专利名称：多功能保护开关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可广泛适用于工厂车间、矿山机井，农村场院，建筑配电等场合作通断操作，漏电及人身触电保护，电路中欠压、缺相、三相电压不平衡保护及线路和电动机的过载及短路保护的多功能保护开关。
在现有技术中，市售产品DZ15L系列漏电保护断路器具有过载、短路及漏电保护功能，该产品曾获1982年国家重大发明二等奖。它的过载、短路保护装置均采用电磁液压式脱扣器，无电子元件。该产品具有动作灵敏，动作时间快，反时特性好，体积小，分断电流大等特点，但它的这三种保护功能不能满足电网中多方位保护的需要。该产品的漏电保护电路采用分离元件构成，受温度、电磁干扰等外界因素的影响较大。本实用新型就是针对该产品功能少及其漏电保护电路的不足进行了改进。
本实用新型的目的之一是提供一种兼过载、短路、漏电、三相不平衡、缺相及欠压保护为一体、功能更加齐全的多功能保护开关，本实用新型的目的之二是使各功能的指标可独立控制调整，且做到电路简单、离散性小、性能可靠、灵敏度高、抗干扰能力强。
本实用新型的目的可通过以下方案实现在原漏电保护断路器的基础上增加了一个三相不平衡及缺相保护电路，一个欠压保护电路及直流电源电路，漏电保护电路、三相不平衡及缺相保护电路以及欠压保护电路分别通过零序电流互感器电路、对称星形负载电路及三相半波整流电路取得信号电压，经电压比较器比较后，产生触发电压，触发可控硅，使脱扣器动作，整个电路的直流工作电压由欠压保护电路取出。
本实用新型的工作原理如
图1所示，图中L1为零序电流互感器次级，初级为穿过它的三相相线和一根中性线(零线)，在正常无漏电时，流过零序电流互感器初级的电流合为零，合成磁通量为零，因此，次级L1中无感应电流产生，电压比较器LM339的同相输入端7＃无感应电压。由于该比较器的反相输入端6＃有一个固定电压(100MV)，经过比较，其输出端1＃为“0”电位，可控硅无触发信号，脱扣器不动作。当人体接触火线(或负载的火线与大地漏电)时，等于火线与地增加了一个通道，触电电流直接从火线向大地泄漏，使得零序电流互感器中合成电流不为零，因此合成磁通量不再为零，零序电流互感器次级L1立即产生感应电流，通过电阻R2产生电压降，输入给比较器的同相输入端7＃，输出电位此时翻转，由“0”电位变为“1”电位，该信号电压通过二极管D8去触发可控硅，使脱扣器动作，切断三相电源，起到漏电保护作用。
三相不平衡保护电路的信号电压是由电阻R7、R8、R9组成的对称星形负载电路得到。当三相电源平衡时，其对称负载的中性点电位为零，电阻R10上无电流通过，因此无电压降。当三相电源不平衡时，其中性点电位不再为零，从而在电阻R10上产生一个不平衡电压，输入给比较器的反相输入端8＃，此电压如大于100MV，则该比较器输出电位由三相平衡时的“1”变为“0”，经过R19、C7组成的延时电路延时5－10秒钟后，将此低电位输入到另一比较器的输入端4＃，使该比较器翻转，产生一触发电压，触发可控硅，使脱扣器动作，做到三相不平衡保护。
缺相保护的原理同上，因为缺相属比较严重的不平衡，是三相不平衡的特殊情况。在三相不平衡保护电路调整好后，必须起到缺相保护作用。
电源电压经三相半波整流电路D2、D3、D4整流后，由电阻R13、R14分压后，产生的信号电压输入给比较器同相输入端11＃，该比较器的反相输入端为一个固定电压(2V)，当电源电压低到某一值(一般为70％Ue)时，整流后的电压经分压后，低于比较器的反相输入端电压，比较器输出电位由原来的“1”电位变为“0”电位，经过R19、C7组成的延时电路延时5－10秒钟后，将此“0”电位输入给另一比较器的反相输入端4＃，使该比较器的输出由“0”变为“1”，产生的触发电压经二极管D9触发可控硅，使脱扣器动作，达到欠压保护作用。
整个电路的直流工作电压由欠压保护电路取出，通过D2、D3、D4三相半波整流并经稳压二极管D5及电容C6稳压和滤波后可获得＋5V直流电源。
本实用新型的优点和效果是明显的，它集各种常规保护功能于一体，克服了现有各种保护开关保护功能少、将几种保护器简单组合的缺陷；本实用新型的各保护功能的保护指标可独立调整，这是由于各功能的保护电路在整个电路中都是相对独立的，因此可根据用户的各种不同需求进行指标调整，如欠压保护指标可在60％－90％Ue电压范围内调整，从而扩大了该产品的使用范围；本实用新型的漏电保护电路克服了现有电子线路具有的漏电动作电流不稳定，有一项缺相便导致漏电保护功能失效等缺陷，漏电信号通过滤波、抗干扰电路进入比较器，因而减少了电路受外界因素，如温度、磁场等的影响，且参数不随电网、电压的波动而变化，可在供电电路缺相情况下保证保护电路的正常工作；由于本实用新型的欠压保护采用独立的欠电压保护电路，因此，欠电压动作值可以独立整定，不仅结构简单可靠，而且可为整个电路提供直流工作电压；本实用新型的三相不平衡及缺相保护电路克服了现有技术缺相保护不灵敏(尤其在电压高的情况下)以及抗干扰能力差等缺陷，使该电路不受电网电压的波动影响，并且可根据需要独立调整三相不平衡值的动作电压；由于本实用新型采用了集成电路和可控硅直接驱动，因此，该产品还具有结构简单，离散性小，性能可靠，灵敏度高，体积小等特点。
图1是本实用新型的电原理图。
图2是本实用新型的结构示意图。
图3是多功能保护脱扣器结构示意图。
下面将结合附图对本实用新型进行更具体的描述。
本实用新型的具体结构如图2所示，它包括市售产品DE15L断路器的短路、过载保护装置及改进后的漏电保护电路。短路及过载保护装置是由三个液压电磁脱扣器1构成，液压电磁脱扣器由励磁线圈、装有硅油的芯柱、衔铁及释放弹簧构成，它直接与三相电源线相接，当负载短路或过载时，流过励磁线圈的电流达到它的动作值，励磁线圈产生的磁力便吸引衔铁，并推动脱扣拉杆使开关断开，切断电流。如图1所示，所述的漏电保护电路包括漏电信号检测、电压比较及漏电试验三个部分。漏电信号电压由零序电流互感器L1、L2取得，它是一个环形的坡莫合金磁环，其上绕有1000匝的次级线圈，互感器的初级线圈则是穿过它的各相主电源相线和零线、零序电流互感器的次级线圈两端并接有微调电阻R2，改变R2的阻值，可使感应电压变化。因此，调节该电阻可设定漏电电流保护值。R2一端接地，另一端通过限流电阻R3接至集成电压比较器LM339的其中一个比较器的同相输入端7＃，而该比较器的反相输入端6＃则通过分压电阻R3、R4从直流＋5V电压上取出100MV的电压作为其基准电压，为防止高频干扰，在上述比较器的两输入端跨接有电容C1，从零序电流互感器取得的信号电压经电容C1滤波后直接进入电压比较器。比较器的输出端1＃经二极管D8接到可控硅D7控制极上。滤波电容C2将高频干扰对地旁路掉，＋5V电压通过电阻R6接于比较器的输出端，其作用是稳定输出电位。为经常检查漏电保护功能是否完好，特设置了一个漏电试验电路。它是在零序电流互感器的初级线圈上配有一个6匝的初级绕组L2，用于产生漏电试验电路的模拟漏电信号，该绕组的一端通过限流电阻R1接到电源零线上，另一端通过一个由常开触点组成的微动开关K1接到三相电源的任意一相上。按下试验按钮，有电流流过零序电流互感器的初级，相当于一个漏电信号，因此便可以随时检查漏电保护功能是否完好及脱扣机构和触头能否可靠分断。
本实用新型的技术关键还在于增加了一个三相不平衡及缺相保护电路，一个欠压保护电路及直流电源电路。上述各电路如图1所示，所述的三相不平衡及缺相保护电路中电阻R7、R8、R9及微调电阻R10组成三相对称星形负载电路，用于不平衡信号电压的检测。信号电压通过该电路及电阻R10取得，经限流电阻R11接至电压比较器的反相输入端8＃，该比较器同相输入端9＃同漏电电压比较器的反相输入端6＃相连接，以100MV电压作为基准电压。为防止高频干扰，在比较器的两输入端跨接滤波电容C3，其输出端14＃与欠压比较器的输出端相连接。
所述的欠压保护电路由二极管D2、D3、D4组成的三相半波整流电路整流，并经电阻R13、R14分压后得到一个欠压信号电压，通过电容C5滤波后，接到欠压电压比较器的同相输入端11＃，而反相输入端10＃同另一比较器的同相输入端5＃相连，得到＋2V的基准电压，其输出端13＃同不平衡电压比较器的输出端14＃相连。
在本实用新型的欠压保护电路中还设置了直流电源电路，用于为整个电路提供直流工作电压，该电路由D2、D3、D4、R17、R18、D5及C6组成，电源电压经D2、D3、D4组成的三相半波整流电路整流后，通过R17、R18及C6阻容滤波并经D5稳压即可为电路提供＋5V的直流工作电压。
为避免由于电网的瞬时电压波动而造成保护开关的误动作，在三相不平衡保护电路及欠压保护电路的输出端设置了一个两电路所共有的延时电路，该电路由R19、C7组成，由三相不平衡和欠压电压比较器输出的电压经延时电路5－10秒钟延时后，输入另一比较器的反相输入端4＃，使该比较器翻转、产生触发电压，经二极管D9触发可控硅，使脱扣器动作。
如图2所示，本实用新型的各电路均设置于控制线路板6上。主电源引线3穿过零序互感器4，并接至电源引出线接线端子。本实用新型除采用三个过载保护脱扣器1，用作过载、短路保护装置外，还设有一个多功能保护脱扣器7，它是漏电、三相不平衡及缺相以及欠压保护电路的执行机构。脱扣器通过导线2与控制线路板6相连，其结构如图3所示，它是由线圈芯柱7a、励磁线圈7b、框架7C、释放弹簧7d及衔铁7e组成，是一种电磁式脱扣器。衔铁7e与脱扣拉杆8相连，脱扣拉杆与开关的自由脱扣机构9相连。当控制线路板发出动作信号时，多功能保护脱扣器的励磁线圈流过电流，并产生磁力，吸合衔铁，拉动脱扣拉杆，使开关的自由脱扣机构动作，切断电源。
权利要求1.一种用于在电力电网中作通断操作及保护的多功能保护开关，它包括漏电保护电路，短路保护及过载保护装置，其特征在于它还具有一个三相不平衡及缺相保护电路，一个欠压保护电路及直流电源电路，所说的漏电保护电路、三相不平衡及缺相保护电路以及欠压保护电路分别通过零序电流互感器电路、对称星形负载电路及三相半波整流电路取得信号电压，经电压比较器比较后，产生触发电压，触发可控硅，使脱扣器动作，整个电路的直流工作电压由欠压保护电路取出。
2.如权利要求1所述的多功能保护开关，其特征在于由零序电流互感器取得的漏电信号电压经滤波电容C1滤波后直接进入电压比较器。
3.如权利要求2所述的多功能保护开关，其特征在于所说的零序电流互感器采用坡莫合金磁环。
4.如权利要求2所述的多功能保护开关，其特征在于所述的电压比较器采用集成四电压比较器。
5.如权利要求1所述的多功能保护开关，其特征在于三相不平衡及缺相保护电路、欠压保护电路经电压比较器产生的触发电压通过R19、C7组成的延时电路延时后触发可控硅。
专利摘要一种用于在电力电网中作通断操作及保护的多功能保护开关，它包括一个短路及过载保护装置，一个漏电保护电路、一个三相不平衡及缺相保护电路和一个欠压保护电路。各电路产生的信号电压经电压比较器比较器后产生触发电压，触发可控硅，使脱扣器动作，切断电源，本实用新型具有保护功能齐全，电路简单，离散性小，性能可靠，灵敏度高，抗干扰能力强等特点。
文档编号H02H3/12GK2071834SQ9021705
公开日1991年2月20日 申请日期1990年7月25日 优先权日1990年7月25日
发明者张祥林 申请人:银川市电器厂, 宁夏轻工业设计研究所