一種帶相線切換功能的漏電保護器的製作方法
2023-05-14 02:58:06
專利名稱：一種帶相線切換功能的漏電保護器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型的多功能漏電保護器。
背景技術：
在低壓配電網中，輸電線路一般採用三相四線制。在城市居民和農網供電系統中，由於用電戶多為單相負荷或單相和三相負荷混用，並且負荷大小不同和用電時間的不同，所以必定會在電網三相之間必定存在不平衡電流。不平衡電流會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。市場上的漏電保護器只具有漏電、過流、短路、過壓欠壓等基本保護功能。此類漏電保護器無法對相線之間進行智能切換，導致在實際應用時依舊存在上述的問題。並且現有的漏電保護器均採用電磁繼電器，這種機械觸點式開關在使用過程中會出現打火現象，長時間使用或者在惡劣環境下容易氧化，會導致保護動作不能夠穩定觸發。
發明內容
針對以上存在的問題，本發明提供了一種新型的多功能漏電保護器，該新型漏電保護器不僅能實現基本的漏電、過流、短路、過壓欠壓等保護功能，還可以根據已有的各相線負載情況自動進行相線之間的切換，在一定程度上平衡三相之間的電流，使電網平穩運行，提聞供電質量。一種帶相線切換功能的漏電保護器，包括電流互感器和三相電流檢測電路，電流互感器用於檢測漏電電流並輸出漏電信號，電流互感器輸出端連接放大電路，放大電路對所述漏電信號放大後輸入到單片機，所述電流檢測電路連接電流信號接收電路，三相電流信號接收電路將電流信號輸入單片機，電流信號接收電路用於接收三相電流信號，單片機的輸出端連接驅動電路，驅動電路驅動連接在三相線中的開關，驅動電路通過反饋電路連接到單片機的輸入端，反饋電路將驅動電路的驅動信號輸入到單片機。所述的開關採用雙向晶閘管開關。所述驅動電路包括與單片機輸出端連接的三極體，三極體連接光控雙向可控矽，光控雙向可控矽連接雙向晶閘管開關。所述雙向晶閘管開關連接由電阻R13、電容C2、壓敏電阻R14組成的保護電路。所述雙向晶閘管開關上連接有擊穿檢測電路，擊穿檢測電路連接到單片機的輸入端。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導通的二極體D2、D3輸入，然後經過電阻R15、R16、R17、R18分壓後輸入到運算放大器0P3、0P4。運算放大器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負端連接有偏置電阻R24、R25，比較器0P5輸出端連接發光二極體Dl。所述電流信號接收電路接收三相火線的電流，將電流值輸入到單片機內，當某相火線的電流超過設定值，而其他相的負載較輕時，即滿足了相線之間的切換條件，單片機輸出信號控制驅動電路，驅動電路驅動開關斷開此相線，然後單片機再輸出信號控制驅動電路，驅動電路控制驅動開關導通需要連接的相線。所述反饋電路將驅動電路的驅動信號輸入到單片機，在單片機接收到驅動信號確認相線切斷後再導通需要連接的相線。本發明相對於現有技術有以下優點
I.能夠根據三相之間的負載情況自動進行切換。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，使電網平穩運行，提高供電質量。2.採用雙向晶閘管電子開關消除了機械式觸點開關的打火現象。由於沒有機械部件，能夠在高衝擊，振動的環境下工作。同時電子開關靈敏度高，開關速度快，所需的驅動功率非常小。3.由於電子開關中沒有線圈，因而減少了電磁幹擾。在三相切換功能下，採用電子開關能有效地減小漏電保護器的體積，給安裝帶來了方便。
圖I為本發明的電路原理框圖。圖2為本發明具體組成及連接示意圖。圖3為本發明採用的電子開關的擊穿檢測電路。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的說明
一種帶相線切換功能的漏電保護器，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3，驅動電路4，驅動信號反饋電路5，擊穿檢測電路6，電流信號接收電路7及三相電流檢測電路8。漏電保護器的輸入端與三相電源的三條火線(L1、L2、L3)和零線N連接，輸出端則是根據負載情況自動選定的某條火線及零線N。火線LI的通斷由電子開關Kl決定，同理火線L2、L3上分別連接有電子開關K2、K3。被保護的三條相線和零線全部穿過環形鐵心，構成零序電流互感器I的一次線圈，這樣無論哪條相線提供工作電源時，都只需要一個零序電流互感器就能進行漏電的檢測。電流互感器I用於檢測漏電並輸出漏電信號。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對所述漏電信號進行放大處理，並將此信號提供給單片機3。放大電路2輸出端連接到單片機3的輸入端。單片機3輸出端連接驅動電路4，三個電子開關在此控制信號下進行通斷。要對相線之間進行自動切換，就必須預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，然後電流信號接收電路7接收三相電流檢測電路8檢測的三相各自的電流值，然後將電流值提供給單片機，電流信號接收電路7可以通過有線方式接收電流信號也可以通過無線方式接收。當某相火線負載過重使得電流超過設定值時，單片機首先對需要斷開的相線輸出相應的低電平信號，即單片機先輸出信號控制驅動電路，驅動電路驅動此相線上的開關斷開此相線，在確保該相線斷開之後，再輸出高電平觸發需要導通的相，即單片機再輸出信號控制驅動電路，驅動電路控制驅動開關導通需要連接的相線。同時驅動信號又通過反饋電路5輸入到單片機3，在相線進行換相時必須確保原來的相線先切斷才能導通需要連接的相線，反饋電路5正是為單片機3提供當前各相的驅動信號，驅動電路4輸出的各相驅動信號通過反饋電路5輸入到單片機3，在單片機3接收到驅動信號後，確認負載過重的相線已經切斷後，再輸出控制信號導通需要連接的相線。如果採用先導通後關閉，將造成相線之間短路，後果十分嚴重。如圖2選取某一相線為例進行說明，電流互感器G對導通相和零線間的漏電進行監測，如果有漏電情況，漏電流通過運算放大電路OPl以及0P2放大後輸入到單片機，單片機就可以檢測到漏電流從而對電路進行漏電保護。當三相電流檢測電路8檢測到某一相的電流超過設定值，即此相上的負載過重，此時需要先斷開此相上的開關，再接通另外一相上的開關，即將負載接到另外一相上去，圖2中的雙向晶閘管K設為三相中需要導通相的電子開關，此處採用雙向晶閘管作為本發明的交流電子開關。單片機接收到三相電流檢測電路8檢測的電流值之後，判斷出需要轉相，單片機相應IO 口輸出高電平驅動三極體Q，光控雙向可控矽MOC是具有過零檢測功能的，三極體Q飽和導通時，光控雙向可控矽MOC的發光二級管端也隨之導通，光控雙向可控矽MOC的次級經過電壓過零檢測後輸出觸發信號導通雙向晶閘管K雙向晶閘管。這樣就將用電進行了轉相，從而將負載從原先過重的相上轉到了另外一相上。當此相上的電流過載時，需要關斷某相電源，依據同理，單片機相應IO 口輸出低電平，三極體Q基極失去觸發電流，三極體截止。光控雙向可控矽MOC也隨之截止，從而此相線上的雙向晶閘管關斷，切斷了此相電源。當零序電流互感器檢測到的漏電信號超過設定值時，單片機將自動觸發中斷程序，於是單片機相應IO 口輸出低電平截止三級管Q和光控雙向可控矽M0C，三個相線上的雙向晶閘管都將關斷，起到對用電的保護作用。電阻R13、電容C2組成RC緩衝電路以及壓敏電阻R14都能對雙向晶閘管進行保護。RC緩衝電路的加入是為了抑制雙向晶閘管開關時的電壓電流上升率
(du/dt和di/dt)等參數，確保雙向晶閘管的安全開關。在改善器件開關軌跡的同時，RC緩衝電路能夠控制EMI，也減低電流和電壓壓力，從而降低開關損耗，最大限度地利用電子開關特性，充分發揮電子開關的效能。遭遇雷擊和在接通、斷開電感負載或大型負載時電路常常會產生很高的浪湧電壓，浪湧電壓會對電子開關造成損壞。這時壓敏電阻R14體現他的鉗位特性，能夠對雷電過電壓和操作過電壓進行鉗位抑制，把過高的電壓拉低，讓後級電路工作在一個安全的範圍，從而對雙向晶閘管開關起到保護作用。由於雙向晶閘管在導通時約有I. 5V的導通壓降，所以利用擊穿檢測電路可以對雙向晶閘管的擊穿情況進行檢測。如圖3，二極體D2、D3具有單向導通性，雙向晶閘管兩端壓降通過單向導通的二極體D2、D3輸入，再通過分壓電阻R15、R16與R17、R18將雙向晶閘管的導通壓降分壓後輸入到運算電路。濾波電容C2、C3起低通濾波作用，減少因電壓不穩出現的誤觸發。兩個運算放大器0P3、0P4組成差分放大電路，在正常情況下運算放大器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。然後通過比較器0P5與偏置電阻R24、R25的偏置電位進行比較，比較器0P5輸出高電平，發光二級管Dl不亮。當發生擊穿故障時，雙向晶閘管兩端呈現 直通狀態，使得導通壓降為零。此時通過差分放大電路後，運算放大器0P4的輸出接近0V，再經過比較器0P5比較作用，比較器0P5輸出低電平，發光二極體Dl點亮預示發生了擊穿故障。
權利要求
1.一種帶相線切換功能的漏電保護器，其特徵在於包括電流互感器和電流檢測電路，電流互感器用於檢測漏電電流並輸出漏電信號，電流互感器輸出端連接放大電路，放大電路對所述漏電信號放大後輸入到單片機，所述電流檢測電路連接電流信號接收電路，電流信號接收電路將電流信號輸入單片機，電流信號接收電路用於接收三相電流信號，單片機的輸出端連接驅動電路，驅動電路驅動連接在三相線中的開關，驅動電路通過反饋電路連接到單片機的輸入端，反饋電路將驅動電路的驅動信號輸入到單片機。
2.根據權利要求I所述的一種帶相線切換功能的漏電保護器，其特徵在於所述的開關採用雙向晶閘管開關。
3.根據權利要求2所述的一種帶相線切換功能的漏電保護器，其特徵在於所述驅動電路包括與單片機輸出端連接的三極體Q，三極體Q連接光控雙向可控矽，光控雙向可控矽連接雙向晶閘管開關。
4.根據權利要求3所述的一種帶相線切換功能的漏電保護器，其特徵在於所述雙向晶閘管開關連接由電阻R13、電容C2組成的緩衝保護電路。
5.根據權利要求4所述的一種帶相線切換功能的漏電保護器，其特徵在於所述雙向晶閘管開關上連接有壓敏電阻R14。
6.根據權利要求5所述的一種帶相線切換功能的漏電保護器，其特徵在於所述雙向晶閘管開關上連接有擊穿檢測電路，擊穿檢測電路連接到單片機的輸入端。
7.根據權利要求6所述的一種帶相線切換功能的漏電保護器，其特徵在於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導通的二極體D2、D3輸入，然後經過電阻R15、R16、R17、R18分壓後輸入到運算放大器0P3、0P4，運算放大器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負端連接有偏置電阻R24、R25，比較器0P5輸出端連接發光二極體Dl。
8.根據權利要求7所述的一種帶相線切換功能的漏電保護器，其特徵在於所述電流信號接收電路實時接收三相火線的電流，將電流值輸入到單片機內，當某相火線的電流超過設定值時，單片機輸出信號控制驅動電路，驅動電路驅動開關斷開此相線，然後單片機再輸出信號控制驅動電路，驅動電路控制驅動開關導通需要連接的相線。
9.根據權利要求8所述的一種帶相線切換功能的漏電保護器，其特徵在於所述反饋電路將驅動電路的驅動信號輸入到單片機，在單片機接收到驅動信號確認相線切斷後再導通需要連接的相線。
全文摘要
本發明公開了一種帶相線切換功能的漏電保護器，包括電流互感器和三相電流檢測電路，電流互感器用於檢測漏電電流並輸出漏電信號，電流互感器輸出端連接放大電路，放大電路對所述漏電信號放大後輸入到單片機，電流檢測電路連接電流信號接收電路，三相電流信號接收電路將電流信號輸入單片機，電流信號接收電路用於接收三相電流信號，單片機的輸出端連接驅動電路，驅動電路驅動連接在三相線中的開關，驅動電路通過反饋電路連接到單片機的輸入端，反饋電路將驅動電路的驅動信號輸入到單片機。本發明能夠根據三相之間負載情況自動進行切換，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，使電網平穩運行，提高供電質量。
文檔編號H02H7/26GK102623947SQ20121008801
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月29日 優先權日2012年3月29日
發明者張吉富, 林生得, 王士綱, 金海 申請人:臨安億安電力電子科技有限公司