專利名稱：一種帶相線切換功能的漏電保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的多功能漏電保護(hù)器。
背景技術(shù)：
在低壓配電網(wǎng)中，輸電線路一般采用三相四線制。在城市居民和農(nóng)網(wǎng)供電系統(tǒng)中，由于用電戶多為單相負(fù)荷或單相和三相負(fù)荷混用，并且負(fù)荷大小不同和用電時(shí)間的不同，所以必定會(huì)在電網(wǎng)三相之間必定存在不平衡電流。不平衡電流會(huì)增加線路和變壓器的電能損耗，降低變壓器的出力，容易造成三相電壓的不平衡。市場上的漏電保護(hù)器只具有漏電、過流、短路、過壓欠壓等基本保護(hù)功能。此類漏電保護(hù)器無法對(duì)相線之間進(jìn)行智能切換，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用時(shí)依舊存在上述的問題。并且現(xiàn)有的漏電保護(hù)器均采用電磁繼電器，這種機(jī)械觸點(diǎn)式開關(guān)在使用過程中會(huì)出現(xiàn)打火現(xiàn)象，長時(shí)間使用或者在惡劣環(huán)境下容易氧化，會(huì)導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作不能夠穩(wěn)定觸發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上存在的問題，本發(fā)明提供了一種新型的多功能漏電保護(hù)器，該新型漏電保護(hù)器不僅能實(shí)現(xiàn)基本的漏電、過流、短路、過壓欠壓等保護(hù)功能，還可以根據(jù)已有的各相線負(fù)載情況自動(dòng)進(jìn)行相線之間的切換，在一定程度上平衡三相之間的電流，使電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行，提聞供電質(zhì)量。一種帶相線切換功能的漏電保護(hù)器，包括電流互感器和三相電流檢測電路，電流互感器用于檢測漏電電流并輸出漏電信號(hào)，電流互感器輸出端連接放大電路，放大電路對(duì)所述漏電信號(hào)放大后輸入到單片機(jī)，所述電流檢測電路連接電流信號(hào)接收電路，三相電流信號(hào)接收電路將電流信號(hào)輸入單片機(jī)，電流信號(hào)接收電路用于接收三相電流信號(hào)，單片機(jī)的輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)連接在三相線中的開關(guān)，驅(qū)動(dòng)電路通過反饋電路連接到單片機(jī)的輸入端，反饋電路將驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入到單片機(jī)。所述的開關(guān)采用雙向晶閘管開關(guān)。所述驅(qū)動(dòng)電路包括與單片機(jī)輸出端連接的三極管，三極管連接光控雙向可控硅，光控雙向可控硅連接雙向晶閘管開關(guān)。所述雙向晶閘管開關(guān)連接由電阻R13、電容C2、壓敏電阻R14組成的保護(hù)電路。所述雙向晶閘管開關(guān)上連接有擊穿檢測電路，擊穿檢測電路連接到單片機(jī)的輸入端。所述擊穿檢測電路包括濾波電容，差分放大電路以及比較輸出電路。雙向晶閘管兩端壓降通過單向?qū)ǖ亩O管D2、D3輸入，然后經(jīng)過電阻R15、R16、R17、R18分壓后輸入到運(yùn)算放大器0P3、0P4。運(yùn)算放大器0P3、0P4組成差分放大電路,差分放大電路的輸出連接到比較器0P5正端。比較器0P5負(fù)端連接有偏置電阻R24、R25，比較器0P5輸出端連接發(fā)光二極管Dl。所述電流信號(hào)接收電路接收三相火線的電流，將電流值輸入到單片機(jī)內(nèi)，當(dāng)某相火線的電流超過設(shè)定值，而其他相的負(fù)載較輕時(shí)，即滿足了相線之間的切換條件，單片機(jī)輸出信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)開關(guān)斷開此相線，然后單片機(jī)再輸出信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路控制驅(qū)動(dòng)開關(guān)導(dǎo)通需要連接的相線。所述反饋電路將驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入到單片機(jī)，在單片機(jī)接收到驅(qū)動(dòng)信號(hào)確認(rèn)相線切斷后再導(dǎo)通需要連接的相線。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)
I.能夠根據(jù)三相之間的負(fù)載情況自動(dòng)進(jìn)行切換。以此來平衡三相之間的電流，減小了三相間電流不平衡所帶來的危害，使電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行，提高供電質(zhì)量。2.采用雙向晶閘管電子開關(guān)消除了機(jī)械式觸點(diǎn)開關(guān)的打火現(xiàn)象。由于沒有機(jī)械部件，能夠在高沖擊，振動(dòng)的環(huán)境下工作。同時(shí)電子開關(guān)靈敏度高，開關(guān)速度快，所需的驅(qū)動(dòng)功率非常小。3.由于電子開關(guān)中沒有線圈，因而減少了電磁干擾。在三相切換功能下，采用電子開關(guān)能有效地減小漏電保護(hù)器的體積，給安裝帶來了方便。


圖I為本發(fā)明的電路原理框圖。圖2為本發(fā)明具體組成及連接示意圖。圖3為本發(fā)明采用的電子開關(guān)的擊穿檢測電路。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明
一種帶相線切換功能的漏電保護(hù)器，其電路原理框圖如圖I所示，包括零序電流互感器I，放大電路2，單片機(jī)3，驅(qū)動(dòng)電路4，驅(qū)動(dòng)信號(hào)反饋電路5，擊穿檢測電路6，電流信號(hào)接收電路7及三相電流檢測電路8。漏電保護(hù)器的輸入端與三相電源的三條火線(L1、L2、L3)和零線N連接，輸出端則是根據(jù)負(fù)載情況自動(dòng)選定的某條火線及零線N?；鹁€LI的通斷由電子開關(guān)Kl決定，同理火線L2、L3上分別連接有電子開關(guān)K2、K3。被保護(hù)的三條相線和零線全部穿過環(huán)形鐵心，構(gòu)成零序電流互感器I的一次線圈，這樣無論哪條相線提供工作電源時(shí)，都只需要一個(gè)零序電流互感器就能進(jìn)行漏電的檢測。電流互感器I用于檢測漏電并輸出漏電信號(hào)。電流互感器I輸出端連接到放大電路2的輸入端,放大電路2對(duì)所述漏電信號(hào)進(jìn)行放大處理，并將此信號(hào)提供給單片機(jī)3。放大電路2輸出端連接到單片機(jī)3的輸入端。單片機(jī)3輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路4，三個(gè)電子開關(guān)在此控制信號(hào)下進(jìn)行通斷。要對(duì)相線之間進(jìn)行自動(dòng)切換，就必須預(yù)先獲得三相火線的電流信息，三相火線的電流信息先通過三相電流檢測電路8檢測，然后電流信號(hào)接收電路7接收三相電流檢測電路8檢測的三相各自的電流值，然后將電流值提供給單片機(jī)，電流信號(hào)接收電路7可以通過有線方式接收電流信號(hào)也可以通過無線方式接收。當(dāng)某相火線負(fù)載過重使得電流超過設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)首先對(duì)需要斷開的相線輸出相應(yīng)的低電平信號(hào)，即單片機(jī)先輸出信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)此相線上的開關(guān)斷開此相線，在確保該相線斷開之后，再輸出高電平觸發(fā)需要導(dǎo)通的相，即單片機(jī)再輸出信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路控制驅(qū)動(dòng)開關(guān)導(dǎo)通需要連接的相線。同時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)又通過反饋電路5輸入到單片機(jī)3，在相線進(jìn)行換相時(shí)必須確保原來的相線先切斷才能導(dǎo)通需要連接的相線，反饋電路5正是為單片機(jī)3提供當(dāng)前各相的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路4輸出的各相驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過反饋電路5輸入到單片機(jī)3，在單片機(jī)3接收到驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，確認(rèn)負(fù)載過重的相線已經(jīng)切斷后，再輸出控制信號(hào)導(dǎo)通需要連接的相線。如果采用先導(dǎo)通后關(guān)閉，將造成相線之間短路，后果十分嚴(yán)重。如圖2選取某一相線為例進(jìn)行說明，電流互感器G對(duì)導(dǎo)通相和零線間的漏電進(jìn)行監(jiān)測，如果有漏電情況，漏電流通過運(yùn)算放大電路OPl以及0P2放大后輸入到單片機(jī)，單片機(jī)就可以檢測到漏電流從而對(duì)電路進(jìn)行漏電保護(hù)。當(dāng)三相電流檢測電路8檢測到某一相的電流超過設(shè)定值，即此相上的負(fù)載過重，此時(shí)需要先斷開此相上的開關(guān)，再接通另外一相上的開關(guān)，即將負(fù)載接到另外一相上去，圖2中的雙向晶閘管K設(shè)為三相中需要導(dǎo)通相的電子開關(guān)，此處采用雙向晶閘管作為本發(fā)明的交流電子開關(guān)。單片機(jī)接收到三相電流檢測電路8檢測的電流值之后，判斷出需要轉(zhuǎn)相，單片機(jī)相應(yīng)IO 口輸出高電平驅(qū)動(dòng)三極管Q，光控雙向可控硅MOC是具有過零檢測功能的，三極管Q飽和導(dǎo)通時(shí)，光控雙向可控硅MOC的發(fā)光二級(jí)管端也隨之導(dǎo)通，光控雙向可控硅MOC的次級(jí)經(jīng)過電壓過零檢測后輸出觸發(fā)信號(hào)導(dǎo)通雙向晶閘管K雙向晶閘管。這樣就將用電進(jìn)行了轉(zhuǎn)相，從而將負(fù)載從原先過重的相上轉(zhuǎn)到了另外一相上。當(dāng)此相上的電流過載時(shí)，需要關(guān)斷某相電源，依據(jù)同理，單片機(jī)相應(yīng)IO 口輸出低電平，三極管Q基極失去觸發(fā)電流，三極管截止。光控雙向可控硅MOC也隨之截止，從而此相線上的雙向晶閘管關(guān)斷，切斷了此相電源。當(dāng)零序電流互感器檢測到的漏電信號(hào)超過設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)將自動(dòng)觸發(fā)中斷程序，于是單片機(jī)相應(yīng)IO 口輸出低電平截止三級(jí)管Q和光控雙向可控硅M0C，三個(gè)相線上的雙向晶閘管都將關(guān)斷，起到對(duì)用電的保護(hù)作用。電阻R13、電容C2組成RC緩沖電路以及壓敏電阻R14都能對(duì)雙向晶閘管進(jìn)行保護(hù)。RC緩沖電路的加入是為了抑制雙向晶閘管開關(guān)時(shí)的電壓電流上升率
(du/dt和di/dt)等參數(shù)，確保雙向晶閘管的安全開關(guān)。在改善器件開關(guān)軌跡的同時(shí)，RC緩沖電路能夠控制EMI，也減低電流和電壓壓力，從而降低開關(guān)損耗，最大限度地利用電子開關(guān)特性，充分發(fā)揮電子開關(guān)的效能。遭遇雷擊和在接通、斷開電感負(fù)載或大型負(fù)載時(shí)電路常常會(huì)產(chǎn)生很高的浪涌電壓，浪涌電壓會(huì)對(duì)電子開關(guān)造成損壞。這時(shí)壓敏電阻R14體現(xiàn)他的鉗位特性，能夠?qū)纂娺^電壓和操作過電壓進(jìn)行鉗位抑制，把過高的電壓拉低，讓后級(jí)電路工作在一個(gè)安全的范圍，從而對(duì)雙向晶閘管開關(guān)起到保護(hù)作用。由于雙向晶閘管在導(dǎo)通時(shí)約有I. 5V的導(dǎo)通壓降，所以利用擊穿檢測電路可以對(duì)雙向晶閘管的擊穿情況進(jìn)行檢測。如圖3，二極管D2、D3具有單向?qū)ㄐ?，雙向晶閘管兩端壓降通過單向?qū)ǖ亩O管D2、D3輸入，再通過分壓電阻R15、R16與R17、R18將雙向晶閘管的導(dǎo)通壓降分壓后輸入到運(yùn)算電路。濾波電容C2、C3起低通濾波作用，減少因電壓不穩(wěn)出現(xiàn)的誤觸發(fā)。兩個(gè)運(yùn)算放大器0P3、0P4組成差分放大電路，在正常情況下運(yùn)算放大器0P4輸出端的電壓在4V左右，此電壓輸入到比較器0P5輸入端的正端。然后通過比較器0P5與偏置電阻R24、R25的偏置電位進(jìn)行比較，比較器0P5輸出高電平，發(fā)光二級(jí)管Dl不亮。當(dāng)發(fā)生擊穿故障時(shí)，雙向晶閘管兩端呈現(xiàn) 直通狀態(tài)，使得導(dǎo)通壓降為零。此時(shí)通過差分放大電路后，運(yùn)算放大器0P4的輸出接近0V，再經(jīng)過比較器0P5比較作用，比較器0P5輸出低電平，發(fā)光二極管Dl點(diǎn)亮預(yù)示發(fā)生了擊穿故障。
權(quán)利要求
1.一種帶相線切換功能的漏電保護(hù)器，其特征在于包括電流互感器和電流檢測電路，電流互感器用于檢測漏電電流并輸出漏電信號(hào)，電流互感器輸出端連接放大電路，放大電路對(duì)所述漏電信號(hào)放大后輸入到單片機(jī)，所述電流檢測電路連接電流信號(hào)接收電路，電流信號(hào)接收電路將電流信號(hào)輸入單片機(jī)，電流信號(hào)接收電路用于接收三相電流信號(hào)，單片機(jī)的輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)連接在三相線中的開關(guān)，驅(qū)動(dòng)電路通過反饋電路連接到單片機(jī)的輸入端，反饋電路將驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入到單片機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種帶相線切換功能的漏電保護(hù)器，其特征在于所述的開關(guān)采用雙向晶閘管開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶相線切換功能的漏電保護(hù)器，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電路包括與單片機(jī)輸出端連接的三極管Q，三極管Q連接光控雙向可控硅，光控雙向可控硅連接雙向晶閘管開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶相線切換功能的漏電保護(hù)器，其特征在于所述雙向晶閘管開關(guān)連接由電阻R13、電容C2組成的緩沖保護(hù)電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種帶相線切換功能的漏電保護(hù)器，其特征在于所述雙向晶閘管開關(guān)上連接有壓敏電阻R14。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶相線切換功能的漏電保護(hù)器，其特征在于所述雙向晶閘管開關(guān)上連接有擊穿檢測電路，擊穿檢測電路連接到單片機(jī)的輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種帶相線切換功能的漏電保護(hù)器，其特征在于所述擊穿檢測電路包括濾波電容，差分放大電路以及比較輸出電路，雙向晶閘管兩端壓降通過單向?qū)ǖ亩O管D2、D3輸入，然后經(jīng)過電阻R15、R16、R17、R18分壓后輸入到運(yùn)算放大器0P3、0P4，運(yùn)算放大器0P3、0P4組成差分放大電路，差分放大電路的輸出連接到比較器0P5正端，比較器0P5負(fù)端連接有偏置電阻R24、R25，比較器0P5輸出端連接發(fā)光二極管Dl。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種帶相線切換功能的漏電保護(hù)器，其特征在于所述電流信號(hào)接收電路實(shí)時(shí)接收三相火線的電流，將電流值輸入到單片機(jī)內(nèi)，當(dāng)某相火線的電流超過設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)輸出信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)開關(guān)斷開此相線，然后單片機(jī)再輸出信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路控制驅(qū)動(dòng)開關(guān)導(dǎo)通需要連接的相線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種帶相線切換功能的漏電保護(hù)器，其特征在于所述反饋電路將驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入到單片機(jī)，在單片機(jī)接收到驅(qū)動(dòng)信號(hào)確認(rèn)相線切斷后再導(dǎo)通需要連接的相線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶相線切換功能的漏電保護(hù)器，包括電流互感器和三相電流檢測電路，電流互感器用于檢測漏電電流并輸出漏電信號(hào)，電流互感器輸出端連接放大電路，放大電路對(duì)所述漏電信號(hào)放大后輸入到單片機(jī)，電流檢測電路連接電流信號(hào)接收電路，三相電流信號(hào)接收電路將電流信號(hào)輸入單片機(jī)，電流信號(hào)接收電路用于接收三相電流信號(hào)，單片機(jī)的輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)連接在三相線中的開關(guān)，驅(qū)動(dòng)電路通過反饋電路連接到單片機(jī)的輸入端，反饋電路將驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入到單片機(jī)。本發(fā)明能夠根據(jù)三相之間負(fù)載情況自動(dòng)進(jìn)行切換，以此來平衡三相之間的電流，減小了三相間電流不平衡所帶來的危害，使電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行，提高供電質(zhì)量。
文檔編號(hào)H02H7/26GK102623947SQ20121008801
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者張吉富, 林生得, 王士綱, 金海 申請(qǐng)人:臨安億安電力電子科技有限公司