專(zhuān)利名稱(chēng)：故障電弧檢測(cè)方法及其保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種故障電弧檢測(cè)方法及其保護(hù)電路，特別涉及一種能檢測(cè)到危險(xiǎn)電弧并自動(dòng)切斷電源的故障電弧保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著家用電器的普及，電氣火災(zāi)呈上升趨勢(shì)，其中故障電弧(電弧、電火花)是引起電氣火災(zāi)的主要原因。故障電弧可以分短路電弧和接觸不良電弧。
短路電弧是由電路相線(xiàn)之間、相線(xiàn)零線(xiàn)之間、相線(xiàn)地線(xiàn)之間短路引起的大電流產(chǎn)生的電弧。其中短路電弧又可分為持續(xù)短路電弧、斷續(xù)短路電弧。持續(xù)短路電弧引起火災(zāi)的特點(diǎn)是短路電弧能在瞬間產(chǎn)生高溫，引起周?chē)兹嘉锼查g燃燒；斷續(xù)短路電弧引起火災(zāi)的特點(diǎn)是斷續(xù)短路電弧持續(xù)的時(shí)間短，但是能在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生電弧，引起周?chē)鷾囟瘸掷m(xù)升高，從而引起周?chē)兹嘉锶紵?br> 接觸不良電弧是由于負(fù)載設(shè)備的接線(xiàn)端子松動(dòng)等引起的接觸不良產(chǎn)生的電弧。接觸不良電弧引起火災(zāi)的特點(diǎn)是接觸不良電弧能在一段時(shí)間內(nèi)，持續(xù)產(chǎn)生電弧，引起周?chē)鷾囟瘸掷m(xù)升高，從而引起周?chē)兹嘉锶紵?br> 目前，電氣線(xiàn)路的過(guò)流、漏電、過(guò)壓保護(hù)只能對(duì)持續(xù)短路電弧起到保護(hù)作用，而對(duì)其他的電弧不一定能起到保護(hù)作用。
當(dāng)前已有的故障電弧保護(hù)裝置，主要針對(duì)電力線(xiàn)路中出現(xiàn)的故障電弧，其特征是瞬間產(chǎn)生的大電流持續(xù)放電產(chǎn)生的電弧。對(duì)于電器線(xiàn)路中出現(xiàn)的故障電弧，如接觸不良、小電流短路產(chǎn)生的斷續(xù)的故障電弧，還沒(méi)有可靠的保護(hù)。因此對(duì)于斷續(xù)故障電弧引起的電氣火災(zāi)的保護(hù)還存在很大的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種當(dāng)被保護(hù)線(xiàn)路中出現(xiàn)斷續(xù)電弧時(shí)能檢測(cè)到危險(xiǎn)電弧并自動(dòng)切斷電路的故障電弧檢測(cè)方法及其保護(hù)電路。當(dāng)在被保護(hù)的線(xiàn)路中出現(xiàn)斷續(xù)故障電弧時(shí)，該方法能及時(shí)檢測(cè)到電弧并在其引起電氣火災(zāi)前切斷電源，從而避免火災(zāi)或重大事件的發(fā)生，達(dá)到對(duì)電器的保護(hù)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案故障電弧檢測(cè)方法，該方法能通過(guò)故障電弧保護(hù)電路檢測(cè)到危險(xiǎn)電弧，其特征在于包括步驟通過(guò)信號(hào)采樣裝置實(shí)時(shí)對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)提供給信號(hào)處理模塊；信號(hào)處理模塊處理完電流信號(hào)，將結(jié)果傳遞給電弧檢測(cè)控制裝置進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)電弧檢測(cè)控制裝置檢測(cè)到電弧時(shí)，產(chǎn)生電弧標(biāo)志。
其中所述的信號(hào)采樣裝置采樣的信號(hào)為電流波形；所述的信號(hào)處理模塊對(duì)電流波形進(jìn)行處理；所述的電弧檢測(cè)控制裝置對(duì)處理后的電流波形進(jìn)行判斷、檢測(cè)。
故障電弧保護(hù)電路，包括電源部分，其特征在于所述的故障電弧保護(hù)器還包括信號(hào)采樣裝置、信號(hào)處理模塊、電弧檢測(cè)控制裝置和切斷電源模塊。
所述的信號(hào)采樣裝置為帶鐵芯的電流互感器；所述的信號(hào)處理模塊依次連接了全波二極管整流橋、分壓電阻R1和R3；所述的電弧檢測(cè)控制裝置為單片機(jī)；所述的切斷電源模塊依次連接了三極管和執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。
所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分為常閉觸點(diǎn)繼電器。
所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分為常開(kāi)觸點(diǎn)繼電器。
所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分為上電脫扣器。
所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分為斷電脫扣器。
所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分為可控硅。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在電器上使用的時(shí)候，線(xiàn)路產(chǎn)生斷續(xù)電弧時(shí)，能及時(shí)檢測(cè)到電弧并切斷電源，有效地防止電弧火災(zāi)的發(fā)生。


圖1是本發(fā)明執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分為常閉觸點(diǎn)繼電器和上電脫扣器的電路原理圖。
圖2是本發(fā)明執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分為常開(kāi)觸點(diǎn)繼電器和斷電脫扣器的電路原理圖。
圖3是本發(fā)明執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分為可控硅電路原理圖。
圖4是單片機(jī)對(duì)處理的電流波形進(jìn)行判斷、檢測(cè)的流程圖。
圖5、圖6是單片機(jī)程序中斷的流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1如圖1所示，被保護(hù)的電路由AC220V輸入端8輸入220V交流電壓，經(jīng)故障電弧保護(hù)電路的常閉觸點(diǎn)繼電器9，由AC220V輸出端11輸出。被保護(hù)線(xiàn)路連接該故障電弧保護(hù)電路，直流電源VCC為故障電弧保護(hù)電路提供電源。電路正常時(shí)，電流互感器2檢測(cè)到的波形為連續(xù)的負(fù)載電流波形；當(dāng)電路有電弧產(chǎn)生時(shí)，由于電流互感器2的特性，使電流互感器2檢測(cè)到的電流波形有移位。電流互感器2檢測(cè)穿過(guò)其的被保護(hù)線(xiàn)路中的交流電流信號(hào)，然后將檢測(cè)到的電流波形信號(hào)由全波整流橋3整流，并且由電阻R14和R35分壓后變?yōu)橹绷餍盘?hào)，然后將該直流信號(hào)輸入到單片機(jī)7，單片機(jī)7通過(guò)比較前后采樣電流的AD值，AD值是指模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)值，來(lái)判斷電流波形是否有移位現(xiàn)象，從而判斷是否有故障電弧。當(dāng)沒(méi)有檢測(cè)到故障電弧時(shí)，單片機(jī)7發(fā)出低電平信號(hào)，三極管10是截止的，電源通過(guò)常閉觸點(diǎn)繼電器9為被保護(hù)的電器提供工作電壓；當(dāng)檢測(cè)到被保護(hù)電路中有故障電弧產(chǎn)生時(shí)，單片機(jī)7發(fā)出高電平控制信號(hào)，使得三極管10導(dǎo)通，此時(shí)位于集電極的常閉觸點(diǎn)繼電器9斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)切斷電源，達(dá)到對(duì)電路的保護(hù)，避免電氣火災(zāi)的發(fā)生。當(dāng)故障電弧排除后，電源通過(guò)電阻R26重新對(duì)故障保護(hù)電路通電復(fù)位，單片機(jī)重新開(kāi)始工作。
如圖4、圖5、圖6所示，單片機(jī)的工作流程如下(1)單片機(jī)進(jìn)行上電復(fù)位，單片機(jī)上電后，電源VCC經(jīng)過(guò)電阻R2，至單片機(jī)引腳使單片機(jī)復(fù)位。然后到步驟2；(2)單片機(jī)程序初始化，此時(shí)所有標(biāo)志位為0，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)值A(chǔ)D為AD0，AD信號(hào)采樣從單片機(jī)的一個(gè)引腳輸入，AD控制信號(hào)由單片機(jī)的另一個(gè)引腳輸出，然后到步驟3；(3)單片機(jī)判斷AD轉(zhuǎn)換是否完成，當(dāng)沒(méi)有新AD值產(chǎn)生時(shí)，AD轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志為0，并繼續(xù)判斷是否新的AD值產(chǎn)生；當(dāng)有新的AD值產(chǎn)生時(shí)，AD轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志為1，并記下新的AD值A(chǔ)D1，然后到步驟4；(4)單片機(jī)清零AD轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志，并且比較AD1值和AD0值，不相等則到步驟5，相等則到步驟8；(5)單片機(jī)自動(dòng)更新AD值，用當(dāng)前AD值A(chǔ)D1替換已有的AD值A(chǔ)D0，然后到步驟6；(6)單片機(jī)檢測(cè)電弧標(biāo)志，當(dāng)電弧標(biāo)志為0時(shí)，轉(zhuǎn)到步驟14；當(dāng)電弧標(biāo)志為1時(shí)，到步驟7；(7)單片機(jī)發(fā)出切斷電源的控制信號(hào)；(8)單片機(jī)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)電弧標(biāo)志，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電弧標(biāo)志為0時(shí)轉(zhuǎn)到步驟9，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電弧標(biāo)志為1時(shí)轉(zhuǎn)到步驟10；(9)保存此刻時(shí)間，記為T(mén)1，置位發(fā)現(xiàn)電弧標(biāo)志，即發(fā)現(xiàn)電弧標(biāo)志為1，然后到步驟10；(10)單片機(jī)檢測(cè)電弧標(biāo)志，當(dāng)電弧標(biāo)志為0時(shí)到步驟11，當(dāng)電弧標(biāo)志為1時(shí)轉(zhuǎn)到步驟13；(11)第一次時(shí)間判斷，用當(dāng)前時(shí)間T2減去電流波形移位開(kāi)始時(shí)間T1，得時(shí)間差TS1，當(dāng)TS1大于設(shè)定值T設(shè)1時(shí)轉(zhuǎn)到步驟12，小于設(shè)定值T設(shè)1時(shí)轉(zhuǎn)到步驟3；(12)置位電弧標(biāo)志，即電弧標(biāo)志為1，然后到步驟13；(13)第二次時(shí)間判斷，用當(dāng)前時(shí)問(wèn)T3減去電流波形移位開(kāi)始時(shí)間T1，得一時(shí)間差TS2，當(dāng)TS2大于設(shè)定值T設(shè)2時(shí)轉(zhuǎn)到步驟(14)，小于設(shè)定值T設(shè)2時(shí)轉(zhuǎn)到步驟3；(14)將所有的標(biāo)志清零，并轉(zhuǎn)到步驟3；單片機(jī)是定時(shí)采樣，當(dāng)以下兩種方式中有一種出現(xiàn)時(shí)，單片機(jī)中斷工作，執(zhí)行中斷程序，然后再繼續(xù)從中斷的地方繼續(xù)工作。
(1)定時(shí)中斷，設(shè)置一時(shí)間段T，每隔時(shí)間T，程序就會(huì)自動(dòng)定時(shí)中斷，中斷后再重新計(jì)時(shí)；(2)AD轉(zhuǎn)換完成中斷，保存電流值，置位AD轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志，即AD轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志為1。
實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例1最大的不同在于執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分為常開(kāi)觸點(diǎn)繼電器。當(dāng)判斷無(wú)電弧故障時(shí)，單片機(jī)7控制輸出引腳置為高電平使三極管10導(dǎo)通，位于集電極的常開(kāi)繼電器9吸合，電源通過(guò)閉合的繼電器給電路供電，保護(hù)電路正常運(yùn)行；當(dāng)判斷出有故障電弧時(shí)，單片機(jī)7會(huì)發(fā)出低電平控制信號(hào)，使得三極管10截止，此時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)繼電器9斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)切斷電源，達(dá)到對(duì)電路的保護(hù)。
實(shí)施例3本實(shí)施例與實(shí)施例1最大的不同在于執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分為上電脫扣器。當(dāng)判斷無(wú)電弧故障時(shí)，單片機(jī)7控制輸出引腳置為低電平，三極管10截止，位于三極管集電極的上電脫扣器9閉合，電源通過(guò)閉合的脫扣器供電，電路正常運(yùn)行；當(dāng)判斷出有故障電弧時(shí)，單片機(jī)7會(huì)發(fā)出高電平控制信號(hào)，使得三極管10導(dǎo)通，此時(shí)上電脫扣器9斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)切斷電源，達(dá)到對(duì)電路的保護(hù)。
實(shí)施例4本實(shí)施例與實(shí)施例1最大的不同在于執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分為斷電脫扣器。當(dāng)判斷無(wú)電弧故障時(shí)，單片機(jī)7控制輸出引腳置為高電平使三極管10導(dǎo)通，位于集電極的斷電脫扣器9閉合，電源通過(guò)閉合的脫扣器給電路供電，保護(hù)電路正常運(yùn)行；當(dāng)判斷出有故障電弧時(shí)，單片機(jī)會(huì)7發(fā)出低電平控制信號(hào)，使得三極管10截止，此時(shí)斷電脫扣器9斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)切斷電源，達(dá)到對(duì)電路的保護(hù)。
實(shí)施例5本實(shí)施例與實(shí)施例1最大的不同在于執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分為可控硅。當(dāng)判斷無(wú)電弧故障時(shí)，單片機(jī)7控制輸出引腳置為低電平，使得三極管10截止，光耦13和光耦16導(dǎo)通，可控硅9和可控硅17導(dǎo)通，電源通過(guò)導(dǎo)通的可控硅給電路供電，電路正常運(yùn)行；當(dāng)判斷出有故障電弧時(shí)，單片機(jī)7會(huì)發(fā)出高電平控制信號(hào)，三極管10導(dǎo)通，使得光耦13和光耦16截止，可控硅9和可控硅17斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)切斷電源，達(dá)到對(duì)電路的保護(hù)。
權(quán)利要求
1.故障電弧檢測(cè)方法，該方法能通過(guò)故障電弧保護(hù)電路檢測(cè)到危險(xiǎn)電弧，其特征在于包括步驟通過(guò)信號(hào)采樣裝置(2)實(shí)時(shí)對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)提供給信號(hào)處理模塊；信號(hào)處理模塊處理完電流信號(hào)，將結(jié)果傳遞給電弧檢測(cè)控制裝置(7)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)電弧檢測(cè)控制裝置(7)檢測(cè)到電弧時(shí)，產(chǎn)生電弧標(biāo)志。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障電弧檢測(cè)方法，其特征在于信號(hào)采樣裝置(2)采樣的信號(hào)為電流波形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障電弧檢測(cè)方法，其特征在于信號(hào)處理模塊對(duì)電流波形進(jìn)行處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障電弧檢測(cè)方法，其特征在于電弧檢測(cè)控制裝置(7)對(duì)處理的電流波形進(jìn)行判斷、檢測(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障電弧檢測(cè)方法，其特征在于電弧檢測(cè)控制裝置(7)為單片機(jī)，其判斷、檢測(cè)電流波形的程序流程如下(1)單片機(jī)進(jìn)行上電復(fù)位，然后到步驟2；(2)單片機(jī)程序初始化，此時(shí)所有標(biāo)志位為0，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)值A(chǔ)D為AD0，AD信號(hào)采樣從單片機(jī)的一個(gè)引腳輸入，AD控制信號(hào)由單片機(jī)的另一個(gè)引腳輸出，然后到步驟3；(3)單片機(jī)判斷AD轉(zhuǎn)換是否完成，當(dāng)沒(méi)有新AD值產(chǎn)生時(shí)，AD轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志為0，并繼續(xù)判斷是否新的AD值產(chǎn)生；當(dāng)有新的AD值產(chǎn)生時(shí)，AD轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志為1，并記下新的AD值A(chǔ)D1，然后到步驟4；(4)單片機(jī)清零AD轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志，并且比較AD1值和AD0值，不相等到步驟5，相等則到步驟8；(5)單片機(jī)自動(dòng)更新AD值，用當(dāng)前AD值A(chǔ)D1替換已有的AD值A(chǔ)D0，然后到步驟6；(6)單片機(jī)檢測(cè)電弧標(biāo)志，當(dāng)電弧標(biāo)志為0時(shí)，轉(zhuǎn)到步驟14；當(dāng)電弧標(biāo)志為1時(shí)，到步驟7；(7)單片機(jī)發(fā)出切斷電源的控制信號(hào)；(8)單片機(jī)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)電弧標(biāo)志，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電弧標(biāo)志為0時(shí)轉(zhuǎn)到步驟9，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電弧標(biāo)志為1時(shí)轉(zhuǎn)到步驟10；(9)保存此刻時(shí)間，記為T(mén)1，置位發(fā)現(xiàn)電弧標(biāo)志，即發(fā)現(xiàn)電弧標(biāo)志為1，然后到步驟10；(10)單片機(jī)檢測(cè)電弧標(biāo)志，當(dāng)電弧標(biāo)志為0時(shí)到步驟11，當(dāng)電弧標(biāo)志為1時(shí)轉(zhuǎn)到步驟13；(11)第一次時(shí)間判斷，用當(dāng)前時(shí)間T2減去電流波形移位開(kāi)始時(shí)間T1，得時(shí)間差TS1，當(dāng)TS1大于設(shè)定值T設(shè)1時(shí)轉(zhuǎn)到步驟12，小于設(shè)定值T設(shè)1時(shí)轉(zhuǎn)到步驟3；(12)置位電弧標(biāo)志，即電弧標(biāo)志為1，然后到步驟13；(13)第二次時(shí)間判斷，用當(dāng)前時(shí)間T3減去電流波形移位開(kāi)始時(shí)間T1，得一時(shí)間差TS2，當(dāng)TS2大于設(shè)定值T設(shè)2時(shí)轉(zhuǎn)到步驟14，小于設(shè)定值T設(shè)2時(shí)轉(zhuǎn)到步驟3；(14)將所有的標(biāo)志清零，并轉(zhuǎn)到步驟3。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的故障電弧檢測(cè)方法，其特征在于單片機(jī)(7)檢測(cè)、判斷電流波形的程序包括中斷程序設(shè)置一時(shí)間段T，每隔時(shí)間T，程序就會(huì)自動(dòng)定時(shí)中斷，中斷后重新計(jì)時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的故障電弧檢測(cè)方法，其特征在于單片機(jī)(7)檢測(cè)、判斷電流波形的程序包括中斷程序AD轉(zhuǎn)換完成中斷，單片機(jī)保存電流值，置位AD轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志。
8.故障電弧保護(hù)電路，包括電源部分，其特征在于所述的故障電弧保護(hù)器還包括信號(hào)采樣裝置(2)、信號(hào)處理模塊、電弧檢測(cè)控制裝置(7)和切斷電源模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的故障電弧保護(hù)電路，其特征在于所述的信號(hào)采樣裝置(2)為帶鐵芯的電流互感器；所述的信號(hào)處理模塊依次連接了全波二極管整流橋(3)、分壓電阻R1(4)和R3(5)；所述的電弧檢測(cè)控制裝置(7)為單片機(jī)；所述的切斷電源模塊依次連接了三極管(10)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分(9)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的故障電弧保護(hù)器，其特征在于所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分(9)為常閉觸點(diǎn)繼電器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的故障電弧保護(hù)器，其特征在于所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分(9)為常開(kāi)觸點(diǎn)繼電器。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的故障電弧保護(hù)器，其特征在于所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分(9)為上電脫扣器。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的故障電弧保護(hù)器，其特征在于所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分(9)為斷電脫扣器。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的故障電弧保護(hù)器，其特征在于所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分(9)為可控硅。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種故障電弧檢測(cè)方法及其保護(hù)電路，該方法能通過(guò)保護(hù)電路檢測(cè)到危險(xiǎn)電弧，屬于電子領(lǐng)域。該方法為通過(guò)信號(hào)采樣裝置實(shí)時(shí)對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)提供給信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理模塊處理完電流信號(hào)后，將結(jié)果傳遞給電弧檢測(cè)控制裝置進(jìn)行檢測(cè)，電弧檢測(cè)控制裝置在檢測(cè)到電弧時(shí)產(chǎn)生電弧標(biāo)志，發(fā)出切斷電路的控制信號(hào)，達(dá)到對(duì)負(fù)載的保護(hù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在使用電器線(xiàn)路產(chǎn)生斷續(xù)電弧時(shí)，該方法能及時(shí)檢測(cè)到電弧并依靠保護(hù)電路切斷電源，有效地防止電弧火災(zāi)的發(fā)生。
文檔編號(hào)H02H3/26GK1841074SQ20051003392
公開(kāi)日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2005年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者沈乾軍, 王新, 王偉, 吳偉賓 申請(qǐng)人:珠海格力電器股份有限公司