专利名称：三相交流电源防触电防短路无触点节能安全器的制作方法
技术领域：
本发明专利是在本发明人《三相电源安全防触电压电器》92229587.5的专利基础上，进一步深入研究改进发明的一种380V三相交流电源防触电防短路无触点节能安全器。
背景技术：
电是一种看不见，闻不出，听不到，来去无影踪的无形老虎，它随时随地可给人们的生命和财产带来危害，由于在工农业生产和家用电器中，人们要经常与电接触，所以发生触电和短路着火事故是险而易见的。在我国每年都有触电和短路着火的数例事故发生，有时是变压器自身着火，它的主要原因是1、配电盘上的闸刀和瓷插保险的保险丝太粗。2、触点烧损不能分离引起着火。有时电源断线接地和下雨时线路绝缘降低，均会损耗大量电流。
为解决以上问题，在触电问题上人们研究了一种触电保安器。在短路问题上，人们研究了一种空气开关，但此开关由于电流小，不能直接接到总电源开关上来控制，但变压器配电盘上的保险瓷插和闸刀始终没有什么改进。下面将其原理和缺点分析如下一、触电保安器的工作原理是人触电时有一个零序电流从电源流经零序电流互感器，通过人体到地面，回到变压器的中性点，组成回路，这个电流在互感器中感应出一个信号，经放大器放大后送入继电器，如果这个电流达到影响人体安全时，继电器就动作，使自动开关脱扣，切断电源防止触电。其缺点是(1)人万一碰触电线，还是先触电而后跳闸，如手、脚也有被烧坏的可能。(2)心脏病人万一碰触到带电电线，仍有生命危险。(3)刮风时树枝碰到线跳闸，下雨时绝缘程度降低也跳闸，既增加电损，又给电工带来很多麻烦。(4)跳够一定的次数，触点易损且不灵敏，仍不安全。(5)有的坏了电工也不修，有的电工怕麻烦，干脆拆掉就不用，这仍然给人们带来一种危胁，没有安全感。(6)接地时跳闸、短路并线时不跳闸，易给人们带来严重火灾。
二、空气开关的工作原理是两线短路或负荷过大超过了设计的空气开关额定电流后，内部空气温度升高，致使控制机关将电源切断。其缺点是(1)局限于分支路只能用几十安的负荷使用。(2)无法在变压器的配电盘上使用。(3)跳闸后需人工送电。(4)触点易损坏。
三、配电盘无什么工作原理，它由电压表、电流互感器、电流表、瓷插保险、石板闸刀及触电保安器开关等组成电压指示、电流指示、电路短路保险插座、电源控制等线路。其缺点是(1)线路连接触点太多，易打火烧损。(2)中性线保险丝熔断烧坏后，它会使三路所有使用220V电流电源的用户线路形成串连，负荷大的一路灯不亮，电器带不动，负荷小的一路烧灯泡、烧电器。
发明内容
本发明专利目的就在于克服现有变压器总配电盘控制线路所存在的不足及线损大和防触电、防短路不易解决的难题，而提供一种与变压器输出端配合使用的380V三相交流电源防触电防短路无触点节能安全器，用上它，既节能，又可防触电，还能防短路，又有全电子控制配电线路的无触点开关设施。
本发明专利380V三相交流电源防触电防短路节能安全器，其中包括安全控制器的三相初、次级绕组L1、L2、L3、L4、L5、L6，每相的初、次级绕组固定在一个(如图2)A或B架上，使初、次级绕组匝数、线截面积相同，相互隔离绝缘；再将三个三相初、次级绕组线包分别安装在壳式高导磁硅钢片铁芯的三个柱上；后将三个初级绕组的三个首端或尾端相连接为中性线，与变压器中性线连接；其余三个头与380V三相电源线连接。再将三个次级绕组的三个尾端相连接为输出中性线；其余三个头为380V三相交流电源输出线与无触点开关双向可控硅连接；双向可控硅触发极与防短路控制电路相连接，从而达到输出380V三相交流电源既节能，又防触电、防短路、开关无触点的设计目的。从变压器输出的三相380V交流电源经电压表V1、V2与本安全控制器初级绕组的A相、B相、C相的三个接头连接；三路输入指示灯D1、D2、D3的一端与A1相、B1相、C1相的三个接头连接；另一端共同接在初级绕组中性线上。A相的次级绕组L4中的抽头2和尾端所连的中性线经保险管E1后与第一路整流稳压电路中的桥体整流块DT1、稳压块WT1、滤波电容C1、C2和第二路整流稳压电路中的桥体整流块DT2、稳压块WT2、滤波电容C3、C4连接；第一路稳压电路与光控电路中的灯泡D7和无触点开关电路中的单向可控硅触发极导通角电阻R29、光电耦合延时电路中的继电器J4的连接触点、单向可控硅CTK1、双向可控硅触发极导通角电阻R30、双向可控硅CTS1、输出电压表V3、输出指示灯D4连接；无触点开关电路中的双向可控硅CTS1的一端输出，一端与次级绕组L4中的抽头1连接；第二路稳压电路与光控电路中的偏置电阻R1、R2、R3、R10、延时电容C13、控制管BG1、BG2、继电器J1的吸合线圈、光敏电阻RO1连接；光控电路中继电器J1的连接触点与光电耦合延时电路中的偏置电阻R14、R15、R16、R23、R24、延时电容C16、控制管BG7、BG10、光电耦合器M1、继电器J4的吸合线圈连接。B相次级绕组L5中的抽头2和尾端所连的中性线经保险管E2后与第一路整流稳压电路中的桥体整流块DT3、稳压块WT3、滤波电容C5、C6和第二路整流稳压电路中的桥体整流块DT4、稳压块WT4、滤波电容C7、C8连接；第一路稳压电路与光控电路中的灯泡D8和无触点开关电路中的单向可控硅触发极导通角电阻R31、光电耦合延时电路中的继电器J5的连接触点，单向可控硅CTK2、双向可控硅触发极导通角电阻R32、双向可控硅CTS2、输出电压表V3、V4、输出指示灯D5连接；双向可控硅CTS2的一端输出，一端与次级绕组L5中的抽头1连接第二路稳压电路与光控电路中的偏置电阻R4、R5、R6、R11、延时电容C14、控制管BG2、BG5、继电器J2的吸合线圈、光敏电阻RO2连接；光控电路中继电器J2的连接触点与光电耦合延时电路中的偏置电阻R17、R18、R19、R25、R26、延时电容C17、控制管BG8、BG11、光电耦合器M2、继电器J5的吸合线圈连接。C相次级绕组L6中的抽头2和尾端所连的中性线经保险管E3后与第一路整流稳压电路中的桥体整流块DT5、稳压块WT5、滤波电容C9、C10和第二路整流稳压电路中的桥体整流块DT6、稳压块WT6、滤波电容C11、C12连接；第一路稳压电路与光控电路中的灯泡D9和无触点开关电路中的单向可控硅触发极导通角电阻R31、光电耦合延时电路中继电器J6的连接触点；单向可控硅CTK3、双向可控硅触发极导通角电阻R34、双向可控硅CTS3、输出电压表V4、输出指示灯D6连接；双向可控硅CTS3的一端输出，一端与次级绕组L6的抽头1连接；第二路稳压电路与光控电路中的偏置电阻R7、R8、R9、R13、延时电容C15、控制管BG3、BG6、继电器J3的吸合线圈、光敏电阻RO3连接；光控电路中的继电器J3的连接触点与光电耦合延时电路中的偏置电阻R20、R21、R22、R27、R28、延时电容C18、控制管BG9、BG12、光电耦合器M3、继电器J6的吸合线圈连接；次级绕组L6中的抽头Z与中性线O1配合为电焊线路；避雷器T与初、次级绕组的中性线连接。
图1电路原理2绕组骨架图电路原理见图1图中TM是一个三相安全控制器。当三相380V交流电源输入连接本安全控制器初级A、B、C三相绕组输入端线路后，电压表V1、V2有电压显示指示，输入指示灯D1、D2、D3亮，此已说明输入端通电正常。与此同时，在次级绕组A1、B1、C1三相中感应出与初级输入相同的380V交流电源，而这三相电源因为它们的中性线与大地毫无关联，所以在带电情况下触摸任何一根线均安全防触电，而且在线断入地后和下雨绝缘电阻降低时均没有电流损耗，比原线路线损可节能95％以上。A1、B1、C1三相三路的控制工作原理是相同的，下面以A1相介绍其工作原理当次级A1、B1、C1三相感应出380V交流电压后，而在A1相绕组L4的1、3抽头就感应出交流220V电压，在2、3抽头就感应出交流14V电压，14V电压经保险管E1通入桥体整流块DT1后整出14V直流电压，经丌型滤波电容C1、C2和7812WT1稳压块后，在电容C1正端产生出18V直流电压，在C2正极端产生出平稳的第一路12V直流电压。由于桥体整流块DT1、DT2输入端是并连的，所以在电容C4正极端产生出稳定的第二路12V直流电源。当通电后第二路12V正端通过R1向电容C13充电，控制管BG1不工作，当经过设计时间约1分钟电容C13充满电后，控制管BG1在R1、R2、R3偏置电阻的作用下开始工作，因偏置电阻R10经BG1发射极给BG4基极一个偏压，使其导通，但还是无法将继电器J1吸合，是因为光敏电阻RO1电阻值太大，继电器J1不能吸合，常闭触点未打开，所以BG7没有偏压就无法工作，致使光电耦合延时电路和无触点开关电路均无法工作。当接通灯泡D7亮时，光敏电阻由几十KΩ变为OΩ，继电器J1就吸合，将常闭触点打开，使BG7基极的接地点断开，12V直流经偏置电阻R14给延时电容C16充电，约5～10分钟充满后，在偏置电阻R14、R15、R16的作用下，BG7饱和导通，在偏置电阻R23、R24的作用下，BG10饱和导通，光电耦合器中的初级发光二极管亮，次级的光敏管导通，继电器J4吸合，常开触点闭合，将第一路稳压电路的正极经R29把单向可控硅CTK1的触发极触发，使其单向可控硅CTR1导通，单向可控硅CTK1将第二路稳压电路的正极经功率电阻R30将双向可控硅CTS1触发极触发，使双向可控硅导通，此时A1相电路通电导通，输出指示灯D4亮，输出电压表V3有电压指示。这个过程就将无触点开关问题解决。C1相次级抽头Z配合中性线O1可电焊。
但当A1相线与输出中性线并线短路时，电路变化如下瞬间短路→指示灯D4灭→输出电压V3指示降一半→次级绕组L4抽头1、3无电压→抽头2、3无电压→第一路桥体整流块DT1无电压→稳压输出端无电压→灯泡D7灭→光敏电阻RO1阻值变大为几十KΩ。与此同时第二路桥体整流DT2无电压→稳压块WT2输出端无电压→控电路BG1、BG4停止工作→继电器J1不吸合，常闭触点又闭合，BG7基极与地短路，同时电容C13向R2、R3放电，电容C16向R15、R16放电→BG10停止工作→光电耦合器初级二极管灭→次极光敏管阻值变大断路→继电器J4不吸合，常开触点断开→单向可控硅CTK1无触发电压断开→双向可控硅CTS1无触发断开，达到了输出短路停电的目的。
短路后故障如果及时排除，本电路5～10分钟正常送电。
短路后如故障未排除，请看如下工作电路瞬间短路→输出指示灯D4灭→双向可控硅CTS1断开→A1相次级绕组L4的1、3抽头电压恢复→抽头2、3电压恢复正常→第一路、第二路稳压电源均恢复工作→指示灯D7亮→光敏电阻RO1阳置变小为OΩ→12V直流经R1给电容C13充电，约1分钟→控制管BG1、BG4导通→继电器J1吸合→控制管BG7基极对地短路点断开→12V直流经R14给电容C16充电，约5～10分钟→控制管BG7、BG10饱和导通→光电耦合器初级二极管亮，次级光敏管导通→继电器J4吸合，→单向可控硅CTK1被触发导通→双向可控硅CTS1被触发导通→输出端仍短路，无电压，致使A1相次级绕组1、3抽头，2、3抽头无电压→所有电路全部停止工作。这是一个通电……短路停电……通电……又短路停电的脉冲循环过程，每次5～10分钟，一直到故障排除即正常恢复送电。
以上是输出线与中性线的短路情况。如果A1相与B1相短路，工作情况与A1相与中性线O1短路基本相同，区别是A1与O1电压为220V，A1相B1电压为380V，按原理是二路同时停电，但由于短路的时间关系和控制电路在A1和中性线O1之间及B1和中性线O1之间的电压关系，在电路中如果用A1相碰B1相，使其短路，那么A1相与中性线O1的电压先下降，所以A1相先停电。如用用B1相碰A1相使其短路，那么B1相停电，经多次试验，在这个电路中，也就是说，短路时间是关键谁停的原因，那怕是错0.01秒。其工作原理与上相同，不再详述。
通过以上电路分析，达到了既节能、又碰线防触电、并线防短路、配电线路输出无触点的发明目的。
具体实施例方式
本发明专利以50KW、380V三相交流电源防触电防短路无触点节能安全器为例介绍其实施例首先用18000高斯以上的高导磁硅钢片按导磁方向加工成壳式的铁芯，每磁柱截面为100平方厘米。线圈骨架用绝缘板加工成A或B式骨架3个，用40mm2的氧化膜扁铝线，或用35mm2的铜线将初级绕组绕110匝，因有磁耗，次级一般多绕5～10％匝，次级绕125匝在0～8匝处抽头，取任意一相25匝处抽头，采用B型骨架时，初、次级绕组间加绝缘物。浇绝缘漆烘干，再用环氧树脂将其固定烘干。将壳式铁芯安装在已绕好的三个线包的骨架上，按接线图将其初、次级接头连接好，选用耐压500V以上，电流500A的双向可控硅三个与次级输出端的三个接头连接。按电路原理图，将电子原件安装在一个电路板上，电路板的输入端6个头分别与三个次级绕组的抽头2和中性线联接，输出端三个头分别与三个双向可控硅的触发极连接，然后装入加工好的外壳内，将输入电压表、指示灯和输出电压表、指示灯，安装在外壳上后与壳内的控制器的输入端及输出端按原理图接好。将输入端和输出端的八个头分别接在接线柱上。
用兆欧表测量输出端的对地绝缘和相间绝缘，绝缘电阻100兆欧以上，后用手试摸安全为止。
接入380V三相交流电源试验，如输出端电压低，可调试触发极的可调电阻，达到所理想的电压。
用电流表测量每相的对地电流为零。
用电压表测量对地电压为零。
调试可控硅的触发导通正常和控制电路延时电路1分钟，光电耦合延时电路5～10分钟。
作短路试验，先作A1、B1、C1三相与中性线短路试验，再作A1、B1相、C1、A1相、B1、C1相的短路试验，短路断电时间为0.1秒左右。
功率试验测量用满功率负荷式验4小时。
最后达到各项设计标准，达到既节能，又防触电、防短路、输出无触点的发明目的。
本电器测试安装成型后，安装在变压器台边，输入端与变压器的次级输出端相连接，输出端与用户供电总线路连接。功率可生产出10KW、20KW、30KW、50KW、100KW、200KW、500KW等系列产品。用上它，既节能，又防触电、防短路、防雷电、防接地、防高压串入低压，所有使用本台变压器电源的用户都有一种安全感；可取代原有的配电箱、电焊机、触电保安器、石板闸刀等；可减少人身伤亡和短路着火使财产损失的发生，解决了现在国内外安全用电难题；是安全用电史上的一次革命，解除了人们对电老虎害怕的一种心理，等于一种无形的人身财产双保险。
本发明专利填补了当今国内外市场上没有此种电器的空白，解决了380V三相交流电源既节能，又带电碰线安全，短路并线不着火，电源闸刀无触点的难题，是一种理想的全厂、全村使用一台的节能安全电器。
权利要求
1.一种直接与变压器配合连接的380V三相交流电源防触电防短路无触点节能安全器，它其中包括三相安全控制器的初、次级绕组，其特征在于三相初级绕组末端相连接后与输入电压表V1、V2、输入指示灯D1、D2、D3连接头，后和变压器输出的三相380V交流电源连接；变压器的中性线与安全控制器的中性线连接；安全控制器的初级中性线与次级中性线经避雷器相连接；安全控制器次级绕组的末端相连后，引出中性线与C1相中间抽头Z引出配合为电焊线路；次级A1相绕组经保险管E1与两路整流稳压电路中的桥体整流块DT1、DT2、滤波电容C1、C2、C3、C4、稳压块WT1、WT2相连接；第一路整流稳压电路与光控电路中的灯泡D7和无触点开关电路中的可控硅导通角电阻R29、R30、单向可控硅CTK1、双向可控硅CTS1、继电器J4连接触点连接；无触点开关电路中的单向可控硅CTK1与第二路直流12V电源连接；双向可控硅CTS1一端与次级绕组L4抽头1连接，另一端与输出电压表V3和输出指示灯D4连接；第二路整流稳压电路与光控电路中的偏置电阻R1、R2、R3、R10、光敏电阻RO1、继电器J1的吸合线圈、控制管BG1、BG4、延时电容C13连接；光控电路与光电耦合延时电路中的偏置电阻R14、R15、R16、R23、R24、光电耦合器M1、继电器J4的吸合线圈、控制管BG7、BG10、延时电容C16连接；次级B1相绕组经保险管E2与两路整流稳压电路中的桥体整流块DT3、DT4、滤波电容C5、C6、C7、C8、稳压块WT3、WT4相连接；第一路整流稳压电路与光控电路中的灯泡D8和无触点开关电路中的可控硅导通角电阻R31、R32、单向可控硅CTK2、双向可控硅CTS2、继电器J4的连接触点相连接；单向可控硅CTK2一端与第二路直流12V电源连接；双向可控硅CTS2一端与次级绕组L5抽头1连接，另一端与输出电压表V3、V4和输出指示灯D5连接；第二路整流稳压电路与光控电路中的偏置电阻R4、R5、R6、R11、光敏电阻RO2、继电器J2的吸合线圈、控制管BG2、BG5、延时电容C14连接；光控电路与光电耦合延时电路中的偏置电阻R17、R18、R19、R25、R26、光电耦合器M2、继电器J5的吸合线圈、控制管BG8、BG11、延时电容C17连接；次级C1相绕组经保险管E3与两路整流稳压电路中的桥体整流块DT5、DT6、滤波电容C9、C10、C11、C12、稳压块WT5、WT6相连接；第一路整流稳压电路与光电控制电路中的灯泡D9和无触点电路开关中的可控硅导通角电阻R33、R34、单向可控硅CTK3、双向可控硅CTS3、继电器J5的连接触点相连接；单向可控硅CTK3一端与第二路12V直流电源连接，双向可控硅CTS3一端与次级绕组L6抽头1连接，另一端与输出电压表V4、输出指示灯D6连接；第二路整流稳压电路与光控电路中的偏置电阻R7、R8、R9、R13、光敏电阻RO3、继电器J3的吸合线圈、控制管BG3、BG6、延时电容C15连接；光控电路与光电耦合延时电路中的偏置电阻R20、R21、R22、R27、R28、光电耦合器M3、继电器J6的吸合线圈、控制管BG9、BG12、延时电容C18连接。
2.根据权利要求1所述的380V三相交流电源防触电防短路无触点节能安全器，其特征在于安全控制器的三相初、次级绕组的匝数及导线截面积相同，相互绝缘，固定在壳式铁芯的三个铁芯柱上。
3.根据权利要求1所述的380V交流电源防触电防短路无触点节能安全器，其特征在于安全控制器的初级绕组的中性线是与变压器中性线连接，属接地状态，而次级绕组的中性线直接输出，与初级绕组、铁芯和大地毫无关联，属绝缘状态，所以既节能又安全。
4.根据权利要求1所述的380V三相交流电源防触电防短路无触点节能安全器，其特征在于无触点开关由一个单向可控硅和一个双向可控硅所组成，大功率双向可控硅的触发电压是由小功率单向可控硅串接功率电阻从第二路稳压电源提供的正12V直流电源，而单向可控硅的触发极电压是由继电器触点串连导通角电阻从第一路稳压电源提供的。
5.根据权利要求1所述的380V三相交流电源防触电防短路无触点节能安全器，其特征在于短路后双向可控硅的开与关是由光电耦合电路中的光电耦合器隔离控制的触发极电压控制，光电耦合器延时电路由光控电路控制，而光控电路的灯泡电压由第一路稳压电源提供，光控电路的电压由第二路稳压电源提供。
6.根据权利要求1所述的380V三相交流电源防触电防短路无触点节能安全器，其特征在于电焊输出线路是由次级绕组抽头中引出的。
7.根据权利要求1、5所述的380V三相交流电源防触电短路无触点节能安全器，其特征在于短路后迅速关闭电源的关键是电控电路中的灯泡及光敏电阻。
8.根据权利要求1所述的380V三相电源防触电防短路无触点节能安全器，其特征在于避雷器安装于初、次级中性线间，有雷电时通过避雷器向初级中性线放电入地。
9.根据权利要求1所述的380V三相交流电源防触电防短路无触点节能安全器，其特征在于无触点开关的开、闭时间是由电容的充电、放电来控制光控电路和光电耦合延时电路控制管的基极工作电压来完成的。
全文摘要
本发明是一种与变压器直配安装的380V三相交流电源防触电防短路无触点节能安全器。可取代变压器配电箱、触电保安器、空气开关、石板闸刀、电焊器等。由控制器完成三相防触电线路；由三路无触点开关电路配合三路光控、延时控制电路组成三相防短路线路；且三路无触点开关电路与中性线和中间抽头，每相两路整流稳压、光控、延时电路组成防短路线路；次级抽头与中性线组成电焊线路；无触点开关电路由双向可控硅、单向可控硅配合组成，而后完成达到既线损节能95％，又防触电防短路线路输出无触点及电焊的发明目的。用上它，可使全村全厂人带电碰线均安全，并线短路不着火，解决了潜伏在人们中间的隐患，是一种理想的供全厂全村使用的安全节能电器。
文档编号H02J3/00GK1588742SQ200410056149
公开日2005年3月2日 申请日期2004年8月18日 优先权日2004年8月18日
发明者陈金明 申请人:陈金明