一种家庭用电负载强度指示以及过载保护系统的制作方法

本实用新型涉及一种家庭用电负载强度指示以及过载保护系统，属于电力电子领域。

背景技术：

目前，民用电源保护装置通常都是采取达到额定荷载后即断电的方式，断电的方式通常都是熔丝熔断或跳闸。这样虽然起到了一定的保护作用，但由于事件发生突然而存在一些问题，如影响正常活动，并且为恢复供电需要在没有照明的条件下摸索，行动受到限制；会中断一些正在进行中的操作，电脑中的重要文件未保存等；同时突然的断电会对电器造成损坏。为了解决这些问题，出现了一种能够对电负荷过载进行预警的系统，但是预警系统只能做到负荷过载预警，不能做到根据不同用电程度进行用电指示。

技术实现要素：

本实用新型提供一种家庭用电负载强度指示以及过载保护系统，用LED灯指示用户家庭的用电负载情况，并在线路电路超过额定电流时，发出警报以提醒用户，同时自动切断部分相对不重要的用电器的电源以减少因断路器跳闸而造成的所有用电器电源断电，避免不必要的损失。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种家庭用电负载强度指示以及过载保护系统，包括电流互感器、信号处理模块、信号比较系统、供电模块、LED负载指示系统和防过载应急系统，其中，电流互感器的输出端与信号处理模块的输入端相连通，信号处理模块的输出端与信号比较系统的输入端相连通，供电模块的输出端同时与信号比较系统的输入端相连通，信号比较系统的输出端分别与LED负载指示系统的输入端、防过载应急系统的输入端相连通；

作为本实用新型的进一步优选，所述信号比较系统包括四个并联的电压比较电路，分别为第一比较电路、第二比较电路、第三比较电路和第三比较电路；

作为本实用新型的进一步优选，所述的防过载应急系统包括应急可切断插座、复位开关和过载报警器，其中，可切断插座依次与复位开关、单触点继电器相连通构成第四比较电路，多个第四比较电路并联后与过载报警器相连通；

作为本实用新型的进一步优选，所述的电流互感器采用LMZ1-0.5型电流互感器；

作为本实用新型的进一步优选，所述的信号比较系统采用LM358运算放大器；

作为本实用新型的进一步优选，所述的LED负载指示系统包括三个LED灯，第一比较电路、第二比较电路、第三比较电路各自串联着一个LED灯。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型用LED灯指示用户家庭的用电负载情况，并在线路电路超过额定电流时，发出警报以提醒用户，同时自动切断部分相对不重要的用电器的电源以减少因断路器跳闸而造成的所有用电器电源断电，避免不必要的损失。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型的一种家庭用电负载强度指示以及过载保护系统的模块结构示意图。

图2为本实用新型的一种家庭用电负载强度指示以及过载保护系统的电流互感器、信号处理模块、信号比较系统、LED负载指示系统和防过载应急系统的连接电路示意图。

图3为本实用新型的一种家庭用电负载强度指示以及过载保护系统的供电模块的电路结构示意图。

图4为本实用新型的一种家庭用电负载强度指示以及过载保护系统的防过载应急系统中的单触点继电器控制插座通断电的接线图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1-图4所示，本实用新型的一种家庭用电负载强度指示以及过载保护系统，包括电流互感器、信号处理模块、信号比较系统、供电模块、LED负载指示系统和防过载应急系统，其中，电流互感器的输出端与信号处理模块的输入端相连通，信号处理模块的输出端与信号比较系统的输入端相连通，供电模块的输出端同时与信号比较系统的输入端相连通，信号比较系统的输出端分别与LED负载指示系统的输入端、防过载应急系统的输入端相连通；

作为本实用新型的进一步优选，所述信号比较系统包括四个并联的电压比较电路，分别为第一比较电路、第二比较电路、第三比较电路和第三比较电路；

作为本实用新型的进一步优选，所述的防过载应急系统包括应急可切断插座、复位开关和过载报警器，其中，可切断插座依次与复位开关、单触点继电器相连通构成第四比较电路，多个第四比较电路并联后与过载报警器相连通；

作为本实用新型的进一步优选，所述的电流互感器采用LMZ1-0.5型电流互感器；

作为本实用新型的进一步优选，所述的信号比较系统采用LM358运算放大器；

作为本实用新型的进一步优选，所述的LED负载指示系统包括三个LED灯，第一比较电路、第二比较电路、第三比较电路各自串联着一个LED灯。

图2所示，其中，所述电流互感器的输出端连接着信号处理模块的输入端，电流互感器用于测量进线的电流，电流互感器T1将输电线路上的大电流转换成一定比例的小电流，传送到信号处理模块进行整流和滤波处理；信号处理模块采用桥式整流电路和无源低通滤波电路，电流互感器检测的电流经过信号处理模块进行整流和滤波转变为直流电，信号经过桥式整流电路进行整流处理，再经过L1、R6、C1组成的无源低通滤波电路经过滤波处理，处理后的信号传送到信号比较系统。

所述信号处理模块的输出端连接着信号比较系统的输入端，信号比较系统采用LM358运算放大器，信号比较系统包括四个并联的电压比较电路，其中运放U1A、R1、R2、R3、R4、R5构成第一比较电路，运放U1B、R7、R8、R9、R10、R11、R19构成第二比较电路，运放U2A、R12、R13、R14、R15、R16构成第三比较电路，运放U2B、R17、R18、R20、R21构成第四比较电路，第四比较电路为滞回比较电路，具有滞回特性。

所述供电模块的输出端连接着信号比较系统的输入端，供电模块将220V交流电转变为5V直流输出，输入的220V经过整流滤波处理后，再经过LM7812芯片降压输出12V电压，12V电压经过LM7812芯片降压输出5V电压为信号比较系统进行供电。

所述信号比较系统的输出端连接着LED负载指示系统的输入端，LED负载指示系统采用3个LED灯，3个LED灯安装在用户家庭中比较明显的位置，LED灯会根据用户家庭电流负荷的多少做出相应的指示，当用户家庭线路电流小于等于额定电流的40%，灯全暗；当用户家庭线路电流为额定电流的40%~60%时，亮一个灯；当用户家庭线路电流大于等于额定电流的60%~80%时，亮两个灯；当用户家庭线路电流大于等于额定电流的80%时，亮三个灯；信号比较系统的第一比较电路、第二比较电路、第三比较电路各自串联着一个LED灯，根据家庭线路电流负荷情况控制LED灯进行发光指示。

所述信号比较系统的输出端连接着防过载应急系统的输入端，防过载应急系统包括应急可切断插座、复位开关和过载报警器，第四比较电路串联由一个过载报警器和多个单触点继电器的电磁线圈控制的应急可切断插座并联的防过载应急系统电路，当电流大于等于额定电流100%时，处于过载过载应急模式，报警器发出报警，同时各单触点继电器线圈得电，此时各个对应的单触点继电器的触点断开，应急可切断插座进行断电。在过载应急模式下，防过载应急系统中的过载报警器发出报警信号，同时通过单触点继电器控制开关，使应急可切断插座断电，自动切除一部分相对不重要的家庭用电负荷（如电视机、洗衣机等），保留相对重要的对用户来说不可切除的用电负荷（如冰箱、电脑、呼吸机等），哪些为可切除电荷用户可以自定义。应急可切断插座断电后，进线电流将回到正常水平，此时用户需在关闭一部分电器设备后，再按下复位开关S1，使单触点继电器线圈断电，各个动断型单触点继电器的触点再次闭合，所有插座又恢复正常供电。

所述信号处理模块包括桥式整流电路和无源低通滤波电路，电流信号经过信号处理模块进行整流和滤波转变为直流电，信号经过桥式整流电路进行整流处理，再经过L1、R6、C1组成的无源低通滤波电路经过滤波处理。

所述电流互感器采用LMZ1-0.5型电流互感器。电流互感器原理是依据电磁感应原理的，电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成，电流互感器的一次侧绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，二次侧绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中；电流互感器在工作时，它的二次侧回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路；电流互感器是把一次侧大电流转换成二次侧小电流来使用 ，二次侧不可开路。

所述信号比较系统采用LM358运算放大器，LM358是双运算放大器，内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关，它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

所述LED负载指示系统采用3个LED灯，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成LED灯；在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示，砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光，因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。

所述防过载应急系统包括应急可切断插座和过载报警器；家庭用电负载强度指示以及过载保护系统中的防过载应急系统通过单触点继电器控制一种新型的插座，插座上带有送电模式选择开关K1、K2等，该开关为单刀双掷开关，开关一边连接常规的送电线路，一边连接装有单触点继电器开关KA1、KA2等的送电线路；当用户在插座上插上用电设备的插头时，可以根据用电设备的重要性选择将开关打到哪一边；使用重要用电设备时，将开关打到右边，用常规线路送电；使用较不重要的用电设备时，将开关打到左边，用装有单触点继电器开关的线路送电。正常用电状态下，单触点继电器触电吸合，电器正常用电；过载应急模式下，单触点继电器触电断开，较不重要的这部分电器断电。实现了过载情况下的家用电器选择性断电，避免了因为过载而造成的跳闸，使所有家用电器全部断电。当家庭线路电流超过额定电流的100%时，过载应急模块开始工作，继电器线圈得电，触点断开，线路中的电流减小。若不使用具有滞回特性的比较器，则在线路电流减小后应急模块会立刻停止工作，继电器线圈会在得电后立刻再次断电，触点闭合，使得线路电流又再次增加超过额定电流的100%，过载应急电路又开始工作，如此循环反复起不到保护效果；由于滞回比较器的滞回特性，滞回比较器的输出端会保持低电平，避免了上述情况的出现；在过载应急情况下，部分家用电器断电后，若想恢复正常的用电情况，需要用户先关闭一部分电器，由于滞回比较电路的滞回特性，输出端不会恢复成低电平，此时用户需要按下复位开关S1，运放LM358的正相输入端的输入电平大于反相输入端的输入电平，因此输出端将变为高电平，二极管D2反相截止，警报器和各个单触点继电器线圈断电，警报器停止报警，单触点继电器的动断触点闭合，线路恢复到正常状态。

本实用新型一种家庭用电负载强度指示以及过载保护系统的工作原理为：通过电流互感器检测家庭输电线路上的电流，将输入的大电流进行一定比例的转换，转换后的小电流传送到信号处理模块进行整流和滤波处理，将交流电转换成直流电，并通过信号比较系统中的第一比较电路、第二比较电路、第三比较电路和第四比较电路将输电线的用户家庭线路电流与额定电流进行比较并确定比较结果；当用户家庭线路电流小于等于额定电流的40%，灯全暗；当用户家庭线路电流为额定电流的40%~60%时，亮一个灯；当用户家庭线路电流大于等于额定电流的60%~80%时，亮两个灯；当用户家庭线路电流大于等于额定电流的80%时，亮三个灯；当电流达到额定电流100%时，处于过载状态，存在总线路跳闸的可能性，此时系统进入过载应急模式，过载报警器发出报警，同时各单触点继电器线圈得电，此时各个对应的动断型单触点继电器触点断开，对应急可切断插座进行断电。应急可切断插座断电后，进线电流将回到正常水平，此时为了恢复正常用电状态用户需在关闭一部分电器设备后，再按下复位开关S1，使单触点继电器线圈断电，各个动断型单触点继电器触电再次闭合，所有插座又恢复正常供电。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。