专利名称：具有显示功能的空气开关的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力控制装置技术领域，具体地说，是涉及一种用于接通或者分 断电网电源的空气开关。
背景技术：
空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种器件，它集控制和多 种保护功能于一身，除了能完成接通和分断电网电源的任务外，还能对电路或电气设备发 生的短路.严重过载及欠电压等故障进行断电保护。因此，目前几乎所有的家庭和单位都 将其作为安全用电的首选器件加以配置。节能减排，低碳经济已经成为目前全球经济发展的新趋势。为了促进资源节约和 环境保护，阶梯电价必将在不久的将来付诸实施。而目前国内居民的电表通常是集中安装 的，居民查看起来很不方便。即使分户安装，由于现有电表只能显示总电量，没有当月用电 量的显示功能，因此，居民也很难及时地掌握目前的用电情况，以便为日后的用电计划做出 合理的安排。而对于现有的空气开关来说，也仅仅只具有通断、过载、欠压、漏电保护等功能，也 不能显示电量和即时电压、电流、功率等信息，因此，也不能为用户的用电规划提供直接的 帮助。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种具有显示功能的空气开关，通过在现有空气开关 的基础上增加用电信息的显示功能，从而为用户的合理用电提供了技术上的支持。为解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现—种具有显示功能的空气开关，所述空气开关配置有显示模块，在所述显示模块 中设置有与空气开关中的电源线相连接的电流采样单元和电压采样单元、以及与所述电流 采样单元和电压采样单元相连接的中央控制单元、和与所述中央控制单元相连接的显示单元。为了对所要显示的用电信息实现选择设定，在所述显示模块中还设置有按键单 元，连接所述的中央控制单元。对于所述电流采样单元来说，可以采用一个导电片串联在火线主回路中或者零线 主回路中，通过检测导电片两端的压降值，并结合导电片的电阻值来计算出电流值；将所述 导电片的两端连接中央控制单元，通过中央控制单元来采样导电片两端的电压值，进而计 算生成当前火线主回路或者零线主回路中的电流值。进一步的，所述导电片的两端分别通过限流电阻和滤波电容连接所述的中央控制单元。 优选的，所述导电片为锰铜片。 对于所述电压采样单元来说，可以采用多个分压电阻串联的方式进行设计，将所述分压电阻串联后跨接在火线和零线之间，其分压节点连接所述的中央控制单元，通过采 集分压节点处的电压值来计算出电源回路的电压值。进一步的，在所述中央控制单元中设置有处理器和电量计量芯片；所述电量计量 芯片连接所述的电流采样单元和电压采样单元，根据接收到的采样值计算生成用电信息， 比如即时电流值、即时电压值或者功率值、电量值等，传输至所述的处理器，通过所述处理 器驱动显示单元输出显示。又进一步的，在所述中央控制单元中还设置有时钟单元，输出时钟信号至所述的 处理器，以根据系统时间来计算月度累计电量或者总体累计电量等用电信息。再进一步的，在所述显示模块中还设置有用于将空气开关接入的交流电压转换为 所述中央控制单元和显示单元所需工作电压的电源转换单元，为所述中央控制单元和显示 单元供电。作为两种不同的结构设计方式，可以将所述显示模块与空气开关共同集成于一个 壳体上，即形成一个整体；也可以将所述显示模块与空气开关分开设置，即在传统空气开关 的基础上通过外接电源线实现其与显示模块的连接，通过显示模块对流过空气开关的电流 值、电压值、以及由此计算出的功率值和电量值等用电信息进行显示。与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是本实用新型的空气开关除具 有普通空气开关的通断、过流保护、过压欠压保护、漏电保护功能外，还具有本月电量显示、 历史电量查询、即时电压、电量、功率显示等功能。应用所述带有电量显示功能的空气开关， 可以让用户随时了解到当月和前几个月的电量使用情况，进而根据阶梯电价合理选择用电 设备和电器的使用方式，从而有利于养成良好的用电习惯，实现资源节约和环境保护的目 的。与此同时，电压、电量和功率即时显示功能还可以让用户查看到当前总体的用电信息， 避免超过空气开关负荷，起到安全保护的作用。结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点 将变得更加清楚。
图1是本实用新型所提出的具有显示功能的空气开关的总体架构原理框图；图2是显示模块的一种实施例的电路原理图；图3是本实用新型所提出的具有显示功能的空气开关的一种实施例的外形图；图4是本实用新型所提出的具有显示功能的空气开关的另外一种实施例的外形 图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细地说明。本实用新型为了让用户能够及时、方便地了解自家的用电情况，对现有的空气开 关进行改进，使其在保留原有的电源通断、过载保护、欠压保护、漏电保护等功能外，为其增 加用电信息显示功能，即在传统空气开关的基础上，配置显示模块，如图2所示，通过在显 示模块中设置与空气开关中的电源线相连接的电流采样单元11和电压采样单元12，以实 时地采集流过空气开关的即时电流值和即时电压值，从而传输给中央控制单元5以转化生成显示所需的电流值、电压值、功率值和电量值，进而驱动与其连接的显示单元7输出显示。下面通过一个具体的实施例，来详细阐述具有用电信息显示功能的空气开关的具 体组建结构及其工作原理。实施例一，参见图1所示，本实施例的空气开关包括传统的空气开关部分和新增 设的显示模块部分。图1中的虚线部分是传统空气开关的电路组成部分，包括用于连接外 部电网的火线输入端子1和零线输入端子2、连接在电源主回路中的分断开关3和漏电检 测单元4、以及用于连接外部负载的火线输出端子9和零线输出端子10。在安装空气开关 时，将电网输入端子1、2连接至电网，负载输出端子9、10连接至用电设备。分断开关3串 联在火线主回路中，可实现手动分断功能。分断开关3经过杠杆与双金属片连接，当线路 发生一般性过载时，过载电流产生的热量使双金属片弯曲，推动杠杆动作，可以实现过流保 护。分断开关3同时可以连接一套连杆装置，当线路发生短路性故障时，可以迅速分断，进 行保护。漏电检测单元4可以在线路漏电时，控制分断开关3切断电源线路，以实现漏电保 护。本实施例优选采用零序互感器进行漏电检测，将空气开关中的L线、N线同时经过零序 互感器。当线路正常时，因为L、N线上的电流大小相等，方向相反，因此零序互感器上没有 感应电流产生。而当线路发生漏电时，由于L、N线上的电流不平衡，因此会在零序互感器的 线圈上产生感应电流。通过控制器检测该漏电信号，进而控制所述连杆装置分断电源线路。 所述控制器可以设置在漏电检测单元4中，也可以借助新增设的显示模块中的中央控制单 元5集中进行控制。当选用中央控制单元5来接收漏电信号时，还可以在线路发生漏电故 障时，利用中央控制单元5驱动与其连接的显示单元7进行报警显示。图1中的实线部分是新增设的显示模块的电路组成部分，包括中央控制单元5、电 流采样单元11 (图1中以电流采样单元中的主要构成部件——猛铜片6进行表示)、电压采 样单元12、显示单元7和按键单元8。其中，电流采样单元11用于检测通过空气开关的电 流信号；电压检测单元12用于检测进入空气开关的L线、N线之间的电压信号。将检测到 的电流信号和电压信号输入到中央控制单元5中进行处理，并进行电量计算，进而生成显 示所需的电流值、电压值、功率值或者电量值，通过显示单元7显示出来。图2列举了电流采样单元11和电压采样单元12的一种具体电路构建方式。其 中，电流采样单元11可以采用将一个锰铜片6串联在L线主回路或者N线主回路中，当电 流流过锰铜片6时会产生压降，中央控制单元5对锰铜片6两端的电压值进行检测，获得锰 铜片6两端的压降值，再根据锰铜片6的电阻值，可以计算出L线或者N线上的电流值，即 即时电流值。在本实施例中，所述锰铜片6的两端可以进一步通过限流电阻Rl、R2和滤波 电容Cl、C2连接所述的中央控制单元5。所述锰铜片6可以跟空气开关中负载输出端子9 或10做成一体，以降低成本，如图1所示。当然，所述电流采样电路11也可以采用除锰铜 片6以外的其它具有合适阻值的导电片进行电路设计，本实施例并不仅限于以上举例。电压采样单元12可以采用电阻分压网络的方式进行具体设计，如图2所示，可以 将至少两个分压电阻串联后，跨接在空气开关中的L线与N线之间，图2以串联6个分压电 阻R3 R8为例进行说明，从其中一个分压节点处引出电源线连接至所述的中央控制单元 5，例如将分压电阻R7、R8之间的分压节点与中央控制单元5相连接，中央控制单元5根据接收到的分压值，即可计算出L线与N线之间的电压值，S卩即时电压值。在本实施例中，所 述分压节点处还可以进一步通过滤波电容C3接地，以稳定采样电压。在本实施例中，所述中央控制单元5可以具体由电量计量芯片U1、处理器U2和时 钟单元U3组成，如图2所示。其中，通过电量计量芯片Ul连接所述的电流采样单元11和 电压采样单元12，接收采样信号，并转换生成电流值和电压值，或进一步计算出功率值和电 量值，输出至所述的处理器U2，进而通过处理器U2生成用于驱动显示单元7显示的控制信 号，将上述电流值、电压值、功率值或者电量值通过显示单元7显示出来，供用户查阅。时钟 单元U3连接所述的处理器U2，为处理器U2提供时钟信号。在本实施例中，所述时钟单元U3 可以采用一颗实时时钟芯片实现，优选由电池BAT供电，确保停电时时钟单元U3仍能继续 工作。处理器U2根据接收到的电流值、电压值以及时钟单元U3提供的系统时间，可以计算 出月度累计电量和总体累计电量，通过显示单元7输出显示。月度累计电量和总体累计电 量信息被写入记忆芯片中进行存储，当系统掉电时不会丢失，用户可以随时查阅历史数据。显示单元7连接中央控制单元5，显示中央控制单元5输出的用电信息，包括当前 的电流值、电压值、电量值、功率值、月度累计电量值和总体累计电量值等。在本实施例中， 显示单元7可以选用LED数码管或者IXD进行显示。按键单元8中包括若干个按键，连接所述的中央控制单元5，可以用于对当前的电 压、电流、功率、电量等信息进行切换显示，或者用于历史电量的查询、以及用户设定值的输 入等。用户通过按键单元8可以输入电流、电压和功率的限定值。在实际应用过程中，当通 过空气开关的电流、电压或者功率值达到或者超过设定的限定值时，中央控制单元5可以 自动控制分断开关3切断电源线路。在本实施例中，所述按键单元8可以采用机械式按键，也可以采用触摸式按键，亦 可以与显示单元7合并，采用一块触摸屏完成用户指令的输入和用电信息的显示功能。对于显示模块中需要使用直流供电的电子器件来说，比如处理器U2、实时时钟芯 片U3、显示单元7和按键单元8等，本实施例在显示模块中还进一步设计有电源转换单元 (图中未示出)，接收流过空气开关的交流电源，并转换成直流电源，为所述中央控制单元 5、显示单元7和按键单元8提供其所需的工作电压。在本实施例中，所述电源转换单元可 以采用现有的多种电路组建方式设计实现，比如通过电阻和电容等分立元件进行组建、或 者采用开关电源或者变压器进行组建等，本实施例对此不进行具体限制。此外，本实施例还可以在上述中央控制单元5的基础上进行设计通讯接口，通过 红外、射频、电力载波等方式与其他电器或设备通讯，将检测的电流、电压、功率、电量等信 息传递给对方。由此一来，其他的电器或设备就可以根据阶梯电价的档位价格、当月的电量 使用情况和当前的电流值选择合适的工作模式，以达到降低使用成本，并防止电流过载的 设计目的。对于本实施例所提出的带有显示功能的空气开关的外形结构，本实施例在此仅提 供两种不同的结构设计方式一种是将所述显示模块II与传统的空气开关I共同集成于一 个壳体上，即形成一个整体，如图3所示，其内部电路如图1、图2所示，壳体上可以进一步设 置漏电检测按钮13和漏电保护复位开关14。另一种是将所述显示模块II与传统的空气开 关I分开设置，即在传统空气开关I的基础上通过外接电源线15的方式来实现其与显示模 块II的连接，如图4所示。此时，可以将图1中的实线部分(即图2所示的电路部分)设置在独立的显示模块II中，从空气开关I的负载输出端子9、10上引出电源线连接至显示 模块II中，通过显示模块II对流过空气开关I的电流值、电压值、以及由此计算出的功率 值和电量值等用电信息进行显示。 当然，本实用新型并不仅限于上述实施例，还可以有许多变化设计，例如通讯方 式除了红外、射频、载波等方式外，还可以使用有线的方式；检测电流也可以采用线圈感应 的方式；检测电压可以使用电压互感器；电路中的各分离器件可进一步集成或集成器件进 一步分离；各检测和控制部分在系统中的位置可以进行调整；等等。凡采用等同替换或等 效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型所要求的保护范围内。
权利要求1.一种具有显示功能的空气开关，其特征在于所述空气开关配置有显示模块，在所 述显示模块中设置有与空气开关中的电源线相连接的电流采样单元和电压采样单元、以及 与所述电流采样单元和电压采样单元相连接的中央控制单元、和与所述中央控制单元相连 接的显示单元。
2.根据权利要求1所述的具有显示功能的空气开关，其特征在于在所述显示模块中 还设置有按键单元，连接所述的中央控制单元。
3.根据权利要求1所述的具有显示功能的空气开关，其特征在于在所述电流采样单 元中包含有一导电片，所述导电片串联在火线主回路中或者零线主回路中，所述导电片的 两端连接中央控制单元。
4.根据权利要求3所述的具有显示功能的空气开关，其特征在于所述导电片的两端 分别通过限流电阻和滤波电容连接所述的中央控制单元。
5.根据权利要求3所述的具有显示功能的空气开关，其特征在于所述导电片为锰铜片。
6.根据权利要求1所述的具有显示功能的空气开关，其特征在于在所述电压采样单 元中包括多个分压电阻，所述分压电阻串联后跨接在火线和零线之间，其分压节点连接所 述的中央控制单元。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的具有显示功能的空气开关，其特征在于在所 述中央控制单元中设置有处理器和电量计量芯片；所述电量计量芯片连接所述的电流采样 单元和电压采样单元，根据接收到的采样值计算生成用电信息，传输至所述的处理器，通过 所述处理器驱动显示单元输出显示。
8.根据权利要求7所述的具有显示功能的空气开关，其特征在于在所述中央控制单 元中还设置有时钟单元，输出时钟信号至所述的处理器。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的具有显示功能的空气开关，其特征在于在所 述显示模块中还设置有用于将空气开关接入的交流电压转换为所述中央控制单元和显示 单元所需工作电压的电源转换单元。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的具有显示功能的空气开关，其特征在于所述 显示模块与空气开关共同集成于一个壳体上；或者所述显示模块与空气开关分开设置，二 者通过外接电源线实现连接。
专利摘要本实用新型公开了一种具有显示功能的空气开关，所述空气开关配置有显示模块，在所述显示模块中设置有与空气开关中的电源线相连接的电流采样单元和电压采样单元、以及与所述电流采样单元和电压采样单元相连接的中央控制单元、和与所述中央控制单元相连接的显示单元。本实用新型的空气开关除具有普通空气开关的通断、过流保护、过压欠压保护、漏电保护功能外，还具有本月电量显示、历史电量查询、即时电压、电量、功率显示等功能，方便用户随时了解当月和前几个月的电量使用情况，进而根据阶梯电价合理选择用电设备和电器的使用方式。
文档编号H01H9/54GK201893252SQ201020625449
公开日2011年7月6日 申请日期2010年11月16日 优先权日2010年11月16日
发明者王丹 申请人:王丹