用電保安器的製作方法
2023-07-03 04:23:36
專利名稱：用電保安器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及現有用電保安裝置的改進。
現有電子型用電保安器一般僅有漏(觸)電保護的單一功能，有必要增加限電(自動限定用戶用電量)，過流保護和短路保護(負載短路自動跳閘，相當於「電子保險絲」)功能。現有用電保安器一般使用繼電器、脫扣器、接觸器等有觸點執行元件，若使用無觸點執行元件可控矽可縮小保安器的體積並提高保安器的性能。現有用電保安器一般為被動型，當電器設備外殼碰及火線或外殼對火線嚴重漏電時，如果外殼沒有接地，現有保安器並不能主動切斷電源，只有當人觸及帶電外殼遭到電擊，有較大觸電電流經入體入地後，保安器才能切斷電源，因目前一般單相民用供電系統僅有一根火線和一根零線，並無地線，故在這種情況下被動型保安器還不能起到理想的保安作用。另外，在某些場合，還要求用電保安器有「斷電保護」功能，即當電網瞬間斷電或停電後又來電，要求由人按動按鈕後才能恢復供電(如冰箱斷電後馬上啟動會嚴重影響壓縮機的壽命)，現有保安器一般也不具備此功能。
本實用新型的目的是提出具有限電，過流、短路保護功能的限流型保安器，使用可控矽作為執行元件的無觸點保安器，電器外殼漏電時能主動切斷火線的主動型保安器，斷電後需由人按動按鈕才能恢復供電的斷電保護型保安器及以上幾種保安器的組合。此外還提出了防爆型保安器和保安插頭的結構。新型保安器的設計參照了IEC755號文件、GB6829-86國標及JISC8371日本工業標準。
以下結合附圖並對照現有技術說明限流型保安器的結構。圖1為現有電子式保安器的方框圖，圖2為現有電子式保安器的基本結構，圖3為新型電子式限流型保安器的方框圖，圖4為新型電子式限流型保安器的基本結構。在圖1-4中，A為零序電流互感器，用以檢出漏(觸)電信號(及過流信號)，1、2為A的初級線圈，3為A的次級線圈。B為信號處理電路，用以將A檢出的漏(觸)電信號(及過流信號)加以判別、處理，當漏(觸)電信號(及過流信號)超過定值後即驅動執行機構C動作切斷電源。C為執行機構，如繼電器，脫扣器等，也可以是接觸器、空氣開關等，還可以是下文述及的無觸點執行元件可控矽E。D為過流檢測電路，4為電阻，5為C的常閉(或常開)觸點。
圖4中A的初級線圈2和電阻4構成了一種最簡單的過流檢測電路D，在圖4中，2的一端①與A的次級線圈3的一端④(及B的公共端)相接，另一端②與電阻4的一端相接，4的另一端與3的另一端③相接。當2中有負載電流
流過時，2上的電壓經4分壓後，在3兩端就有一壓降2，由於
愈大，2就愈大，故當
達到一定值時，由B輸出的信號就可使C的觸點5動作切斷電源。以下結合實施例進一步說明限流型保安器的結構和工作過程。
圖5為圖3、4的實施例之一，在圖5中，1、2、3為零序電流互感器，4、9、10、13、17、28為電阻，5、8、11、16、22、26為電容，6、7、14、15、24、25為二極體，23為穩壓管，12、18、19為電晶體，21為繼電器，29為21的常閉觸點，27為試驗按鈕，20為復位按鈕。當有漏(觸)電電流
時，②兩端就有漏(觸)電信號1，1經8耦合到12進行放大，放大後的交流信號經11耦合到14、15、16整流濾波後加到由18、19組成的模擬可控矽，由於
愈大，1就愈大，故當
達到保安器額定漏電動作電流時，18、19就會導通使21得電，29打開切斷電源。由18、19構成的模擬可控矽可用普通單向可控矽代替。在圖5中，單管(12)放大器、整流濾波電路(14、15、16)模擬可控矽(18、19)等組成了信號處理電路B，繼電器21就是執行元件C。
圖6為圖3、4的另一實施例，在圖6中，1、2、3為零序電流互感器，4、9、10、13、14、19、27、29、31為電阻，5、8、17、18、21、26為電容，6、7、15、16、28為二極體，20為穩壓管，11、12為電晶體，22為可控矽，25為繼電器，32、33為25的常閉觸點，30為試驗按鈕，23為復位按鈕，24為指示燈。圖6與圖5的區別在於圖6中由11、12組成的雙管負反饋放大代替了圖5的單管(12)放大；圖6的繼電器25接於高電位，可省去降壓電容；圖6的繼電器25有兩組常閉接點32、33，安裝時不必區分火線與零線，適用於可移動的插座型及插頭型保安器；圖6的繼電器25串入了一隻指示燈泡24，除了作指示用外，由於燈泡的冷態電阻小於熱態電阻，可以提高25的動作可靠性和分斷能力。
限流型保安器的信號處理電路B可有多種結構，圖7就是一個簡單的實施例，在圖7中，1、2、3為零序電流互感器，4、6、7、9、17為電阻，5、13為電容，8、14為二極體，12為可控矽，11為復位按鈕，10為繼電器，15、16為10的常閉觸點，18為檢測按鈕。圖7電路因沒有放大作用，靈敏度和抗幹擾能力都不如圖5和圖6的電路。
在A的初級線圈阻抗較小，放大電路靈敏度較低或需要較小的限電電流值時，可以在2上串入一電感或電阻，這樣由同樣的負載電流可以在3兩端得到較高的過流信號電壓。
以下結合
無觸點保安器，主動型保安器，斷電保護型保安器的結構。
圖8為無觸點保安器的方框圖，圖9為無觸點保安器的基本結構，在圖8、9中，A為零序電流互感器A，B為信號處理電路，D為過流檢測電路(可省去)，E為雙向可控矽。當沒有漏(觸)電信號或過流信號時，B的輸出使E導通，對負載正常供電，當漏(觸)電或過流信號達到額定值後，B的輸出使E關斷，切斷電源。
圖10、11為主動型保安器的基本結構，在圖10、11中，1、2、3為零序電流互感器A，B為信號處理電路，C為有觸點執行元件，4、6為電阻，5為C的常開觸點(圖10)或雙向可控矽E(圖11)。圖中由電阻6和「地」輸出端構成外殼漏電檢測電路。66的一端與零線輸入端相接，另一端與接至電器外殼的「地」輸出端相接。安裝保安器時，將「地」端與電器外殼相接，一旦電器外殼與火線嚴重漏電或相碰時，就有一不平衡電流經電阻6流經零序電流互感器，這一電流若超過保安器的額定漏電動作電流，即使無人觸及電器外殼，保安器也會主動將火線切斷。
圖12-14為「斷電保護型」保安器的基本結構，在圖12中，1、2、3為零序電流互感器A，B為信號處理電路，C為執行元件，4為C的常開觸點，5為啟動(復位)按鈕，6為外殼漏電檢測電阻(可省去)。圖12接通電源後不能自行啟動，須按下5後電源才能經①②端對B、C供電，4吸合後取代5使電源經4和①②端對B、C供電並維持4的吸合狀態。若有漏(觸)電發生，C釋放使4打開切斷電源，若遇瞬時斷電或停電，C也釋放。在以上兩種情況下，斷電後若不按動5負載就不能得電，上述功能也可稱為「斷電記憶」功能。「斷電保護型」保安器當對冰箱供電時，可防止冰箱由於瞬間斷電後再行啟動而損壞壓縮機，可兼作冰箱保安器使用。在圖13中，1、2、3為零序電流互感器A，B為信號處理電路，4為雙向可控矽，5為啟動(復位)按鈕，6為電阻，7為快速熔斷器。在圖14中，1、2、3為零序電流互感器A，B為信號處理電路，C為執行元件，4、6為C的常開觸點，5、7為(雙連)啟動(復位)按鈕。圖13、14的工作過程和圖12相似，區別在於，圖13為無觸點保安器，圖14由於使用了有二組觸點的執行元件和雙連按鈕，不必再區分火線和零線。在圖12、13中，若將虛線中電阻接入，則成為主動型保安器。
以下結合幾個實施例進一步說明無觸點保安器，主動型保安器和斷電保護型保安器的結構和工作過程。圖15為無觸點限流型(主動型)保安器的一個實施例，在圖15中，在圖15中，1、2、3為零序電流互感器，4、9、12、13、15、19、22、28、33為電阻，5、8、14、18、23、27為電容，10、11為電晶體，20為可控矽，6、7、16、17、25、26為二極體，24為穩壓管，21為復位按鈕，32為試驗按鈕，29為快速熔斷器，30為雙向可控矽，31為發光二極體(兼作指示用)，31也可用二極體或電阻代替。當漏(觸)電信號或過流信號較小時，可控矽20不導通，正電源通過22、31加到雙向可控矽30的控制極，使30導通，對負載供電，當漏(觸)電信號或過流信號達到額定值後，可控矽20導通，由於20導通後的壓降很小，經31分壓後不足以使30導通，於是30關斷，將火線切斷。虛線聯接的電阻33接入後則成為主動型保安器，當電器外殼對火線漏電時，不平衡電流經33流經零序電流互感器，同樣可使20導通，30關斷切斷火線。
圖16為圖12(主動型)斷電保護型保安器的一個實施例，在圖16中，1、2、3為零序電流互感器，8、10、11、16、24、25為電阻，4、7、12、15、19、23為電容，5、6、13、14、21、22為二極體，9為電晶體，17為可控矽，18為繼電器，27為18的常開觸點，20為穩壓管，28為試驗按鈕，26為啟動(復位)按鈕。當無漏(觸)電信號時，若按動26，電源通過26對保安器供電，18吸合，27閉合對負載供電並代替了26自保，當漏(觸)電電流達到額定值後，17導通，18失電釋放，27打開將火線切斷。當突然斷電時，18失電釋放使27打開，這時即使再來電，因27斷開，保安器沒有供電電源，18無法吸合，不按動26負載就不能得電，完成了「斷電保護」功能。虛線聯接的電阻25接入後則成為主動型保安器，當電器外殼對火線漏電時，不平衡電流經25流經零序電流互感器，使17導通，18失電釋放、27打開將火線切斷。這種保安器用於家庭時，不僅可起到漏(觸)電保安作用，而且可對電冰箱起到保護作用，還可當冰箱等電器外殼漏電時主動將火線切斷。
圖17為圖13無觸點(主動型)斷電保護型保安器的一個實施例，在圖17中，1、2、3為零序電流互感器，4、7、12、15、20、24為電容，8、10、11、16、19、26、29為電阻，5、6、13、14、22、23為二極體，32為發光二極體，9、17、18為電晶體，21為穩壓管，25為試驗按鈕，31為啟動(復位)按鈕，30為雙向可控矽，27、28為快速熔斷器。圖18為圖14(主動型)斷電保護型保安器的一個實施例，在圖18中，1、2、3為零序電流互感器，4、15、18為電容，5、6、9、16、17為二極體，7、8、10、19為電阻，11、12為電晶體，13為繼電器，14為穩壓管，20為試驗按鈕，21、22為熔斷器，23、24為(雙連)啟動(復位)按鈕，25、26為13的常開觸點，圖17、18的工作過程和圖16相似。
以上新型保安器均繪成單相的，只需將零序電流互感器和執行元件換成三相的就構成了三相保安器。
三相電路一般功率較大，有時需加入中間繼電器之類的中間執行元件，可控矽很適於作為這類執行元件，如在圖15中，若用雙向可控矽30控制一隻有觸點執行元件如交流接觸器的線圈，就成為一種用無觸點元件可控矽作為中間執行元件，用有觸點元件(如接觸器)作為主執行元件的混合型保安器，這時圖15的保安器實際上是一隻無觸點漏電繼電器。圖19就是混合型保安器的一個實施例，在圖19中，1、2、3、4、5為三相零序電流互感器A，10、13、14、15、20、24、31、32、33為電阻，6、9、16、19、25、29為電容，11、12、21、22為電晶體，7、8、17、18、27、28、39為二極體，26為穩壓管，38為雙向可控矽，37為交流接觸器，34、35、36為37的常開觸點，30為試驗按鈕，23為復位按鈕。圖19電路與圖15相似，只是用由21、22組成的模擬可控矽代替了圖15中的可控矽20，用三相零序電流互感器代替了單相零序電流互感器。
如果將有觸點執行元件C作為中間繼電器，將三隻雙向可控矽作為主執行元件，就構成了另一類型的混合型保安器，圖20就是這一類型保安器的一個實施例，在圖20中1、2、3、4、5為零序電流互感器A，10、12、13、18、27、28、35、38、41、42為電阻，7、8、15、16、24、25為二極體，23為穩壓管，6、9、14、17、22、26為電容，11為電晶體，19為可控矽，30、31、32為快速熔斷器，20為復位按鈕，29為試驗按鈕，33、36、39為雙向可控矽，21為繼電器，34、37、40為21的常閉觸點。在正常情況下，19是關斷的，21不動作，常閉觸點34、37、40使雙向可控矽33、36、39導通對負載供電，一旦有漏(觸)電或過流信號，19導通使21動作，34、37、40分斷使33、36、39關斷切斷電源。
在圖15、17、20中，若將試驗按鈕和啟動(復位)按鈕換成用永久磁鐵控制的幹簧管開關(圖21為幹簧管開關的一種結構，在圖21中，1為永久磁鐵兼作按鈕，2為彈簧，3為幹簧管，4為開關外殼，5為塑料支架)。或其他的防爆型開關，(在圖20中還要將繼電器換成幹簧繼電器或其他的防爆型繼電器)，則成為防爆型保安器。
新型保安器的信號處理電路B很容易集成化，如將放大器，模擬可控矽及二極體、電阻等集成在一塊矽片上並加上幾隻外接元件就成為本實用新型的一個較理想的實施例。如利用成品集成塊，可用一塊雙運放或四運放中的一隻運算放大器接成比例放大器，另一隻接成施密特觸發器，再加上幾隻外接元件就成為本實用新型另一集成化的實施例。
顯然構成信號處理電路B的方案還有許多，B可由分立元件組成，也可以集成化，不必要，也不可能一一舉出。
以上新型保安器的實施例都是「手動復位」型(即保安器自動斷電後須按動啟動或復位按鈕才能恢復供電)，這是目前最廣泛應用的復位方式。根據需要也很容易改為「自復位」型(即保安器自動斷電後一段時間會自動接通恢復供電，這只需在B的放大整流濾波電路後增加一級施密特電路和一級單穩延時電路即可)，雖然自復位成功率較高，但如果故障未排除或觸電者未脫離電源，自動恢復送電可能會使事故擴大。
最後說明使用方便的保安插頭的結構。保安插頭的結構示意圖見圖22，在圖22中，1為外殼，2為插頭，3為引出線接線柱或螺釘，4為安裝板，保安插頭的元件就裝在安裝板上。保安插頭的具體電路可選用附圖6、7的電路，也可用其他的保安器電路。保安插頭適用於電扇、冰箱、電機等容易發生漏(觸)電事故的電器。
新型用電保安器系列產品可以廣泛用於家庭及工農業生產中，是現有漏電保安器，漏電開關，保險絲、過電流繼電器等用電保安裝置的換代產品，新型保安器還可取代目前廣泛使用的各種單相、三相開關。(這時啟動或復位按鈕為「開」按鈕，試驗按鈕為「關」按鈕)，除了具有「開」、「關」功能外，還有防止觸(漏)電，防過流、短路等功能。
權利要求1.由零序電流互感器A、信號處理電路B及執行元件O或E構成的電子式限流型用電保安器，其特徵是它還有檢測過流信號的過流檢測電路D。
2.由權利要求1所述的用電保安器，其特徵是它的過流檢測電路D可由A的初級線圈2及與它相接的電阻4構成，如需提高過流信號輸出電壓，可在2上串入一電感或電阻。
3.由零序電流互感器A，信號處理電路B，過流檢測電路D(可省去)，執行元件E構成的無觸點用電保安器，其特徵是它的執行元件E為無觸點元件可控矽。
4.由零序電流互感器A，信號處理電路B，過流檢測電路D(可省去)，執行元件C或E構成的主動型用電保安器，其特徵是它還有一端與零線輸入端相接，另一端與接至電器外殼的「地」輸出端相接的外殼漏電檢測電阻6。
5.由零序電流互感器A，信號處理電路B，外殼漏電檢測電阻6(可省去)，執行元件C或E構成的斷電保護型用電保安器，其特徵是它的執行元件C的觸點4的一端或執行元件可控矽(E)的陽極與A的初級線圈2的一端相接，觸點4的另一端或可控矽(E)的陰極與A的次級線圈3的一端、火線輸出端及B(公共端)相接，它的啟動(復位)按鈕5(及7)與觸點4(及6)或可控矽(E)相併聯。
6.由零序電流互感器A、信號處理電路B、過流檢測電路D(可省去)、中間執行元件、主執行元件構成的混合型用電保安器，其特徵是它的中間執行元件為可控矽E，主執行元件為有觸點執行元件。
7.由零序電流互感器A、信號處理電路B、過流檢測電路D(可省去)、中間執行元件、主執行元件構成的混合型用電保安器，其特徵是它的中間執行元件為有觸點執行元件C，主執行元件為無觸點元件雙向可控矽。
8.由零序電流互感器A、信號處理電路B、過流檢測電路D(可省去)、主執行元件E構成的防爆型用電保安器，其特徵是它的主執行元件E為雙向可控矽，試驗按鈕、啟動(復位)按鈕為用永久磁鐵控制的幹簧管等防爆型開關，中間執行元件(如有的話)為幹簧繼電器等防爆型繼電器。
9.一種漏電保安扦頭，其特徵是它由外殼1、扦頭2、引出線接線柱3、安裝保安電路元件的安裝板4構成。
10.由權利要求1、3、4、5、8、9所述的用電保安器系列產品，其特徵是；如需將單相保安器改為三相保安器，只需將零序電流互感器和執行元件換成三相的。
專利摘要本實用新型提出的用電保安器除了有漏(觸)電保安功能外，還可以增加限電和過流保護功能，主動型漏電保安功能，斷電保護功能，本實用新型還提出了無觸點保安器的方案，可以提高保安器的性能，縮小保安器的體積並適於製成防爆型保安器。本實用新型提出的保安器可製成單相或三相的，可以廣泛用於家庭及工農業生產中，是現有各種用電保安裝置及各種開關的換代產品。本實用新型還提出了防爆型保安器和保安插頭的技術方案。
文檔編號H02H3/32GK2049031SQ88201219
公開日1989年12月6日 申請日期1988年2月7日 優先權日1988年2月7日
發明者陶小京, 陶小慈 申請人:陶小京