CN2061342U

CN2061342U - 全自动保安限电器

Info

Publication number: CN2061342U
Application number: CN 89219199
Authority: CN
Inventors: 万健
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-11-23
Filing date: 1989-11-23
Publication date: 1990-08-29

Abstract

一种全自动保安限电器，它由过压信号检测部分、触电信号检测部分、过流信号检测部分、幅度鉴别与整形部分、负或门、单稳延时部分，执行部分以及电源部分等部分组成，它能同时对人体触电、电器漏电、电网电压偏高、电器故障性过流、超限额使用大功率电器等故障紧急断电，故障排除后能自动延时复位；也可根据需要，对电网电压偏低时进行升压供电。本实用新型功能齐全，使用方便，一器多用，性能价格比高，客观上具有节电的效果。

Description

本实用新型涉及一种电路紧急保护装置，特别是一种全自动保安限电器。

目前，随着家用电器越来越多地进入千家万户，各种触电保安器、冰箱保护器、电视机保护器以及交流稳压器等各种电路紧急保护装置纷纷问世，门类繁多。但它们往往只能具有某一种或两种功能，对电路上的各种故障不能综合处理，若要综合处理，必须同时购买各种保护装置。这样，既占地方又花钱多，且还耗电。一旦遇到某种故障，保护装置断电后还须手动复位，比较麻烦。

本实用新型的目的就在于设计一种全自动电路综合保护装置，它能同时处理过流，过压以及触电等故障，且断电后能自动延时复位，并且有限制单位时间内用电量的功能；还可根据需要，对欠压故障进行升压供电。

本实用新型由过压信号检测、触电信号检测、过流信号检测、幅度鉴别与整形、负或门、单稳延时、执行部分以及电源部分共八部分组成。过压信号检测部分中R₃与R₄串联分压，其一端与输入端①连接，另一端经整流全桥D₁的一臂与输入端②连接，可调电阻R₄的动臂与D₄连接，C₄与R₅并联；触电信号检测部分中零序互感器B₁与由C₅、C₆和R₉组成的π型低通滤波器连接，滤波器又与由运算放大器A₂与R₉、R₁₀组成的交流放大器连接，交流放大器的输出与C₇C₈和R₁₁连接；过流信号检测部分中电流互感器B₂的初级绕组L₄串联在负载回路中，次级绕组L₅与整流二极管D₇、滤波电容C₉以及由R₁₄和C₁₀构成的积分延时电路，R₁₅与C₁₀并联；幅度鉴别与整形部分中包括了三个相互独立的施密特触发器，它们分别由A₁、R₆、R₇，A₃、R₁₂、R₁₃，A₄、R₁₆、R₁₇等组成，A₁、A₂、A₄均为运算放大器，它们分别与过压、触电以及过流三个信号检测部分的输出端连接；负或门中三个二极管D₅、D₆、D₈分别与A₁、A₃、A₄的输出端连接，D₅、D₆、D₈均与R₁₈连接；单稳延时部分中的IC为时基电路555，它的触发端与R₁₈连接，阈值端、放电端均与C₁₂和R₂₀连接，控制端接去耦电容C₁₃；执行部分中继电器J₁与D₁₁并联后与IC的输出端相接，又与工作指示灯D₉、故障指示灯D₁₀以及限流电阻R₂₁连接；电源部分中整流全桥D₁与稳压二极管D₂、滤波电容C₂、降压电阻R₂连接，R₂又与稳压二极管D₃和去耦电容C₃连接，D₁的另一臂与并联着的R₁和C₁连接。

本实用新型能同时对人体触电、电器漏电、电网电压偏高、电器故障性过流、超限额使用大功率电器等情况紧急断电，故障排解后能自动延时复位，以保障人身安全，保护高档家电，防止滥用电炉等现象的发生；还可根据需要，对电网电压偏低时进行升压供电，以保证农村等电力不足地区的正常用电。本实用新型可以很方便地串联在电源与用电器之间，功能齐全，使用方便，一器多用，性能价格比高，客观上起到了节电作用。

下面结合附图对本实用新型的两个实施例作详细的说明。

图1是全自动保安限电器的方框示意图。

图2是全自动保安限电器实施例1的电路原理图。

图3是全自动保安限电器实施例2的局部电路原理图。

其中：1 过压信号检测部分 2 触电信号检测部分

3 过流信号检测部分 4 幅度鉴别与整形部分

5 负或门 6 单稳延时部分

7 执行部分 8 电源部分

实施例1是这样实现的：

过压信号检测部分（1）以电阻R₃和可调电阻R₄构成的串联分压电路为主，其一端直接输入端①，另一端经整流全桥D₁的一臂与输入端②相接，这样从R₄动臂取出的信号即可反映电网电压的高低，调节R₄可改变过压保护阈值。D₄和R₄连接起整流作用，电阻R₅与电容R₄并联。

触电信号检测部分（2）中的零序互感器B₁与由C₅、C₆和R₉组成的π型低通滤波器连接，可大大提高电路的抗电磁干扰能力，π型低通滤波器又与由R₉、R₁₀和一只运算放大器A₂组成的交流放大器连接，R₁₀为负反馈电阻，它与R₉的阻值之比决定了放大器的增益值。交流放大器的输出端又与输出耦合电容C₇连接，C₇又与R₁₁、C₈连接，R₁₁为可调电阻，调节R₁₁可改变触电保护阈值。零序互感器还接有一只触电模拟开关k与触电模拟电阻R₈，用以检测触电保安部分的功能是否正常。

过流信号检测部分（3）的B₂为电流互感器，其初级绕组L₄串接在负载回路中，次级绕组L₅的感应电压将与流过负载的电流大小成正比。D₇整流，C₉滤波，C₉又与由R₁₄和C₁₀组成的积分延时电路连接，目的是为了消除冰箱、彩电等电器启动时的瞬间过流对电路的影响，提高抗干扰能力。可调电阻R₁₅作为本部分的输出电阻与C₁₀并联，调节R₁₅可改变过流保护及限电阈值。该部分的特点是以同一电路实现了过流保护和限制单位时间内用电量这两种功能，其中限电功能对单位抓节电工作是一种有效的技术手段。

幅度鉴别与整形部分（4）中包括三个相互独立的施密特触发器，它们分别由A₁、R₆、R₇，A₃、R₁₂、R₁₃，A₄、R₁₆、R₁₇等构成，它们分别与过压、触电、过流三个信号检测部分的输出端连接，R₆与R₇、R₁₂与R₁₃、R₁₆与R₁₇的阻值之比分别决定了三个触发器的回差电压的大小，其触发阈值取决于由电源部分中的R₂、D₃、C₃提供的参考电压值。该部分的作用是对三个信号检测部分的输出信号进行幅度鉴别和整形。

负或门（5）主要由三个二极管D₅、D₆、D₈以及两个电阻R₁₈、R₁₉等组成，D₅、D₆、D₈分别与A₁、A₃、A₄的输出端连接，D₅、D₆、D₈均与R₁₈相接，R₁₈为本部分的输出电阻。根据负或逻辑关系，过压、触电、过流三类故障中的任何一种或多种都将造成本部分输出状态的改变。

单稳延时部分（6）以IC和R₂₀、C₁₂等构成的单稳态触发器为主体，IC为时基电路555，它的脚2触发端与门电路的输出电阻R₁₈ 连接，脚6阈值端、脚7放电端均与C₁₂和R₂₀连接，脚5控制端接去耦电容C₁₃。R₁₉、R₂₀和C₁₂共同决定了电路的最短暂态维持时间。R₂₀与门电路输出电阻R₁₈连接，这样当门电路持续输出低电平时，C₁₂的充电过程就无法完成，也就是说，触发器的暂态维持时间将由门电路输出低电平的持续时间和触发器的定时环节共同决定。由此可以避免在电网电压长时间偏高的情况下，触发器以暂态时间为周期连续翻转，造成家用电器周期性通断的弊病。但对于触电、过流这两种情况，由于电路进入保护状态后执行继电器J对输出端③、④断电，门电路不可能保持低电平，因而在故障长时间存在的情况下，电路将以暂态时间为周期对输出端③、④通电检测（时间极短），直至故障排除。R₁₉与C₁₁连接，构成断电后延时供电环节，由于电路通电瞬间C₁₁两端电压接近于0，IC的触发端电平低于1／3VCC，触发器被置位进入暂态，③、④端无输出，直至暂态维持时间结束，负载重新通电工作。该功能主要对冰箱起保护作用。R₁₈与C₁₁组成一延时放电环节，它能抑制一些较窄的干扰脉冲，提高电路的抗干扰能力。

执行部分（7）中继电器J₁和二极管D₁₁并联，与工作指示灯D₉和故障指示灯D₁₀连接，R₂₁为D₁₀的限流电阻。输出端③、④通断与否由常开触点J_1－a、J_1－b控制，D₁₁的作用是吸收J₁的绕组失电瞬间产生的反向高压。

电源部分（8）主要由整流全桥D₁、稳压二极管D₂、滤波电容C₂等组成，市电经C₁降压，D₁整流，D₂稳压，C₂滤波后，一路向IC以及A₁、A₂、A₃、A₄四个运算放大器送电，A₁、A₂、A₃、A₄可以用一块LM324四运放集成块实现；另一路经R₂降压，D₃二次稳压，C₃去耦，向A₁、A₃、A₄等提供参考电压。R₁为C₁的泄放电阻。该部分的特点是采用电容降压，对零序互感器无电磁干扰，还可降低温升，适应整机长期连续工作的需要。

本实用新型整机是这样工作的：在正常情况下，过压信号检测部分的输出信号幅度低于A₁的触发阈值；触发信号检测部分无输出，或虽有输出但信号幅度低于A₃的触发阈值；过流信号检测部分的输出信号幅度低于A₄的触发阈值，施密特触发器A₁、A₃、A₄均输出高电平，与它们分别相连的D₅、D₆、D₈均处于截止状态，负或门输出高电平，单稳电路处于复位状态，其输出端为低电平，J₁吸合，J_1－a、J_1－b闭合，工作指示灯D₉点亮，输出端③、④通电。一旦出现过压、触电、过流三类故障中的任何一种或多种，则相应的信号检测部分的输出信号幅度将高于鉴幅、整形部分的触发阈值，对应的施密特触发器就输出低电平，负或门输出低电平，IC的触发端电位低于1／3VCC，单稳电路被置位，其输出端翻转为高电平，故障指示灯D₁₀点亮，J₁释放，J_1－a、J_1－b断开，③、④端断电。此时定时环节中的C₁₂通过R₁₉和R₂₀开始充电，IC阈值端电位不断上升，直至高于2／3VCC，使单稳电路翻转复位，J₁再次吸合，③、④端恢复通电。但在故障排除之前，由于有故障信号存在，对于过压类故障，③、④端将保持断电状态；对于触电、过流类故障，③④端则呈断电→通电检测→断电，如此循环往复的通断状态，直至故障排除才能恢复正常通电。

本实用新型的主要技术指标：

触电、漏电保护阈值：10～30mA；

过压保护阈值：250V；

过流保护、限电阈值：2A～10A，440～220W；

触电动作时间：＜0.1S；

延迟供电时间：＞150S；

实施例2是这样实现的：

在实施例1的基础上加上一个欠压部分，只要将⑤、⑥端接在实施例1的③、④端即可。自耦式变压器B₃的L₆为升压绕组，它的

端与L₇的端分别与⑥、⑤连接，L₇的

端接整流全桥D₁₂，作为滤波电容的C₁₄与可调电阻R₂₂并联，稳压二极管D₁₃与R₂₂的动臂连接，D₁₃对三极管BG₁的基极连接，BG₁的集电极与并联着的继电器J₂和C₁₅连接，L₈绕组的端与J₂的触点常闭组J_2－a相接，L₇的

端与J₂的触点常开组J_2－a′相接。L₆上的电压经D₁₂整流，C₁₄滤波后作为该部分的电路的工作电压，当电网电压波动时，该电压将相应变化，R₂₂分压、取样，D₁₃抬高BG₁的导通门限值，C₁₅用以吸收BG₁截止瞬间J₂绕组产生的反向高压，并能防止触点抖动。将R₂₂动臂端调至某一临界点，则当电网电压升高某一定值时，固C₁₄两端电压随之升高，R₂₂动臂端对地电压相应升高，引起D₁₃击穿导通，BG₁导通，J₂吸合，触点常闭组J_2－a断开，常开组J_2－a′闭合，⑧端与

端相接，⑦、⑧端为常压输出；当电网电压降低至某一定值时，R₂₂动臂端对地电压降低，D₁₃截止，BG₁也截止，J₂释放，触点常开组J_2－a′断开，常闭组J_2－a闭合，⑧端与端相接，⑦、⑧端为升压输出。该部分可以仅仅串接在需升压的用电器电路中，对不需升压的用电器无影响。

本部分的主要技术指标为：

欠压升压阈值：185V；

升压比：20％；

输出功率：330W。

Claims

1、一种全自动保安限电器，其特征在于它是由过压信号检测部分、触电信号检测部分、过流信号检测部分、幅度鉴别与整形部分、负或门、单稳延时部分、执行部分以及电源部分等八部分组成：

a、过压信号检测部分[1]中电阻R₃和R₄串联分压，其一端与输入端①连接，另一端经整流全桥D₁的一臂与输入端②连接，可调电阻R₄的动臂与D₄连接，C₄和R₅并联；

b、触电信号检测部分[2]中零序互感器B₁与由C₅和C₆和R₉组成的Π型低通滤波器连接，滤波器又与由运算放大器A₂与R₉、R₁₀组成的交流放大器连接，交流放大器的输出端与C₇和C₈、R₁₁连接；

c、过流信号检测部分[3]中B₂为电流互感器，其初级绕组串接在负载回路中，次级绕组L₅与整流二极管D₇、滤波电容C₉以及由R₁₄和C₁₀构成的积分延时电路连接，积分延时电路又与可调电阻R₁₅相接；

d、幅度鉴别与整形部分[4]中包括了三个相互独立的施密特触发器，它们分别由A₁、R₁₂、R₁₃，A₃、R₁₂、R₁₃，A₄、R₁₆、R₁₇等构成，A₁、A₃、A₄均为运算放大器，它们分别与过压、触电以及过流信号检测部分的输出端连接；

e、负或门[5]中的二极管D₅、D₆、D₈分别与三个运算放大器A₁、A₃、A₄的输出端连接，D₅、D₆、D₈又均与输出电阻R₁₈相连；

f、单稳延时部分[6]中的IC为时基电路555，它的触发端与负或门输出电阻R₁₈连接，阈值端、放电端均与C₁₂连接，控制端接去耦电容C₁₃；

g、执行部分[7]中继电器J₁与D₁₁并联后与IC的输出端连接，又与工作指示灯D₉，故障指示灯D₁₀以及限流电阻R₂₁连接，J_1-a、J_1-b为J₁的常开触点，它们分别与输出端③、④连接；

h、电源部分[8]中整流全桥D₁与稳压二极管D₂、滤波电容C₂、降压电阻R₂连接，R₂又与稳压二极管D₃和去耦电容C₃连接，D₁的另一臂又与并联着的R₁和C₁连接。

2、根据权利要求1所述的全自动保安限电器，还可以接上一个欠压升压部分，该部分输入端⑤、⑥与③、④端相接，自耦式变压器B₃的L₆为升压绕组，它的⑧端与L₇的端与⑥、⑤两端连接，L₇的

端接整流全桥D₁₂，D₁₂与滤波电容C₁₄、可调电阻R₂₂连接，R₂₂的动臂连接稳压二极管D₁₃，D₁₃又连接三极管BG₁的基极，BG₁的集电极与继电器J₂和C₁₅连接，L₈绕组的端与J₂的触点常闭组J_2－a相接，L₇的

端与J₂的触点常开组J_2－a′相接。