CN2142236Y - 电池盒节电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于干电池的短路(或过 载，下同)保护器即节电器，与目前教学用的电池盒配 套使用后可以减小干电池的不正常消耗，从而节省实 验费用及锌、二氧化锰等干电池材料的消耗。其特点 是正常工作时保护器的检测及控制元件均没有电压 降；短路发生时进入限流状态、短路排除后自动恢复； 无开关等操作件；使用完毕保护器不消耗电，并且具 有延时功能，可避免起动时较大冲击电流引起的误动 作。

Description

本实用新型涉及一种与目前教学上使用的电池盒配套的节电器，特点是可延长普通干电池的使用寿命。

教学用电池盒是普通中小学学生实验中常用的使用R20干电池的连接装置。而现在教学上用的普通电池盒只是一个简单的与干电池的连接装置，并无任何短路或过载保护。干电池在学生实验中消耗较大，主要原因是接线错误（短路）造成的，而在正常状态下寿命并不太短。因此，在普通电池盒上增加短路及过载保护，可以防止实验中的误操作，延常电池寿命。显然，这种附加的保护装置的成本只有较低才有必要。

众所周知，通常用在短路或过载保护方面的措施有三种：

第一，用熔丝保护，它在电路中的电流超过额定值时熔断，从而切断输出电路，保护了电源不至损坏。它的优点是本身的电压降很小，但它的缺点是保护装置（熔丝）是一次性的，当发生保护动作（熔断）后必须更换才能恢复，因此不适合用在教学上学生实验的容易发生保护动作的电池盒中。

第二，用电子电路保护，它的优点是发生保护动作后容易恢复正常工作状态，但一般均存在1～2V的电压降。一定的电压降是电子电路正常工作的必要条件，但由于学生实验中所用电源电压低（一般只是1～4节干电池），所以保护电路存在1～2V的电压降是不适合使用要求的。

第三，用继电器保护，它的优点是发生保护动作后也容易恢复并可以做到电压降很小（触点电阻很小），但继电器保护仍需有相应的电子元件及检测电流值的元件，并且要求有动作后的自锁功能。但要达到检测元件上电压降很小、动作可靠、电路简单及具有防止短时冲击电流的误动作方面难以同时兼顾到。

另外，以上三种保护方式中发生保护动作时都是采用切断电路，但这不适合学生实验，因为采用截止电流方式将使学生在实验中难以辨别发生的是电源故障还是电路故障而不知所措。以上第二、三两种方法要求电源电压基本是稳定的，否则无法正常工作，而这恰与学生实验中使用的电源电压需要在较大范围内改变是相矛盾的。同时，附加的保护装置如果要增加操作上的步骤也是不适合的。

本实用新型的目的是提供一种用于电池盒的短路及过载保护的节电  器。其特点是：

（1）正常使用时节电器本身没有影响实验的电压降。

（2）当短路（或过载，不同）时自动进入保护状态，采用限流方式而不是切断电流。

（3）当负载为小灯泡时，因白炽灯泡灯丝冷态点亮时瞬时电流较大，因此节电器应该有抗误动作功能。

（4）排除短路后自动恢复，不需人工干预，操作方便。

（5）进入保护状态的电流阀值只与电流大小有关，而与使用电压无关，因此适合于实验中使用不同数量干电池的需要。

（6）使用完毕后节电器本身不消耗电，短时间断使用不必取出电池，也不设开关之类操作件，简化使用。

（7）限流值可根据需要适当调节，调节方便。并允许在较长时间内使用不致损坏。

本节电器主要技术指标：

（1）动作电流：0.6A（根据点亮并连的二个0.3A小灯泡要求）。

（2）延时时间：1s。

（3）保护电路动作时工作电流：100mA。

（4）限流值：可调（但必须不小于0.5A）。限流电路允许耗散功率约20W。

（5）被控电路电压：不小于1.5V。

（6）接插件：输入为与教学上用电池盒相配合的凹凸插口，输出为接线柱。

本实用新型是这样实现的（结合附图作详细说明，以下称节电器的电路为“保护电路”）：

附图1中：

（1）对负载进行控制的基本元件是继电器J1的常闭触点。

（2）检测过电流元件是干簧管继电器及其外的线圈（均标为J2），线圈用直径0.45mm漆包线绕30匝，直流电阻约0.2Ω，当负载电流为0.6A时电压降约0.12V，因而可忽略。

（3）继电器J1的控制由晶体三极管BG1实现，当BG1导通时J1动作从而打开常闭触点，D4的作用是提供BG1截止时J1线圈反电动势通路。

（4）由R1、C1、D1、D2构成延时电路，其作用是可保证保护电路能承受较大起动电流而不致误动作。原理是当过电流产生后J2吸合，接通电源后经R1对C1充电，当C1上电压上升至1.4V时D1D2导通，从而使BG1导通，D1D2的作用是利用其正向压降（每个约0.7V）提高BG1的导通电压，使延时时间较长一些。延时约1s。

（5）在继电器J1常闭触点开启后，并联在其上的可调电阻串入电路起限流作用。可调电阻由大功率晶体三极管BG2电路组成，限流值可根据需要调整W1选择。此限流电路的作用有二个，一是使节电器动作后输出为限流方式而不是截流方式，二是使J2维持导通，从而达到继电器自锁。

（6）由于被控电源电压要变化，因此采用单独的3V电源供电，使电路不受被控电源电压变化的影响。当不使用或不发生短路时，单独的电源不工作，因而使用寿命很长。

（7）短路排除后干簧管继电器J2断开，保护电路不工作，电路自动恢复正常状态。保护电路与被控电源在电气上是隔离的，所以当负载断开后被控电源也切断，因而不需增加其它的操作。

（8）R2和R3（发光二极管）指示保护电路是否工作。

附图2是节电器的外形，1为输入端，接在普通电池盒上。2为限流值调节（即图1中的电位器W1）。3为保护电路工作指示（即图1中的D3）。4为输出端，接负载。

实施例（结合使用方法）说明如下：

（1）将输入端接被控电源。当输出端未接负载时，被控电源电路不通因而不工作。当输出端接上白炽灯泡后，有电流通过J1常闭触点及干簧管线圈，线圈上电压降可忽略。在接通负载（白炽灯泡）瞬间，有较大冲击电流流过干簧管线圈，干簧管J2短时吸合，这时保护电路中独立电源通过R1对C1充电，由于C1容量较大，电压上升需一段时间。在C1上电压未达到使D1D2导通和BG1b－e极间正向压降为0.7V以上时，BG1保持截止，继电器J1保持常闭触点接通。由于开灯时冲击电流持续时间很短，不能维持到使延时电路动作，所以只见D3闪亮一下，保护电路并不动作。这时节电器不妨碍对被控电源的正常使用。

（2）如果当短路发生时，干簧管J2持续吸合，超过延时时间后BG1导通，J1吸合，常闭触点断开，保护电路进入限流工作状态，等效可调电阻BG2串入被控电源电路，起限流作用，从而保护了被控电  源。同时由于限流电流存在，保持J2吸合，使J1自锁，避免了工作不稳定。保护电路由独立电源供电，与外电路（被控电源）电压无关。这时D3亮，指示保护电路工作，提示电路有故障。当不是短路而是过载时，可见到小灯泡亮度明显减弱，但仍有一点亮。

（3）当短路排除后J2不再吸合，保护电路的独立电源切断，J1断电，常闭触点接通，恢复正常工作。所以独立电源使用时间很短，寿命较长。

（4）当使用完毕拆除负载后即断开了被控电源，因此整个使用过程均不需增加附加操作。

Claims (6)

1、一种电池盒节电器，用于教学中普通干电池的过载及短路保护，其特征在于由电磁继电器常闭触头作负载线路控制、由干簧管继电器作电流检测元件、具有延时电路、由并联在继电器触头上的可调电阻组成限流式保护电路，没有任何辅助操作件以及节电器内设有单独电源。

2、根据权利要求1所述的电池盒节电器，其特征在于正常工作时仅由电磁继电器触头及干簧管线圈串联在被控线路中且电阻很小。

3、根据权利要求1所述的电池盒节电器，其特征在于延时电路由RC充电电路通过普通整流二极管控制晶体三极管组成。

4、根据权利要求1所述的电池盒节电器，其特征在于限流式保护电路为并联在触头上的用大功率三极管组成的等效可调电阻，不设自锁辅助触头。

5、根据权利要求1所述的电池盒节电器，其特征在于除输入端1和输出端4用于连接被控电源及负载外，使用中没有任何辅助操作部件。

6、根据权利要求1所述的电池盒节电器，其特征在于被控电源与节电器内电路在电气上是隔离的。

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