專利名稱：全信號電子保護斷路器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種三相四線制供電系統(tǒng)中，故障保護開關裝置。尤其是由絕緣殼體、三相電源監(jiān)測電路、斷相、過載、過壓、欠壓、漏電信號檢測電路、電流設定電路、同步、對稱/非對轉(zhuǎn)換開關電路、故障信號比較、觸發(fā)電路、隔離輸出控制電路與機械開關組成的全信號電子保護斷路器。
目前，Dz系列的自動保護開關，其內(nèi)部的保護裝置是由機械開關與電感置接進行電連接，電感通入固定的額定電流，當用電設備的電流超過其使用額定電流時，電感產(chǎn)生磁場力，聯(lián)動機械開關，切斷主電路，起到保護作用。Dz系列自動保護開關，不能隨用電設備功率大小而改變其保護電流。但是很多用電設備功率大小不一，很難與其匹配，而且，對三相電路中的各項故障指標只是單一檢測扣控制，給用電設備在使用、安全上造成一定的局限性。
本實用新型的目的是提供一種全信號電子保護斷路器，在三相四線制供電系統(tǒng)中，對各種故障進行全方位的檢測和控制，已達到具有過載、斷相、過壓、欠壓、漏電多種保護及功率可調(diào)的綜合性保護目的。
本實用新型的解決方案是，在絕緣殼體中，機械開關與三相電直接進行電連接，設置了四個電流互感器，互感器L1、L2、L3、L4分別穿入三相電源的相線上，再將相互絕緣的相線與中線合并穿入互感器L4中，作為三相電路中故障信號的監(jiān)測元件，將互感器L1、L2、L3、L4尾端并接一點接地，首端分別與二極管D1D4、D2D5、D3D6陽極并接，其中過載信號由二極管D1、D2、D3取出一路經(jīng)電阻R8與同步三極管T1基極相接，電阻R6、對稱運行指示二極管ED2，三極管T1與電源串聯(lián)相接，為信號檢測的同步開關電路，保證本開關電路在靜、動態(tài)時均能與負載工作同步。另一路經(jīng)電流設定電位器W1、二極管D9、電阻R16串聯(lián)與比較器(9)端相接，為過載信號第一通路。
斷相信號由二極管D4、D5、D6電阻R9、R10、R11分別與三極管T2、T3、R4基極相接，三極管T2、T3、T4串聯(lián)組成或門電路與同步開關電路相連接。同步三極管T1射極與三極管T2集電板相接，向二極管D8提供斷相工作電壓信號，經(jīng)電阻R13與比較器(13)端相接，為斷相信號第二通路。為使本開關電路在各種特性的負載中均能通用，設置了對稱/非對稱轉(zhuǎn)換開關電路，開關K1二極管D15、D10分別與同步三極管T1的集電極、基極相接，當開關K1閉合時，關閉了同步開關電路，切除了斷相信號在單相負載工作時的影響。
由互感器L4、二極管D7、電阻R12、三極管T5串聯(lián)相接與R-S觸發(fā)器A3的(8)端相接，為漏電信號第三通路。
過壓、欠壓故障信號、由交流220V通過降壓電容CR1、電阻R0降壓，整流橋Dz整流，輸出的脈動直流電，一路經(jīng)電阻R1、穩(wěn)壓二極管DW1、電阻R5、R6、R7提供本電路的工作電壓。另一路經(jīng)電阻R2、二極管D14分別取出過壓和欠壓信號，由電位器W2與比較器(3)端相接，為過壓信號控制第四通路，由電阻R18與比較器(5)端相接，為欠壓信號控制第五通路。各通路的故障信號經(jīng)各自的比較器進行比較，產(chǎn)生的負脈沖信號直接觸發(fā)R-S觸發(fā)器觸發(fā)端，輸出轉(zhuǎn)為高電平，使其相對應連接的過壓、欠壓過載、斷相、漏電指示二極管ED3、ED4、ED5、ED6、ED7顯示，并與輸出電阻R27相連接，提供控制三極管T6基極電壓。通過光電偶合器Ic控制電磁繼電器J動作，電磁繼電器J的動觸頭與自動機械開關DK的連桿直接接觸，進行機電聯(lián)動，達到全部籃控過程。
由于采用了上述方案，使本全信號電子保護斷路器在三相四線制供電回路中具有全方位檢測和控制功能。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
作詳細說明。


圖1是全信號電子保護斷路器的線路圖。
圖2是圖1所示全相位檢測電路。
圖3是圖1所示過壓、欠壓檢測、穩(wěn)壓電源電路。
圖4是圖1所示故障信號比較、R-S觸發(fā)電路。
圖5是圖1所示隔離輸出控制電路。
圖2是圖1所示全相位檢測電路，可對過載、斷相、漏電三種故障信號進行檢測和分解由互感器L1、L2、L3、L4分別從三相電源中檢測故障信號，二極管D1、D2、D3陽極分別與互感器L1、L2、L3首端相接，陰極并接一點與設定電位器W1、電阻R8連接，電阻R8與同步三極管T1基極相接，提供同步三極管T1基極電壓。設定電位器W1與二極管D9、接地電容C7的接點與電阻R16連接，電阻R16、接地電阻R17的接點與比較器A1反向輸入端(9)相接，為過載信號控制端；為了兼顧瞬間起動電流大的用電設備(如電動機)，增設電容C7，防止本電路誤動作。設定電位器W1，可改變過載電流與本保護斷路器使用功率的大小。
互感器L1、L2、L3首端與二極管D4、D5、D6陽極連接，陰極與電阻R9、R10、R11與三極管T2、T3、T4的基極分別串聯(lián)相接，三極管T2、T3、T4或門電路與同步三極管T1對稱運行指示二極管ED2、電阻R6串聯(lián)，連接在電源與地線之間。三極管T1、T2的接點與二極管D8相接，二極管D3、電阻R13、R14串聯(lián)與比較器A1的反向輸入端(13)相接，為斷相信號控制端。本電路的工作方式是在三相對稱負載工作時，互感器L1、L2、L3均有電信號，此信號通過二極管D4、D5、D6，電阻R9、R10、R11、濾波電容C2、C3、C4提供基極電壓，使三極管T2、T3、T4飽和導通，此刻工作電源經(jīng)過電阻R6、對稱運行指示二極管ED2、同步三極管T1對地，對稱運行指示二極管ED2亮，二極管D8無電壓信號輸出，表明三相電路無斷相故障，對稱性負載工作正常。當三相負載工作斷相時，三極管T2、T3、T4中必有其中之一截止，這時同步三極管T1通過二極管D1、D2、D3其中的兩路經(jīng)過電阻R6，提供基極電壓，使同步三極管T1繼續(xù)保持導通狀態(tài)。同步三極管T1的射極由電阻R6經(jīng)過對稱運行指示二極管ED2提供工作電壓信號輸出高電平，二極管D8有斷相信號輸出，進入比較器A1，反向輸入端(13)進行比較。
二極管D1、D2、D3、電阻R6、接地電容C1的接點與同步三極管T1基極連接，電阻R6、對稱運行指示二極管ED2、三極管T1串聯(lián)，連接于工作電源，組成檢測電路的同步開關電路。其工作方式為在本斷路器靜態(tài)或動態(tài)時，即在三相對稱性負載工作前及起動工作后，都能保持與負載同步的開關動作，同時，當斷相故障出現(xiàn)時，又能保證故障信號順利通過。
同步三極管T1基極與二極管D10開關K2串聯(lián)接地；電阻R6、對稱運行指示二極管ED2、同步三極管T1集電極與二極管D15的接點與開關K2串聯(lián)，連接在電源與地線之間；電阻R7、非對稱運行指示二極管ED1、開關K2串聯(lián)，也連接在電源與地線之間，組成對稱/非對稱轉(zhuǎn)換開關電路。此開關電路為單相用電設備在本斷路器上使用而設計。其工作方式為當此開關撥至非對稱時(K1閉合)，非對稱運行指示二極管ED1亮，此刻無論是對稱性負載還是非對稱性負載在本斷路器中都可以使用。實際上是通過二極管D10、D15、開關K1、關閉了同步三極管T1的一切信號通路。切除了斷相信號在單相負載工作時在本斷路器中的影響。當此開關撥至對稱處時(K1打開)，對稱運行指示二極管ED2亮，表明三相對稱負載各種保護功能進入工作狀態(tài)。
互感器L4首端與二極管D7、電阻R12、三極管T5串聯(lián)連接，組成漏電信號檢測電路。當微弱漏電流產(chǎn)生時，互感器L4將有很強的感應信號輸出。使三極管T5飽和導通，產(chǎn)生的低電平信號直接進入R-S觸發(fā)器A3觸發(fā)端(9)。
圖3是圖1所示過壓、欠壓檢測，穩(wěn)壓電源電路，降壓電容CR1、電阻R0并接與整流橋Dz交流輸入端相接，連接在交流220V電壓之間。整流橋Dz輸出端分別與電阻R1、R2連接。電阻R2、二極管D14、過壓設定電位器W2、電阻R18串聯(lián)，構(gòu)成過壓、欠壓控制通路。過壓、欠壓是根據(jù)交流220V的變化大小而取得，在某個范圍內(nèi)，由電位器W2、調(diào)整過壓值、電阻R18固定欠壓值。當交流220V變化超過限定值時，為過壓或欠壓故障，通過電阻R18、電位器W2分別取出過壓、欠壓信號進入比較器A1、(3)、(5)端，為過壓、欠壓信號控制端。
圖4是圖1所示故障信號比較與觸發(fā)電路，信號比較電路采用四運放集成電路LM324，觸發(fā)電路采用雙時基電路NE566。電阻R22、R23、R24、R25、穩(wěn)壓二極管DW2、復位開關K2的接點與供電電阻R5相接，提供信號比較電路、觸發(fā)電路工作電壓。電阻R21、R15的接點與四比較器A1、(2)、(6)、(10)、(12)輸入端連接，建立四比較器參考電平，各路故障過壓、欠壓、過載、斷相信號與比較器控制端(1)、(3)、(5)、(13)分別連接，當其信號超過比較器參考電平時，比較器由截止狀態(tài)轉(zhuǎn)為導通狀態(tài)。輸出端(1)、(7)、(8)、(14)分別跨接二極管ED3、D11、D12、D13與觸發(fā)器A2、A3、(8)、(6)、(6)端連接，漏電信號經(jīng)三極管T5集電極與觸發(fā)器A3(8)端相接。當某故障信號經(jīng)比較器放大后進入各自的觸發(fā)器，其輸出端必有高電平信號出現(xiàn)，與其相連接的過壓、欠壓、過載、斷相指示二極管ED3、ED4、ED5、ED6、ED7必有其中之一亮，其陰極并接與電R27相接，向隔離控制電路提供控制信號電壓。觸發(fā)器A2、A3、(12)、(2)端為復位端，開關K2、電阻R26的接點與復位端連接，因電阻R26接地，觸發(fā)器復位端為低電平，靜態(tài)時輸出端保持低電平狀態(tài)，本觸發(fā)電路是按R-S觸發(fā)器方式工作的，只有低電平信號觸發(fā)有效，其邏輯功能為(1)R＝1、S＝1、Q＝0輸出為低電平；(2)R＝0、S＝0、Q＝1輸出為高電平；(3)R＝0、S＝1、Q＝0輸出保持低電平。開關K2是復位開關，其工作方式是當復位開關K2閉合時，R＝1、S＝1、Q＝0，當開關K2松開時，R＝0、S＝1輸出保持Q＝0低電平，當負脈沖信號S＝0觸發(fā)時，R＝0、S＝0、Q＝1輸出高平。在各路故障信號經(jīng)比較器A1產(chǎn)生的負脈沖信號觸發(fā)R-S觸發(fā)器時，輸出端有(Q＝1)高電平信號，觸發(fā)器A2、(12)、(2)、A3、(2)、(12)端通過電阻R26接地(R＝0)，相當于R＝0、S＝0、Q＝1，此高電平信號使相應的故障指示二極管顯示發(fā)光，表明電網(wǎng)故障所在，待故障排出后，按下復位按鈕K2，控制電路而被復位，使本電路又進入監(jiān)控狀態(tài)。
圖5是圖1所示隔離輸出控制電路。由故障指示二極管ED3、ED4、ED5、ED6、ED7的陰極并接一點與電阻R27、電容C8串聯(lián)接地。電阻R27、電容C8的接點與三極管T6相接，提供三極管T6基極電壓，集電極與光電偶合電路Ic相連接，經(jīng)電阻R4連接在電源與地線之間，Ic4腳與晶閘管SCR控制極相接，5腳與電阻Rc1、Rc2串聯(lián)相接，為晶閘管SCR觸發(fā)電路。電磁繼電器J與晶閘管SCR串聯(lián)，連接在交流220V電壓之間。電磁繼電器J動觸頭與機械開關DK連桿接觸，達到機、電聯(lián)動的工作方式。其工作原理是當故障信號經(jīng)R-S觸發(fā)器時，輸出高電平信號，使其相應的指示二極管顯示。同時，經(jīng)電阻R27，向三極管T6提供基極電壓，使其飽和導通，由工作電壓經(jīng)電阻R4使光電偶合電路Ic得電，觸發(fā)晶閘管SCR導通，電磁繼電器J瞬間吸合，動觸頭帶動機械連桿動作，切斷主電路，同時電磁繼電器失電。達到控制的目的。此刻故障指示二極管繼續(xù)發(fā)光顯示，表明故障部位，待故障排除后，按下復位按鈕K2，故障指示二極管熄滅，控制電路而被復位，方可進行啟動，反之無法啟動。
本全信號電子保護斷路器，是在已有絕緣殼體中設置了電子監(jiān)控電路與機械開關組合一體而成，增加對電網(wǎng)的保護范圍，改進了Dz系列自動保護開關機械固定式電流保護方法，使其更加安全、方便。
權(quán)利要求1.一種全信號電子保護斷路器，在絕緣殼體中，自動機械開關與三相電直接進行電連接，其特征在于四個電流互感器L1、L2、L3、L4分別穿入三相電源的相線上，再將相互絕緣的相線與中線合并穿入互感器L4中，將互感器L1、L2、L3、L4尾端并接一點接地，首端分別與二極管D1D4、D2D5、D3D6陽被并接，其中過載信號由二極管D1、D2、D3取出，二極管D1、D2、D3陰極并接分別與電位器W1、電阻R3連接，一路經(jīng)電阻R8與同步三極管T1基極相接，電阻R6、對稱運行指示二極管ED2、三極管T1與電源串聯(lián)連接，為同步開關電路，保證本開關電路在靜、動態(tài)時均能與負載工作同步，同時斷相信號工作電壓由此開關電路控制，另一路由電位器W1、二極管D9、電阻R16串聯(lián)與比較器(9)端相接，為過載信號第一通路；斷相信號由二極管D4、D5、D6、電阻R9、R10、R11分別與三極管T2、T3、T4基極連接，三極管T2、T3、T4串聯(lián)相接，組成或門電路與同步開關電路相接，同步三極管T1射極與三極管T2集電極相接，向二極管D8提供斷相工作電壓信號，經(jīng)電阻R13與比較器(13)端相接，為斷相信號第二通路。為使本電路適應各種特性負載，設置了對稱/非對稱轉(zhuǎn)換開關電路，開關K1、二極管D10、D15與同步三極管T1的集電極、基極相接。開關K1另一端接地端，當其閉合時，關閉了同步開關電路，切除了斷相信號在單相負載工作時的影響。電流互感器L4、二極管D7、電阻R12、三極管T5串聯(lián)相接與R-S觸發(fā)器A3、(8)端相連接，為漏電信號第三通路；過壓、欠壓故障信號，由交流220V通過電容CR1、電阻R0并接降壓，整流橋Dz整流輸出的脈動直流電，一路經(jīng)R1、穩(wěn)壓二極管DW1、電阻R5、R6、R7提供本電路的工作電源；另一路經(jīng)電阻R2、二極管D14分別取出，由電位器W2與比較器(3)端相接，為過壓信號控制第四通路；由電阻R18與比較器(5)端相接，為欠壓信號控制第五通路；由電阻R21、R15的接點與比較器A1、(2)、(6)、(10)、(12)端相接，連接在電源與地線之間，建立器比較器的參考電平，當各通路過壓、欠壓、過載、斷相、漏電故障分別與各自獨立的比較器(3)、(5)、(9)、(13)連接，輸出端與各自獨立R-S觸發(fā)器A2、A3觸發(fā)端(8)、(6)連接，采用負脈沖信號觸發(fā)形式工作的，當故障信號超過比較器的參考電平時，產(chǎn)生的負脈沖信號使觸發(fā)器輸出端由低電平轉(zhuǎn)為高電平，使其相對應連接的過壓、欠壓、過載、斷相、漏電指示二極管ED3、ED4、ED5、ED6、ED7顯示發(fā)光，其陰極并接與電阻R27相接，提供控制三極管T6基極電壓，使其飽和導通，與光電偶合電路Ic(4)腳相接，觸發(fā)晶閘管SCR導通，晶閘管SCR與電磁繼電器J串聯(lián)，連接在交流220V電壓之間，電磁繼電器J瞬間吸合，其動觸頭帶動機械開關DK連桿。切斷主電路，達到控制目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述全信號電子保護斷路器，其特征在于四個電流互感器L1、L2、L3、L4分別穿入三相電的相線上，再將相互絕緣的相線與中線合并穿入互感器L4中，將L1、L2、L3、L4尾端并接一點接地，首端分別與二極管D1D4、D2D5、D3D6、D7并接，分別對過載、斷相，漏電故障信號進行檢測。
3.根據(jù)權(quán)利1所述全信號電子保護斷路器，其特征在于對稱/非對稱轉(zhuǎn)換開關K1與非對稱運行指示二極管ED1、電阻R7串聯(lián)，連接在電源與地線之間；電阻R6、對稱運行指示二極管ED2、同步三極管T1集電極的接點與三極管T1基極分別跨接二極管D10、D15與對稱/非對稱開關K1相接，也連接在電源與地線之間，使本開關電路適用各種特性負載。
4.根據(jù)權(quán)利1、2、3所述全信號電子保護斷路器，其特征在于同步開關電路控制斷相信號工作電壓，電阻R6運行指示二極管ED2、同步開關三極管T1與三極管T2、T3、T4或門電路串聯(lián)，連接在電源與地線之間，由過載檢測電路經(jīng)電阻R8向同步三極管T1基極提供開關信號，使本電路在靜、動態(tài)時均能與負載工作同步。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述全信號電子保護斷路器，其特征在于降壓電容CR1、電阻R0并聯(lián)連接，與整流橋Dz串聯(lián)，連接在交流220V電壓之間，取代變壓器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述全信號電子保護斷路器，其特征在于電阻R21、R15的接點與四比較器輸入端(2)、(6)、(10)、(12)連接建立四比較器的參考電平，各故障信號與各自獨立的比較器控制端(3)、(5)、(9)、(13)連接，當故障信號超過其參考電平時，比較器由截止狀態(tài)轉(zhuǎn)為導通狀態(tài)，由輸出端(1)、(7)、(8)、(14)提供各故障觸發(fā)信號通路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述全信號電子保護斷路器，其特征在于觸發(fā)器采用兩塊集成電路NE556，按R-S觸發(fā)器方式工作的，復位開關K2與電阻R26串聯(lián)，連接在電源與地線之間，開關K2、電阻R26的接點與R-S的觸發(fā)器A2、A3、(12)復位端連接，電阻R22、R23、R24、R25分別與觸發(fā)器A2、A3觸發(fā)端(8)、(6)連接，提供觸發(fā)端高電平，當各自獨立的故障產(chǎn)生負脈沖信號進入R-S觸發(fā)器A2、A3、(8)、(6)端時，輸出端由低電平轉(zhuǎn)為高電平。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述全信號電子保護斷路器，其特征在于三極管T6集電極與光電偶合電路Ic(2)腳相接，(1)腳與電阻R4串聯(lián)，連接在電源與地之間，光電偶合電路Ic(4)腳與晶閘管SCR控制極連接，6腳與電阻Rc1、Rc2晶閘管SCR電磁繼電器J的接點，串聯(lián)連接，晶閘管SCR與電磁繼電器J串聯(lián)連接在交流220V電壓之間，為本開關光電隔離，無觸點控制電路。
專利摘要本實用新型公開一種在三相四線制供電系統(tǒng)中對故障監(jiān)測的全信號電子保護斷路器。在絕緣殼體中,自動機械開關與三相電直接進行電連接,增設了過壓、欠壓、過載、斷相、漏電檢測電路,電流設定、同步、對稱/非對稱開關電路,故障信號比較、顯示、觸發(fā)電路、隔離輸出控制電路與機械開關進行機械連接,當三相電路產(chǎn)生故障時,經(jīng)各故障信號通路,觸發(fā)控制電路,使電磁機構(gòu)與自動機械開關連桿聯(lián)動,切斷主電路,起到保護作用。
文檔編號H02H3/32GK2363412SQ97223319
公開日2000年2月9日 申請日期1997年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月27日
發(fā)明者呂德武 申請人:呂德武