專利名稱：漏電保安器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開的電路適合于用來構(gòu)成結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高的漏電保安器，屬于由不平衡電流作用的保護開關(guān)。
利用可控硅元件的特性構(gòu)成的漏電保安器具有電路簡單的特點。在已有技術(shù)中，這種保安器的典型電路都包括零序電流互感器、可控硅元件(SCR)和繼電開關(guān)這三種器件。零序電流互感器作為漏電探測元件，可控硅作為控制元件，繼電開關(guān)用于切換受保護的用電器。其中可控硅由上述零序電流互感器副邊繞組觸發(fā)，繼電開關(guān)受可控硅的控制。在已有技術(shù)中，為了進一步簡化電路，用零序電流互感器副邊輸出直接觸發(fā)可控硅元件。
四川《電子報》1987年第28期(7月12日出版)第四版發(fā)表了《一種結(jié)構(gòu)簡單性能可靠的觸電保安器》一文，所介紹的保安器便具有上述全部特征。
由于零序電流互感器只能輸出微弱信號，往往達不到可控硅的門極觸發(fā)電壓和/或電流域值。為了實現(xiàn)直接觸發(fā)，已有技術(shù)采取兩個技術(shù)措施一是通過采用高導(dǎo)磁率材料制做零序電流互感器的磁芯或者增大磁芯截面，來提高零序電流互感器的靈敏度，增大它的輸出功率;二是選用觸發(fā)靈敏度較高(觸發(fā)電壓較低、觸發(fā)電流較小)的可控硅元件或者高靈敏的特殊器件作為控制元件，以適應(yīng)互感器輸出的微弱信號。例如上述對比文獻就是采用大截面磁芯和高靈敏度可控硅來解決這一問題的，該文要求必須采用觸發(fā)電流小于0.1毫安的可控硅元件。市售HG-BA系列觸電保安器(“三利”商標，國營漢光機械廠生產(chǎn))則采用了高導(dǎo)磁率的坡莫合金磁芯制做零序電流互感器，并且采用了高觸發(fā)靈敏度的特殊器件(其中的S1和S2)。
已有技術(shù)的解決方案因為要求采用高導(dǎo)磁率或者大截面的磁芯，并配合高觸發(fā)靈敏度的可控硅(例如上面引用的對比文獻)或者特殊器件(例如HG-BA系列觸電保安器)，顯然會導(dǎo)致元器件易得性差、篩選率較低并且保安器體積難以減小。
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種允許采用小截面普通磁芯制做零序電流互感器，允許采用一般可控硅元件(SCR)作為控制元件的漏電保安器電路。
本發(fā)明利用疊加和諧振的方法實現(xiàn)了上述任務(wù)。所構(gòu)成的漏電保安器電路可以概括地敘述如下由零序電流互感器、可控硅元件(SCR)和繼電開關(guān)構(gòu)成的漏電保安器電路，其中的可控硅元件由所說的互感器副邊觸發(fā)，繼電開關(guān)受所說的可控硅元件控制，本發(fā)明的特征是所說的零序電流互感器的副邊繞組與一個可調(diào)直流電壓源串聯(lián)后再接到可控硅元件的門極和陰極之間，在該零序電流互感器副邊繞組上還并聯(lián)有一個諧振電容器，該電容器同所說的零序電流互感器副邊繞組諧振于受控用電器的工作電壓的頻率。
造成互感器副邊不能直接觸發(fā)普通可控硅的主要原因是可控硅門極阻抗較小，要求觸發(fā)信號能提供足夠的觸發(fā)電流，并且有0.7伏左右的觸發(fā)電壓域值。而互感器副邊內(nèi)阻很大，不能與可控硅門極阻抗良好匹配，因而不能在可控硅門極得到最大值功率。采取適當措施降低互感器副邊內(nèi)阻，并抬高加于可控硅門極的信號電壓，將能有效地解決觸發(fā)問題。
本發(fā)明首先在互感器副邊繞阻上并聯(lián)一個諧振電容器，利用諧振作用使互感器副邊的阻抗得以降低。進一步又使副邊繞組同一個可調(diào)直流電壓源串聯(lián)后再接入可控硅門極，利用該直流電壓同諧振回路電壓的疊加作用來抬高加于門極的信號電壓。由于采取了電壓疊加和阻抗匹配的技術(shù)措施，使得零序電流互感器輸出的微弱信號能夠可靠地觸發(fā)具有較高觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流域值的可控硅元件。因此在本發(fā)明漏電保安器電路中，允許使用普通磁環(huán)制作零序電流互感器，允許采用普通可控硅元件作為控制元件。這可以降低制造成本，減小保安器的體積，并且所用的元器件易得性比較好，篩選率較高。另外，由于在可控硅門極引入了可調(diào)直流電壓源，使得保安器整機靈敏度調(diào)整十分方便可靠。只要調(diào)節(jié)門極直流電壓源的電壓，就可以有效地調(diào)整整機靈敏度。這一特點對于生產(chǎn)過程也是很有好處的，可以降低對元件參數(shù)一灤緣囊蟆 下面結(jié)合附圖的標號進一步詳細地說明本發(fā)明的構(gòu)成。
本發(fā)明共有三幀附圖。


圖1是本發(fā)明漏電保安器電路的電原理圖。
圖2提出了一種獲得所說的低內(nèi)阻直流電壓源的簡單方法。
圖3給出了一個完整的漏電保安器的電路，它是本發(fā)明的一個比較好的實施例。
本發(fā)明漏電保安器電路的基本構(gòu)成如圖1所示。它包括一個零序電流互感器[LH]、一個作為控制元件的可控硅元件[2]、還有一個受可控硅控制的繼電開關(guān)[1]。所說的零序電流互感器[LH]的副邊繞組[8]與一個可調(diào)的直流電壓源[6]串聯(lián)后接于所說的可控硅元件[2]的門極[4]和陰極[5]之間，在該零序電流互感器副邊繞組上還并聯(lián)有一個諧振電容器[7]，該電容器同所說的零序電流互感器副邊繞組[8]諧振于受控用電器工作電壓[Vin]的頻率。
由于所說的直流電壓源[6]與零序電流互感器的輸出電壓串聯(lián)，為了不使其內(nèi)阻耗散送往可控硅門極的信號功率，該電壓源應(yīng)具有盡可能小的內(nèi)阻。利用圖2所述的方法可以獲得一個低內(nèi)阻的可調(diào)直流電壓。
在可控硅陽極[3]到陰極[5]之間接入一個用上分壓電阻[14]和下分壓電阻[15]構(gòu)成的分壓器，該分壓器的中點同可控硅門極[4]相接。用一個較大容量的電容器[13]取代所說的直流電壓源[6]，與互感器副邊[8]串聯(lián)后接入可控硅門極[4]和陰極[5]之間。在本申請中將該電容稱為自舉電容。通過改變分壓器的分壓比，可將可控硅門極[4]電壓調(diào)節(jié)到所希望的數(shù)值。該電壓應(yīng)當始終低于可控硅門極觸發(fā)電壓域值(約0.7伏)。這樣，在互感器副邊無輸出時，利用分壓器中點電壓對自舉電容[13]充電。當互感器副邊有信號輸出時，信號電壓同自舉電容[13]上的電壓相疊加，利用所謂的自舉作用使可控硅導(dǎo)通。
與互感器副邊[8]并聯(lián)的電容器[7]除起諧振作用外，還與互感器副邊繞阻一起起到吸收干擾信號的作用。凡不等于50赫茲的信號均被該電容和互感器副邊繞阻構(gòu)成的諧振回路所吸收，而不致于造成可控硅誤觸發(fā)。也就是說，由互感器副邊繞組[8]和諧振電容[7]構(gòu)成的并聯(lián)諧振回路所具有選頻作用，還可使本發(fā)明的電路具有很好的抗干擾能力。另外，在本發(fā)明漏電保安器電路的可控硅觸發(fā)回路中，沒有加入任何可能造成長延時的環(huán)節(jié)，因此，本發(fā)明漏電保安器在漏電流達到保護值時瞬時動作。
實施本發(fā)明是非常容易的，利用圖2所示的電原理，增加供電電路并經(jīng)簡單的改良后，就可以構(gòu)成如圖3所示的完整的漏電保安器電路。
在圖3電路中，電網(wǎng)電壓[Vin]經(jīng)降壓電容[16]降壓、整流橋[12]整流、電阻[17]和濾波電容[18]濾波后，為保安器電路供電。常閉型繼電開關(guān)[1]與發(fā)光二極管[20]和可控硅元件[2]串聯(lián)后接入整流電源兩端。在所說的繼電開關(guān)上并聯(lián)有續(xù)流二極管[19]，用于泄放線圈的反電勢。在發(fā)光二極管[20]上接有一個并聯(lián)電阻[21]，其作用是萬一發(fā)光二極管[20]被燒毀，仍能確保繼電開關(guān)[1]可靠吸合。由上分壓電阻[14]和微調(diào)電位器[23]構(gòu)成的分壓器接在可控硅[2]兩端。該分壓器中點到地之間(可控硅陰極[5])接有穩(wěn)壓管[22]，它起穩(wěn)定可控硅門極電位的作用，有助于減少電壓波動對保安器整機靈敏度、穩(wěn)定性和保護電流的影響。微調(diào)電位器的中心抽頭作為分壓器的輸出端，經(jīng)一個隔離電阻[24]同可控硅門極[4]相接，這可防止分壓器[14和23]對諧振回路的影響。在本實施例中，諧振電容[7]直接接在可控硅門極[4]上，互感器副邊繞組[8]同自舉電容[13]串聯(lián)后接在可控硅門極[4]和陰極[5]之間，這種接法可以使諧振回路對電容和電感參數(shù)的精度要求降低，對生產(chǎn)過程有好處，同時也使抗干擾效果加強。但是在設(shè)計計算電路參數(shù)時應(yīng)當注意到，此時諧振回路的諧振頻率與兩個電容的串聯(lián)值有關(guān)。令兩個電容數(shù)值相等比較容易取得好的效果。電網(wǎng)電壓[Vin]經(jīng)繼電開關(guān)[1]的兩個常閉觸點[10]和零序電流互感器原邊繞組[9]從輸出端輸出[Vout]。在未發(fā)生漏電情況下，兩個原邊繞組在任何時刻產(chǎn)生的磁通應(yīng)相互抵消，二個常閉觸點保持接通狀態(tài)。在輸入電壓[Vin]和輸出電壓[Vout]之間接有一個試機開關(guān)[25]和限流電阻[26]的串聯(lián)回路。當壓下試機開關(guān)[25]時，由電阻[26]產(chǎn)生一個模擬漏電電流。該電流使互感器副[8]邊有信號輸出，觸發(fā)可控硅[2]使繼電開關(guān)[1]吸合，常閉觸點[10]分斷。在所說的可控硅[2]兩端并聯(lián)有一個復(fù)位開關(guān)[11]，壓下該開關(guān)將可控硅陰陽極[5和3]短路，從而使之關(guān)斷，使繼電開關(guān)[1]復(fù)位。
上述元器件按下例參數(shù)選取，可以獲得理想的保護效果。
LH-零序電流互感器(磁芯規(guī)格為31×17×7MXD-2000)1-繼電開關(guān)(JOX-13F，110伏直流)2-可控硅元件(2N6565，1安700伏)7-諧振電容(10微法/16伏)8-互感器副邊繞組(0.12毫米1000匝，電感量約2享)9-互感器原邊繞組(1.5毫米雙線并繞10匝)13-自舉電容(10微法/16伏)16-降壓電容(0.22微法/400伏)17-限流電阻(110歐/1瓦)18-濾波電容(1微法/400伏)21-并聯(lián)電阻(1千歐)22-穩(wěn)壓管(用發(fā)光二極管代替以取得2伏左右的穩(wěn)壓值)23-微調(diào)電位器(阻值2.2千歐)24-隔離電阻(2.4千歐)26-模擬電阻(20千歐/2瓦)其他元件均可按照一般原則選取，所有元件均可以采用性能和參數(shù)相近的其他型號元件代替。由于本發(fā)明漏電保安器電路功耗很小，故除已明確標出的以外，全部電阻元件的功率均為1/8。
本實施例的工作過程是通電后如用電器無漏電并且也沒有壓下試機開關(guān)[25]，則繼電開關(guān)[1]不吸合，電網(wǎng)電壓[Vin]經(jīng)該繼電開關(guān)的兩個常閉觸點[10]和兩個原邊繞阻[9]輸出[Vout]。同時電網(wǎng)電壓[Vin]經(jīng)降壓電容[16]、整流橋[12]、限流電阻[17]、繼電開關(guān)[1]加到可控硅陰陽極[3和5]之間?？煽毓鑳啥说碾妷航?jīng)上分壓電阻[14]和微調(diào)電位器[23]分壓，并用穩(wěn)壓管[22]穩(wěn)壓后，經(jīng)隔離電阻[24]加到可控硅門極[4]，給自舉電容[13]和諧振電容[7]充電，充電電壓等于分壓器的輸出電壓。通過調(diào)節(jié)電位器[23]，可使加于門極[4]的電壓(即分壓器輸出電壓)略低于門極觸發(fā)電壓域值。由于此時門極[4]無電流流過，故可控硅[2]不導(dǎo)通，繼電開關(guān)[1]不吸合，觸點[10]保持接通狀態(tài)，電網(wǎng)通過繼電開關(guān)的兩個常閉觸點[10]向用電器正常供電。
如果用電器發(fā)生了漏電或壓下了試機開關(guān)[25]，互感器[LH]原邊繞組[9]產(chǎn)生的磁通不平衡，副邊繞組[8]中將感生出一個電壓信號。經(jīng)如前所述的諧振和疊加后，該電壓加于可控硅門極[4]上。如果漏電流達到了調(diào)定的保護電流值，加于門極的信號電壓峰值將高于門極的觸發(fā)電壓域值。當?shù)谝粋€高于觸發(fā)域值的信號峰值到來時，可控硅[2]將導(dǎo)通，使繼電開關(guān)[1]吸合，常閉觸點[10]分斷，切斷用電器的供電回路。通過調(diào)節(jié)微調(diào)電位器[23]改變門極偏壓，就可以方便而可靠地改變保安器動作的時機，即保護電流的大小。該直流電壓越接近門極觸發(fā)域值(約0.7伏)，保安器的靈敏度越高，保護電流越小。反之亦然。但是該電壓不得高于或等于可控硅的門極觸發(fā)電壓域值。
由于兩個常閉觸點分斷后漏電流將消失，而此時用電器的漏電故障并不一定解除，所以保安器應(yīng)有自保持能力。本實施例保安器電路采用電保持，即利用可控硅導(dǎo)通后如果電流不降至維持電流以下不會自行關(guān)斷的特性來實現(xiàn)自保持。為此，保安器供電回路中必須加有濾波電容[18]，以消除供電電壓中的過零點。按下復(fù)位開關(guān)[11]將可控硅陰陽極[3和5]短接，可以使可控硅重新關(guān)斷，保安器將恢復(fù)供電。
本發(fā)明漏電保安器電路的調(diào)整方法如下首先根據(jù)產(chǎn)品標準規(guī)定的保護電流和適用電壓范圍選取適當?shù)穆╇娒M電阻器[26]，以便能夠在適用電壓范圍內(nèi)產(chǎn)生規(guī)定之漏電流為準。將分壓器中的下分壓電阻(微調(diào)電位器[23])調(diào)到最低位置，再壓下試機開關(guān)[25]，使互感器原邊產(chǎn)生一個摸擬的漏電電流。這時用示波器觀察可控硅門極[4]的電壓波形，應(yīng)當是直流電壓同一個完整正弦波電壓的疊加波形。如不是這樣，應(yīng)當先改變諧振回路的電容器[7和13]，使門極電壓波形成為直流與正弦電壓的疊加波形。這說明諧振回路可以正常工作。然后慢慢調(diào)整微調(diào)電位器[23]，提高門極偏置電壓，直到使繼電開關(guān)[1]剛剛吸合為止。
本發(fā)明提出的可控硅觸發(fā)方法，也可以廣泛地應(yīng)用于其他必須用小信號觸發(fā)可控硅元件的場合。
權(quán)利要求
1.由零序電流互感器[LH]、可控硅元件[2]和繼電開關(guān)[1]構(gòu)成的漏電保安器電路，其中的可控硅元件[2]由所說的互感器副邊[8]觸發(fā)，繼電開關(guān)[1]受所說的可控硅元件[2]控制，本發(fā)明的特征是所說的零序電流互感器的副邊繞組[8]與一個可調(diào)的直流電壓源[6]串聯(lián)后接于所說的可控硅元件[2]的門極[4]和陰極[5]之間，在該零序電流互感器副邊繞組[8]上還并聯(lián)有一個諧振電容器[7]，該電容器同所說的零序電流互感器副邊繞組[8]諧振于受控用電器工作電壓的頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于所說的可調(diào)直流電壓源用下述方法提供在可控硅陰陽極[5和3]之間接入一個由上分壓電阻[14]和下分壓電阻[15]構(gòu)成的分壓器，該分壓器的中點同可控硅門極[4]相接，用一個電容器[13]取代所說的直流電壓源[6]同互感器副邊繞組[8]串接后接到可控硅門極[4]和陰極[5]之間，通過改變分壓器的分壓比將門極直流電壓調(diào)節(jié)到稍低于可控硅門極觸發(fā)電壓域值。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其特征是在所說的分壓器中點和可控硅門極[4]之間接入一個隔離電阻[24]。
4.如權(quán)利要求2和3所述的電路，其特征是分壓器的下分壓電阻用一個微調(diào)電位器[23]代替，該微調(diào)電位器的中間抽頭為分壓器輸出端，經(jīng)過所說的隔離電阻[24]同可控硅門極[4]相接。
5.如權(quán)利要求4所述的電路，其特征是所說的分壓器中點電壓經(jīng)過穩(wěn)壓，即在分壓器中點到地(可控硅陰極[4])之間接有一個穩(wěn)壓管[22]。
6.如權(quán)利要求2、3和5所述的電路，其特征是所說的諧振電容[7]直接接在可控硅門極[4]和陰極[5]之間。
7.如權(quán)利要求4所述的電路，其特征是所說的諧振電容[7]直接接在可控硅門極[4]和陰極[5]之間。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高靈敏度的漏電保安器電路。本發(fā)明在互感器副邊繞組上并聯(lián)一個電容使之諧振于電網(wǎng)頻率并串聯(lián)一個可調(diào)直流電壓源后，再接到可控硅門極和陰極之間。由于諧振作用降低了互感器副邊的回路阻抗，電壓疊加作用抬高了加于門極的信號幅值，使得互感器可以直接觸發(fā)普通可控硅。從而使保安器的成本降低、體積減小、整機靈敏度提高。
文檔編號H02H3/32GK1033427SQ8710144
公開日1989年6月14日 申請日期1987年12月3日 優(yōu)先權(quán)日1987年12月3日
發(fā)明者徐國祥 申請人:內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰紅山機電研究所