單相供電淋浴用電熱水器無接地漏電保護電路的製作方法
2023-07-20 20:34:36 1
專利名稱：單相供電淋浴用電熱水器無接地漏電保護電路的製作方法
技術領域：
本發明屬於保護電路領域，更具體地說，涉及一種單相供電淋浴用電熱水器無接地漏電保護電路。
背景技術：
淋浴用電熱水器在使用過程中，如果出現漏電情況，將會直接導致用噴淋熱水帶電，由於環境潮溼，使用者很難在短期內脫離危險區域，最終導致觸電。為了防止以上情況的發生，淋浴用電熱水器一般都加裝漏電保護器，當出現漏電時，漏電保護器動作，切斷主電源，從而確保人身安全。目前，為了達到用電安全，人們也採取了一些漏電保護措施，其主要是加裝漏電保護器和採用防電牆技術。漏電保護器正常工作需要接地線，由於歷史原因，在農村或一些城市老舊居民區， 未鋪設地線，所以單相供電的電熱水器無法接入漏電保護器，存在漏電時，電熱水器同樣正常工作，因此使用者使用時存在嚴重的安全隱患。另外，漏電保護器是通過比較火線和零線的電流差來工作的，動作電流在30毫安，然而人的感知電流約為1毫安，擺脫電流約為16 毫安，最大安全電流為30毫安。因此，在農村以及城市老舊居民區，通常都需要重新敷設地線來確保漏電流在30毫安以下用電安全，改造成本較高。防電牆技術是利用了水本身所具有的電阻，通過對電熱水器內通水管材質的選擇 (絕緣材料)，管徑和距離的確定形成「隔電牆」。當電熱水器通電工作時，加熱內膽的水即使有電，也會在通過「隔電牆，，時被水本身的電阻衰減掉而達到將電隔離的目的，使熱水器進出水兩端達到幾乎為零的電壓和0. 25mA/kw以下的極微弱電流，然而由於我國幅員遼闊， 各地水質的差異懸殊，導致電熱水器的通水管道的材質選擇、管徑以及距離等等各不相同， 防電水平也是不相同的，仍存在用電安全隱患。如《電熱水器防電牆的安全性和合理性》， 鄭濤，家電科技，2009第22期及《三向防電牆技術及其應用》，諸永定、趙雪剛，中國標準化， 2009第12期。這些文章中對防電牆技術的原理給予了詳細的說明，也對其防電能力做了測試，但是，文章並未說明不同水質、管徑、材料等以及長時間的使用對放電水平的影響。綜上所述，人們在使用單相供電淋浴用電熱水器時仍然存在安全隱患。
發明內容
本發明要解決的技術問題
針對現有技術中單相供電的電熱水器無法檢測漏電的不足，本發明提供了一種單相供電淋浴用電熱水器無接地漏電保護電路，它可以有效進行漏電檢測，保護人身安全。技術方案
本發明的原理通過高靈敏度的電流互感器和電流-電壓轉換電路實時檢測電熱水器的漏電流並對其進行放大與轉換，經過精密整流電路將轉換後的電壓整流成直流信號並與預先設置好的基準信號比較，產生繼電器觸發信號，切斷主電路，保障用戶的用電安全。在
3故障消除後可復位保護器以使主電路恢復通電。
本發明的技術方案如下
單相供電淋浴用電熱水器無接地漏電保護電路，包括微弱電流檢測電路、微弱電流放大電路、精密整流電路和繼電器控制電路。 所述的微弱電流檢測電路包括工頻電流互感器和電阻Rl，所述工頻電流互感器和電阻Rl並聯後與微弱電流放大電路的兩輸入端連接，工頻電流互感器的一端接地；
所述的精密整流電路包括高頻二極體Dl和電容C2，高頻二極體Dl的陽極與微弱電流放大電路的輸出端連接，高頻二極體Dl的陰極與電容C2連接，電容C2的另一端接地。所述的繼電器控制電路包括滑動變阻器R11、運算放大器U3、復位開關Si、穩壓二極體D2、JK觸發器U4、電阻R10、開關管Tl、蜂鳴器、蜂鳴器暫斷開關S2和繼電器；運算放大器U3的反相端接精密整流電路中高頻二極體Dl的陰極，其同相端接在滑動變阻器Rll的公共端上，滑動變阻器Rll的兩端分別接地和電源；運算放大器U3的輸出端、復位開關Sl 和穩壓二極體D2的陰極共同接在JK觸發器U4的時鐘信號CK端，復位開關Sl的另一端接工作電源，穩壓二極體D2的陽極接地JK觸發器U4的J、K端共同接在電源上，JK觸發器 U4的Q端接在開關管Tl的柵極，開關管Tl的漏極通過電阻RlO接在電源上，開關管Tl的源極接在繼電器的控制引腳的一端，繼電器控制引腳的另一端接地，繼電器與電熱水器的主迴路連接；蜂鳴器與蜂鳴器暫斷開關S2串聯後與繼電器並聯。優選地，工頻電流互感器設置在電熱水器淋浴出水口。工頻電流互感器設置在電熱水器淋浴出水口可準確採集到漏電流。優選地，所述的微弱電流放大電路為增益可調電路。採用增益可調電路一方面可提高漏電流檢測的準確度；另一方面，可以擴大本發明的電路的使用範圍，例如在陰雨天氣，將增益調小，可降低誤動作率。優選地，所述的微弱電流放大電路為帶有調零電路的放大電路。帶有調零電路，可提高本發明的電路檢測漏電流的準確性。有益效果
相比於現有技術，本發明的優點在於
(1)本發明是基於無接地的漏電保護系統，系統工作時完全不需要有地線，解決了現有技術中額外需要地線來保護帶來的麻煩；
(2)本漏電保護系統採用的微弱電流放大電路是一種帶有調零電路的增益可調的微弱信號放大電路，極大的調高了漏電流檢測的準確度，另一方面，擴大了本發明的電路的使用範圍，使本系統在不同水質和外界環境下都能正常作業，誤動作率極低。
圖1為本發明的電路連接圖2為本發明的電路工作時的效果圖。圖中1、微弱電流檢測電路；2、微弱電流放大電路；3、精密整流電路；4、繼電器控制電路。
具體實施方式
如圖1所示，單相供電淋浴用電熱水器無接地漏電保護電路，它包括微弱電流檢測電路1、微弱電流放大電路2、精密整流電路3和繼電器控制電路4。微弱電流檢測電路1包括工頻電流互感器和電阻Rl，工頻電流互感器和電阻Rl並聯後與微弱電流放大電路2的兩輸入端連接，工頻電流互感器的一端接地。精密整流電路3包括高頻二極體Dl和電容C2，高頻二極體Dl的陽極與微弱電流放大電路2的輸出端連接，高頻二極體Dl的陰極與電容C2連接，電容C2的另一端接地。繼電器控制電路4包括滑動變阻器R11、運算放大器U3、復位開關Si、穩壓二極體 D2、JK觸發器U4、電阻R10、開關管Tl、蜂鳴器、蜂鳴器暫斷開關S2和繼電器；運算放大器U3 的反相端接精密整流電路3中高頻二極體Dl的陰極，同相端接在滑動變阻器Rll的公共端上，滑動變阻器Rll的兩端分別接地和電源；運算放大器U3的輸出端、復位開關Sl和穩壓二極體D2的陰極共同接在JK觸發器U4的時鐘信號CK端，復位開關Sl的另一端接工作電源，穩壓二極體D2的陽極接地JK觸發器U4的J、K端共同接在電源上，JK觸發器U4的Q 端接在開關管Tl的柵極，開關管Tl的漏極通過電阻RlO接在電源上，開關管Tl的源極接在繼電器的控制引腳的一端，繼電器控制引腳的另一端接地，繼電器與電熱水器的主迴路連接；蜂鳴器與蜂鳴器暫斷開關S2串聯後與繼電器並聯。實施例1
結合圖1，圖2連接保護電路，單相供電淋浴用電熱水器無接地漏電保護電路包括微弱電流檢測電路1、微弱電流放大電路2、精密整流電路3和繼電器控制電路4。微弱電流檢測電路1包括工頻電流互感器和電阻Rl，工頻電流互感器設置在電熱水器淋浴出水口。工頻電流互感器和電阻Rl並聯後與微弱電流放大電路2的兩輸入端連接，工頻電流互感器的一端接地。微弱電流放大電路2為帶有調零電路的增益可調的微弱信號放大電路。精密整流電路3包括高頻二極體Dl和電容C2，高頻二極體Dl的陽極與微弱電流放大電路2的輸出端連接，高頻二極體Dl的陰極與電容C2連接，電容C2的另一端接地。繼電器控制電路4包括滑動變阻器R11、運算放大器U3、復位開關Si、穩壓二極體 D2、JK觸發器U4、電阻R10、開關管Tl、蜂鳴器、蜂鳴器暫斷開關S2和繼電器；運算放大器U3 的反相端接精密整流電路3中高頻二極體Dl的陰極，同相端接在滑動變阻器Rll的公共端上，滑動變阻器Rll的兩端分別接地和電源；運算放大器U3的輸出端、復位開關Sl和穩壓二極體D2的陰極共同接在JK觸發器U4的時鐘信號CK端，復位開關Sl的另一端接工作電源，穩壓二極體D2的陽極接地JK觸發器U4的J、K端共同接在電源上，JK觸發器U4的Q 端接在開關管Tl的柵極，開關管Tl的漏極通過電阻RlO接在電源上，開關管Tl的源極接在繼電器的控制引腳的一端，繼電器控制引腳的另一端接地，繼電器與電熱水器的主迴路連接；蜂鳴器與蜂鳴器暫斷開關S2串聯後與繼電器並聯。其中，微弱電流放大電路2和繼電器控制電路4的運算放大器均採用LM358運算放大器，高頻二極體Dl採用的是1N4148高速開關二極體，穩壓管D2採用的是1N4733，JK 觸發器U4採用的是74LS112，開關管Tl用的是IRF830，電阻Rl=IOKQ, R10=51 Ω，Rll為 100ΚΩ可調電位器。C2為4. 7uf電解電容，繼電器型號為HRS4H-S-DC5V。將本發明的保護電路中的工頻電流互感器封裝在熱水器內部淋浴出水口處，微弱電流檢測電路檢測到出水中的漏電流，並將電流信號傳至帶調零電路的微弱電流放大電路及精密整流電路進行放大並整流成直流信號，該直流信號經過處理後產生觸發脈衝信號，觸發脈衝信號的上升沿觸發JK觸發器U4電路，JK觸發器U4電路輸出高電平並鎖存該狀態，高電平經隔離驅動後觸發繼電器，切斷電熱水器主迴路並啟動蜂鳴器告警。該狀態僅在啟動JK觸發器U4電路復位電路後消除。電熱水器主電路恢復通電。
以上對本發明所提供的一種淋浴用大功率電熱水器無接地漏電保護系統進行了詳細介紹，以上實施例說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.單相供電淋浴用電熱水器無接地漏電保護電路，其特徵在於它包括微弱電流檢測電路(1)、微弱電流放大電路(2 )、精密整流電路(3 )和繼電器控制電路(4 )；所述的微弱電流檢測電路(1)包括工頻電流互感器和電阻Rl，所述工頻電流互感器和電阻Rl並聯後與微弱電流放大電路(2)的兩輸入端連接，工頻電流互感器的一端接地；所述的精密整流電路(3)包括高頻二極體Dl和電容C2，高頻二極體Dl的陽極與微弱電流放大電路(2)的輸出端連接，高頻二極體Dl的陰極與電容C2連接，電容C2的另一端接地；所述的繼電器控制電路(4)包括滑動變阻器R11、運算放大器U3、復位開關Si、穩壓二極體D2、JK觸發器U4、電阻R10、開關管Tl、蜂鳴器、蜂鳴器暫斷開關S2和繼電器；運算放大器U3的反相端接所述精密整流電路(3)中高頻二極體Dl的陰極，其同相端接在滑動變阻器Rll的公共端上，滑動變阻器Rll的兩端分別接地和電源；運算放大器U3的輸出端、復位開關Sl和穩壓二極體D2的陰極共同接在JK觸發器U4的時鐘信號CK端，復位開關Sl的另一端接工作電源，穩壓二極體D2的陽極接地；JK觸發器U4的J、K端共同接在電源上，JK觸發器U4的Q端接在開關管Tl的柵極，開關管Tl的漏極通過電阻RlO接在電源上，開關管Tl的源極接在繼電器的控制引腳的一端，繼電器控制引腳的另一端接地，繼電器與電熱水器的主迴路連接；蜂鳴器與蜂鳴器暫斷開關S2串聯後與繼電器並聯。
2.根據權利要求1所述的單相供電淋浴用電熱水器無接地漏電保護電路，其特徵在於所述工頻電流互感器設置在電熱水器淋浴出水口。
3.根據權利要求1或2所述的單相供電淋浴用電熱水器無接地漏電保護電路，其特徵在於所述的微弱電流放大電路(2)為增益可調電路。
4.根據權利要求3所述的單相供電淋浴用電熱水器無接地漏電保護電路，其特徵在於所述的微弱電流放大電路(2)為帶有調零電路的放大電路。
全文摘要
本發明屬於保護電路領域，公開了一種單相供電淋浴用電熱水器無接地漏電保護電路。它包括微弱電流檢測電路、微弱電流放大電路、精密整流電路和繼電器控制電路。所述的微弱電流檢測電路包括工頻電流互感器和電阻R1，所述工頻電流互感器和電阻R1並聯後與微弱電流放大電路的兩輸入端連接，工頻電流互感器的一端接地。所述的微弱電流放大電路為帶有調零電路的放大電路。本發明的保護電路可以有效進行漏電檢測，保護人身安全且準確性高。
文檔編號H02H3/32GK102570383SQ201210021649
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月31日 優先權日2012年1月31日
發明者丁鑫龍, 侯慶蛟, 馮德仁, 李小龍, 馬麗華 申請人:安徽工業大學