具有重合闸功能的漏电断路器的制作方法

技术领域

本发明涉及一种漏电断路器。

背景技术：

中国专利文献公告号CN200941549Y公开了一种小型电动机保护装置，互感器将电动机主回路的电流信号转换成小信号电流，经信号转换电路和信号调理电路后送至单片机，单片机对其进行漏电采样、三相电流采样，并依次判断是否漏电、缺相、短路、堵转、三相不平衡、过载，进而通过显示驱动电路驱动LED显示模块显示，并通过输出控制电路切断电动机的输入电源。中国专利文献公开号CN1622414A公开也一种漏电断路器。

上述现有技术中存在的不足之处在于：无法根据供电电路中的缓变漏电电流和突变漏电电流的情况自动跳闸与自动合闸，给使用带来了不便。

中国专利文献公告号CN2496166Y公开了一种具有缓变和突变二个调节装置的漏电保护器，由多位选择开关与至少三个电阻组成的可变(缓变与突变)基准信号电路与对应的可变(缓变与突变)比较器电路相连，分别组成缓变与突变可分别调节的装置。该方案的不足之处在于：采用模拟电路实现缓变与突变漏电电流的监测，可靠性较低，且该方案无法结合缓变与突变漏电电流的情况实现自动跳闸与合闸的功能。

中国专利文献公告号CN2427915Y公开了一种单相漏电保护器，包括执行电路、漏电信号检测电路、过流信号检测电路、缓变漏电信号输出电路、突变漏电信号输出电路、过流信号积分输出电路、过流信号放大输出电路、自动复位电路、一次复位闭锁电路、测试与显示电路等。其在漏电保护动作后能自动重合闸一次。该方案的不足之处在于：采用模拟电路实现缓变与突变漏电电流的监测与合闸控制，易受干扰，可靠性较低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能根据供电电路中的缓变漏电电流和突变漏电电流的情况实现自动跳闸、自动合闸功能以及重合闸功能的漏电断路器。

解决上述技术问题的技术方案是：一种具有重合闸功能的漏电断路器，其特征在于包括：内部设有脱扣器和控制电路的壳体，壳体上设有用于驱动脱扣器执行合闸动作的电动传导机构，该电动传导机构包括步进电机、偏心轮和传动杆，所述偏心轮设置在步进电机的输出轴上；所述脱扣器包括从壳体上伸出的控制手柄，传动杆的一端与偏心轮转动连接，另 一端与操作手柄绞连；所述控制电路包括：中央控制单元，用于检测A相、B相和C相电源的漏电电流的漏电检测传感器，用于提供直流电源的变压整流稳压电路，与中央控制单元的脱扣控制信号输出端相连的脱扣驱动电路，与中央控制单元的控制信号输入端相连的数码开关电路，步进电机，以及A相、B相和C相电流传感器；漏电检测传感器经放大电路与中央控制单元的漏电检测信号输入端相连，中央控制单元的合闸控制信号输出端经驱动电路与步进电机的电源端相连；当中央控制单元通过漏电检测传感器测得A相、B相或C相电源中存在突变漏电电流，且该突变漏电电流大于第一预设值时，中央控制单元经脱扣驱动电路控制脱扣器执行脱扣动作，以切断电源；20-60秒后，中央控制单元经驱动电路控制步进电机转动，步进电机经偏心轮和传动杆带动脱扣器的操作手柄动作，并使脱扣器执行合闸动作以接通电源；当中央控制单元通过漏电检测传感器测得A相、B相或C相电源中存在缓变漏电电流，且该缓变漏电电流大于第二预设值时，中央控制单元经脱扣驱动电路控制脱扣器执行脱扣动作，以切断电源；在3-10分钟后，中央控制单元经驱动电路控制步进电机转动，步进电机经偏心轮和传动杆带动脱扣器的操作手柄动作，并使脱扣器执行合闸动作，以接通电源；若此时缓变漏电电流仍然大于第二预设值，中央控制单元经脱扣驱动电路控制脱扣器执行脱扣动作，以切断电源；A相、B相和C相电流传感器经稳流电路与中央控制单元的电源检测端相连；当中央控制单元通过A相、B相和C相电流传感器测得A相、B相或C相电源中存在过载电流、短路电流或缺相时，中央控制单元经脱扣驱动电路控制脱扣器执行脱扣动作，以切断电源；

中央控制单元的型号为PIC16F74的单片机IC1；

所述数码开关电路包括：分别与单片机IC1的第26、25、24和17脚相连的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4；

当仅所述第一开关K1闭合和单片机IC1的第26脚处低电平时，所述第一预设值为50mA，第二预设值为300mA；

当仅所述第二开关K2闭合和单片机IC1的第25脚处低电平时，所述第一预设值为75mA，第二预设值为500mA；

当仅所述第一开关K1和第二开关K2闭合时，所述第一预设值为100mA，第二预设值为1000mA；

当仅所述第一开关K1和第三开关K3闭合和单片机IC1的第26和24脚处低电平时，所述第一预设值为50mA，第二预设值为400mA；

当仅所述第二开关K2和第三开关K3闭合时，所述第一预设值为75mA，第二预设值为 1000mA；

当所述第四开关K4闭合和单片机IC1的第17脚处低电平时，所述第一预设值为无穷大，即关闭突变漏电电流检测功能；

所述变压整流稳压电路包括：依次串联而成的变压器T1、由二极管D1-D4构成的整流电路和由电阻R1与稳压管D7构成的稳压电路；变压器T1的次级输出端设有防雷压敏电阻R61；

所述脱扣驱动电路包括：与中央控制单元的脱扣控制信号输出端相连的开关电路、第三继电器X3以及用于控制脱扣器执行脱扣动作的脱扣驱动线圈L；所述开关电路设于第三继电器X3的电源回路中，第三继电器X3的控制输出端设于所述脱扣驱动线圈L的供电回路中，第三继电器X3用于控制脱扣驱动线圈L接入A相火线与零线N之间；开关电路由三极管Q8、电阻R4和二极管D10构成；

当中央控制单元的脱扣控制信号输出端输出高电平使所述开关电路闭合，并使第三继电器X3得电时，第三继电器X3控制所述脱扣驱动线圈L的供电回路导通，脱扣器执行脱扣动作；

显示单元由数码管LG381和三极管Q1-4构成，中央控制单元的显示信号输出端接数码管LG381的信号输入端；所述放大电路包括信号放大集成模块PIC604及其外围辅助电路。

本发明具有积极的效果：(1)本发明的漏电断路器中，在脱扣器自动脱扣后，经过预设的时间段后，电动传导机构驱动脱扣器自动执行合闸动作。控制电路中，中央控制单元经漏电检测传感器检测A相、B相和C相电源的漏电电流，以检测突变和缓变漏电电流，并根据突变和缓变漏电电流的大小控制脱扣器执行脱扣动作，然后根据预设的时间间隔通过控制步进电机使脱扣器执行合闸动作以接通电源，从而实现自动合闸的动作；本发明的漏电断路器中，采用智能控制元件即中央控制单元来完成智能控制步骤，相对于传统的模拟控制路，本发明的漏电断路器不易受干扰信号的影响，可靠性较好，结构较简单。(2)本发明的控制电路中，中央控制单元通过A相、B相和C相电流传感器测得A相、B相或C相电源中存在过载电流、短路电流或缺相时，中央控制单元经脱扣驱动电路控制脱扣器执行脱扣动作，以切断电源。本发明的漏电断路器采用智能控制元件即中央控制单元来完成智能控制步骤，相对于传统的模拟控制路，本发明的漏电断路器不易受干扰信号的影响，可靠性较好，结构较简单。

附图说明

图1为本发明的漏电断路器的结构图；

图2为本发明的漏电断路器的电路框图；

图3为本发明的漏电断路器的电路原理图。

具体实施方式

(实施例1)

见图1，本实施例的漏电断路器，包括：内部设有脱扣器10和控制电路的壳体2，壳体2上设有用于驱动脱扣器10执行合闸动作的电动传导机构3，该电动传导机构3包括步进电机31、偏心轮32和传动杆33，所述偏心轮32设置在步进电机31的输出轴上；所述脱扣器10包括从壳体2上伸出的控制手柄10-1，传动杆33的一端与偏心轮32转动连接，另一端与操作手柄10-1绞连。

见图2-3，所述控制电路包括：中央控制单元1(型号为PIC16F74的单片机IC1)，用于检测A相、B相和C相电源的漏电电流的漏电检测传感器T2，用于提供直流电源的变压整流稳压电路4，与中央控制单元1的脱扣控制信号输出端(单片机IC1的第34脚)相连的脱扣驱动电路9，与中央控制单元1的控制信号输入端(单片机IC1的第15、16、17、24、25和26脚)相连的数码开关电路7，步进电机31，以及A相、B相和C相电流传感器T3、T4和T5；漏电检测传感器T2经放大电路3与中央控制单元1的漏电检测信号输入端(单片机IC1的第33脚)相连，中央控制单元1的合闸控制信号输出端(单片机IC1的第6脚)经驱动电路6与步进电机31的电源端相连。

当中央控制单元1通过漏电检测传感器T2测得A相、B相或C相电源中存在突变漏电电流，且该突变漏电电流大于第一预设值时，中央控制单元1经脱扣驱动电路9控制脱扣器10执行脱扣动作，以切断电源；30秒后，中央控制单元1经驱动电路6控制步进电机31转动，步进电机31经偏心轮32和传动杆33带动脱扣器10的操作手柄10-1动作，使脱扣器10执行合闸动作并使所述操作手柄10-1处于合闸位置，同时接通电源。

当中央控制单元1通过漏电检测传感器T2测得A相、B相或C相电源中存在缓变漏电电流，且该缓变漏电电流大于第二预设值时，中央控制单元1经脱扣驱动电路9控制脱扣器10执行脱扣动作，以切断电源；在5分钟后，中央控制单元1经驱动电路6控制步进电机31转动，步进电机31经偏心轮32和传动杆33带动脱扣器10的操作手柄10-1动作，并使脱扣器10执行合闸动作，以接通电源；若此时缓变漏电电流仍然大于第二预设值，中央控制单元1经脱扣驱动电路9控制脱扣器10执行脱扣动作，并使所述操作手柄10-1处于脱扣位置，同时切断电源。

所述A相、B相和C相电流传感器T3、T4和T5经稳流电路5与中央控制单元1的 电源检测端(单片机IC1的第2、3和4脚)相连；当中央控制单元1通过A相、B相和C相电流传感器T3、T4和T5测得其中存在过载电流、短路电流或缺相时，中央控制单元1经脱扣驱动电路9控制脱扣器10执行脱扣动作，以切断电源。

所述数码开关电路7包括：分别与单片机IC1的第26、25、24和17脚相连的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4。

当仅所述第一开关K1闭合(此时，单片机IC1的第26脚处低电平)时，所述第一预设值为50mA，第二预设值为300mA。

当仅所述第二开关K2闭合(此时，单片机IC1的第25脚处低电平)时，所述第一预设值为75mA，第二预设值为500mA。

当仅所述第一开关K1和第二开关K2闭合时，所述第一预设值为100mA，第二预设值为1000mA。

当仅所述第一开关K1和第三开关K3闭合(此时，单片机IC1的第26和24脚处低电平)时，所述第一预设值为50mA，第二预设值为400mA。

当仅所述第二开关K2和第三开关K3闭合时，所述第一预设值为75mA，第二预设值为1000mA。

当所述第四开关K4闭合(此时，单片机IC1的第17脚处低电平)时，所述第一预设值为无穷大，即关闭突变漏电电流检测功能。

所述变压整流稳压电路4包括：依次串联而成的变压器T1、由二极管D1-D4构成的整流电路和由电阻R1与稳压管D7构成的稳压电路；变压器T1的次级输出端设有防雷压敏电阻R61。

所述脱扣驱动电路9包括：与中央控制单元1的脱扣控制信号输出端(单片机IC1的第34脚)相连的开关电路(由三极管Q8、电阻R4和二极管D10构成)、第三继电器X3以及用于控制脱扣器10执行脱扣动作的脱扣驱动线圈L；所述开关电路设于第三继电器X3的电源回路中，第三继电器X3的控制输出端设于所述脱扣驱动线圈L的供电回路中，第三继电器X3用于控制脱扣驱动线圈L接入A相火线与零线N之间。

当中央控制单元1的脱扣控制信号输出端输出高电平使所述开关电路闭合，并使第三继电器X3得电时，第三继电器X3控制所述脱扣驱动线圈L的供电回路导通，脱扣器10执行脱扣动作。

由数码管LG381、三极管Q1-4等构成的显示单元8，中央控制单元1的显示信号输出端接数码管LG381的信号输入端。

所述稳流电路5包括由电阻R39和R40构成的第一串联电路、由电阻R22和R41构成的第二串联电路、由电阻R37和R42构成的第三串联电路，A相、B相和C相电流传感器T3、T4和T5分别与所述电阻R40、R41和R42并联，中央控制单元1的电源检测端为单片机IC1的第2、3和4脚，分别与上述第一、第二和第三串联电路相连。

所述变压整流稳压电路4的整流电路的直流输出端设有第一继电器X1，第一继电器X1的输出端设于所述第三继电器X3的电源回路中，即当第一继电器X1闭合时，第三继电器X3也闭合，从而使脱扣器10执行脱扣动作。因此，只要使第一继电器X1闭合，脱扣器10便可始终处于脱扣状态，以防止脱扣器10反复合闸可能带来的危害。第一继电器X1闭合或断开，可由人工通过数码开关K7控制。

所述放大电路3包括信号放大集成模块PIC604及其外围辅助电路。

供电线路正常工作时，漏电流为缓变量，若缓变的漏电流逐步增加达到漏电额定动作值IΔn时，漏电继电器动作跳闸。当供电线路出现人畜触电甚至断线落地时，此时的漏电流为突变量。由于此类漏电继电器在设计时均采用缓变与突变量分开鉴别，因此突变量选取是关键部分，一般均采用微分电路检测(包括正负脉冲)，当线路在一定的缓变漏电流基础上出现突变量时，微分电路工作，获取一脉冲信号，此脉冲信号若大于突变漏电额定动作值ΔIΔn，则漏电继电器动作跳闸。为了兼顾缓变与突变漏电灵敏度及漏电继电器运行可靠性，一般漏电动作值IΔn均远远大于脉冲动作值ΔIΔn。

自动重合闸工作原理简析

由图1工作原理图可以看出，缓变量检测与突变量检测经比较电路判别后共同控制自动重合闸执行电路，由本机内直流继电器接点通断控制交流接触器通断，完成自动重合闸与跳闸功能。下面对不同漏电情况时重合闸工作过程作一些讨论(以正脉冲为例)：

(1)当线路漏电为缓变量并逐步增大超过额定漏电动作值IΔn时，比较器A输出高电位，使重合闸执行电路工作，此信号经延时后仍然存在，漏电继电器一次跳闸闭锁，不具有自动重合闸功能。只有关闭漏电继电器电源后重新启动，才能正常投运。

(2)当线路出现突变量漏电时分两种情况讨论：a突变量大于额定脉冲动作值ΔIΔn，但小于额定漏电动作值Δn，且经过一分钟延时后持续存在，如图2所示。此时突变量检测电路工作，并经比较器B使重合闸电路工作，经一分钟延时后再次重合闸，但由于线路仍存在故障漏电ΔIΔ(ΔIΔn≤ΔIΔ≤IΔn)使得重合闸电路再次跳闸，且有若干次重合闸出现，若为人体触电即容易出现所谓的二次打击现象。若在延时一分钟内此故障电流消失，则重合闸电路自动合闸，供电线路恢复正常运行状态。

b突变量漏电大于额定脉冲动作值ΔIΔn且超过额定漏电动作值IΔn，延时一分钟后此漏电流仍然存在，在t1时刻出现的突变量首先由突变量电路检测后使重合闸电路工作，交流接触器跳闸，漏电流降为零，经一分钟延时后重新合闸，此时由于故障漏电依然存在，且超过IΔn，在t3时刻使得缓变量检测电路工作，重合闸电路再次跳闸并且保护闭锁，完成一次重合闸功能。

由上述讨论可知，仅在漏电流波形满足一定波形时，才具有真正意义的一次重合闸功能。