专利名称：一种带相线切换功能的漏电保护器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的多功能漏电保护器。
背景技术：
在低压配电网中，输电线路一般采用三相四线制。在城市居民和农网供电系统中，由于用电户多为单相负荷或单相和三相负荷混用，并且负荷大小不同和用电时间的不同，所以必定会在电网三相之间必定存在不平衡电流。不平衡电流会增加线路和变压器的电能损耗，降低变压器的出力，容易造成三相电压的不平衡。市场上的漏电保护器只具有漏电、过流、短路、过压欠压等基本保护功能。此类漏电保护器无法对相线之间进行智能切换，导致在实际应用时依旧存在上述的问题。并且现有的漏电保护器均采用电磁继电器，这种机械触点式开关在使用过程中会出现打火现象，长时间使用或者在恶劣环境下容易氧化，会导致保护动作不能够稳定触发。
发明内容
针对以上存在的问题，本发明提供了一种新型的多功能漏电保护器，该新型漏电保护器不仅能实现基本的漏电、过流、短路、过压欠压等保护功能，还可以根据已有的各相线负载情况自动进行相线之间的切换，在一定程度上平衡三相之间的电流，使电网平稳运行，提闻供电质量。一种带相线切换功能的漏电保护器，包括电流互感器和三相电流检测电路，电流互感器用于检测漏电电流并输出漏电信号，电流互感器输出端连接放大电路，放大电路对所述漏电信号放大后输入到单片机，所述电流检测电路连接电流信号接收电路，三相电流信号接收电路将电流信号输入单片机，电流信号接收电路用于接收三相电流信号，单片机的输出端连接驱动电路，驱动电路驱动连接在三相线中的开关，驱动电路通过反馈电路连接到单片机的输入端，反馈电路将驱动电路的驱动信号输入到单片机。所述的开关采用双向晶闸管开关。所述驱动电路包括与单片机输出端连接的三极管，三极管连接光控双向可控硅，光控双向可控硅连接双向晶闸管开关。所述双向晶闸管开关连接由电阻R13、电容C2、压敏电阻R14组成的保护电路。所述双向晶闸管开关上连接有击穿检测电路，击穿检测电路连接到单片机的输入端。所述击穿检测电路包括滤波电容，差分放大电路以及比较输出电路。双向晶闸管两端压降通过单向导通的二极管D2、D3输入，然后经过电阻R15、R16、R17、R18分压后输入到运算放大器0P3、0P4。运算放大器0P3、0P4组成差分放大电路,差分放大电路的输出连接到比较器0P5正端。比较器0P5负端连接有偏置电阻R24、R25，比较器0P5输出端连接发光二极管Dl。所述电流信号接收电路接收三相火线的电流，将电流值输入到单片机内，当某相火线的电流超过设定值，而其他相的负载较轻时，即满足了相线之间的切换条件，单片机输出信号控制驱动电路，驱动电路驱动开关断开此相线，然后单片机再输出信号控制驱动电路，驱动电路控制驱动开关导通需要连接的相线。所述反馈电路将驱动电路的驱动信号输入到单片机，在单片机接收到驱动信号确认相线切断后再导通需要连接的相线。本发明相对于现有技术有以下优点
I.能够根据三相之间的负载情况自动进行切换。以此来平衡三相之间的电流，减小了三相间电流不平衡所带来的危害，使电网平稳运行，提高供电质量。2.采用双向晶闸管电子开关消除了机械式触点开关的打火现象。由于没有机械部件，能够在高冲击，振动的环境下工作。同时电子开关灵敏度高，开关速度快，所需的驱动功率非常小。3.由于电子开关中没有线圈，因而减少了电磁干扰。在三相切换功能下，采用电子开关能有效地减小漏电保护器的体积，给安装带来了方便。
图I为本发明的电路原理框图。图2为本发明具体组成及连接示意图。图3为本发明采用的电子开关的击穿检测电路。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的说明
一种带相线切换功能的漏电保护器，其电路原理框图如图I所示，包括零序电流互感器I，放大电路2，单片机3，驱动电路4，驱动信号反馈电路5，击穿检测电路6，电流信号接收电路7及三相电流检测电路8。漏电保护器的输入端与三相电源的三条火线(L1、L2、L3)和零线N连接，输出端则是根据负载情况自动选定的某条火线及零线N。火线LI的通断由电子开关Kl决定，同理火线L2、L3上分别连接有电子开关K2、K3。被保护的三条相线和零线全部穿过环形铁心，构成零序电流互感器I的一次线圈，这样无论哪条相线提供工作电源时，都只需要一个零序电流互感器就能进行漏电的检测。电流互感器I用于检测漏电并输出漏电信号。电流互感器I输出端连接到放大电路2的输入端,放大电路2对所述漏电信号进行放大处理，并将此信号提供给单片机3。放大电路2输出端连接到单片机3的输入端。单片机3输出端连接驱动电路4，三个电子开关在此控制信号下进行通断。要对相线之间进行自动切换，就必须预先获得三相火线的电流信息，三相火线的电流信息先通过三相电流检测电路8检测，然后电流信号接收电路7接收三相电流检测电路8检测的三相各自的电流值，然后将电流值提供给单片机，电流信号接收电路7可以通过有线方式接收电流信号也可以通过无线方式接收。当某相火线负载过重使得电流超过设定值时，单片机首先对需要断开的相线输出相应的低电平信号，即单片机先输出信号控制驱动电路，驱动电路驱动此相线上的开关断开此相线，在确保该相线断开之后，再输出高电平触发需要导通的相，即单片机再输出信号控制驱动电路，驱动电路控制驱动开关导通需要连接的相线。同时驱动信号又通过反馈电路5输入到单片机3，在相线进行换相时必须确保原来的相线先切断才能导通需要连接的相线，反馈电路5正是为单片机3提供当前各相的驱动信号，驱动电路4输出的各相驱动信号通过反馈电路5输入到单片机3，在单片机3接收到驱动信号后，确认负载过重的相线已经切断后，再输出控制信号导通需要连接的相线。如果采用先导通后关闭，将造成相线之间短路，后果十分严重。如图2选取某一相线为例进行说明，电流互感器G对导通相和零线间的漏电进行监测，如果有漏电情况，漏电流通过运算放大电路OPl以及0P2放大后输入到单片机，单片机就可以检测到漏电流从而对电路进行漏电保护。当三相电流检测电路8检测到某一相的电流超过设定值，即此相上的负载过重，此时需要先断开此相上的开关，再接通另外一相上的开关，即将负载接到另外一相上去，图2中的双向晶闸管K设为三相中需要导通相的电子开关，此处采用双向晶闸管作为本发明的交流电子开关。单片机接收到三相电流检测电路8检测的电流值之后，判断出需要转相，单片机相应IO 口输出高电平驱动三极管Q，光控双向可控硅MOC是具有过零检测功能的，三极管Q饱和导通时，光控双向可控硅MOC的发光二级管端也随之导通，光控双向可控硅MOC的次级经过电压过零检测后输出触发信号导通双向晶闸管K双向晶闸管。这样就将用电进行了转相，从而将负载从原先过重的相上转到了另外一相上。当此相上的电流过载时，需要关断某相电源，依据同理，单片机相应IO 口输出低电平，三极管Q基极失去触发电流，三极管截止。光控双向可控硅MOC也随之截止，从而此相线上的双向晶闸管关断，切断了此相电源。当零序电流互感器检测到的漏电信号超过设定值时，单片机将自动触发中断程序，于是单片机相应IO 口输出低电平截止三级管Q和光控双向可控硅M0C，三个相线上的双向晶闸管都将关断，起到对用电的保护作用。电阻R13、电容C2组成RC缓冲电路以及压敏电阻R14都能对双向晶闸管进行保护。RC缓冲电路的加入是为了抑制双向晶闸管开关时的电压电流上升率
(du/dt和di/dt)等参数，确保双向晶闸管的安全开关。在改善器件开关轨迹的同时，RC缓冲电路能够控制EMI，也减低电流和电压压力，从而降低开关损耗，最大限度地利用电子开关特性，充分发挥电子开关的效能。遭遇雷击和在接通、断开电感负载或大型负载时电路常常会产生很高的浪涌电压，浪涌电压会对电子开关造成损坏。这时压敏电阻R14体现他的钳位特性，能够对雷电过电压和操作过电压进行钳位抑制，把过高的电压拉低，让后级电路工作在一个安全的范围，从而对双向晶闸管开关起到保护作用。由于双向晶闸管在导通时约有I. 5V的导通压降，所以利用击穿检测电路可以对双向晶闸管的击穿情况进行检测。如图3，二极管D2、D3具有单向导通性，双向晶闸管两端压降通过单向导通的二极管D2、D3输入，再通过分压电阻R15、R16与R17、R18将双向晶闸管的导通压降分压后输入到运算电路。滤波电容C2、C3起低通滤波作用，减少因电压不稳出现的误触发。两个运算放大器0P3、0P4组成差分放大电路，在正常情况下运算放大器0P4输出端的电压在4V左右，此电压输入到比较器0P5输入端的正端。然后通过比较器0P5与偏置电阻R24、R25的偏置电位进行比较，比较器0P5输出高电平，发光二级管Dl不亮。当发生击穿故障时，双向晶闸管两端呈现 直通状态，使得导通压降为零。此时通过差分放大电路后，运算放大器0P4的输出接近0V，再经过比较器0P5比较作用，比较器0P5输出低电平，发光二极管Dl点亮预示发生了击穿故障。
权利要求
1.一种带相线切换功能的漏电保护器，其特征在于包括电流互感器和电流检测电路，电流互感器用于检测漏电电流并输出漏电信号，电流互感器输出端连接放大电路，放大电路对所述漏电信号放大后输入到单片机，所述电流检测电路连接电流信号接收电路，电流信号接收电路将电流信号输入单片机，电流信号接收电路用于接收三相电流信号，单片机的输出端连接驱动电路，驱动电路驱动连接在三相线中的开关，驱动电路通过反馈电路连接到单片机的输入端，反馈电路将驱动电路的驱动信号输入到单片机。
2.根据权利要求I所述的一种带相线切换功能的漏电保护器，其特征在于所述的开关采用双向晶闸管开关。
3.根据权利要求2所述的一种带相线切换功能的漏电保护器，其特征在于所述驱动电路包括与单片机输出端连接的三极管Q，三极管Q连接光控双向可控硅，光控双向可控硅连接双向晶闸管开关。
4.根据权利要求3所述的一种带相线切换功能的漏电保护器，其特征在于所述双向晶闸管开关连接由电阻R13、电容C2组成的缓冲保护电路。
5.根据权利要求4所述的一种带相线切换功能的漏电保护器，其特征在于所述双向晶闸管开关上连接有压敏电阻R14。
6.根据权利要求5所述的一种带相线切换功能的漏电保护器，其特征在于所述双向晶闸管开关上连接有击穿检测电路，击穿检测电路连接到单片机的输入端。
7.根据权利要求6所述的一种带相线切换功能的漏电保护器，其特征在于所述击穿检测电路包括滤波电容，差分放大电路以及比较输出电路，双向晶闸管两端压降通过单向导通的二极管D2、D3输入，然后经过电阻R15、R16、R17、R18分压后输入到运算放大器0P3、0P4，运算放大器0P3、0P4组成差分放大电路，差分放大电路的输出连接到比较器0P5正端，比较器0P5负端连接有偏置电阻R24、R25，比较器0P5输出端连接发光二极管Dl。
8.根据权利要求7所述的一种带相线切换功能的漏电保护器，其特征在于所述电流信号接收电路实时接收三相火线的电流，将电流值输入到单片机内，当某相火线的电流超过设定值时，单片机输出信号控制驱动电路，驱动电路驱动开关断开此相线，然后单片机再输出信号控制驱动电路，驱动电路控制驱动开关导通需要连接的相线。
9.根据权利要求8所述的一种带相线切换功能的漏电保护器，其特征在于所述反馈电路将驱动电路的驱动信号输入到单片机，在单片机接收到驱动信号确认相线切断后再导通需要连接的相线。
全文摘要
本发明公开了一种带相线切换功能的漏电保护器，包括电流互感器和三相电流检测电路，电流互感器用于检测漏电电流并输出漏电信号，电流互感器输出端连接放大电路，放大电路对所述漏电信号放大后输入到单片机，电流检测电路连接电流信号接收电路，三相电流信号接收电路将电流信号输入单片机，电流信号接收电路用于接收三相电流信号，单片机的输出端连接驱动电路，驱动电路驱动连接在三相线中的开关，驱动电路通过反馈电路连接到单片机的输入端，反馈电路将驱动电路的驱动信号输入到单片机。本发明能够根据三相之间负载情况自动进行切换，以此来平衡三相之间的电流，减小了三相间电流不平衡所带来的危害，使电网平稳运行，提高供电质量。
文档编号H02H7/26GK102623947SQ20121008801
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者张吉富, 林生得, 王士纲, 金海 申请人:临安亿安电力电子科技有限公司