專(zhuān)利名稱(chēng)：交流電源智能監(jiān)控穩(wěn)壓保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種交流電源穩(wěn)壓保護(hù)裝置，特別是交流電源智能監(jiān)控穩(wěn)壓保護(hù)器(簡(jiǎn)稱(chēng)交流穩(wěn)壓保護(hù)器)。它是在“ZL93209260.8《電器設(shè)備智能安全用電監(jiān)控保護(hù)器》”的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用交流電源節(jié)能控制穩(wěn)壓輸出/輸入雙重保護(hù)控制技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。
公知的交流調(diào)、穩(wěn)壓類(lèi)保護(hù)器分為①變壓器調(diào)壓型；②磁飽和、諧振、放大型；③恒壓可控型。這些以傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)、運(yùn)行的交流穩(wěn)壓保護(hù)器在功耗、性能、可靠性等方面還難以達(dá)到安全、高效、智能化的要求，尤其是一些中、小功率型交流穩(wěn)壓保護(hù)器，通常是以連續(xù)在線方式工作的，且功能單一，輸出單位千瓦的平均損耗竟高達(dá)10％以上，其中的繼電器、可控硅、諧振電容等控制部件在輸入電源持續(xù)欠壓、超壓、錯(cuò)相、輸出負(fù)荷過(guò)載、短路等電沖擊性故障中又極易損傷，直接危及到電器負(fù)載。因此，在許多供電緊張、電源波動(dòng)較大的地區(qū)，只好選用非穩(wěn)壓類(lèi)電源保護(hù)器，以保障電器設(shè)備的安全。這類(lèi)電源保護(hù)器，雖然在功耗、可靠性方面優(yōu)于穩(wěn)壓類(lèi)，但是其輸出保護(hù)范圍往往被限定在電器負(fù)載標(biāo)稱(chēng)工作電源±10％的安全區(qū)內(nèi)，而實(shí)際輸入電源的波動(dòng)卻達(dá)到±20％以上，造成保護(hù)控制開(kāi)關(guān)切換頻繁，使得負(fù)載投入運(yùn)行率大大降低，反而影響到電器設(shè)備功能的正常發(fā)揮和使用壽命。
本實(shí)用新型的目的，是針對(duì)上述兩類(lèi)用電保護(hù)器的不完善和存在的不足，提供一種交流電源智能監(jiān)控穩(wěn)壓保護(hù)器。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述

圖1是本實(shí)用新型的電路原理圖其實(shí)施例如圖1所示當(dāng)輸入交流電源時(shí)，以圖1為例分析其實(shí)施的工作原理在已知的各項(xiàng)控制方法中，均是采用由分立電子器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，各分立器件參數(shù)的離散性較大，使得整機(jī)電路的裝配、調(diào)測(cè)繁雜，性能也不穩(wěn)定。在如圖1所示的電路中，則是圍繞以體積小、功耗低、參數(shù)穩(wěn)定、一致性較好的集成、分立混合放大電路器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)一步完善了下述的各項(xiàng)保護(hù)控制功能。
一、室內(nèi)用電故障監(jiān)控保護(hù)狀態(tài)室內(nèi)用電故障是指交流電源輸出端所接負(fù)載部位發(fā)生的線路過(guò)載、短路，電器漏電、人身觸電等常見(jiàn)的電氣事故。此類(lèi)故障傳統(tǒng)的保護(hù)控制方法有一次性開(kāi)路斷電、人工恢復(fù)或故障跳閘斷電、周期性自動(dòng)重合。實(shí)踐表明，這兩種方法的負(fù)載特性較差，前者表現(xiàn)為對(duì)電器負(fù)載的容性、感性、冷阻性啟動(dòng)電流沖擊誤動(dòng)頻繁，而后者強(qiáng)制性的無(wú)數(shù)次周期性重合動(dòng)作又進(jìn)一步擴(kuò)大了故障范圍，影響電器壽命，也不利于人身安全。
針對(duì)上述情況，圖1電路中采用過(guò)載檢測(cè)繼電器J1、二極管D9、電阻R6、R7、電容C6組成的分壓、積分式過(guò)載取樣電路和由差動(dòng)變流器ZCT、二極管D1、電阻R11、電容C7組成的漏觸電差動(dòng)電流取樣電路以及由電阻R1、按鈕開(kāi)關(guān)AN1組成的模擬漏觸電校驗(yàn)電路分別觸發(fā)由混合放大器A1、晶體管Q1、Q2、電阻R8—R10、R12、R13、電容C8、C9各元件組成的延時(shí)判斷模糊邏輯控制雙穩(wěn)電流開(kāi)關(guān)以及混合放大器A2、電阻R14—R17、電容C10、訊響器HC、二極管D10、變色發(fā)光二極管LED2(R)各元件組成的延時(shí)消聲間歇聲訊響、變色光閃爍報(bào)警電路。
圖1中的積分式過(guò)載取樣電路對(duì)電器負(fù)載的容性、感性、冷阻性啟動(dòng)電流沖擊反應(yīng)遲滯、而對(duì)熱阻性過(guò)電流進(jìn)行響應(yīng)，有效地消除了誤動(dòng)作現(xiàn)象。
具有智能化的延時(shí)判斷模糊邏輯控制原理為當(dāng)用電正常時(shí)，雙穩(wěn)電流開(kāi)關(guān)處于截止的穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生故障時(shí)取樣信號(hào)觸發(fā)雙穩(wěn)電流開(kāi)關(guān)先處于導(dǎo)通暫穩(wěn)狀態(tài)，迫使電源輸出斷電，并驅(qū)動(dòng)告警電路報(bào)警。隨著預(yù)留故障處理時(shí)間的消失，導(dǎo)通暫穩(wěn)態(tài)又進(jìn)入截止穩(wěn)態(tài)，告警電路截止恢復(fù)，若此時(shí)輸出端故障已排除，則電源輸出通電恢復(fù)工作。反之，因通電瞬間，取樣電路又檢測(cè)到輸出端故障變量，并觸發(fā)雙穩(wěn)電流開(kāi)關(guān)進(jìn)入自鎖導(dǎo)通的穩(wěn)定狀態(tài)，告警電路報(bào)警，電源輸出斷電，等待人工處置后，按動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)AN2進(jìn)行復(fù)位。此處AN2采用基極接法，所需控制的接點(diǎn)電流很小，提高了工作可靠性。新設(shè)計(jì)的延時(shí)消聲間歇聲訊響、變色光閃爍報(bào)警電路的工作方式比連續(xù)訊響、聲光報(bào)警更加符合室內(nèi)工作、生活環(huán)境保護(hù)的要求，當(dāng)室內(nèi)電氣故障超過(guò)限定時(shí)間仍未自動(dòng)或人工恢復(fù)，則間歇聲訊響、聲光報(bào)警自動(dòng)消聲轉(zhuǎn)入變色光閃爍報(bào)警，降低了對(duì)周?chē)h(huán)境的噪聲干擾。
圖1電路中對(duì)交流電源輸出的短路故障仍采用簡(jiǎn)單、實(shí)用的熔絲保護(hù)方式，當(dāng)電源插座CZ1、CZ2向小于1KW的電器負(fù)載供電時(shí)，由串接在輸出端的熔絲F2及其兩端跨接的串聯(lián)元件發(fā)光二極管LED1(R)、二極管D8、電阻R4或氖燈組成的防觸電式短路保護(hù)熔絲及狀態(tài)顯示電路進(jìn)行保護(hù)。
對(duì)于較大的用電負(fù)荷，圖1中是由CJ控制輸出，其短路保護(hù)是依靠配電線路上外接的熔斷器F1進(jìn)行的。
二、室外供電故障監(jiān)控保護(hù)狀態(tài)室外供電故障是指輸入交流電源所發(fā)生的波動(dòng)大、瞬間閃斷、欠壓、過(guò)壓、錯(cuò)相等反常供電現(xiàn)象。此類(lèi)故障傳統(tǒng)的保護(hù)控制方法是僅在輸出端采取固定延時(shí)、設(shè)置安全區(qū)電壓或穩(wěn)壓后輸出供電，這無(wú)疑是以降低電器負(fù)載投入運(yùn)行率，增加額外耗電量為代價(jià)的，其潛在的危險(xiǎn)還在于這種單一的輸出保護(hù)方式往往忽視了對(duì)電源輸入端的有效控制和保護(hù)，將過(guò)壓和錯(cuò)相混為一談，終將導(dǎo)致在外輸入電源電壓劇增的錯(cuò)相、零線斷、異相短路、三相嚴(yán)重失衡等突發(fā)性的電氣故障中難逃厄運(yùn)。因此加強(qiáng)自身防護(hù)，提高工作效率，擴(kuò)大安全區(qū)范圍是這類(lèi)保護(hù)器要解決的問(wèn)題。圖1電路采用交流電源節(jié)能控制穩(wěn)壓輸出/輸入雙重保護(hù)技術(shù)，較好地解決了這一難題。
圖1中由交流電壓表DB1、電感L、電容C1—C5，C11、C12、電阻R2、R3、R5、R19、R28、R29、二極管D2—D6、穩(wěn)壓管DW1、DW2各元件組成的抗干擾型輸入交流電源降壓整流監(jiān)測(cè)取樣電路分別觸發(fā)由集成放大器A3、A4、A5、晶體管Q6、Q7、二極管D11、D12、D21、D22、變色發(fā)光二極管LED4、交流電壓表DB2、電阻R20—R26、R44、R45、電位器W1、W2、繼電器J4、J5、雙繞組自耦變壓器T或磁飽和、諧振、放大型和恒壓可控型交流穩(wěn)壓部件組成的節(jié)能控制穩(wěn)壓保護(hù)、監(jiān)測(cè)顯示電路以及由集成放大器A6、A8、晶體管Q3、二極管D13、D15、D16、穩(wěn)壓管DW3、DW4、發(fā)光二極管LED1(G)、電容C13、C14、電阻R27、R31、R34—R40、電位器W3、繼電器J2各元件組成的反時(shí)限可變延時(shí)輸出、欠壓保護(hù)、監(jiān)測(cè)電路和由集成放大器A7、晶體管Q4、Q5、二極管D14、D17—D20、穩(wěn)壓管DW5、DW6、發(fā)光二極管LED2(G)、LED3、電阻R30、R32、R33、R41—R43、電容C15、繼電器J3各元件組成的緩沖輸出過(guò)壓保護(hù)、監(jiān)測(cè)報(bào)警電路。
實(shí)踐表明，對(duì)于輸入交流電源的瞬間閃斷、應(yīng)經(jīng)過(guò)數(shù)秒鐘的緩沖延時(shí)再恢復(fù)供電，這有利于削弱具有感性、容性、冷阻性的I類(lèi)電器負(fù)載產(chǎn)生的過(guò)電壓、過(guò)電流、電動(dòng)內(nèi)應(yīng)力沖擊危害，而對(duì)于具有壓縮電機(jī)的II類(lèi)電器負(fù)載，此時(shí)則必須經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘后，待機(jī)內(nèi)壓力趨于平衡再恢復(fù)供電，以降低啟動(dòng)電流，保護(hù)壓縮電機(jī)。當(dāng)外電源線路長(zhǎng)時(shí)間停電來(lái)電時(shí)，對(duì)I類(lèi)負(fù)載，只經(jīng)過(guò)緩沖延時(shí)就迅速恢復(fù)供電；對(duì)II類(lèi)負(fù)載則經(jīng)過(guò)智能判斷，在反時(shí)限連續(xù)可變時(shí)間差內(nèi)恢復(fù)供電，這種負(fù)載選擇性的供電保護(hù)方式對(duì)提高電器負(fù)載的運(yùn)行率更具優(yōu)越性。
提高電器負(fù)載的運(yùn)行率還可采取穩(wěn)壓措施以擴(kuò)大安全區(qū)范圍。圖1電路中所采用的雙繞組自耦變壓器通過(guò)節(jié)能控制及輸入保護(hù)技術(shù)，使其在輸入電壓波動(dòng)小于標(biāo)稱(chēng)值±10％的安全區(qū)電壓時(shí)，變壓器開(kāi)路不耗電，電源輸出自動(dòng)處于直通狀態(tài)；合理選擇其升、降變壓比，使其在輸入電壓低于—10％，變壓器接通升壓狀態(tài)，自動(dòng)輸出安全區(qū)電壓；若輸入電壓下降低于—30％，欠壓保護(hù)動(dòng)作切斷在低壓下不宜工作的II類(lèi)負(fù)載的供電，這同時(shí)也保護(hù)了低壓工作時(shí)功率輸出能力下降的自耦變壓器，此時(shí)減輕負(fù)載的變壓器仍對(duì)低電壓時(shí)可維持工作的I類(lèi)負(fù)載繼續(xù)供電。反之，當(dāng)輸入電壓高于+10％，變壓器接通降壓狀態(tài)，自動(dòng)輸出安全區(qū)電壓；若輸入電壓升高超過(guò)+30％或錯(cuò)相時(shí)，過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作同時(shí)切斷輸出對(duì)負(fù)載和輸入對(duì)變壓器的供電，變壓器開(kāi)路，不耗電，等待輸入電壓下降后，因電源輸出的緩沖延時(shí)，使變壓器率先自動(dòng)處于上述相應(yīng)的工作預(yù)備狀態(tài)，然后才恢復(fù)輸出安全區(qū)電壓，發(fā)揮了安全可靠的輸出/輸入雙重保護(hù)作用。為提高穩(wěn)壓電源的抗干擾能力，各放大器均設(shè)計(jì)有回差控制的反饋電路，以降低輸入干擾。雙繞組自耦變壓器在調(diào)壓時(shí)無(wú)閃斷現(xiàn)象，控制繼電器接點(diǎn)電流小，也減少了對(duì)輸出負(fù)載的干擾。
圖1電路將輸入電源±30％以?xún)?nèi)的波動(dòng)自動(dòng)控制穩(wěn)定在±10％的小范圍內(nèi)輸出，保障了電器負(fù)載安全 、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。當(dāng)外輸入電源波動(dòng)較小或超標(biāo)錯(cuò)相時(shí)，穩(wěn)壓器均自動(dòng)處于節(jié)能或保護(hù)運(yùn)行狀態(tài)，輸出單位千瓦的平均損耗僅占0.5％以下。這種實(shí)用的交流電源自動(dòng)節(jié)能控制穩(wěn)壓輸出/輸入雙重保護(hù)控制電路技術(shù)也可用于對(duì)磁飽和、諧振、放大型和恒壓可控型交流穩(wěn)壓部件進(jìn)行節(jié)能控制保護(hù)。
三、系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)顯示及裝配結(jié)構(gòu)圖1電路在對(duì)常見(jiàn)電氣故障進(jìn)行綜合保護(hù)控制的同時(shí)，也對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行了簡(jiǎn)單有效的監(jiān)測(cè)。電路中分別設(shè)置DB1、DB2直觀反映輸入、輸出電壓的變化，LED2(G)亮反映系統(tǒng)工作正常。當(dāng)供II類(lèi)負(fù)載電源輸出的CZ2或CJ處于反時(shí)限延時(shí)狀態(tài)時(shí)，LED1(G)亮；當(dāng)輸出保險(xiǎn)F2故障熔斷后，LED1(R)亮；當(dāng)穩(wěn)壓器處于節(jié)能運(yùn)行時(shí)，LED4(G)亮；升壓運(yùn)行時(shí)，LED4(R)亮；降壓運(yùn)行時(shí)，LED4(G、R)亮顯橙色；過(guò)壓保護(hù)時(shí)，LED3(R)亮；室內(nèi)用電故障保護(hù)時(shí)，LED2(R、G)交替閃爍，并在限定時(shí)間內(nèi)間歇聲訊響報(bào)警。上述各項(xiàng)狀態(tài)也可分為①LED1顯示本機(jī)工作狀態(tài)，②LED2顯示室內(nèi)用電狀態(tài)，③LED3顯示室外供電狀態(tài)，④LED4顯示穩(wěn)壓控制狀態(tài)，以便于觀察區(qū)分。
圖1電路所示的交流穩(wěn)壓保護(hù)器是以在線連續(xù)工作方式運(yùn)行的，其長(zhǎng)期工作的可靠性極為重要，這需要從設(shè)計(jì)原理和材料選用、生產(chǎn)制造等多方面予以高度重視。因圖1電路各元件對(duì)外電源是直通的，故裝配調(diào)測(cè)中應(yīng)特別加強(qiáng)絕緣防護(hù)，對(duì)電路中長(zhǎng)期工作的部分關(guān)鍵器件應(yīng)選取較大冗余量的降額因子，電源負(fù)荷較重時(shí)，應(yīng)選用大功率繼電器、交流接觸器以及磁路短、截面大、磁通密度高、晶粒取向的優(yōu)質(zhì)環(huán)形卷繞鐵芯及較粗的高強(qiáng)度漆包銅線繞制變壓器。整機(jī)可采用臥式或掛式鐵殼封裝結(jié)構(gòu)，并注意散熱、防塵、屏蔽、外觀設(shè)計(jì)，提高對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。
綜上所述，本交流穩(wěn)壓保護(hù)器是當(dāng)室外配電線路供電和室內(nèi)電器用電過(guò)程中發(fā)生電源波動(dòng)大、瞬間閃斷、欠壓、過(guò)壓、錯(cuò)相、過(guò)載、短路、漏電、人身觸電等常見(jiàn)電氣故障時(shí)，具有自動(dòng)節(jié)能控制穩(wěn)壓輸出/輸入雙重保護(hù)，緩沖啟動(dòng)、反時(shí)限可變延時(shí)供電，負(fù)載選擇性供電，室內(nèi)外電氣系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警顯示，室內(nèi)用電故障延時(shí)消聲間歇閃爍聲光報(bào)警，等待式自動(dòng)恢復(fù)供電、判斷式自動(dòng)恢復(fù)供電、緩步自鎖式保護(hù)斷電，人工校驗(yàn)恢復(fù)供電等智能化綜合控制保護(hù)、監(jiān)測(cè)告警功能，提高了用電負(fù)載的投入運(yùn)行率，有效地減少了電氣事故危害，延長(zhǎng)電器的使用壽命。
權(quán)利要求1.交流電源智能監(jiān)控穩(wěn)壓保護(hù)器，其特征在于<1>由交流電壓表(DB1)、電感(L)、電容(C1—C5、C11、C12)、電阻(R2、R3、R5、R19、R28、R29)、二極管(D2—D6)、穩(wěn)壓管(DW1、DW2)各元件組成抗干擾型輸入交流電源降壓整流監(jiān)測(cè)取樣電路；<2>由過(guò)載檢測(cè)繼電器(J1)、二極管(D9)、電阻(R6、R7)、電容(C6)組成分壓、積分式過(guò)載取樣電路；<3>由變流器(ZCT)、二極管(D1)、電阻(R11)、電容(C7)組成漏觸電差動(dòng)電流取樣電路和由電阻(R1)、按鈕開(kāi)關(guān)(AN1、AN2)組成漏觸電人工校驗(yàn)、人工恢復(fù)控制電路；<4>由混合放大器(A1)、晶體管(Q1、Q2)、電阻(R8—R10、R12、R13)、電容(C8、C9)各元件組成模糊控制雙穩(wěn)電流開(kāi)關(guān)對(duì)線路進(jìn)行過(guò)載、漏觸電保護(hù)及判斷式恢復(fù)、緩步自鎖式保護(hù)控制；<5>由混合放大器(A2)、電阻(R14—R17)、電容(C10)、訊響器(HC)、二極管(D10)、變色發(fā)光二極管(LED2)各元件組成延時(shí)消聲間歇聲訊響、變色光閃爍用電故障報(bào)警電路；<6>由交流電壓表(DB2)、變色發(fā)光二極管(LED4)、集成放大器(A3、A4、A5)、晶體管(Q6、Q7)、二極管(D11、D12、D21、D22)、電阻(R20—R26、R44、R45)、電位器(W1、W2)、繼電器(J4、J5)、雙繞組自耦變壓器(T)或磁飽和、諧振、放大型和恒壓可控型交流穩(wěn)壓部件組成節(jié)能控制穩(wěn)壓保護(hù)、監(jiān)測(cè)顯示電路；<7>由集成放大器(A6、A8)、晶體管(Q3)、二極管(D13、D15、D16)、穩(wěn)壓管(DW3、DW4)、發(fā)光二極管(LED1)、電容(C13、C14)、電阻(R27、R31、R34—R40)、電位器(W3)、繼電器(J2)各元件組成反時(shí)限可變延時(shí)輸出、欠壓保護(hù)、監(jiān)測(cè)電路；<8>由集成放大器(A7)、晶體管(Q4、Q5)、二極管(D14、D17—D20)、穩(wěn)壓管(DW5、DW6)、發(fā)光二極管(LED2、LED3)、電阻(R30、R32、R33、R41—R43)、電容(C15)、繼電器(J3)各元件組成緩沖輸出、過(guò)壓保護(hù)、監(jiān)測(cè)報(bào)警電路；<9>由保護(hù)器輸出端熔絲(F2)及其兩端跨接的發(fā)光二極管(LED1)、二極管(D8)、電阻(R4)或氖燈組成防觸電式短路保護(hù)熔絲及狀態(tài)顯示電路；<10>由輸入端熔斷器(F1)、接線座(JZ1)和輸出端交流接觸器(CJ)、接線座(JZ2)組成大功率輸出擴(kuò)展電路。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供一種交流電源智能監(jiān)控穩(wěn)壓保護(hù)器。它由交流電源自動(dòng)節(jié)能控制穩(wěn)壓輸出/輸入雙重保護(hù)和抗干擾、模糊控制電路組成。本交流穩(wěn)壓保護(hù)器對(duì)供電波動(dòng)大、閃斷、欠壓、過(guò)壓、錯(cuò)相，用電過(guò)載、短路、漏電、觸電故障，可進(jìn)行穩(wěn)壓、緩沖啟動(dòng)、反時(shí)限可變延時(shí)、負(fù)載選擇性供電，供、用電狀態(tài)監(jiān)測(cè)，故障自動(dòng)斷電，用電故障延時(shí)消聲間歇閃爍聲光報(bào)警，等待式、判斷式自動(dòng)恢復(fù)供電，緩步自鎖式保護(hù)，人工校驗(yàn)恢復(fù)供電等智能化綜合監(jiān)控、有效地減少了電氣事故危害，延長(zhǎng)電器的使用壽命。
文檔編號(hào)H02H3/08GK2217853SQ94223339
公開(kāi)日1996年1月17日 申請(qǐng)日期1994年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月8日
發(fā)明者王曉進(jìn), 朱江蘭, 王志東 申請(qǐng)人:王曉進(jìn)