CN201167073Y - 具有快速复位特性的电故障断路装置 - Google Patents

Abstract

一种具有快速复位特性的电故障断路装置，其包括：电故障信号检测电路，用于检测电故障信号，根据电故障信号产生一个控制信号；复位传动部分，包括一个复位按钮，所述复位按钮可以处于一个第一位置或一个第二位置；电磁脱扣机构，包括一个第一可控硅器件；所述第一可控硅器件可受所述漏电检测电路产生的控制信号控制而导通，所述电磁脱扣机构当所述第一可控硅器件导通时产生动作，所述复位按钮可受该动作控制从所述第二位置回复到所述第一位置；其特征在于，所述第一可控硅器件的阳极引入直流电压偏置；还包括一个第一开关，所述第一可控硅器件的控制极通过所述第一开关引入直流电压偏置。根据本实用新型，可控硅器件在交流电周期的任意半周期连续导通，从而提高了电故障断路装置的复位速度。

Description

具有快速复位特性的电故障断路装置

技术领域

本实用新型涉及一种电故障断路装置，尤其涉及一种具有快速复位特性的电故障断路装置。

背景技术

为了家用电器等其他电气设备的使用安全，出现了具有反向接线保护功能、漏电保护功能的漏电保护插座。本实用新型的申请人的实用新型专利02243497.6和美国专利US7019952介绍了一种漏电保护插座，这两个专利文献在此处全文引用。安装时，如果接线错误，该漏电保护插座可以阻止电源输入端与输出端电力连接；电源输入线反接至插座输出端时，漏电保护插座输出端无电压输出，而只有当插座接线正确时才能复位，插座输出端才有电压输出。

现有的接地故障断路器(GFCI)和电弧故障断路器(AFCI)一般可以采用基本相同或相似的电路及机械结构，它们的差别主要在于用于检测故障的感应电路，因为对它们的适用范围和感应灵敏度的要求有所区别。根据相关规定，它们之间的区别还包括：接地故障断路器提供火线(line)对地线(ground)和零线(neutral)对地线之间的保护，而电弧故障断路器还可以提供火线和零线之间的电弧故障的保护。以下，本实用新型中采用“电故障断路装置”这一概念来涵盖接地故障断路器(GFCI)、电弧故障断路器(AFCI)和其他用于电气设备使用安全的漏电保护设备。本领域技术人员应该理解的是，当电故障断路装置对应于前面所述的某种具体设备时，感应电路检测相应的导线对。

现有的具有反向接线保护功能的电故障断路装置，在正常使用时，由初始脱扣状态按下复位按钮到实现复位导通工作状态，该过程中电磁脱扣机构的动作需要电磁线圈流过足够大的电流产生的磁力来驱动，而电磁线圈中流过大电流只能在交流电周期的半周期中、可控硅器件导通时才能实现。

实用新型内容

本实用新型在提供具有反向接线保护功能的电故障断路装置的基础之上，还做了进一步改进，可以使电磁线圈中在交流电周期的任意半周期连续流过大电流，电磁脱扣机构连续动作，提高复位速度。

本实用新型为实现上述目的采用如下技术方案，提供一种电故障断路装置，其包括电故障信号检测电路、复位传动部分和电磁脱扣机构。其中电故障信号检测电路用于检测电故障信号，并根据电故障信号产生一个控制信号；其中复位传动部分包括一个复位按钮，该复位按钮可以处于一个第一位置或一个第二位置；其中电磁脱扣机构包括一个第一可控硅器件；该第一可控硅器件可受所述漏电检测电路产生的控制信号控制而导通，所述电磁脱扣机构当所述第一可控硅器件导通时产生动作；该电故障断路装置的特征在于，所述第一可控硅器件的阳极引入直流电压偏置；还包括一个第一开关，所述第一可控硅器件的控制极通过所述第一开关引入直流电压偏置。

当从初始状态按下复位按钮，所述第一开关闭合，所述电磁脱扣机构中的第一可控硅器件阳极、控制极均接入直流电压偏置，使得第一可控硅器件可以在交流电周期的任意半周期连续导通，所述电磁脱扣机构得以以较快速度完成动作，继而复位传动装置弹起，电故障断路装置的输入、输出端导通，所述第一开关断开。

本实用新型可以做出进一步改进，在电路中增加一个第二开关，所述第一可控硅器件的阳极通过该第二开关引入直流电压偏置，还通过一个包含单向导通器件的支路与所述第一开关连接。

当所述复位按钮处于所述第一位置时，所述第二开关断开。当从初始状态按下复位按钮，所述第一开关闭合，所述电磁脱扣机构完成动作，所述复位按钮随之运动到所述第二位置，所述第二开关闭合，电故障断路装置的输入、输出端导通，所述第一开关断开。

该改进方案保证了在初始状态下所述电磁脱扣机构不会误动作，增加了电故障断路装置的安全性。

本实用新型还可以做出进一步改进，将所述电故障信号检测电路的直流偏置电压从所述第一可控硅器件的阳极引入。该改进方案使得电故障断路装置在未启动使用时，电故障信号检测电路不工作(没有电源供给)，因而电故障断路装置更加节能。

为进一步加强本实用新型中提供的电故障断路装置的工作可靠性，还可以给所述第一可控硅器件并联一个第二可控硅器件，或者并联更多可控硅器件。

附图说明

图1为本实用新型实施例1在脱扣状态下的侧面剖视图；

图2为本实用新型实施例1的电路原理图；

图3为本实用新型实施例2在脱扣状态下的侧面剖视图；

图4为本实用新型实施例2的电路原理图；

图5为本实用新型实施例3的电路原理图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合本实用新型的具体实施例作进一步说明，但其不限制本实用新型。

以下结合图1、图2详细说明本实用新型的第一个实施例。

参考图1、图2，支架5下面有输入端导线对36，其上设有电触头67、68；输入端导线对36的两侧设有插座导线对38，其上有电触头66、69；在输入端导线对36及插座导线对38的正下方设有输出端导线对37，输出端导线对37上有电触头61、62、63、64分别与输入端导线对36及插座导线对38上的电触头66、67、68、69相对应，且电触头61和62连通，电触头63和64连通，以上这些电触头对应图2中的复位开关。

在支架5上方设有复位按钮8，复位按钮8连接复位销9，复位销9穿过支架5，复位按钮8和支架5之间设有复位弹簧21，复位弹簧21套在复位销9上；支架5下方设有托架26，托架26下方设有脱扣器27，托架26和脱扣器27都有中央穿孔，复位销9伸入到这两个中央穿孔之中。复位传动部分包括上述复位按钮8、复位销9、托架26、脱扣器27。

脱扣器27中有一个L型锁扣24，锁扣24的水平臂伸入脱扣器27并穿过中央穿孔；锁扣24的水平臂上设有穿孔25，锁扣24可以在穿孔25对齐中央穿孔的位置和偏离中央穿孔的位置之间沿水平方向移动；L型锁扣24的一侧设有脱扣组件，包括电磁线圈33、脱扣弹簧32和脱扣铁芯31；脱扣铁芯31的一端与脱扣弹簧32连接，并一起置于电磁线圈33中；脱扣铁芯31另一端的凹槽34与锁扣24的垂直臂上的穿孔28啮合，当电磁线圈33中流过足够大的电流时，脱扣铁芯31可以受磁力影响沿水平方向运动，从而带动锁扣24相应地运动。电磁脱扣机构包括上述L型锁扣24和脱扣组件。

电故障检测电路以集成芯片IC1为核心，还包括检测环RING1和RING2等组件。IC1可以采用诸如型号为RV4145的低功率控制芯片，该芯片包括8个管脚，其中管脚6接入直流偏置电压，管脚4接地，管脚5用于输出触发可控硅器件的信号。当电故障检测电路检测到火线/地线导线对上的电故障，会在IC1的管脚5输出一个信号以触发可控硅器件。

对于本实施例，第一开关对应开关SW1，设置于脱扣器27的下方，包括一条连接到电路板6的弹性金属片41，其顶端设有电触头53，与之对应的在电路板6上设有电触头51，弹性金属片41、电触头53和电触头51构成开关SW1。当脱扣器27压下时，电触头53、51接触，开关SW1闭合导通。

参考图1、图2，在脱扣状态，输入端导线对36、插座导线对38与输出端导线对37处于断开状态。当错误的把电源从输出端接入，按下复位按钮8，复位销9压在L型锁扣24的水平臂上，脱扣器27随着向下移动，压下弹性金属片41使开关SW1连通，因为输入端、输出端接点处于断开状态，可控硅器件Q1、Q2不能导通，电磁线圈33中(即图2中SOL)没有足够大的电流流过，无法带动L型锁扣24移动，当复位按钮8因复位弹簧21的作用向上弹起，脱扣器27随着弹性金属片41的作用回复到初始位置，输入端导线对36、插座导线对38与输出端导线对37仍然处于断开状态，输出端及插座不得电。

当正确的由输入端接入电源，按下复位按钮8，复位销9压在L型锁扣24的水平臂上，脱扣器27随着向下移动，压下弹性金属片41使开关SW1连通，此时可控硅器件Q1、Q2的控制极引入直流信号因而导通，电磁线圈33中有足够大的电流流过，脱扣铁芯31受磁力影响而移动，从而带动L型锁扣24移动，使得复位销9可以从穿孔25中穿过从而与L型锁扣24啮合，当复位按钮8因复位弹簧21的作用向上弹起，带动脱扣器27随之向上移动，开关SW1随即断开，电触头61、62、63、64分别与电触头66、67、68、69相接触，输入端导线对36、插座导线对38与输出端导线对37处于连通状态，输出端及插座得电。当电故障断路装置正常工作，输入端、输出端导通供电，发光二极管LED亮起；当电故障断路装置未工作或发生故障停止工作，发光二极管LED熄灭。

当电故障断路装置正常工作、输入端和输出端导通供电时，如果电故障信号检测电路检测到异常，会由IC1的管脚5提供一个正电压信号到可控硅器件Q1、Q2的控制极，触发可控硅器件Q1、Q2导通，带动电磁脱扣机构动作，复位按钮8弹起回复到初始位置，脱扣器27落下，电故障断路装置恢复到初始脱扣状态。

图2中所示TEST为一个测试按钮，该测试按钮在图1中未示出。按下TEST按钮可以给电故障信号检测电路提供一个模拟电故障信号，如果在电故障断路装置正常工作、输入端和输出端导通供电时按下TEST按钮，电故障断路装置会恢复到初始脱扣状态。

以下结合图3、图4详细说明本实用新型的第二个实施例。

参考图3、图4，支架105下面有输入端导线对136，其上设有电触头167、168；输入端导线对136的两侧设有插座导线对138，其上有电触头166、169；在输入端导线对136及插座导线对138的正下方设有输出断导线对137，输出端导线对137上有电触头161、162、163、164分别与输入端导线对136及插座导线对138上的电触头166、167、168、169相对应，且电触头161和162连通，电触头163和164连通，以上这些电触头对应图4中的复位开关。

在支架105上方设有复位按钮108，复位按钮108连接复位销109，复位销109穿过支架105，复位按钮108和支架105之间设有复位弹簧121，复位弹簧121套在复位销109上；支架105下方设有托架126，托架126下方设有脱扣器127，托架126和脱扣器127都有中央穿孔，复位销109伸入到这两个中央穿孔之中。复位传动部分包括上述复位按钮108、复位销109、托架126、脱扣器127。

继续参考图3、图4，托架126的侧面设有两个跳线111、112连接到电路板106上；跳线111上设有电触头158，跳线112上设有电触头157；电触头158、157上下对齐，这两个电触头对应图4中的开关SW2，也即第二开关。跳线112的水平方向臂在托架126的两个水平伸出部分中间并受其钳制，脱扣状态下电触点157、158不接触，当托架126抬起时会托起跳线112从而使电触点157、158接触，开关SW2闭合。

脱扣器127中有一个L型锁扣124，锁扣124的水平臂伸入脱扣器127并穿过中央穿孔；锁扣124的水平臂上设有穿孔125，锁扣124可以在穿孔125对齐中央穿孔的位置和偏离中央穿孔的位置之间沿水平方向移动；L型锁扣124的一侧设有脱扣组件，包括电磁线圈133、脱扣弹簧132和脱扣铁芯131；脱扣铁芯131的一端与脱扣弹簧132连接，并一起置于电磁线圈133中；脱扣铁芯131另一端的凹槽134与锁扣124的垂直臂上的穿孔128啮合，当电磁线圈133中流过足够大的电流时，脱扣铁芯131可以受磁力影响沿水平方向运动，从而带动锁扣124相应地运动。电磁脱扣机构包括上述L型锁扣124和脱扣组件。

电故障检测电路以集成芯片IC1为核心，还包括检测环RING1和RING2等组件。IC1可以采用诸如型号为RV4145的低功率控制芯片。当电故障检测电路检测到火线/地线导线对上的电故障，会在IC1的管脚5输出一个信号以触发可控硅器件。

对于本实施例，第一开关对应开关SW1，其一端通过二极管D5连接到可控硅器件Q1、Q2的阳极。开关SW1设置于脱扣器127的下方，包括连接到电路板106的弹性金属片141，弹性金属片141的顶端设有电触头153，与之对应的在电路板106上设有电触头151，弹性金属片141、电触头153和电触头151构成开关SW1；当脱扣器127压下时，电触头153、151接触，开关SW1闭合导通。

参考图3、图4，在脱扣状态，输入端导线对136、插座导线对138与输出端导线对137处于断开状态；当错误的把电源从输出端接入，按下复位按钮108，复位销109压在L型锁扣124的水平臂上，脱扣器127随着向下移动，压下弹性金属片141使开关SW1连通，因为输入端、输出端接点处于断开状态，可控硅器件Q1和Q2不能导通，电磁线圈133中没有足够大的电流流过，无法带动L型锁扣124移动，当复位按钮108因复位弹簧121的作用向上弹起，脱扣器127随着弹性金属片141的作用回复到初始位置，输入端导线对136、插座导线对138与输出端导线对137仍然处于断开状态，输出端及插座不得电。

当正确的由输入端接入电源，按下复位按钮108，复位销109压在L型锁扣124的水平臂上，脱扣器127随着向下移动，压下弹性金属片141使开关SW1连通，此时可控硅器件Q1和Q2的阳极和控制极均引入直流信号因而导通，电磁线圈133中有足够大的电流流过，脱扣铁芯131受磁力影响而移动，从而带动L型锁扣124移动，使得复位销109可以从穿孔125中穿过从而与L型锁扣124啮合，当复位按钮108因复位弹簧121的作用向上弹起，带动脱扣器127随之向上移动，开关SW1随即断开，电触点157和158接触，开关SW2闭合，输入端导线对136、插座导线对138与输出端导线对137处于连通状态，输出端及插座得电。当电故障断路装置正常工作，输入端、输出端导通供电，发光二极管LED亮起；当电故障断路装置未工作或发生故障停止工作，发光二极管LED熄灭。

当电故障断路装置正常工作、输入端和输出端导通供电时，如果电故障信号检测电路检测到异常，会由IC1的管脚5提供一个正电压信号到可控硅器件Q1、Q2的控制极，触发可控硅器件Q1、Q2导通，带动电磁脱扣机构动作，复位按钮108弹起回复到初始位置，脱扣器127落下，开关SW2断开，电故障断路装置恢复到初始脱扣状态。

图4中所示TEST为一个测试按钮，该测试按钮在图3中未示出。按下TEST按钮可以给电故障信号检测电路提供一个模拟电故障信号，如果在电故障断路装置正常工作、输入端和输出端导通供电时按下TEST按钮，电故障断路装置会恢复到初始脱扣状态。

图5所示为本实用新型的第三个实施例的电路原理图，与图3、图4所示出的第二个实施例相比，区别主要在于：电故障信号检测电路的直流偏置电压改由可控硅器件的阳极引入。

以下参考图3、图4、图5，结合对本实用新型第二个实施例的描述，对本实用新型第三个实施例加以说明。

如图5所示，当电故障断路装置未启动工作时，以IC1为核心的电故障信号检测电路得不到直流偏置电压的供给因而无法工作。

当正确的由输入端接入电源，按下复位按钮108，经复位传动部分压下弹性金属片141使开关SW1闭合，此时可控硅器件Q1和Q2的阳极和控制极均引入直流信号因而导通，电磁线圈133中有足够大的电流流过，脱扣铁芯131受磁力影响而移动，从而带动L型锁扣124移动，使得复位销109可以从穿孔125中穿过从而与L型锁扣124啮合，当复位按钮108因复位弹簧121的作用向上弹起，带动脱扣器127随之向上移动，开关SW1随即断开，电触点157和158接触，开关SW2闭合，输入端与输出端连通，输出端及插座得电。电故障信号检测电路也因为开关SW2闭合而得到直流电压的供给，开始正常工作。

当电故障断路装置正常工作、输入端和输出端导通供电时，如果电故障信号检测电路检测到异常，或者因为按下TEST按钮产生一个模拟漏电信号，会由IC1的管脚5提供一个正电压信号到可控硅器件Q1、Q2的控制极，触发可控硅器件Q1、Q2导通，带动电磁脱扣机构动作，复位按钮108弹起回复到初始位置，脱扣器127落下，开关SW2断开，电故障断路装置恢复到初始脱扣状态。当电故障断路装置正常工作，输入端、输出端导通供电，发光二极管LED亮起；当电故障断路装置未工作或发生故障停止工作，发光二极管LED熄灭。

值得注意的是，尽管在断路和器件复位操作过程中所使用的器件在本质上是机电的，如机电开关，但本申请还可以设计成使用电气元件，如固态开关和支持电路，还包括可机械操作并可形成和中断导电通路中的电连续性的其他类型的部件。

当然，本实用新型还可以有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员应当可以根据本实用新型做出各种相应的改变，但这些相应的改变都应属于本实用新型权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种电故障断路装置，其包括：

电故障信号检测电路，用于检测电故障信号，并根据电故障信号产生一个控制信号；

复位传动部分，包括一个复位按钮，所述复位按钮可以处于一个第一位置或一个第二位置；

电磁脱扣机构，包括一个第一可控硅器件；所述第一可控硅器件可受所述漏电检测电路产生的控制信号控制而导通，所述电磁脱扣机构当所述第一可控硅器件导通时产生动作；

其特征在于，所述第一可控硅器件的阳极引入直流电压偏置；还包括一个第一开关，所述第一可控硅器件的控制极通过所述第一开关引入直流电压偏置。

2.根据权利要求1所述的电故障断路装置，其特征在于，当所述复位传动装置压下时所述第一开关闭合，当所述复位传动装置弹起时，所述第一开关断开。

3.根据权利要求1或2所述的电故障断路装置，其特征在于，还包括一个第二开关，所述第一可控硅器件的阳极通过所述第二开关引入直流电压偏置；当所述复位按钮处于所述第一位置时，所述第二开关断开；当所述复位按钮处于所述第二位置时，所述第二开关闭合；所述第一可控硅器件的阳极还通过一个包含单向导通器件的支路与所述第一开关连接。

4.根据前述任一项权利要求所述的电故障断路装置，其特征在于，所述电故障信号检测电路的直流偏置电压由所述第一可控硅器件的阳极引入。

5.根据前述任一项权利要求所述的电故障断路装置，其特征在于，所述电磁脱扣机构还包括一个第二可控硅器件，所述第二可控硅器件的阳极、阴极、控制极分别与所述第一可控硅器件的阳极、阴极、控制极并联。

6.根据前述任一项权利要求所述的电故障断路装置，其特征在于，还包括一个状态显示器件，所述状态显示器件包括发光二极管或蜂鸣器。

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