CN2217853Y - 交流电源智能监控稳压保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种交流电源智能监控稳压保护器。它由交流电源自动节能控制稳压输出/输入双重保护和抗干扰、模糊控制电路组成。本交流稳压保护器对供电波动大、闪断、欠压、过压、错相，用电过载、短路、漏电、触电故障，可进行稳压、缓冲启动、反时限可变延时、负载选择性供电，供、用电状态监测，故障自动断电，用电故障延时消声间歇闪烁声光报警，等待式、判断式自动恢复供电，缓步自锁式保护，人工校验恢复供电等智能化综合监控、有效地减少了电气事故危害，延长电器的使用寿命。

Description

交流电源智能监控稳压保护器

本实用新型涉及一种交流电源稳压保护装置，特别是交流电源智能监控稳压保护器(简称：交流稳压保护器)。它是在“ZL93209260.8《电器设备智能安全用电监控保护器》”的基础上进行改进，采用交流电源节能控制稳压输出/输入双重保护控制技术设计实现的。

公知的交流调、稳压类保护器分为：①变压器调压型；②磁饱和、谐振、放大型；③恒压可控型。这些以传统方法设计、运行的交流稳压保护器在功耗、性能、可靠性等方面还难以达到安全、高效、智能化的要求，尤其是一些中、小功率型交流稳压保护器，通常是以连续在线方式工作的，且功能单一，输出单位千瓦的平均损耗竟高达10％以上，其中的继电器、可控硅、谐振电容等控制部件在输入电源持续欠压、超压、错相、输出负荷过载、短路等电冲击性故障中又极易损伤，直接危及到电器负载。因此，在许多供电紧张、电源波动较大的地区，只好选用非稳压类电源保护器，以保障电器设备的安全。这类电源保护器，虽然在功耗、可靠性方面优于稳压类，但是其输出保护范围往往被限定在电器负载标称工作电源±10％的安全区内，而实际输入电源的波动却达到±20％以上，造成保护控制开关切换频繁，使得负载投入运行率大大降低，反而影响到电器设备功能的正常发挥和使用寿命。

本实用新型的目的，是针对上述两类用电保护器的不完善和存在的不足，提供一种交流电源智能监控稳压保护器。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：

图1是本实用新型的电路原理图：

其实施例如图1所示：当输入交流电源时，以图1为例分析其实施的工作原理：

在已知的各项控制方法中，均是采用由分立电子器件设计实现的，各分立器件参数的离散性较大，使得整机电路的装配、调测繁杂，性能也不稳定。在如图1所示的电路中，则是围绕以体积小、功耗低、参数稳定、一致性较好的集成、分立混合放大电路器件设计实现，并进一步完善了下述的各项保护控制功能。

一、室内用电故障监控保护状态

室内用电故障是指交流电源输出端所接负载部位发生的线路过载、短路，电器漏电、人身触电等常见的电气事故。此类故障传统的保护控制方法有一次性开路断电、人工恢复或故障跳闸断电、周期性自动重合。实践表明，这两种方法的负载特性较差，前者表现为对电器负载的容性、感性、冷阻性启动电流冲击误动频繁，而后者强制性的无数次周期性重合动作又进一步扩大了故障范围，影响电器寿命，也不利于人身安全。

针对上述情况，图1电路中采用过载检测继电器J₁、二极管D₉、电阻R₆、R₇、电容C₆组成的分压、积分式过载取样电路和由差动变流器ZCT、二极管D₁、电阻R₁₁、电容C₇组成的漏触电差动电流取样电路以及由电阻R₁、按钮开关AN₁组成的模拟漏触电校验电路分别触发由混合放大器A₁、晶体管Q₁、Q₂、电阻R₈—R₁₀、R₁₂、R₁₃、电容C₈、C₉各元件组成的延时判断模糊逻辑控制双稳电流开关以及混合放大器A₂、电阻R₁₄—R₁₇、电容C₁₀、讯响器HC、二极管D₁₀、变色发光二极管LED₂(R)各元件组成的延时消声间歇声讯响、变色光闪烁报警电路。

图1中的积分式过载取样电路对电器负载的容性、感性、冷阻性启动电流冲击反应迟滞、而对热阻性过电流进行响应，有效地消除了误动作现象。

具有智能化的延时判断模糊逻辑控制原理为：当用电正常时，双稳电流开关处于截止的稳定状态，发生故障时取样信号触发双稳电流开关先处于导通暂稳状态，迫使电源输出断电，并驱动告警电路报警。随着预留故障处理时间的消失，导通暂稳态又进入截止稳态，告警电路截止恢复，若此时输出端故障已排除，则电源输出通电恢复工作。反之，因通电瞬间，取样电路又检测到输出端故障变量，并触发双稳电流开关进入自锁导通的稳定状态，告警电路报警，电源输出断电，等待人工处置后，按动按钮开关AN₂进行复位。此处AN₂采用基极接法，所需控制的接点电流很小，提高了工作可靠性。新设计的延时消声间歇声讯响、变色光闪烁报警电路的工作方式比连续讯响、声光报警更加符合室内工作、生活环境保护的要求，当室内电气故障超过限定时间仍未自动或人工恢复，则间歇声讯响、声光报警自动消声转入变色光闪烁报警，降低了对周围环境的噪声干扰。

图1电路中对交流电源输出的短路故障仍采用简单、实用的熔丝保护方式，当电源插座CZ₁、CZ₂向小于1KW的电器负载供电时，由串接在输出端的熔丝F₂及其两端跨接的串联元件发光二极管LED₁(R)、二极管D₈、电阻R₄或氖灯组成的防触电式短路保护熔丝及状态显示电路进行保护。

对于较大的用电负荷，图1中是由CJ控制输出，其短路保护是依靠配电线路上外接的熔断器F₁进行的。

二、室外供电故障监控保护状态

室外供电故障是指输入交流电源所发生的波动大、瞬间闪断、欠压、过压、错相等反常供电现象。此类故障传统的保护控制方法是仅在输出端采取固定延时、设置安全区电压或稳压后输出供电，这无疑是以降低电器负载投入运行率，增加额外耗电量为代价的，其潜在的危险还在于这种单一的输出保护方式往往忽视了对电源输入端的有效控制和保护，将过压和错相混为一谈，终将导致在外输入电源电压剧增的错相、零线断、异相短路、三相严重失衡等突发性的电气故障中难逃厄运。因此加强自身防护，提高工作效率，扩大安全区范围是这类保护器要解决的问题。图1电路采用交流电源节能控制稳压输出/输入双重保护技术，较好地解决了这一难题。

图1中由交流电压表DB₁、电感L、电容C₁—C₅，C₁₁、C₁₂、电阻R₂、R₃、R₅、R₁₉、R₂₈、R₂₉、二极管D₂—D₆、稳压管DW₁、DW₂各元件组成的抗干扰型输入交流电源降压整流监测取样电路分别触发由集成放大器A₃、A₄、A₅、晶体管Q₆、Q₇、二极管D₁₁、D₁₂、D₂₁、D₂₂、变色发光二极管LED₄、交流电压表DB₂、电阻R₂₀—R₂₆、R₄₄、R₄₅、电位器W₁、W₂、继电器J₄、J₅、双绕组自耦变压器T或磁饱和、谐振、放大型和恒压可控型交流稳压部件组成的节能控制稳压保护、监测显示电路以及由集成放大器A₆、A₈、晶体管Q₃、二极管D₁₃、D₁₅、D₁₆、稳压管DW₃、DW₄、发光二极管LED₁(G)、电容C₁₃、C₁₄、电阻R₂₇、R₃₁、R₃₄—R₄₀、电位器W₃、继电器J₂各元件组成的反时限可变延时输出、欠压保护、监测电路和由集成放大器A₇、晶体管Q₄、Q₅、二极管D₁₄、D₁₇—D₂₀、稳压管DW₅、DW₆、发光二极管LED₂(G)、LED₃、电阻R₃₀、R₃₂、R₃₃、R₄₁—R₄₃、电容C₁₅、继电器J₃各元件组成的缓冲输出过压保护、监测报警电路。

实践表明，对于输入交流电源的瞬间闪断、应经过数秒钟的缓冲延时再恢复供电，这有利于削弱具有感性、容性、冷阻性的I类电器负载产生的过电压、过电流、电动内应力冲击危害，而对于具有压缩电机的II类电器负载，此时则必须经过数分钟后，待机内压力趋于平衡再恢复供电，以降低启动电流，保护压缩电机。当外电源线路长时间停电来电时，对I类负载，只经过缓冲延时就迅速恢复供电；对II类负载则经过智能判断，在反时限连续可变时间差内恢复供电，这种负载选择性的供电保护方式对提高电器负载的运行率更具优越性。

提高电器负载的运行率还可采取稳压措施以扩大安全区范围。图1电路中所采用的双绕组自耦变压器通过节能控制及输入保护技术，使其在输入电压波动小于标称值±10％的安全区电压时，变压器开路不耗电，电源输出自动处于直通状态；合理选择其升、降变压比，使其在输入电压低于—10％，变压器接通升压状态，自动输出安全区电压；若输入电压下降低于—30％，欠压保护动作切断在低压下不宜工作的II类负载的供电，这同时也保护了低压工作时功率输出能力下降的自耦变压器，此时减轻负载的变压器仍对低电压时可维持工作的I类负载继续供电。反之，当输入电压高于+10％，变压器接通降压状态，自动输出安全区电压；若输入电压升高超过+30％或错相时，过压保护动作同时切断输出对负载和输入对变压器的供电，变压器开路，不耗电，等待输入电压下降后，因电源输出的缓冲延时，使变压器率先自动处于上述相应的工作预备状态，然后才恢复输出安全区电压，发挥了安全可靠的输出/输入双重保护作用。为提高稳压电源的抗干扰能力，各放大器均设计有回差控制的反馈电路，以降低输入干扰。双绕组自耦变压器在调压时无闪断现象，控制继电器接点电流小，也减少了对输出负载的干扰。

图1电路将输入电源±30％以内的波动自动控制稳定在±10％的小范围内输出，保障了电器负载安全 、稳定、可靠的运行。当外输入电源波动较小或超标错相时，稳压器均自动处于节能或保护运行状态，输出单位千瓦的平均损耗仅占0.5％以下。这种实用的交流电源自动节能控制稳压输出/输入双重保护控制电路技术也可用于对磁饱和、谐振、放大型和恒压可控型交流稳压部件进行节能控制保护。

三、系统工作状态监测显示及装配结构

图1电路在对常见电气故障进行综合保护控制的同时，也对系统工作状态进行了简单有效的监测。电路中分别设置DB₁、DB₂直观反映输入、输出电压的变化，LED₂(G)亮反映系统工作正常。当供II类负载电源输出的CZ₂或CJ处于反时限延时状态时，LED₁(G)亮；当输出保险F2故障熔断后，LED₁(R)亮；当稳压器处于节能运行时，LED₄(G)亮；升压运行时，LED₄(R)亮；降压运行时，LED₄(G、R)亮显橙色；过压保护时，LED₃(R)亮；室内用电故障保护时，LED₂(R、G)交替闪烁，并在限定时间内间歇声讯响报警。上述各项状态也可分为①LED₁显示本机工作状态，②LED₂显示室内用电状态，③LED₃显示室外供电状态，④LED₄显示稳压控制状态，以便于观察区分。

图1电路所示的交流稳压保护器是以在线连续工作方式运行的，其长期工作的可靠性极为重要，这需要从设计原理和材料选用、生产制造等多方面予以高度重视。因图1电路各元件对外电源是直通的，故装配调测中应特别加强绝缘防护，对电路中长期工作的部分关键器件应选取较大冗余量的降额因子，电源负荷较重时，应选用大功率继电器、交流接触器以及磁路短、截面大、磁通密度高、晶粒取向的优质环形卷绕铁芯及较粗的高强度漆包铜线绕制变压器。整机可采用卧式或挂式铁壳封装结构，并注意散热、防尘、屏蔽、外观设计，提高对环境的适应性。

综上所述，本交流稳压保护器是当室外配电线路供电和室内电器用电过程中发生电源波动大、瞬间闪断、欠压、过压、错相、过载、短路、漏电、人身触电等常见电气故障时，具有自动节能控制稳压输出/输入双重保护，缓冲启动、反时限可变延时供电，负载选择性供电，室内外电气系统状态监测、故障报警显示，室内用电故障延时消声间歇闪烁声光报警，等待式自动恢复供电、判断式自动恢复供电、缓步自锁式保护断电，人工校验恢复供电等智能化综合控制保护、监测告警功能，提高了用电负载的投入运行率，有效地减少了电气事故危害，延长电器的使用寿命。

Claims (1)

1.交流电源智能监控稳压保护器，其特征在于：

<1>由交流电压表(DB₁)、电感(L)、电容(C₁—C₅、C₁₁、C₁₂)、电阻(R₂、R₃、R₅、R₁₉、R₂₈、R₂₉)、二极管(D₂—D₆)、稳压管(DW₁、DW₂)各元件组成抗干扰型输入交流电源降压整流监测取样电路；

<2>由过载检测继电器(J₁)、二极管(D₉)、电阻(R₆、R₇)、电容(C₆)组成分压、积分式过载取样电路；

<3>由变流器(ZCT)、二极管(D₁)、电阻(R₁₁)、电容(C₇)组成漏触电差动电流取样电路和由电阻(R₁)、按钮开关(AN₁、AN₂)组成漏触电人工校验、人工恢复控制电路；

<4>由混合放大器(A₁)、晶体管(Q₁、Q₂)、电阻(R₈—R₁₀、R₁₂、R₁₃)、电容(C₈、C₉)各元件组成模糊控制双稳电流开关对线路进行过载、漏触电保护及判断式恢复、缓步自锁式保护控制；

<5>由混合放大器(A₂)、电阻(R₁₄—R₁₇)、电容(C₁₀)、讯响器(HC)、二极管(D₁₀)、变色发光二极管(LED₂)各元件组成延时消声间歇声讯响、变色光闪烁用电故障报警电路；

<6>由交流电压表(DB₂)、变色发光二极管(LED₄)、集成放大器(A₃、A₄、A₅)、晶体管(Q₆、Q₇)、二极管(D₁₁、D₁₂、D₂₁、D₂₂)、电阻(R₂₀—R₂₆、R₄₄、R₄₅)、电位器(W₁、W₂)、继电器(J₄、J₅)、双绕组自耦变压器(T)或磁饱和、谐振、放大型和恒压可控型交流稳压部件组成节能控制稳压保护、监测显示电路；

<7>由集成放大器(A₆、A₈)、晶体管(Q₃)、二极管(D₁₃、D₁₅、D₁₆)、稳压管(DW₃、DW₄)、发光二极管(LED₁)、电容(C₁₃、C₁₄)、电阻(R₂₇、R₃₁、R₃₄—R₄₀)、电位器(W₃)、继电器(J₂)各元件组成反时限可变延时输出、欠压保护、监测电路；

<8>由集成放大器(A₇)、晶体管(Q₄、Q₅)、二极管(D₁₄、D₁₇—D₂₀)、稳压管(DW₅、DW₆)、发光二极管(LED₂、LED₃)、电阻(R₃₀、R₃₂、R₃₃、R₄₁—R₄₃)、电容(C₁₅)、继电器(J₃)各元件组成缓冲输出、过压保护、监测报警电路；

<9>由保护器输出端熔丝(F₂)及其两端跨接的发光二极管(LED₁)、二极管(D₈)、电阻(R₄)或氖灯组成防触电式短路保护熔丝及状态显示电路；

<10>由输入端熔断器(F₁)、接线座(JZ₁)和输出端交流接触器(CJ)、接线座(JZ₂)组成大功率输出扩展电路。

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