CN2560138Y - 负载支路智能断路器 - Google Patents

Abstract

负载支路智能断路器由单片计算机电路1、降压整流电路2、分压取样电路3、温度传感器接口4、变流器5、整流电路6、滤波电路7、电流取样电阻8、复位电路9、故障指示电路10、跳闸驱动电路11、电动跳闸开关12及跳闸线圈13连接组成。该断路器特别适于在家用电器设备负载支路上使用，可对电气短路、负荷过电流、过电压及载流导线过热超温等故障进行全方位智能保护，且灵敏度高，可靠性好。尤其是当电源接插件或载流导线有过热超温异常情况出现时，不等酿成短路或火灾事故就事先切断电源，将事故消灭在萌芽状态。

Description

负载支路智能断路器

技术领域

本实用新型涉及一种能对偏离正常用电工作状态的有害变化直接起反应的自动断开紧急保护电路装置，具体是指一种负载支路智能断路器。

背景技术

随着家用电器日益增多地进入家庭用户，家用电器负载支路的用电安全保护，也就明显地成为需要引起高度重视和紧迫解决的问题。最为突出的问题，就是由于家用电器设备都是通过插头(座)与电源连接，而接插件常因接触不良引起欧姆发热而使得支撑接插件的工程塑料软化或熔化，这样反过来又影响接插件的接插而形成更为接触不良的恶性循环，其结果导致故障扩大，酿成导线短路或电起火事故。还有，家用电器负载支路常因导线截面积不够但载流量大，造成导线发热甚至绝缘烧坏，也由此引起短路或火灾事故。再有，家用电器负载支路还常因负载本身故障而引起电流过负荷，当然也同样导致导线发热甚至引发火灾。至于外电网因各种原因造成的电源过电压，则直接对家用电器本身构成威胁，以致家用电器因电源过电压，猝不及防地造成损坏的事故时有发生。对于家用电器负载支路面对着的上述短路、过负荷、超电压及载流导线过热超温的故障现象，目前还没有一种功能齐全、灵敏可靠的保护装置可对其实施全方位保护。即便是现有常规断路器，也仅只能进行短路保护，而对其它的故障保护却无能为力。而且即使是进行短路保护，也往往是“事后诸葛亮“，因为对那些因导线或接插件发热厉害直至绝缘烧坏而引起短路或火灾的故障，它不能做到在事故发生之前就将电源断开，即是说它不能做到将事故消灭在萌芽状态。

发明内容

本实用新型的目的，乃是为了解决家用电器等负载支路存在着的短路、电流过负荷、过电压和载流导线过热超温等故障现象而又没有一种功能齐全、灵敏可靠的保护装置可对其实施全方位保护的问题，提供一种特别适于家用电器负载支路使用的可对电气短路、电流过负荷、过电压及对载流导线过热超温进行灵敏可靠的全方位保护的负载支路智能断路器。

本实用新型的解决方案如下。参见图1本实用新型电原理方框图，本实用新型包括现有带漏电保护断路器具有的电动跳闸开关12及其跳闸线圈13，而其结构上的特征之处是，具有一单片计算机电路1，以及具有分压取样电路3、温度传感器接口4和滤波电路7，且它们的输出端分别与单片计算机电路1的A/D输入端口相接，具有复位电路9，且其输出端与单片计算机电路1的I/O端口相接，具有故障指示电路10和跳闸驱动电路11，且它们的输入端分别与单片计算机电路1的I/O端口相接，具有电流取样电阻8，且其两端与滤波电路7的输出端相并联；具有一降压整流电路2，且其输出端向整机电路提供直流工作电源，同时还与分压取样电路3的输入端相连；具有变流器5和整流电路6，且变流器5的输入端串接在电动跳闸开关12的下端头线路中，整流电路6的输入端和输出端分别与变流器5的输出端和滤波电路7的输入端相连；跳闸驱动电路11的输出端与跳闸线圈13的输入端相接。

具有上述电路结构的本实用新型，可安装使用在家用电器等负载支路上，并给电动跳闸开关12上端头和降压整流电路2输入端通入220V交流市电。合上电动跳闸开关12，其下端头线路就给负载支路供电。降压整流电路2则向整机电路提供直流工作电源。分压取样电路3的分压输出值作为单片计算机电路1的A/D转换的电压模拟量。温度传感器接口4在使用时可外接两个温度传感器，一个温度传感器插于断路器盒内以感受电源插头与插座接触处的温度，另一温度传感器与电源进线绑扎在一起以感受导线发热的温度，温度传感器接口4给单片计算机电路1提供作为A/D转换的温度模拟量。变流器5从负载支路得到的电流经变换后输出电流给整流电路6进行整流，由滤波电路7进行滤波，再与电流取样电阻8相配合，便形成输送给单片计算机电路1作A/D转换的电流模拟量。预先选择好电流取样电阻8中电阻值的大小，便可得到相适应的电流模拟量，这就解决了大容量(≥10A)断路器运行在小于0.1A的小负荷情况下保护灵敏度太低的问题，而无需使用放大器。跳闸驱动电路11的工作状态由单片计算机电路1的I/O端口的输出电平所控制，在负载支路发生电气短路、电流过负荷、过电压及载流导线过热超温等故障时，输送给单片计算机电路1进行A/D转换的上述电流、电压和温度模拟量会使得单片计算机电路1输出高电平，使得跳闸驱动电路11输出一信号控制跳闸线圈13通电，电磁铁吸合，于是断路器的电动跳闸开关12跳闸。故障指示电路10由单片计算机电路1的软件编程控制故障指示部件闪灭的频率、时间间隔，可分别指示出电流、电压、温度几种不同的故障性质，由用户鉴别和处理。复位电路9的作用有二，一是故障跳闸后，故障指示电路10作出相应指示，故障处理完毕需重新投入断路器时，启动复位电路9，故障指示电路10的指示消失，断路器可重新合闸，此时单片计算机电路1仍旧在原保护整定条件下运行，否则无法重新合上断路器，故障指示电路10仍然指示；二是当用电负荷变更较大(如季节性变更)，大于原EEPROM存储数值而需要修改保护整定值时，应连续两次启动复位电路9，单片计算机电路1即将变更后的当前在线负荷数据写入片内EEPROM记忆下来，以供程序在新负荷条件下调用。

由上可见，本实用新型在现有常规小型(10A)断路器结构的基础上，加装以单片计算机电路1为核心的电路元器件，不仅具备短路保护功能，而且还具有对电流过负荷、过电压及载流导线过热超温进行保护的功能，因此可对负载支路进行全方位智能保护。其单片计算机电路1使用在常规断路器中可达到常规断路器无法达到的效果。如前所述，常规断路器对电气设备的电流过负荷进行保护是无能为力的，例如当用电负荷小至0.1A，一旦过载达到0.12A、0.15A、......，常规断路器或热继电器是无法作出迅速反应切断电源的。而本实用新型则在软件中安排有当前负线值1.2倍、1.5倍、1.8倍、2.2倍四种不同的过载倍数档次，并有各种不同时间的延时(0～40秒)，在延时时间之内若故障排除(或设备的启动电流值降为正常值)，断路器将自动恢复正常运行，否则延时时间一到就将使断路器跳闸并启动故障指示电路10报警。若电流大于原设定正常值的2.2倍，断路器将瞬时跳闸。显然，这种灵敏度和可靠性俱高的智能型过载保护效果也是常规热继电器无法达到的。又如前述，电源接插件常因接触不良而欧姆发热使得支撑接插件的工程塑料软化或熔化，其结果可能导致导线短路或发生火灾；还由于导线截面积不够但载流量大，也将可能导致导线发热过甚而引起短路或火灾。但本实用新型由于温度传感器接口4处外接两个温度传感器，其中一个置于断路器盒内可感受电源接插件处的温度，另一个与电源进线绑扎在一起而可感知导线发热的温度，所以这两种情况引起的超温模拟信号都可送入单片计算机电路1进行A/D转换，经软件判断后，将断路器断开，切断电源，故障指示电路10作出指示。这样就避免了“事后诸葛亮”，而是只要一旦有超温异常情况出现，不等酿成短路或火灾事故，就事先及时切断电源以策安全，将事故提前消灭在萌芽状态。当电源电压超过248伏时，分压取样电路3分压后的电压亦随之升高，该值经A/D转换后，由软件控制使断路器断开电源，从而避免了过电压可能对家用电器设备等造成的损害。

附图说明

图1为本实用新型电原理方框图；

图2为图1本实用新型的一种具体电路的原理图；

图3为图2本实用新型的一种外型图；

图4为图2中变流器C.T的外型图。

具体实施方式

参见图1与图2。电动跳闸开关12由S1-1与S1-2构成，跳闸线圈13由T构成，单片计算机电路1由单片机IC1构成，降压整流电路2由二极管D1至D4、稳压管WD、电阻R1、电容C1至C3及接插件J1连接组成，分压取样电路3由电阻R2与R3连接组成，温度传感器接口4由接插件J2与J3连接组成，变流器5由C.T构成，整流电路6由二极管D6及接插件J4连接组成，滤波电路7由电阻R9及电容C6与C5连接组成，电流取样电阻8由电阻R4构成，复位电路9由常开按键AN、二极管D5、电阻R5及电容C4连接组成，故障指示电路10由发光二极管LED及电阻R6连接组成，跳闸驱动电路11由光藕合可控硅开关驱动器IC2、二极管D7至D10、电阻R7与R8、电容C7及接插件J5连接组成。其中R2与R3的连接端与IC1的第5脚相接，J2和J3的第2脚分别与IC1的第3脚和第7脚相连，R9与C5的连接端与IC1的第6脚相接，AN、D5、R5及C4的公共连接端与IC1的第4脚相连，R6的一端与IC1的第3脚相接，IC2的第1脚与IC1的第2脚相连，R4并联在C5的两端，R2与R3相串接后的两端并联在C2两端，J4的第1脚及第2脚分别与C.T的副边线圈两端相接，D6的负极与C6和R9的连接端相连，J5的第2脚及第1脚分别与T的一端及S1-2下端头线路相接。IC1的型号采用PIC12CE67X，IC2采用MOC3081，它们均可市购。

图2中的本实用新型在安装到负载支路上使用时，给S1-1、S1-2上端头和J1的第1、2脚分别通入220V交流市电，合上开关S1-1、S1-2，其下端头线路就会给负载支路供电，降压整流电路2从Vcc和公共接地端向整机提供+5V直流工作电源。R2与R3的分压值作为IC1的A/D转换电压模拟量。J2和J3可分别外接插于断路器盒内电源接插件处的温度传感器和与电源进线绑扎在一起的温度传感器，分别将感受到的电源接插件处和电源进线处的温度信号提供给IC1作为A/D转换的温度模拟量。C.T从负载支路得到的电流经变换后从副边输出给D6进行整流，再经C6、R9及C5滤波后与R4的两端相并接，作为IC1的A/D转换的电流模拟量。根据欧姆定律，V＝i×R4。针对变流器C.T变换过来的电流i的大小不同，可预先选择确定R4的阻值大小，使可得到相适应的电流模拟量值，这就解决了大容量(≥10A)断路器运行在小于0.1A的小负荷情况下保护灵敏度太低的问题，已如前述。LED和R6组成的故障指示部分，由软件编程可控制LED闪灭的频率、时间间隔，可分别指示出短路、过负荷、电压、温度1和温度2五种不同的故障性质，由用户鉴别处理。由R5、D5、C4及AN组成的复位电路的两种作用已如前述，AN为可操作的复位键。IC2和R7实际上是一光藕可控硅，当IC1的第2脚I/O端口输出高电平时，IC2内部的LED点亮，光可控硅导通，经D7至D10整流，R8与C7滤波，再经J5将电流送给跳闸线圈T，使电磁铁吸合，S1-1、S1-2跳闸。

本实用新型装置的机盒外型可全新设计，也可在市售10A带漏电保护的断路器的基础上加以改装，如图3所示。其中断路器盒座14、断路器盒盖15、三线插座16(可外接10A以内负载)、S1-1与S1-2的开关手柄17、电源进线21及负荷线22(可接其它负荷)为原装所有。将原10A带漏电保护断路器的漏电保护部分拆除，图2中新增电路所有元器件均安装在一块电路板上，并将该板固定在断路器盒座14内，让LED发光二极管18和AN复位键19显露在断路器盒盖15外，整机电源进线21与开关S1-1、S1-2的上端头及J1相接。断路器盒座14内中心有一固定插座用的螺钉圆孔，可将一温度传感器插入其中，并将此温度传感器与J2相连接，将另一温度传感器20与J3连接后再与电源进线21绑扎在一起。参见图4，将连接S1-2的导线24穿过C.T的C型铁芯23作为C.T的原边，而其副边线圈25则经导线与断路器盒座14内的接插件J4相接。

Claims (2)

1、一种负载支路智能断路器，包括有电动跳闸开关(12)及其跳闸线圈(13)，其特征在于，具有一单片计算机电路(1)，以及具有分压取样电路(3)、温度传感器接口(4)和滤波电路(7)，且它们的输出端分别与单片计算机电路(1)的A/D输入端口相接，具有复位电路(9)，且其输出端分别与单片计算机电路(1)的I/O端口相接，具有故障指示电路(10)和跳闸驱动电路(11)，且它们的输入端分别与单片计算机电路(1)的I/O端口相接，具有电流取样电阻(8)，且其两端与滤波电路(7)的输出端相并联；具有一降压整流电路(2)，且其输出端向整机电路提供直流工作电源，同时还与分压取样电路(3)的输入端相连；具有变流器(5)和整流电路(6)，且变流器(5)的输入端串接在电动跳闸开关(12)的下端头线路中，整流电路(6)的输入端和输出端分别与变流器(5)的输出端和滤波电路(7)的输入端相连；跳闸驱动电路(11)的输出端与跳闸线圈(13)的输入端相接。

2、根据权利要求1所述的负载支路智能断路器，其特征在于，单片计算机电路(1)由单片机IC1构成，降压整流电路(2)由二极管D1至D4、稳压管WD、电阻R1、电容C1至C3及接插件J1连接组成，分压取样电路(3)由电阻R2与R3连接组成，温度传感器接口(4)由接插件J2与J3连接组成，变流器(5)由C.T构成，整流电路(6)由二极管D6及接件件J4连接组成，滤波电路(7)由电阻R9及电容C6与C5连接组成，电流取样电阻(8)由电阻R4构成，复位电路(9)由常开按键AN、二极管D5、电阻R5及电容C4连接组成，故障指示电路(10)由发光二极管LED及电阻R6连接组成，跳闸驱动电路(11)由光耦合可控硅开关驱动器IC2、二极管D7至D10、电阻R7与R8、电容C7及接插件J5连接组成。