CN211785904U - 一种基于电流过零值点的故障电弧检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于电流过零值点的故障电弧检测装置，包括电流过零点检测电路、RS触发器、DS1302时钟芯片、MCU、锂电池、蜂鸣器，所述MCU和DS1302时钟芯片分别与锂电池电连接；所述电流过零点检测电路串联在负载电路中，所述电流过零点检测电路的输出端与RS触发器的SD输入端电连接，所述RS触发器的Q输出端与DS1302时钟芯片的SCLK端电连接，所述蜂鸣器、DS1302时钟芯片的I/O端和RST端分别与MCU的不同I/O端电连接所述，DS1302时钟芯片的I/O端还连接RS触发器的RD输入端；所述电压检测电路的输入端连接负载电路。本实用新型能够精确检测到串联电弧故障。
Description
技术领域
本实用新型涉及故障电弧检测技术领域，尤其涉及一种基于电流过零值点的故障电弧检测装置。
背景技术
电弧是一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质(例如空气)所产生的瞬间火花。电弧可分为“好弧”和“坏弧”，如电弧焊机、有刷电机工作时产生的电弧及插拔插座时产生的电弧常称为“好弧”；其他非按人类意愿或控制产生的电弧称为“坏弧”或者“电弧故障”。“电弧故障”会发出强烈的光辉，并产生高温，会产生火灾安全隐患。目前，为了防止电路中的“电弧故障”，一般在电路中设置短路保护器，现有的短路保护器一般是通过检测电路中的电流值大小或者电压值大小来判断电路是否发生短路，如2017年12月22日申请的中国专利申请公布号CN109962450A所公布的短路保护装置。
本发明人指出，“电弧故障”有并联电弧故障和串联电弧故障之分，其中并联电弧故障的故障电流大，采用现有的短路保护器能够起到有效的保障。但是，对于串联电弧故障，其故障电流小，一般为0.1-30A左右，采用现有的短路保护器无法精确检测到串联电弧故障。发明人指出，不管是并联电弧故障还是串联电弧故障都存在较明显的“零休现象”(交流电是会周期性过零的，例如50赫兹交流电每秒钟过零的次数为100次，基于此，交流电弧在电流过零时会熄灭，我们把交流电弧过零期间电弧暂时熄灭叫做交流电弧的“零休现象”)。而孤战电弧的“零休现象”会持续一段时间，如图1所示，“零休现象”会持续时间为t1。本发明人基于此“零休现象”而设计一种基于电流过零值点的故障电弧检测装置。
实用新型内容
因此，针对上述的问题，本实用新型提出一种基于电流过零值点的故障电弧检测装置，解决现有短路保护器无法精确检测到串联电弧故障。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种基于电流过零值点的故障电弧检测装置，包括电流过零点检测电路、RS触发器、DS1302时钟芯片、锂电池、蜂鸣器和具有内部计数器的MCU，所述MCU的VCC端和DS1302时钟芯片的VCC端分别与锂电池的电源端电连接，所述RS触发器包括RD输入端、SD输入端、Q输出端；
所述电流过零点检测电路串联在负载电路中，所述电流过零点检测电路的输出端与RS触发器的SD输入端电连接，所述RS触发器的Q输出端与DS1302时钟芯片的SCLK端电连接，所述DS1302时钟芯片的I/O端和RST端分别与MCU的不同I/O端电连接，所述DS1302时钟芯片的I/O端还连接RS触发器的RD输入端；所述蜂鸣器与MCU的不同I/O端电连接。
进一步的，还包括无线通信模块，所述无线通信模块与MCU通信连接。
进一步的，还包括固态继电器，所述固态继电器串联在负载电路中，所述固态继电器的控制端与MCU的I/O端口电连接。
通过采用前述技术方案，本实用新型的有益效果是：本基于电流过零值点的故障电弧检测装置通过电流过零点检测电路检测负载电路的电流过零点。当电流过零点检测电路检测到电流过零点，则顺次执行以下逻辑步骤：(1)电流过零点检测电路输出高电平电信号(以下用1代表高电平信号，0代表低电平信号)，RS触发器的SD端为1，RD端为0，此时Q端输出为1，即DS1302时钟芯片的SCLK端为1，DS1302时钟芯片开始计时；(2)DS1302时钟芯片计时时间达到设定值以上(如设定值设定为T＝1毫秒),DS1302时钟芯片I/O端输出为1，即此时RS触发器RD端为1，RS触发器的Q端为1，MCU的I/O端为1，MCU内计数器计数开始计数(每MCU的I/O端为1时计数器加一)，MCU判断负载电路发生零休现象，同时MCU控制DS1302时钟芯片计时清零；(3)当负载电路过零休现象时，电流不为零，即电流过零点检测电路输出低电平电信号，即此时RS触发器SD端为0，RD端为1，Q端输出为0，DS1302时钟芯片I/O端输出为0，RS触发器RD端为0。当下一个零休现象发生时，重复执行上述逻辑电路，MCU内计数器计数加1。若有MCU在1秒内连续监测到多个零休现象，则MCU判断负载电路发生电弧故障，MCU通过无线通信模块向用户发送故障报警信息。进一步的，当MCU判断负载电路发生电弧故障，则控制固态继电器断路，熄灭电弧。
附图说明
图1是故障电弧的电流波形图；
图2是本实用新型的电路连接框图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
参考图1和图2，本实施例提供一种基于电流过零值点的故障电弧检测装置，电流过零点检测电路1、固态继电器2、RS触发器3、DS1302时钟芯片4、MCU5、锂电池6、蜂鸣器7和无线通信模块8。在本具体实施例中，优选的MCU5采用AT89S51单片机，并且在AT89S51单片机内烧写有计数器程序，计数器程序为现有公知程序，本实用新型不涉及计数器程序改进。所述电流过零点检测电路1用于检测负载电路电流过零点，电流过零点检测电路1为现有电路，如中国专利授权公告号CN102243263B所公开的一种交流电流值检测及电流过零点检测电路。所述无线通信模块8采4G模块。上述RS触发器3和DS1302时钟芯片4均为现有电子元器件。
所述MCU5的VCC端和DS1302时钟芯片4的VCC端分别与锂电池6的电源端电连接，所述RS触发器3包括RD输入端、SD输入端、Q输出端。所述电流过零点检测电路1和固态继电器2分别串联在负载电路中(上述中国专利授权公告号CN102243263B所公开的一种交流电流值检测及电流过零点检测电路中，其交流输入端和交流输出端串联连接于负载电路中，其控制单元的输出端为本过零点检测电路1的输出端)，所述电流过零点检测电路1的输出端与RS触发器3的SD输入端电连接，所述RS触发器3的Q输出端与DS1302时钟芯片4的SCLK端电连接，所述DS1302时钟芯片4的I/O端和RST端分别与MCU5的不同I/O端电连接，所述DS1302时钟芯片4的I/O端还连接RS触发器3的RD输入端；所述固态继电器2的控制端和蜂鸣器7分别与MCU5的不同I/O端电连接，所述无线通信模块8与MCU5通信连接。
当电流过零点检测电路1检测到电流过零点，则电流过零点检测电路1输出高电平信号(上述中国专利授权公告号CN102243263B所公开的一种交流电流值检测及电流过零点检测电路中，控制单元4的输出端输出高电平信号)，并根据RS触发器3的逻辑功能顺次执行以下逻辑步骤(RS触发器3的逻辑功能是RS触发器3自身的特性，不涉及软件应用程序)：(1)电流过零点检测电路1输出高电平电信号(以下用1代表高电平信号，0代表低电平信号)，RS触发器3的SD端为1，RD端为0，此时Q端输出为1，即DS1302时钟芯片4的SCLK端为1，DS1302时钟芯片4开始计时；(2)DS1302时钟芯片4计时时间达到设定值以上(如设定值设定为T＝1毫秒),DS1302时钟芯片4的I/O端输出为1，即此时RS触发器3的RD端为1，RS触发器3的Q端为1，MCU5的I/O端为1，MCU5内计数器计数开始计数(每MCU的I/O端为1时计数器加一)，MCU5判断负载电路发生零休现象，同时MCU5的I/O端口输出高电平信号给DS1302时钟芯片4的RST端，DS1302时钟芯片4计时清零；(3)当负载电路过零休现象时，电流不为零，即电流过零点检测电路输出低电平电信号，即此时RS触发器3的SD端为0，RD端为1，Q端输出为0，DS1302时钟芯片4的I/O端输出为0，RS触发器3的RD端为0。当下一个零休现象发生时，重复执行上述逻辑电路，MCU5内计数器计数加1。若有MCU5在1秒内连续监测到10个零休现象，则MCU5判断负载电路发生电弧故障，MCU5通过无线通信模块8向用户发送故障报警信息，并且MCU5控制固态继电器2断路，熄灭电弧。本实用新型的各电路控制信号根据RS触发器3的逻辑功能执行，不涉及应用程序的改进。
上述无线通信模块8还可以采用Wi-Fi模块或者蓝牙模块代替。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于电流过零值点的故障电弧检测装置，其特征在于：包括电流过零点检测电路、RS触发器、DS1302时钟芯片、锂电池、蜂鸣器和具有内部计数器的MCU，所述MCU的VCC端和DS1302时钟芯片的VCC端分别与锂电池的电源端电连接，所述RS触发器包括RD输入端、SD输入端、Q输出端；
所述电流过零点检测电路串联在负载电路中，所述电流过零点检测电路的输出端与RS触发器的SD输入端电连接，所述RS触发器的Q输出端与DS1302时钟芯片的SCLK端电连接，所述DS1302时钟芯片的I/O端和RST端分别与MCU的不同I/O端电连接，所述DS1302时钟芯片的I/O端还连接RS触发器的RD输入端；所述蜂鸣器与MCU的不同I/O端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于电流过零值点的故障电弧检测装置，其特征在于：还包括无线通信模块，所述无线通信模块与MCU通信连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于电流过零值点的故障电弧检测装置，其特征在于：还包括固态继电器，所述固态继电器串联在负载电路中，所述固态继电器的控制端与MCU的I/O端口电连接。
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2020
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