专利名称：一种无熔丝保险装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电气设备的保险装置，特别是适合于高电压，大功率的电气设备过电压，过电流保护的保险装置。
目前，使用在电气设备上的保险装置主要有以下几种1、普通熔丝保险2、快速熔断器3、热敏电阻限流保险普通熔丝保险装置适合于低电压，小功率电气设备，它使用简单，价格低，保险工作时熔断。缺点消耗有色金属污染环境，对瞬时过电流无保护作用，熔丝的机械接触不良时易非保护性熔断，经常工作在熔断状态时价格并不低，保险不牢靠，该熔断时不熔断的现象时有发生，对电气设备的继电保护设备有很高要求。
快速熔断器适合于高压大功率电气设备，其优点是对瞬时及长时过电流均有保险作用，在不熔断的情况下价格较低。有些快速熔断器在保险盒外还装有信号接点。缺点瞬时无须停机情况下的过电流引起停机造成生产损失，消耗有色金属及石英砂；经常工作在有瞬时过电流电路时价格高；对电气设备的继电保护设备有较高要求。
热敏限流保险适合于电路及微功率设备，其优点是简单无熔丝，对电气线路中器件过流有保护作用，温度变化电阻变化限制电流增大，缺点无开关作用，不能切除电源，受电阻值变化范围影响，使用场合有限。
对于上述的1、2大量使用的两种保险，其工作原理是利用电气设备工作过程中过电流产生的热量，达到其工作物质-保险丝的熔点时熔断，使供电电路与电气设备开路，以达到保护电气设备的目的。上述3所述的热敏电阻限流保险，其工作原理是利用电气设备工作过程中过电流产生的热量，使其电阻值增大，以将过量电流限制在一定范围内的方法保护电气设备，但不能切断电源。
上述1、2、3的保险装置虽然使用简单方便，但在高电压，大功率的电气设备上使用时，存在一定的局限性。高电压、大功率的电气设备一般情况下在生产环节中起至关重要的作用，这种电气设备的启动、停止及停机时间长短，直接影响其它电气设备和生产效益。高电压、大功率的电气设备回路中，产生的过电流有两种长时过电流和瞬时过电流，长时过电流意味着设备存在损坏故障，必须将设备从回路中解列并切断电源。瞬时过电流产生的原因较多，高电压、大功率的电气设备回路中大部分过电流都是瞬时的，这种瞬时过电流一般情况不会损坏电气设备，也不一定要将设备从回路中解列或切断电源停止运行造成生产损失。上述1、2、3的保险装置都不能起到这样的效果即高电压、大功率的电气设备回路中有长时过电流时，进行长时保护切断电源；有瞬时过电流时，进行瞬时保护切断电源，瞬时过电流消失后自动恢复供电，避免不必要的停机和生产损失。上述1、2的保险装置还要消耗大量的有色金属，造成浪费和污染。
本实用新型的目的在于设计这样一种保险装置它是应用于高电压、大功率的电气设备回路中的一种保险装置，当高电压、大功率的电气设备回路中有长时过电流时，保险装置快速进入阻断状态，使供电电源与电气设备阻断，保护电源和电气设备；当高电压、大功率的电气设备回路中有瞬时过电流时，保险装置快速进入瞬时阻断状态，使供电电源与电气设备瞬时阻断，保护电源和电气设备，当高电压、大功率的电气设备回路中的瞬时过电流消失后，保险装置快速恢复开通状态，使供电电源与电气设备恢复连接，避免不必要的停机和生产损失；它结构简单体积小，使用成本低。
本实用新型的技术方案；一种无熔丝保险装置，其特征是它由电流传感器及检测电路、过电流设定及比较电路、瞬时过电流动作电路、长时过电流动作电路、功率电子开关及开关电路电连接构成；电流传感器及检测电路、功率电子开关及开关电路串联在高压电源与电器设备之间，电流传感器及检测电路与过电流设定及比较电路相连接，过电流设定及比较电路的输出同时连接瞬时过电流动作电路和长时过电流动作电路，瞬时过电流动作电路与功率电子开关及开关电路的控制端相连接；长时过电流动作电路的输出与开关控制电路的控制端连接。
上述所说的电流传感器及检测电路由一电流互感器和整流电路组成；电流互感器的输出并联一电阻同时接整流电路的交流输入端，整流电路的输出端接过电流设定及比较电路。
上述所说的整流电路可以是全波整流电路也可是半波整流电路。
上述所说的过电流设定及比较电路由一电压比较器，一基准电压产生电路和一分压取样电路组成；基准电压产生电路并接上述所说的整流电路直流两端，基准电压产生电路的输出端接电压比较器的正输入端；分压取样电路的也接在上述所说的整流电路直流两端，分压取样电路的输出端接电压比较器的负输入端。
上述所说的基准电压产生电路由一电阻和一稳压管构成，电阻和稳压管串接后并联在上述所说的整流电路直流输出端，电阻和稳压管的连接点接电压比较器的正输入端。
上述所说的分压取样电路由两电阻串接与上述所说的整流电路直流输出端，两电阻接点接电压比较器T的负输入端。
上述所说的瞬时过电流动作电路包括一光电耦合器件、一功率电力电子开关开通电路，光电耦合器件的输入端接上述所说的电压比较器的输出端，光电耦合器件的输出端接功率电子开关电路触发端，同时接功率电力电子开关开通电路。
上述所说的瞬时过电流动作电路也可由一稳压电路组成，稳压电路的负端接光电耦合器件的输入端，在稳压器件与限流电阻之间接有电容。
上述所说的瞬时过电流动作电路中的功率电力电子开关开通电路是由电阻和二极管串联构成，电阻的另一端接功率电子开关电路的输入端，二极管的另一端接功率电子开关电路触发端。
上述所说的长时过电流动作电路包括一积分延时电路、一光电耦合器件和继电器组成，上述所说的电压比较器的输出端与积分延时电路的输入端相连接，积分延时电路的输出端接光电耦合器输入端，光电耦合器输出端接继电器开关一端；继电器的另一端可串接指示灯，接电力电子开关的输入端。
上述所说的长时过电流动作电路可由一稳压电路组成，稳压电路的负端接光激可控硅器件的输入端，在稳压器件与限流电阻之间接有电容。
上述所说的积分延时电路由二极管、电阻、电容构成，积分电路的输入端与上述所说的电压比较器的输出端相连接，积分电路的输出端通过一电阻和三极管驱动光电耦合器，光电耦合器的输出端接继电器的一端。
功率电力电子开关电路中的功率开关元件，是能够利用瞬时过流动作电路和长时过流动作电路的控制信号开通及关闭的功率电子器件，其开通及关闭状态满足电气设备启动运行和解列停止的要求。
电流检测、比较电路由电流传感器和集成电路比较器电路组成，电流传感器检测的信号与比较器上设定的过流信号相比较，检测信号大于设定信号时，比较电路输出控制信号，以启动瞬时过流动作电路和长时过流动作电路。
瞬时过流动作电路由光电耦合器组成，瞬时过流动作电路动作时，将功率电力电子开关电路中的功率开关元件由开通状态改变为关闭状态。
长时过流动作电路由延时电路、光电耦合器、继电器组成，长时过流动作电路动作时，将功率电力电子开关电路中的功率开关元件由开通状态改变为关闭状态；过流指示灯亮，过流信号输出接点由常开转为常闭。
保险装置设计成模块结构，其内含的电子电路无需外接电源即可工作，可以插接。
本实用新型的特点1、这种无熔丝保险装置，它利用电流传感电路、电流检测、比较电路控制启动长时过流动作电路、瞬时过流动作电路开通及关闭电力电子开关电路中的功率开关元件的电连接关系，对长时及瞬时过电流均起保护作用并有瞬时恢复功能，可减少瞬时过电流停机，降低生产损失。保险装置具有模块化长寿命的特点，有过电流指示及过电流信号接点输出，方便设备运行。节约材料，不消耗有色金属避免造成污染。
2、这种保险装置设计成模块结构的插接件，其内含的电子电路无需外接电源，与上述1、2保险装置同样方便的使用方法，可以直接插接替换；并具有电气回路长时过电流的报警指示及过电流信号输出接点，以方便运行和联动继电保护装置。
3、本实用新型所述的保险装置，具有软启动功能，可以使电气设备启动时免受启动电流的冲击，有效地保护电气设备。
4、电力电子器件具有高速度动作性能，对瞬时过流有效保护优于快速熔断器模块化后与其它保险装置同样方便的使用方法。
5、因为本装置具备电流继电保护功能，所以对电气设备继电保护装置要求降低，整体使用成本低。
下面结合本实用新型的实施例及附图对本实用新型的工作原理作进一步的说明附
图1是本实用新型的逻辑框图。
附图2是本实用新型实施例1的电路图。
附图3是本实用新型实施例2的电路图。
附图1中，电流传感器及检测电路1、功率电子开关元件及开关电路5串联在电源与电器设备6之间，电流传感器及检测电路1互感的电压与过电流设定及比较电路相连接，过电流设定及比较电路2的输出同时连接瞬时过电流动作电路3和长时过电流动作电路4，瞬时过电流动作电路3与电力电子开关元件及开关电路5的控制端相连接；长时过电流动作电路4的输出与电力电子开关元件及开关电路5的控制端连接。
在附图2中，上述所说的电流传感器及检测电路1由一电流互感器CT和整流桥电路ZL电容C1组成；电流互感器的输出并联电流电压转换电阻R同时接整流电路的交流输入端，整流电路的输出端接过电流设定及比较电路。
上述所说的过电流设定及比较电路2由一电压比较器T，一基准电压产生电路和一分压取样电路组成；基准电压产生电路由一电阻R3和一稳压管D1构成，电阻R3和稳压管D1串接后并联在上述所说的整流电路直流输出端，电阻R3和稳压管D1的连接点接电压比较器T的正输入端；分压取样电路由电阻R1和R2串接与上述所说的整流电路直流输出端连接，电阻R1和R2的接点接电压比较器T的负输入端。
上述所说的瞬时过电流动作电路3包括一光电耦合器件G2、一功率电力电子开关开通电路，上述所说的电压比较器T的输出端通过一电阻R5与光电耦合器件G2的输入端相接，同时在光电耦合器件G2的输入端并接有电容C2，光电耦合器件G2的输出端接功率电子开关电路的触发端，同时接功率电力电子开关开通电路输出端；功率电力电子开关开通电路是由电阻R8和二极管D4和电容C4串联构成。
上述所说的长时过电流动作电路4包括一积分电路、一光电耦合器件G3、一继电器J1组成，其中的积分电路由二极管D3、电阻R6、电容C3构成，积分电路的输入端与上述所说的电压比较器T的输出端相连接，积分电路的输出端通过一电阻R7和三极管G1驱动光电耦合器G3电阻R9，光电耦合器G3的输出端接继电器J1一端，继电器另一端接指示灯ZD。
本实用新型中的继电器J1有三个常开输出端J1-1、J1-2、J1-3，其中，J1-1并接在光电耦合器G2的输出端，J1-2一端串接继电器J1和指示灯6，同时并联在功率电力电子开关元件5的两端；J1-3做过流信号输出。
附图3与附图2的电路基本一致，其中整流电路由二极管D1、电容C1构成半波整流电路，RT是过流设定调整电位器]。
在附图3中瞬时过电流动作电路由一电阻R1、稳压二极管D2、电容C2构成稳压电路，稳压二极管D2负端接光电耦合器G1输入端，在稳压二极管D2与限流电阻R1之间接有电容C2；长时过电流动作电路由一电阻R2、稳压二极管D3、电容C3构成稳压电路，二极管D3负端接光激可控硅器件G2输入端，在稳压二极管D3与限流电阻R2之间接有电容C3。
附图3中光电耦合器G1、光激可控硅器件G2输出相连接接功率电力电子元件G3的触发端控制功率电力电子元件G3的开通。
工作原理如下交流电源经由电流传感及检测电路1到功率电力电子元件及开关电路5，功率电力电子元件及开关电路5上电开通，电气设备回路负载电路6得电工作；同时，电流传感及检测电路1检测的电流信号送到比较设定检测电路2，当电流信号未到设定值时，比较器低电平输出，瞬时过电流动作电路3和长时过电流动作电路4不动作；当电流信号达到设定值时，比较器输出高电平控制信号，瞬时过电流动作电路3瞬时延时动作，长时过电流延时电路4充电延时，瞬时过电流动作电路3瞬时延时动作后，功率电力电子开关元件及开关电路5被关闭，电气设备回路负载电路6中无电流流过，同时，电流传感及检测电路1也无电流流过，比较设定检测电路2工作电源消失，瞬时过电流动作电路3瞬时延时动作解除，功率电力电子元件及开关电路5上电开通，重新工作。
长时过电流产生时，瞬时过电流动作电路3瞬时延时动作将重复数次，使长时过电流延时电路4充电延时达到动作值，长时过电流动作电路4动作，使继电器J1闭合并自锁、关闭功率电力电子开关元件5、过电流指示灯ZD亮、输出过电流信号接点J1-3输出闭合信号。
本实用新型所述的保险装置，长时过电流延时电路4的延时时间设计恰当时，电气设备回路负载电路6启动时的大电流，将被瞬时过电流动作电路3瞬时延时动作及其重复动作所限制，因此，具有软启动功能。
本实用新型所述的保险装置的上述实施例，是在交流电路中的应用，电力电子开关元件是双向的，在直流电路中应用时，使用可关断的单向电力电子元件。
权利要求1.一种无熔丝保险装置，其特征是它由电流传感器及检测电路、过电流设定及比较电路、瞬时过电流动作电路、长时过电流动作电路、功率电子开关电路、开关控制电路电连接构成；电流传感器及检测电路、功率电子开关电路串联在高压电源与电器设备之间，电流传感器及检测电路与过电流设定及比较电路相连接，过电流设定及比较电路的输出同时连接瞬时过电流动作电路和长时过电流动作电路，瞬时过电流动作电路与功率电子开关电路的控制端相连接；长时过电流动作电路的输出与开关控制电路的控制端连接。
2.根据权利要求1所述的一种无熔丝保险装置，其特征是上述所说的电流传感器及检测电路由一电流互感器和整流电路组成；电流互感器的输出并联一电阻同时接整流电路的交流输入端，整流电路的输出端接过电流设定及比较电路。
3.根据权利要求1所述的一种无熔丝保险装置，其特征是上述所说的整流电路可以是全波整流电路也可是半波整流电路。
4.根据权利要求1所述的一种无熔丝保险装置，其特征是上述所说的过电流设定及比较电路由一电压比较器，一基准电压产生电路和一分压取样电路组成；基准电压产生电路并接上述所说的整流电路直流两端，基准电压产生电路的输出端接电压比较器的正输入端；分压取样电路的也接在上述所说的整流电路直流两端，分压取样电路的输出端接电压比较器的负输入端。
5.根据权利要求1所述的一种无熔丝保险装置，其特征是上述所说的基准电压产生电路由一电阻和一稳压管构成，电阻和稳压管串接后并联在上述所说的整流电路直流输出端，电阻和稳压管的连接点接电压比较器T的正输入端。
6.根据权利要求1所述的一种无熔丝保险装置，其特征是上述所说的分压取样电路由两个电阻串接与上述所说的整流电路直流输出端，两个电阻的接点接电压比较器的负输入端。
7.根据权利要求1所述的一种无熔丝保险装置，其特征是上述所说的瞬时过电流动作电路包括一光电耦合器件、一功率电力电子开关开通电路，光电耦合器件的输入端接上述所说的电压比较器的输出端，光电耦合器件的输出端接功率电子开关电路触发端，同时接功率电力电子开关开通电路。
8.根据权利要求1所述的一种无熔丝保险装置，其特征是上述所说的瞬时过电流动作电路也可由一稳压电路组成，稳压电路的负端接光电耦合器件的输入端，在稳压器件与限流电阻之间接有电容。
9.根据权利要求1所述的一种无熔丝保险装置，其特征是上述所说的瞬时过电流动作电路中的功率电力电子开关开通电路是由电阻和二极管串联构成，电阻的另一端接功率电子开关电路的输入端，二极管的另一端接功率电子开关电路触发端。
10.根据权利要求1所述的一种无熔丝保险装置，其特征是上述所说的长时过电流动作电路包括一积分延时电路、一光电耦合器件和继电器组成，上述所说的电压比较器的输出端与积分延时电路的输入端相连接，积分延时电路的输出端接光电耦合器输入端，光电耦合器输出端接继电器开关一端；继电器的另一端可串接指示灯，接电力电子开关的输入端。
11.根据权利要求1所述的一种无熔丝保险装置，其特征是上述所说的长时过电流动作电路可由一稳压电路组成，稳压电路的负端接光激可控硅器件的输入端，在稳压器件与限流电阻之间接有电容。
12.根据权利要求1所述的一种无熔丝保险装置，其特征是上述所说的积分延时电路由二极管、电阻、电容构成，积分电路的输入端与上述所说的电压比较器的输出端相连接，积分电路的输出端通过一电阻和三极管驱动光电耦合器，光电耦合器的输出端接继电器的一端。
专利摘要本实用新型是一种适合于高电压、大功率电气设备过电流保护的保险装置。其特征是:电流传感器及检测电路、功率电子开关电路串联在高压电源与电器设备之间,电流传感器及检测电路与过电流设定及比较电路相连接,过电流设定及比较电路的输出同时连接瞬时过电流动作电路和长时过电流动作电路,瞬时过电流动作电路与功率电子开关电路的控制端相连接;长时过电流动作电路的输出与开关控制电路的控制端连接。它可减少不必要过电流停机,使用成本低。
文档编号H02H3/26GK2432713SQ0022637
公开日2001年5月30日 申请日期2000年5月1日 优先权日2000年5月1日
发明者齐宇庆 申请人:齐宇庆