401内侧的金属片402上，两侧金属片402通过导线连接导电金属圈404，与导电触头302连接的两个触点309与两个导电金属圈404接触，同时导电触头302端部的触板303接触熔件200，实现通电；

当正在使用的熔件200发生熔断后，排除问题后，只需旋动旋转座301，由于在三点位置处、六点位置处、九点位置处以及十二点位置处设置了凸条305，在旋动过程中会将旋转座301、导电触头302抬升，抬升过程中弹性件308端部的触点309与导电金属圈404分离，实现断路，然后转动90度后，凸条305与对应的对位槽306再次对应，在弹性件308作用下，旋转座301、导电触头302以及触点309均会复位，复位后触点309与导电金属圈404接触、导电触头302与完整的熔件200接触，即可实现通路，继续使用。

增加了隔板501，装置水平安装后，内部的隔板501起到防止熔液流动的效果，避免对其他的熔件200产生影响，进一步增加使用的安全性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.电气防火限流式保护器模块，其特征在于：保护器模块的MCU连接对外接口JP1，通过对外接口JP1接收启动信号，MCUU2与双向光耦OP2连接，检测主回路输入端电压的过零时刻，MCU检测到过零时刻后，通过高速光耦OP1控制MOSQ1、MOSQ3导通使主回路导通，负载通电开始工作；

电流互感器CT1连接电压比较器U4所在的检测控制电路，检测控制电路用于判断并通过高速光耦OP1控制MOSQ1、Q3关闭来使主回路断开和将已确认的过负荷信号传送到MCUU2，MCUU2持续判断检测控制电路传来的过负荷信号；

电流互感器CT1和互感器T2之间通过电能计量芯片U1连接，电能计量芯片U1收集电压电流信号，电能计量芯片U1与MCUU2相连；

MOSQ1、Q3一侧设有相连接的测温ICU3，测温ICU3与MCUU2连接用于传输检测到的温度信号；

二极管D1、二极管D2均并联在主回路中，用于保护MOSQ1、MOSQ3。

2.根据权利要求1所述的电气防火限流式保护器模块，其特征在于：双向光耦输入端电压为0V时启动输出回路，降低接通瞬间的电流，防止电弧的产生。

3.根据权利要求2所述的电气防火限流式保护器模块，其特征在于：保护器模块内的主回路上安装有保护组件，保护组件包括用于熔断的熔件（200），若干熔件（200）呈环形排布在壳体内部，与熔件（200）接触的导电触头（302）安装在壳体中的旋转座（301）上，所述导电触头（302）与电源导线连接，转动旋转座（301）带动导电触头（302）角度改变实现更换熔件（200），所述旋转座（301）转动连接在中心座（304）上，所述中心座（304）与壳体的内绝缘罩（102）为一体式结构，所述旋转座（301）的中部一体式连接有柱状件（307），所述柱状件（307）插设在中心座（304）的中部，实现旋转座（301）与中心座（304）转动连接，所述柱状件（307）端部的外侧套装有弹性件（308），所述弹性件（308）的一端与柱状件（307）接触，所述弹性件（308）的另一端与中心座（304）的内壁抵触。

4.根据权利要求3所述的电气防火限流式保护器模块，其特征在于：中心座（304）的表面一体式设置有凸条（305），所述凸条（305）的截面呈三角形，所述旋转座（301）的表面开设有与凸条（305）吻合的对位槽（306）。

5.根据权利要求4所述的电气防火限流式保护器模块，其特征在于：两个所述导电触头（302）均通过导线与柱状件（307）端部的两个触点（309）分别连接，两个所述触点（309）非对称设置。

6.根据权利要求5所述的电气防火限流式保护器模块，其特征在于：所述中心座（304）的侧壁上安装有连接火线零线的两个接线部（400），所述接线部（400）包括接线槽（401）、金属片（402）、锁紧螺栓（403）以及导电金属圈（404），所述接线槽（401）的内壁上安装有与火线零线接触的金属片（402），所述接线槽（401）的端部安装有用于锁紧火线零线的锁紧螺栓（403），所述金属片（402）与锁紧螺栓（403）通过导线连接。

7.根据权利要求6所述的电气防火限流式保护器模块，其特征在于：所述导电金属圈（404）共有两个，两个导电金属圈（404）为直径不同的两个同心圆且均安装在中心座（304）的内壁上，两个导电金属圈（404）分别与两个触点（309）对应。

8.根据权利要求7所述的电气防火限流式保护器模块，其特征在于：所述壳体包括外绝缘罩（101）和内绝缘罩（102），所述外绝缘罩（101）和内绝缘罩（102）通过螺钉固定组合，所述内绝缘罩（102）的内壁上安装有用于固定熔件（200）的弧形扣件（103），内绝缘罩（102）的内壁上三点位置处、六点位置处、九点位置处以及十二点位置处设置有隔板（501）。

9.根据权利要求8所述的电气防火限流式保护器模块，其特征在于：所述熔件（200）的形状为四分之一的圆弧，且数量为四个且卡合在内绝缘罩（102）内侧的弧形扣件（103）上。

10.根据权利要求9所述的电气防火限流式保护器模块，其特征在于：所述中心座（304）上的凸条（305）数量为四个，分别排布在圆心的三点位置处、六点位置处、九点位置处以及十二点位置处。