一种智能插座及其相平衡实现方法与流程

本发明涉及一种电源插座，具体涉及一种可根据三相市电线路各相线当前负荷状况从其中最小负荷相线取电并输出ac220v，且具有安全保护、电能计量、远程控制等功能的智能插座。

背景技术：

当前，市电供电线路普遍采用三相四线制。所有的ac220v电源插座，其零线端与市电线路的零线连接，其火线端要么与市电线路的a相火线连接，要么是b相或c相，由建筑设计院或专业机构根据用户数量、常用电气设备的额定功率等预估分相并进行相应的线路设计，以实现三相供电的相平衡。然而，由于每一用户所使用的电气设备的数量、电功率、运行时段等差别较大，常使a、b、c三相线上的在线设备的总功率和用电负荷出现差别，使三相供电难以实现相平衡，由此增加了线路及配变设备的电损耗，并使配变设备及用电设备的安全运行受到影响。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可根据三相市电线路各相线当前负荷状况从其中最小负荷相线取电并输出ac220v，且具有安全保护、电能计量、远程控制等功能的智能插座。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为一种智能插座，包括主板、机壳和至少一个插座模块；所述主板通过电线分别与市电线路的三相火线、零线对应连接；所述插座模块的零线端子、地线端子通过电线与市电线路的零线以及建筑物地线对应连接，所述插座模块的火线端子通过电线与所述主板相连；所述主板可在外设指令下实时检测市电线路各相线当前的负荷状况，并控制所述插座模块的火线端子与市电线路三相火线中的最小负荷相线相导通，使三相供电线路实现相平衡。

优选地，所述机壳上，至少设有一个穿线孔，用于所述主板向外引线；至少设有一个所述主板的窗口孔，用于观察所述主板的显示信息和手动控制所述主板；至少设有一个所述插座模块的安装孔或一组三孔或五孔插座的插入孔。

优选地，所述插座模块，包括三孔插座模块或五孔插座模块。

优选地，所述主板包括单片机电路、电源电路、至少二路通讯电路、至少一路开关电路、至少一路电能检测电路、至少一路切换电路、温检电路、显控电路、漏电保护电路；

所述通讯电路、所述电能检测电路、所述显控电路与所述单片机电路互联互通；

所述电源电路包括连接到所述市电线路任意一相火线和零线上的供电端以及给主板各电路供电的vcc电源端和接地端；

所述通讯电路包括有线通讯电路或无线通讯电路；所述有线通讯电路包括与单片机电路互联互通的通讯端和与外设相交互的通讯端；所述无线通讯电路包括与单片机电路互联互通的通讯端和与外设相交互的无线收发端；

所述开关电路包括与单片机电路相连的控制端和与被控设备相连的开关端；

所述电能检测电路包括与单片机电路互联互通的控制端和连接到市电线路的检测端和与所述插座模块火线端连线进行互感的电流互感器；

所述切换电路包括与所述单片机电路相连的控制端和与漏电保护电路输出端三相火线分别相连的三个火线输入端和一个火线输出公共端；所述切换电路接收来自所述单片机电路的控制信号控制其一个火线输出公共端分别与三个火线输入端的通断，实现所述单片机电路控制所述插座模块火线端分别与市电线路三相火线的通断和使所述插座模块上电或断电；

所述温检电路将测得的温度信号转换成电信号连接到所述单片机电路上；

所述显控电路包括显示电路和控制电路；所述显示电路接收单片机电路的控制信号显示相应信息；所述控制电路将用户的手动控制信号连接到单片机电路上。

优选地，所述单片机电路包括51系列单片机电路或stm32系列单片机电路或avr系列单片机电路；

所述电源电路包括ac-dc电源电路；

所述通讯电路包括有线通讯电路或无线通讯电路；所述有线通讯电路包括电力线载波通讯电路或rs485或can或tcp/ip通讯电路；所述无线通讯电路包括315m～5.8g或蓝牙或wifi或lora或zigbgg等非蜂窝类无线通讯电路，或2g、3g、4g、5g、nb-iot等蜂窝类无线通讯电路；

所述开关电路包括mos管开关电路或继电器开关电路；

所述电能检测电路包括电压互感器、电流互感器、电能计量芯片、二极管三极管及电阻电容电感电路；

所述切换电路包括三路继电器开关电路及互锁控制电路或三路交流接触器开关电路及互锁控制电路或三路可控硅开关电路及互锁控制电路；

所述温检电路包括接触式测温传感器电路或非接触式测温传感器电路；

所述显控电路包括显示电路和控制电路；所述显示电路包括lgd指示灯电路或lcd显示屏电路；所述控制电路包括按键开关电路或薄膜开关电路。

本发明还公开了一种智能插座相平衡实现方法，具体如下：

步骤100：单片机电路通过上行通讯电路收到上位机发来的开机指令，或通过显控电路收到用户手动发出的开机指令，单片机电路通过电能检测电路检测三相实际负荷并根据负荷情况选择确定取电相线，当该相线过零时，单片机电路控制切换电路的火线输出公共端接通该相线对应的火线输入端，使所述插座模块30上电，并避免继电器或交流接触器触电打火；

步骤200：所述插座模块上电并有负载接入时，电能检测电路对负载回路的电压、电流、功率、电量等进行实时检测和计算，并与单片机电路相交互，单片机电路控制显控电路进行相应显示，并同时向上位机上传数据；

步骤300：当负载回路发生过载时，单片机电路控制切换电路断开，使所述插座模块断电，

温检电路将测得的温度信号转换成电信号上传给单片机电路，当温度超过限定值时，单片机电路控制切换电路断开，使所述插座模块断电，

当负载回路发生短路、触电、漏电等情况时，漏电保护电路自动断开，起到安全保护作用；

步骤400：单片机电路通过上行通讯电路收到上位机发来的开关被控设备指令，单片机电路通过开关电路控制被控设备开关机，

单片机电路通过下行通讯电路收到下位机发来的控制指令，单片机电路执行相应操作。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：可有效实现三相供电相平衡，减少配变电损，提高用电效率和安全性。

附图说明

图1是本发明的智能插座的外观结构示意图；

图2是本发明的智能插座的主板的原理框图；

图3是本发明的智能插座实现相平衡流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位和位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者部件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指标或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“若干”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是自己连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可根据三相市电线路各相线当前负荷状况从其中最小负荷相线取电并输出ac220v，且具有安全保护、电能计量、远程控制等功能的智能插座。

如图1所示，本发明提供的一种智能插座，包括主板10、机壳20、插座模块30；主板10通过电线分别与市电线路的三相火线(a、b、c)和零线(n)对应连接；插座模块30的零线端子、地线端子通过电线与市电线路的零线(n)以及建筑物地线(g)对应连接，插座模块20的火线端子通过电线与主板10相连；主板10可在外设指令下实时检测市电线路各相线当前的负荷状况，并控制插座模块30的火线端子与市电线路三相火线中的最小负荷相线相导通，使三相供电线路实现相平衡。

在本发明的一个具体的实施例中，机壳20上部设有穿线孔，用于主板10向外引线；机壳20前部设有主板10的窗口孔，用于观察主板10的显示信息和手动控制主板10；机壳20前部设有一个插座模块30的安装孔。

如图2所示，j1、j2、j3为接线端子，其中j1用于所述主板10连接市电线路和建筑物地线，j2用于所述主板10连接所述插座模块30，j3用于连接被控设备。

在本发明的一个具体的实施例中，所述主板包括单片机电路u1、电源电路u2、上行通讯电路u3、下行通讯电路u4、开关电路u5、电能检测电路u6、切换电路u7、温检电路u8、显控电路u9、漏电保护电路u10；其中：

上行通讯电路u3、下行通讯电路u4、电能检测电路u6、显控电路u9与所述单片机电路u1互联互通；

电源电路u2包括连接到市电线路a相火线和零线n上的供电端以及给所述主板10各电路供电的vcc电源端和接地端；

上行通讯电路u3为有线上行通讯电路，包括与单片机电路u1互联互通的通讯端和连接到市电线路其中a相火线和零线n上的电力线载波通讯端；

下行通讯电路u4为无线下行通讯电路，包括与单片机电路u1互联互通的通讯端和与下位机相交互的无线收发端；

开关电路u5包括与单片机电路u1相连的控制端和与被控设备相连的开关端；

电能检测电路u6包括与单片机电路u1互联互通的控制端和连接到市电线路的检测端和与所述插座模块30火线端连线进行互感的电流互感器；

切换电路u7包括与所述单片机电路u1相连的控制端和与漏电保护电路三相火线输出公共端相连的三个火线输入端(a/b/c)和一个火线输出公共端(l)；切换电路u7接收来自单片机电路u1的控制信号控制火线输出公共端分别与三个火线输入端的通断，实现单片机电路u1控制所述插座模块30的火线端分别与市电线路三相火线的通断和使所述插座模块30上电或断电；

温检电路u8将测得的温度信号转换成电信号连接到所述单片机电路u1上。

显控电路u9包括显示电路和控制电路；显示电路接收单片机电路u1的控制信号显示相应信息；控制电路将用户的手动控制信号连接到单片机电路u1上。

漏电保护电路u10在输出端出现相间短路、负载回路出现漏电、触电时断开市电线路。

在本发明的一个具体的实施例中，单片机电路u1为51系列单片机电路u1或stm32系列单片机电路u1或avr系列单片机电路u1；

电源电路u2为ac-dc电源电路u2；

上行通讯电路u3为电力线载波有线通讯电路u3；

下行通讯电路u4为蓝牙或wifi无线通讯电路u4；

开关电路u5为mos管开关电路或继电器开关电路u5；

电能检测电路u6包括电压互感器、电流互感器hg、电能计量芯片以及二极管三极管和电阻电容电路；

切换电路u7为三路继电器开关电路及互锁控制电路u7或三路交流接触器开关电路及互锁控制电路u7或三路可控硅开关电路及互锁控制电路u7；

温检电路u8为接触式测温传感器电路u8或非接触式测温传感器电路u8，常用的为ds18b20数字温度传感器；

显控电路u9包括显示电路和控制电路，显示电路包括lgd指示灯电路或lcd显示屏电路，控制电路包括按键开关电路或薄膜开关电路；

漏电保护电路u10为三相四线漏电保护电路。

本发明提供的智能插座相平衡实现工作步骤如下：

单片机电路u1通过上行通讯电路u3收到上位机发来的开机指令，或通过显控电路u9收到用户手动发出的开机指令，单片机电路u1通过电能检测电路u6检测三相实际负荷并根据负荷情况选择确定取电相线，当该相线过零时，单片机电路u1控制切换电路u7的火线输出公共端接通该相线对应的火线输入端，使所述插座模块30上电，并避免继电器或交流接触器触电打火。

所述插座模块30上电并有负载接入时，电能检测电路u6对负载回路的电压、电流、功率、电量等进行实时检测和计算，并与单片机电路u1相交互，单片机电路u1控制显控电路u9进行相应显示，并同时向上位机上传数据。当负载回路发生过载时，单片机电路u1控制切换电路u7断开，使所述插座模块30断电。

温检电路u8将测得的温度信号转换成电信号上传给单片机电路u1，当温度超过限定值时，单片机电路u1控制切换电路u7断开，使所述插座模块30断电。

当切换电路u7在切换过程中引起相间短路，或负载回路发生触电、漏电等情况时，漏电保护电路u10自动跳闸，起到安全保护作用。

单片机电路u1通过上行通讯电路u3收到上位机发来的开关被控设备指令，单片机电路u1通过开关电路u5控制被控设备开关机。

单片机电路u1通过下行通讯电路u4收到下位机发来的控制指令，单片机电路u1执行相应操作。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。