专利名称：全信号电子保护断路器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三相四线制供电系统中，故障保护开关装置。尤其是由绝缘壳体、三相电源监测电路、断相、过载、过压、欠压、漏电信号检测电路、电流设定电路、同步、对称/非对转换开关电路、故障信号比较、触发电路、隔离输出控制电路与机械开关组成的全信号电子保护断路器。
目前，Dz系列的自动保护开关，其内部的保护装置是由机械开关与电感置接进行电连接，电感通入固定的额定电流，当用电设备的电流超过其使用额定电流时，电感产生磁场力，联动机械开关，切断主电路，起到保护作用。Dz系列自动保护开关，不能随用电设备功率大小而改变其保护电流。但是很多用电设备功率大小不一，很难与其匹配，而且，对三相电路中的各项故障指标只是单一检测扣控制，给用电设备在使用、安全上造成一定的局限性。
本实用新型的目的是提供一种全信号电子保护断路器，在三相四线制供电系统中，对各种故障进行全方位的检测和控制，已达到具有过载、断相、过压、欠压、漏电多种保护及功率可调的综合性保护目的。
本实用新型的解决方案是，在绝缘壳体中，机械开关与三相电直接进行电连接，设置了四个电流互感器，互感器L1、L2、L3、L4分别穿入三相电源的相线上，再将相互绝缘的相线与中线合并穿入互感器L4中，作为三相电路中故障信号的监测元件，将互感器L1、L2、L3、L4尾端并接一点接地，首端分别与二极管D1D4、D2D5、D3D6阳极并接，其中过载信号由二极管D1、D2、D3取出一路经电阻R8与同步三极管T1基极相接，电阻R6、对称运行指示二极管ED2，三极管T1与电源串联相接，为信号检测的同步开关电路，保证本开关电路在静、动态时均能与负载工作同步。另一路经电流设定电位器W1、二极管D9、电阻R16串联与比较器(9)端相接，为过载信号第一通路。
断相信号由二极管D4、D5、D6电阻R9、R10、R11分别与三极管T2、T3、R4基极相接，三极管T2、T3、T4串联组成或门电路与同步开关电路相连接。同步三极管T1射极与三极管T2集电板相接，向二极管D8提供断相工作电压信号，经电阻R13与比较器(13)端相接，为断相信号第二通路。为使本开关电路在各种特性的负载中均能通用，设置了对称/非对称转换开关电路，开关K1二极管D15、D10分别与同步三极管T1的集电极、基极相接，当开关K1闭合时，关闭了同步开关电路，切除了断相信号在单相负载工作时的影响。
由互感器L4、二极管D7、电阻R12、三极管T5串联相接与R-S触发器A3的(8)端相接，为漏电信号第三通路。
过压、欠压故障信号、由交流220V通过降压电容CR1、电阻R0降压，整流桥Dz整流，输出的脉动直流电，一路经电阻R1、稳压二极管DW1、电阻R5、R6、R7提供本电路的工作电压。另一路经电阻R2、二极管D14分别取出过压和欠压信号，由电位器W2与比较器(3)端相接，为过压信号控制第四通路，由电阻R18与比较器(5)端相接，为欠压信号控制第五通路。各通路的故障信号经各自的比较器进行比较，产生的负脉冲信号直接触发R-S触发器触发端，输出转为高电平，使其相对应连接的过压、欠压过载、断相、漏电指示二极管ED3、ED4、ED5、ED6、ED7显示，并与输出电阻R27相连接，提供控制三极管T6基极电压。通过光电偶合器Ic控制电磁继电器J动作，电磁继电器J的动触头与自动机械开关DK的连杆直接接触，进行机电联动，达到全部篮控过程。
由于采用了上述方案，使本全信号电子保护断路器在三相四线制供电回路中具有全方位检测和控制功能。
以下结合附图和具体实施方式
作详细说明。
图1是全信号电子保护断路器的线路图。
图2是图1所示全相位检测电路。
图3是图1所示过压、欠压检测、稳压电源电路。
图4是图1所示故障信号比较、R-S触发电路。
图5是图1所示隔离输出控制电路。
图2是图1所示全相位检测电路，可对过载、断相、漏电三种故障信号进行检测和分解由互感器L1、L2、L3、L4分别从三相电源中检测故障信号，二极管D1、D2、D3阳极分别与互感器L1、L2、L3首端相接，阴极并接一点与设定电位器W1、电阻R8连接，电阻R8与同步三极管T1基极相接，提供同步三极管T1基极电压。设定电位器W1与二极管D9、接地电容C7的接点与电阻R16连接，电阻R16、接地电阻R17的接点与比较器A1反向输入端(9)相接，为过载信号控制端；为了兼顾瞬间起动电流大的用电设备(如电动机)，增设电容C7，防止本电路误动作。设定电位器W1，可改变过载电流与本保护断路器使用功率的大小。
互感器L1、L2、L3首端与二极管D4、D5、D6阳极连接，阴极与电阻R9、R10、R11与三极管T2、T3、T4的基极分别串联相接，三极管T2、T3、T4或门电路与同步三极管T1对称运行指示二极管ED2、电阻R6串联，连接在电源与地线之间。三极管T1、T2的接点与二极管D8相接，二极管D3、电阻R13、R14串联与比较器A1的反向输入端(13)相接，为断相信号控制端。本电路的工作方式是在三相对称负载工作时，互感器L1、L2、L3均有电信号，此信号通过二极管D4、D5、D6，电阻R9、R10、R11、滤波电容C2、C3、C4提供基极电压，使三极管T2、T3、T4饱和导通，此刻工作电源经过电阻R6、对称运行指示二极管ED2、同步三极管T1对地，对称运行指示二极管ED2亮，二极管D8无电压信号输出，表明三相电路无断相故障，对称性负载工作正常。当三相负载工作断相时，三极管T2、T3、T4中必有其中之一截止，这时同步三极管T1通过二极管D1、D2、D3其中的两路经过电阻R6，提供基极电压，使同步三极管T1继续保持导通状态。同步三极管T1的射极由电阻R6经过对称运行指示二极管ED2提供工作电压信号输出高电平，二极管D8有断相信号输出，进入比较器A1，反向输入端(13)进行比较。
二极管D1、D2、D3、电阻R6、接地电容C1的接点与同步三极管T1基极连接，电阻R6、对称运行指示二极管ED2、三极管T1串联，连接于工作电源，组成检测电路的同步开关电路。其工作方式为在本断路器静态或动态时，即在三相对称性负载工作前及起动工作后，都能保持与负载同步的开关动作，同时，当断相故障出现时，又能保证故障信号顺利通过。
同步三极管T1基极与二极管D10开关K2串联接地；电阻R6、对称运行指示二极管ED2、同步三极管T1集电极与二极管D15的接点与开关K2串联，连接在电源与地线之间；电阻R7、非对称运行指示二极管ED1、开关K2串联，也连接在电源与地线之间，组成对称/非对称转换开关电路。此开关电路为单相用电设备在本断路器上使用而设计。其工作方式为当此开关拨至非对称时(K1闭合)，非对称运行指示二极管ED1亮，此刻无论是对称性负载还是非对称性负载在本断路器中都可以使用。实际上是通过二极管D10、D15、开关K1、关闭了同步三极管T1的一切信号通路。切除了断相信号在单相负载工作时在本断路器中的影响。当此开关拨至对称处时(K1打开)，对称运行指示二极管ED2亮，表明三相对称负载各种保护功能进入工作状态。
互感器L4首端与二极管D7、电阻R12、三极管T5串联连接，组成漏电信号检测电路。当微弱漏电流产生时，互感器L4将有很强的感应信号输出。使三极管T5饱和导通，产生的低电平信号直接进入R-S触发器A3触发端(9)。
图3是图1所示过压、欠压检测，稳压电源电路，降压电容CR1、电阻R0并接与整流桥Dz交流输入端相接，连接在交流220V电压之间。整流桥Dz输出端分别与电阻R1、R2连接。电阻R2、二极管D14、过压设定电位器W2、电阻R18串联，构成过压、欠压控制通路。过压、欠压是根据交流220V的变化大小而取得，在某个范围内，由电位器W2、调整过压值、电阻R18固定欠压值。当交流220V变化超过限定值时，为过压或欠压故障，通过电阻R18、电位器W2分别取出过压、欠压信号进入比较器A1、(3)、(5)端，为过压、欠压信号控制端。
图4是图1所示故障信号比较与触发电路，信号比较电路采用四运放集成电路LM324，触发电路采用双时基电路NE566。电阻R22、R23、R24、R25、稳压二极管DW2、复位开关K2的接点与供电电阻R5相接，提供信号比较电路、触发电路工作电压。电阻R21、R15的接点与四比较器A1、(2)、(6)、(10)、(12)输入端连接，建立四比较器参考电平，各路故障过压、欠压、过载、断相信号与比较器控制端(1)、(3)、(5)、(13)分别连接，当其信号超过比较器参考电平时，比较器由截止状态转为导通状态。输出端(1)、(7)、(8)、(14)分别跨接二极管ED3、D11、D12、D13与触发器A2、A3、(8)、(6)、(6)端连接，漏电信号经三极管T5集电极与触发器A3(8)端相接。当某故障信号经比较器放大后进入各自的触发器，其输出端必有高电平信号出现，与其相连接的过压、欠压、过载、断相指示二极管ED3、ED4、ED5、ED6、ED7必有其中之一亮，其阴极并接与电R27相接，向隔离控制电路提供控制信号电压。触发器A2、A3、(12)、(2)端为复位端，开关K2、电阻R26的接点与复位端连接，因电阻R26接地，触发器复位端为低电平，静态时输出端保持低电平状态，本触发电路是按R-S触发器方式工作的，只有低电平信号触发有效，其逻辑功能为(1)R＝1、S＝1、Q＝0输出为低电平；(2)R＝0、S＝0、Q＝1输出为高电平；(3)R＝0、S＝1、Q＝0输出保持低电平。开关K2是复位开关，其工作方式是当复位开关K2闭合时，R＝1、S＝1、Q＝0，当开关K2松开时，R＝0、S＝1输出保持Q＝0低电平，当负脉冲信号S＝0触发时，R＝0、S＝0、Q＝1输出高平。在各路故障信号经比较器A1产生的负脉冲信号触发R-S触发器时，输出端有(Q＝1)高电平信号，触发器A2、(12)、(2)、A3、(2)、(12)端通过电阻R26接地(R＝0)，相当于R＝0、S＝0、Q＝1，此高电平信号使相应的故障指示二极管显示发光，表明电网故障所在，待故障排出后，按下复位按钮K2，控制电路而被复位，使本电路又进入监控状态。
图5是图1所示隔离输出控制电路。由故障指示二极管ED3、ED4、ED5、ED6、ED7的阴极并接一点与电阻R27、电容C8串联接地。电阻R27、电容C8的接点与三极管T6相接，提供三极管T6基极电压，集电极与光电偶合电路Ic相连接，经电阻R4连接在电源与地线之间，Ic4脚与晶闸管SCR控制极相接，5脚与电阻Rc1、Rc2串联相接，为晶闸管SCR触发电路。电磁继电器J与晶闸管SCR串联，连接在交流220V电压之间。电磁继电器J动触头与机械开关DK连杆接触，达到机、电联动的工作方式。其工作原理是当故障信号经R-S触发器时，输出高电平信号，使其相应的指示二极管显示。同时，经电阻R27，向三极管T6提供基极电压，使其饱和导通，由工作电压经电阻R4使光电偶合电路Ic得电，触发晶闸管SCR导通，电磁继电器J瞬间吸合，动触头带动机械连杆动作，切断主电路，同时电磁继电器失电。达到控制的目的。此刻故障指示二极管继续发光显示，表明故障部位，待故障排除后，按下复位按钮K2，故障指示二极管熄灭，控制电路而被复位，方可进行启动，反之无法启动。
本全信号电子保护断路器，是在已有绝缘壳体中设置了电子监控电路与机械开关组合一体而成，增加对电网的保护范围，改进了Dz系列自动保护开关机械固定式电流保护方法，使其更加安全、方便。
权利要求1.一种全信号电子保护断路器，在绝缘壳体中，自动机械开关与三相电直接进行电连接，其特征在于四个电流互感器L1、L2、L3、L4分别穿入三相电源的相线上，再将相互绝缘的相线与中线合并穿入互感器L4中，将互感器L1、L2、L3、L4尾端并接一点接地，首端分别与二极管D1D4、D2D5、D3D6阳被并接，其中过载信号由二极管D1、D2、D3取出，二极管D1、D2、D3阴极并接分别与电位器W1、电阻R3连接，一路经电阻R8与同步三极管T1基极相接，电阻R6、对称运行指示二极管ED2、三极管T1与电源串联连接，为同步开关电路，保证本开关电路在静、动态时均能与负载工作同步，同时断相信号工作电压由此开关电路控制，另一路由电位器W1、二极管D9、电阻R16串联与比较器(9)端相接，为过载信号第一通路；断相信号由二极管D4、D5、D6、电阻R9、R10、R11分别与三极管T2、T3、T4基极连接，三极管T2、T3、T4串联相接，组成或门电路与同步开关电路相接，同步三极管T1射极与三极管T2集电极相接，向二极管D8提供断相工作电压信号，经电阻R13与比较器(13)端相接，为断相信号第二通路。为使本电路适应各种特性负载，设置了对称/非对称转换开关电路，开关K1、二极管D10、D15与同步三极管T1的集电极、基极相接。开关K1另一端接地端，当其闭合时，关闭了同步开关电路，切除了断相信号在单相负载工作时的影响。电流互感器L4、二极管D7、电阻R12、三极管T5串联相接与R-S触发器A3、(8)端相连接，为漏电信号第三通路；过压、欠压故障信号，由交流220V通过电容CR1、电阻R0并接降压，整流桥Dz整流输出的脉动直流电，一路经R1、稳压二极管DW1、电阻R5、R6、R7提供本电路的工作电源；另一路经电阻R2、二极管D14分别取出，由电位器W2与比较器(3)端相接，为过压信号控制第四通路；由电阻R18与比较器(5)端相接，为欠压信号控制第五通路；由电阻R21、R15的接点与比较器A1、(2)、(6)、(10)、(12)端相接，连接在电源与地线之间，建立器比较器的参考电平，当各通路过压、欠压、过载、断相、漏电故障分别与各自独立的比较器(3)、(5)、(9)、(13)连接，输出端与各自独立R-S触发器A2、A3触发端(8)、(6)连接，采用负脉冲信号触发形式工作的，当故障信号超过比较器的参考电平时，产生的负脉冲信号使触发器输出端由低电平转为高电平，使其相对应连接的过压、欠压、过载、断相、漏电指示二极管ED3、ED4、ED5、ED6、ED7显示发光，其阴极并接与电阻R27相接，提供控制三极管T6基极电压，使其饱和导通，与光电偶合电路Ic(4)脚相接，触发晶闸管SCR导通，晶闸管SCR与电磁继电器J串联，连接在交流220V电压之间，电磁继电器J瞬间吸合，其动触头带动机械开关DK连杆。切断主电路，达到控制目的。
2.根据权利要求1所述全信号电子保护断路器，其特征在于四个电流互感器L1、L2、L3、L4分别穿入三相电的相线上，再将相互绝缘的相线与中线合并穿入互感器L4中，将L1、L2、L3、L4尾端并接一点接地，首端分别与二极管D1D4、D2D5、D3D6、D7并接，分别对过载、断相，漏电故障信号进行检测。
3.根据权利1所述全信号电子保护断路器，其特征在于对称/非对称转换开关K1与非对称运行指示二极管ED1、电阻R7串联，连接在电源与地线之间；电阻R6、对称运行指示二极管ED2、同步三极管T1集电极的接点与三极管T1基极分别跨接二极管D10、D15与对称/非对称开关K1相接，也连接在电源与地线之间，使本开关电路适用各种特性负载。
4.根据权利1、2、3所述全信号电子保护断路器，其特征在于同步开关电路控制断相信号工作电压，电阻R6运行指示二极管ED2、同步开关三极管T1与三极管T2、T3、T4或门电路串联，连接在电源与地线之间，由过载检测电路经电阻R8向同步三极管T1基极提供开关信号，使本电路在静、动态时均能与负载工作同步。
5.根据权利要求1所述全信号电子保护断路器，其特征在于降压电容CR1、电阻R0并联连接，与整流桥Dz串联，连接在交流220V电压之间，取代变压器。
6.根据权利要求1所述全信号电子保护断路器，其特征在于电阻R21、R15的接点与四比较器输入端(2)、(6)、(10)、(12)连接建立四比较器的参考电平，各故障信号与各自独立的比较器控制端(3)、(5)、(9)、(13)连接，当故障信号超过其参考电平时，比较器由截止状态转为导通状态，由输出端(1)、(7)、(8)、(14)提供各故障触发信号通路。
7.根据权利要求1所述全信号电子保护断路器，其特征在于触发器采用两块集成电路NE556，按R-S触发器方式工作的，复位开关K2与电阻R26串联，连接在电源与地线之间，开关K2、电阻R26的接点与R-S的触发器A2、A3、(12)复位端连接，电阻R22、R23、R24、R25分别与触发器A2、A3触发端(8)、(6)连接，提供触发端高电平，当各自独立的故障产生负脉冲信号进入R-S触发器A2、A3、(8)、(6)端时，输出端由低电平转为高电平。
8.根据权利要求1所述全信号电子保护断路器，其特征在于三极管T6集电极与光电偶合电路Ic(2)脚相接，(1)脚与电阻R4串联，连接在电源与地之间，光电偶合电路Ic(4)脚与晶闸管SCR控制极连接，6脚与电阻Rc1、Rc2晶闸管SCR电磁继电器J的接点，串联连接，晶闸管SCR与电磁继电器J串联连接在交流220V电压之间，为本开关光电隔离，无触点控制电路。
专利摘要本实用新型公开一种在三相四线制供电系统中对故障监测的全信号电子保护断路器。在绝缘壳体中,自动机械开关与三相电直接进行电连接,增设了过压、欠压、过载、断相、漏电检测电路,电流设定、同步、对称/非对称开关电路,故障信号比较、显示、触发电路、隔离输出控制电路与机械开关进行机械连接,当三相电路产生故障时,经各故障信号通路,触发控制电路,使电磁机构与自动机械开关连杆联动,切断主电路,起到保护作用。
文档编号H02H3/32GK2363412SQ97223319
公开日2000年2月9日 申请日期1997年5月27日 优先权日1997年5月27日
发明者吕德武 申请人:吕德武