專利名稱：全自動多功能電器保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬一種電氣緊急自動保護(hù)裝置，適用于各種使用交流電源的場所，可保障電器的安全和正常運行。
為保證電器安全運行及儀器、儀表和計算機(jī)的可靠工作，不僅對工作電流和輸出功率有一定的限額，而且對供電電壓的等級和允許波動范圍也有規(guī)定。若超出允許范圍，無論是過高或過低都會對電器造成不同程度的損害，輕則影響其使用壽命，重則會造成永久性損壞。儀器、儀表及計算機(jī)則有可能顯示出錯誤的結(jié)果。瞬時斷電現(xiàn)象(指短時間內(nèi)一次或多次重復(fù)供電——斷電——供電的過程)則是某些用電器所不允許的。如電冰箱和正在工作或正在進(jìn)行程序輸入、程序調(diào)試的微型計算機(jī)等即屬于此類用電器。
在現(xiàn)有的低壓小功率電器、儀器、儀表等整機(jī)中、多數(shù)僅用熔斷器作為保護(hù)元件，也有的用雙金屬片、晶體管過流速斷器和各種電磁繼電器作為過流、過載的保護(hù)。上述各保護(hù)方法的不足之處在于只是提供了單一的功能，保護(hù)元件有的只能使用一次，有的保護(hù)速度慢，重現(xiàn)性差，或者自身功耗大，需消耗大量的有色金屬等等。對于過電壓，低電壓及瞬時斷電現(xiàn)象，多數(shù)電器內(nèi)完全沒有設(shè)置專門的保護(hù)或?qū)ι鲜霎惓９╇姞顟B(tài)的提示、報警。家用電器保安類產(chǎn)品市場上已有數(shù)種，其質(zhì)量、功能各異。但對過電流、過載的保護(hù)多為越限速斷型和越限定時型。然而，很多電器都有一定的過載能力，與額定值相比較，過載越甚，允許持續(xù)的時間就越短。因此，對過電流、過載方面的保護(hù)應(yīng)呈反時限特性較為合理。此外，當(dāng)供電電壓在保護(hù)點附近波動時，這類保安產(chǎn)品還常常會頻繁動作而影響保護(hù)性能(如中國專利文獻(xiàn)CN85204183U所實際完成了設(shè)計的可實施線路)。
本實用新型的目的在于克服已有技術(shù)的上述缺點，提供一種將反時限特性過流保護(hù)、瞬時斷電保護(hù)及供電電壓過壓、欠壓保護(hù)等觸為一體的高性能的全自動多功能電器保護(hù)裝置。
本實用新型的內(nèi)容是是否向用電器供電由控制電路來識別，其控制信息分別是電壓過高、電壓過低，電源瞬時斷電及過載或過流(可以是內(nèi)部或外部原因造成)。只要其中任何一個或一個以上的信息存在則立即自動切斷電源(執(zhí)行器可以由有觸點或無觸點開關(guān)組成)，實現(xiàn)對電器的有效保護(hù)。在執(zhí)行保護(hù)期間，該裝置進(jìn)行實時監(jiān)測，直到引起執(zhí)行保護(hù)的因素解除約5～10分鐘后，自動解除保護(hù)恢復(fù)供電。因過電流而執(zhí)行保護(hù)后該裝置不允許自動復(fù)位，只有當(dāng)查明原因并排除故障后，靠手動解除保護(hù)。此外，均為正常供電狀態(tài)，可保障電器安全可靠地運行。


圖1為本實用新型的原理框圖。交流電經(jīng)電流取樣器〔B〕和執(zhí)行器〔Q〕輸出，給用電器供電。還有一路送到保護(hù)器的電源〔W〕?！瞁〕的輸出有兩個，一個是提供給電子線路的工作電源，另一個送往電壓取樣器〔X1〕，得到與供電電壓大小成正比的電壓信號，再送往過電壓判別器〔J1〕和低電壓判別器〔J2〕(均采用有回差甄別器)，判定其是否越限。越限信息送往控制器〔K〕，使執(zhí)行器〔Q〕立即切斷電源停止供電。當(dāng)出現(xiàn)過電流或過載現(xiàn)象時，電流取樣器〔B〕把信號經(jīng)Ⅰ－V變換器〔X2〕送入過電流反時限特性形成器〔F〕，該電路按電流的大小，以反時限規(guī)律發(fā)出信息給控制器〔K〕，使執(zhí)行器〔Q〕切斷電源，從而實現(xiàn)了對用電器的保護(hù)。指示器〔Z〕是作為保護(hù)器在過電流、過電壓、低電壓及瞬時斷電狀態(tài)下的指示。
同現(xiàn)有的多功能全自動電器保護(hù)器相比，本實用新型的優(yōu)點是其過流保護(hù)具有反時限特性，并且可防止當(dāng)供電電壓在保護(hù)點附近波動時，裝置會頻繁執(zhí)行保護(hù)的現(xiàn)象(由于采用了有回差甄別器)，從而具有優(yōu)良的保護(hù)性能。此外功能多、體積小、功耗低，可提供必要的異常狀態(tài)報警指示。
圖1為本實用新型的原理框圖。
圖2為本實用新型的一種實施電路圖。
按圖2制作的保護(hù)器用于對電冰箱、電視機(jī)、儀器、儀表及計算機(jī)等多種電器的保護(hù)和電源出現(xiàn)異常時的報警，得到了滿意的效果。以下通過對該實施電路的敘述進(jìn)一步說明本實用新型。
圖中Y1～Y9是CMOS集成電路的與非門和反相器，可用C000、CH4000、CC4000等系列的器件。因本實施例中負(fù)載均在500W以下，所以執(zhí)行器〔Q〕用小型密封繼電器J。電流取樣器〔B〕為電流互感器B。AN是過流保護(hù)解除開關(guān)。指示器〔Z〕由LED1～LED3，R7、R13組成。各指示器所表示的狀態(tài)是LED1亮(綠色)表示正常供電，LED2亮(黃色)表示電網(wǎng)供電電壓波動并超出用電器的允許范圍，或是電壓出現(xiàn)瞬斷；LED3亮(紅色)表示用電器發(fā)生過流或過載；若LED1～LED3都不亮則表示電網(wǎng)停止供電。電源〔W〕由D1～D4、C1、C2、C5、DW2、R2、R15組成。DW2一方面提供保護(hù)器穩(wěn)定的工作電壓，另一方面使得用電容降壓(C1)能安全地用于比較嬌嫩的CMOS集成塊。過電壓判別器〔J1〕和低電壓判別器〔J2〕由Y1～Y3，R3～R6組成。過電流反時限形成器〔F〕由Y5、Y6、Y8、Y9、D6、D7、D10、C6、C7、R10～R12、R16、R17組成。控制器〔K〕由Y4、Y7、BG1、D8、C4、R8、R9組成。電壓取樣器〔X1〕由DW1、W1、W2、R1、C3組成。DW1主要起提高電壓取樣靈敏度的作用。Ⅰ－V變換器〔X2〕由R14、D5、W3組成。在各種情況下電路工作狀態(tài)如下表所列
注LED為“1”時表示發(fā)光，為“0”時表示熄滅。保護(hù)狀態(tài)為“1”時表示執(zhí)行保護(hù)；為“0”時表示正常供電。
交流供電電源由A、N點輸入，經(jīng)電流取樣器〔B〕后由〔J〕控制輸出給用電器，交流電源的另一路經(jīng)C1降壓后，供給整流濾波電路得到一個與交流供電電壓成正比的直流電壓，這個電壓經(jīng)DW1、R1后分別由W1、W2取出過壓和欠壓信號，并且在DW2的兩端得到一個穩(wěn)定的直流電壓，給保護(hù)器做為工作電源。其中W1是過壓取樣整定器，W2是欠壓取樣整定器。當(dāng)交流電網(wǎng)正常供電時，由于將取樣信號分別整定為過壓信號是“0”態(tài)(小于由Y1、Y2、R5、R6所構(gòu)成的過壓甄別器的觸發(fā)電平)，欠壓信號是“1”態(tài)(大于由Y2、Y2、Y3、R3、R4所構(gòu)成的欠壓甄別器的觸發(fā)電平)，因此，圖2中各點的初始工作狀態(tài)如真值表中正常一攔所示。此時用電器將按照它自己的正常工作過程連續(xù)工作。
當(dāng)電網(wǎng)電壓升高并超過所整定的過壓保護(hù)點時，由W2取出的欠壓信號仍為“1”態(tài)，但過壓取樣信號則(W1整定)由“0”變?yōu)椤?”(高于過壓甄別器的觸發(fā)電平)，使a點由“1”變“0”，b點“0”變“1”，適當(dāng)調(diào)整R5／R6的值，不僅可以改變過壓保護(hù)特性(回差)，而且R6給甄別器提供了一個反饋信號，使甄別器的翻轉(zhuǎn)也更為干脆了。b點的“1”態(tài)經(jīng)Y3反相后，c點由“1”變“0”，這樣延時電容C4將把在初始狀態(tài)時儲存的電荷經(jīng)D8、Y3對地泄放，使d點由“1”態(tài)跳變?yōu)椤?”態(tài)，延時電路關(guān)閉。d點的“0”態(tài)通過Y4后，使e點由“0”變“1”，從而Y7的輸出變低，使LED2發(fā)光，表示電網(wǎng)供電異常。同時在e點的作用下使BG1管截止，LED1熄滅，〔J〕失電。這樣就切斷了對用電器的供電，使之免受過壓的危害。此后，保護(hù)器將對電網(wǎng)的供電電壓進(jìn)行監(jiān)測，待電網(wǎng)供電正常，并且低于所整定的過壓保護(hù)值時(低多少由保護(hù)回差確定)，a點翻轉(zhuǎn)為“1”，b點翻轉(zhuǎn)為“0”，c點翻轉(zhuǎn)為“1”。這樣D8被反偏阻斷，C4的泄放回路也被阻斷了，但是，d點暫時仍為“0”態(tài)，用電器還不能得到工作電源。至此，由于c點的升高，延時電路被打開，保護(hù)器進(jìn)入延時工作期。若不再發(fā)生供電異常則C4通過R3被充電，d點電位將按指數(shù)規(guī)律上升，升高到等于Y4的觸發(fā)電平時，e點由“1”變“0”，Y7的輸出變高，LED2熄滅，BG1管在e點的作用下飽和導(dǎo)通，使〔J〕吸合，用電器得到工作電源，從而確保了用電器不應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)重復(fù)接通電源。同時LED1亮，表示電網(wǎng)供電已正常，用電器已在保護(hù)器的監(jiān)護(hù)下投入正常運行。
當(dāng)電網(wǎng)電壓低于所整定的欠壓保護(hù)值時，在欠壓取樣信號的作用下(由W2整定)，使欠壓甄別器翻轉(zhuǎn)，b點由“0”變“1”，c點由“1”變“0”，迫使延時電路關(guān)閉。以后的工作情況與過壓保護(hù)時相同。對于瞬斷保護(hù)，則可將瞬斷這一過程看成是電網(wǎng)由正常供電而變成電壓迅速下降的瞬變過程。因此，其工作情況與欠壓保護(hù)時完全一樣。
過流保護(hù)的負(fù)載電流信號由〔B〕取出。經(jīng)R14、W3進(jìn)行Ⅰ－V變化，D5削去其負(fù)半周，正半周從過流整定器W3取出并經(jīng)C7濾波后送往反時限特性形式器(由Y8、Y9、D10、C6、R16、R17、R10組成)。正常時，W3取出的信號較小，故U1點電位低于Y3的觸發(fā)電平，此時，Y9輸出為“0”態(tài)，C6通過D10、R17和Y9對地被拉成低電平，由R10、C6構(gòu)成的時限電路不能工作(C6設(shè)有被充電)。這樣就使f點為“1”，Y6輸出為“0”，LED3不亮，表示負(fù)載電流正常。當(dāng)負(fù)載電流增大，并大于整定值時，電流信號U1高于Y8的觸發(fā)電平，Y8、Y9隨之翻轉(zhuǎn)，Y9的輸出變“1”后，二極管D10閉鎖，經(jīng)濾波后的負(fù)載電流信號U1通過R10向C6充電，時限電路開始工作。當(dāng)C6兩端的電壓高于Y5的觸發(fā)電平時，f點由“1”變“0”，e點由“0”變“1”，BG1管截止，〔J〕失電并切斷對用電器的供電。在f點的作用下Y6的輸出由“0”變“1”后，LED3亮，表示負(fù)載出現(xiàn)過流現(xiàn)象，同時將通過R12、D7、R11繼續(xù)向C6補充電荷。這樣就使f點的狀態(tài)，在負(fù)載因保護(hù)而被切斷后，仍能保持“0”態(tài)，從而避免了用電器因內(nèi)部或外部原因而可能出現(xiàn)的重復(fù)過流現(xiàn)象。當(dāng)故障被排除后，需由按鈕AN復(fù)位解除保護(hù)。
本例中各元件的參數(shù)如下D1－4IN4001、IN4002D5、D6、D8、D92CPD7、D82CKDW1、DW22DW、2CWBG13CGLED1、LED2、LED32ZF101C10.22－1μf／400VC2、C3、C4、C5、C710－100μf
R1、R9、R141－3.3KR4、R6、R12、R15、R16、1－5.1MΩR7、R134.7－20KR11 100KW1、W2、W310－100KR2100－－820Ω／1WB、J根據(jù)負(fù)載功率選用R3、R5、R8、R10、C6根據(jù)需要的保護(hù)特性整定集成電路可選用CO36、CO33、CH4011、CH4009、CC4011和CC4049等型號的器件。
該保護(hù)器的外形尺寸為長100mm、寬70mm、高40mm。使用時只需將其底部插頭插入室內(nèi)已有的電源插座上，再把用電器插頭插入保護(hù)器上的插座，待綠燈亮?xí)r，用電器即在該保護(hù)器的監(jiān)護(hù)下投入運行。
本實例利用了CMOS器件所特有的優(yōu)點，簡化了整個設(shè)計。用較少的外圍元件組成了具有長延時特性的時控單元和直接驅(qū)動的低功耗LED顯示器，并采用了電容降壓取樣方式，使保護(hù)器的結(jié)構(gòu)緊湊，其自身功耗＜1W。保護(hù)器對電源波動的適應(yīng)能力很強。電壓在140－300V之間變化時均能正常工作。過電壓、低電壓判別器采用有回差甄別器、保護(hù)值(上限觸發(fā)電平)和回差(上限觸發(fā)電平減下限觸發(fā)電平)的大小可根據(jù)需要整定。在本例中電壓異常保護(hù)分別整定為過電壓保護(hù)值245±3V，回差－15V；低電壓保護(hù)值176V±3V，回差20V。由于設(shè)置了回差，既滿足了用電器對電源電壓的要求。而且當(dāng)供電電壓在保護(hù)點附近波動時，有效地防止了保護(hù)器頻繁執(zhí)行保護(hù)的現(xiàn)象。過電流反時限特性形成器的保護(hù)時限由R10·C6·ln (U1)/(U1- UY5) 式?jīng)Q定，式中U1是Ⅰ－V變換器的輸出與負(fù)載電流成正比。Ur5是反相器Y5的觸發(fā)閥電壓。因此，為得到不同的保護(hù)特性，只需改變R10或C6即可滿足多種負(fù)載的要求。在本例中額定電流整定在IH＝2A，各種過電流情況時的保護(hù)動作時限是1.2IH時約70秒；1.5IH時約30秒；2IH時約15秒；5IH時約3秒，上述各保護(hù)的斷電時間均＜50ms。
本保護(hù)器不但能夠作為電器的外部附件來使用，而且也可以很方便地移植到電器產(chǎn)品中去。
權(quán)利要求1.一種全自動多功能電器保護(hù)器，其特征在于交流電經(jīng)電流取樣器[B]和執(zhí)行器[Q]輸出，給用電器供電，還有一路交流電送到保護(hù)器的電源[W]，[W]的輸出有兩個，一個是提供給電子線路的工作電源，另一個送往電壓取樣器[X]，得到與供電電壓大小成正比的電壓信號，再送往過電壓判別器[J1]和低電壓判別器[J2]判定其是否越限，[J1]和[J2]均采用有回差甄別器，越限信息送往控制器[K]，使執(zhí)行器[Q]立即切斷電源停止供電，當(dāng)出現(xiàn)過電流或過載現(xiàn)象時，電流取樣器[B]把信號經(jīng)Ⅰ-Ⅴ變換器[X2]送入過電流反時限特性形成器[F]，該電路按電流的大小以反時限規(guī)律發(fā)出信息給控制器[K]，使執(zhí)行器[Q]切斷電源。
2.如權(quán)利要求1所述的電器保護(hù)器，其特征在于還設(shè)有對異常情況況提示和報警的指示器。
3.如權(quán)利要求2所述的電器保護(hù)器，其特征在于其中過電壓判別器、低電壓判別器、過電流反時限特性形成器和控制器均采用了CMOS器件。
4.如權(quán)利要求3所述的電器保護(hù)器，其特征在于電流取樣器采用電流互感器，執(zhí)行器采用小型密封繼電器，電源采用電容C1降壓并接有穩(wěn)壓管DW2，指示器為直接驅(qū)動的低功率顯示器LED1～LED3。
5.如權(quán)利要求4所述的電器保護(hù)器，其特征在于a.其中的過電壓判別器和低電壓判別器包括Y1～Y3，R3～R6，b.其中的過電流反時限形成器包括Y5、Y6、Y8、Y9、D6、D7、D10、C6、C7、R10～R12，R16和R17，c.其中的控制器包括Y4、Y7、BG1、D8、C4，R8、R9，d.其中的電壓取樣器包括DW1，W1，W2，R1，C3，e.其中的Ⅰ－V變換器包括R14、D5、W3。
專利摘要全自動多功能電器保護(hù)器為一種電氣緊急自動保護(hù)裝置。它將過流保護(hù)、瞬時斷電保護(hù)、過壓、欠壓保護(hù)和異常情況提示、報警等融為一體。由于設(shè)有過電流反時限特性形成器和采用了有回差甄別的過壓、欠壓判別器，因此比現(xiàn)有的電子保安產(chǎn)品有更為良好的自動保護(hù)性能。本實用新型功能全、體積小、功耗及成本低，適用于各種使用交流電源的場所，可保障電器的安全和正常運行。
文檔編號H02H3/08GK2045546SQ88205938
公開日1989年10月4日 申請日期1988年5月16日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月16日
發(fā)明者李祿 申請人:昆明鋼鐵公司