专利名称：家用电器保安器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种当家用电器由于三相供电网的零线因各种原因断开使电压升高或降低至危险数值而处于被烧毁的情况下，及时发出报警，亮起红灯并自动拉开电闸的装置。
在三相四线制的供电系统中，火线有三个相，相与相间电压为380伏，任何一相同零线间的电压为220伏，每家庭中引入的馈电线有两条，一为火线即相线，二为零线或地线，往往可见的只有一条火线，零线常常埋建在建筑物中。三个相分别引入不同的人家，零线是共通的。在正常情况下，每一相的交变正弦波在时序上相差120度，所以三个相到达波峰不是同时的。例如，A相到达波峰后，B相要在发电机的转子再转120度后才到达，C相又在B相之后的120度时间到达。A、B、C三相的负载如果是平衡的，也就是相等的话，举例说，都是2000瓦，可以在数学上用矢量计算证明，通过零线的电流每时每刻为0，也就是A、B、C三相通过零线流过的三股电流相互间有进有出，有增有减，结果相互中和为0瞬时值。但是，在实际的供电网路中，三个相所供的不同组的家庭电器负荷，例如a、b、c三组不可能相等，所以零线电流不可能为0，电流量的大小由三组用户相互间电负荷的差异程度所决定。
随着经济发展，人民购买力的提高，家用电器日益增多，各家的添加量也不同，不但使都市的用电量大增，三相间的不平衡也日益突出，如果再加上有人大负荷地不花钱偷电，常使零线电流巨涨，稍老的线路，本来设计的容量就小，尤其老的建筑物，已经埋建内部，更换不易，很容易不堪重负而烧断，即使容量充足的新线路，也有各种原因，如机械原因，造成断开，断开后用户很难发现，但电压已不再是220伏，不是大大升高就是下降，最高可达350、360伏，使电器烧得冒烟才发现，也可能低到使制冷设备的电机不能启动而长时间流进空载电流而烧毁，现用
图1和图2作简要说明为了简化，只画出a、b两组用户作为举例。由图1可看出，a组的三家和b组的三家在零线未断时，都并联在火、地两线间，电压都是220伏，电流由于有零线存在，都抄这条近路返回电源，但零线一旦断开，电流就失去了这条返回通道，不得不相互冲撞走A、B两条相线，这时室内的两条线都成了火线，使得图1中原来a、b两组用户都并联在火、地220伏间的局面一变而成图2中a组与b组相互串联在380伏两线间的情形。这时候，假定两组用户的电器负荷和开用状况大致相同，则两组中的每家只得到380伏一半的电压190伏，对冰箱来说，已接近难以启动的边缘，但这种情况是很少的，如果a组有两家都关了电器，熄灯就寝，只剩下一家仍在开用，负荷为200瓦，而b组的三家这时全开着，总负荷为2000瓦，会发生什么情况呢？我们看一看，容易算出负荷为200瓦电器的阻抗约为242欧，负荷为2000瓦电器的阻抗约为24.2欧，将功率因数忽略，当作为1，因是串联的，马上可算出总电流为380÷(242+24.2)＝1.43安。那么，当这电流流过200瓦负荷的那家时，产生1.43×242＝346伏的电压降，而b组的三家产生24.2×1.43＝34伏的电压降，这等于说，b组的三家每家的电压只有34伏左右，灯暗只留下红丝，a组的那家开着的电器却承受着346伏的高压，时间稍长就会烧毁。
家用电器由于断零引起的超、欠压的危害性恰恰在于，人们发现不了它，发现时往往家电已经烧毁。本发明人96年某天从电视新闻中听到，某城市一天晚上有一家被烧毁两台彩电和一台冰箱，他住的那条街那晚共烧毁电器200多台；本发明人所住的社区前些时候，几年中室内电压超出300伏的情况不下20次，屡断屡接，接了再断，因家电多不堪此威胁，打电话向电视台曝光，当局才拉了橡胶裹的临时线，才再没有断。这种断零引起的烧毁家电事故糟就糟在得不到充分赔偿，供电部门很难负此责任，除非把楼房拆掉重盖，否则内部的电线实难更换，一般推向保险公司理赔，只有保过电险有人家才能艰难地获得部份赔偿。
本实用新型的目的就在于提供一种能在电压一高出250伏或低过180伏(制造时厂家可调)时，立即警铃鸣响，自动拉闸的家电保安器装置。
本实用新型的技术解决方案一种家用电器保安器，其特征是它由特制的双触发电压表1和两个交流接触器3、4，延时继电器5和蜂鸣器6构成。该双触发电压表1的刻度盘20上开有窗口18，刻度盘下装有一对螺丝25，由其引出两对长短不一的条状不锈钢薄片，短的一对和长的一对分别在左、右两处折出窗口，形成触弓34和35，及带有一根原针套有一段镀铬或镀银表面的套管的指针16。
本实用新型为达到电压一超出或低过安全范围就报警拉闸的目的，设法使超、欠值电压本身直接触发保安器动作。灵敏迅速可靠。为作到这一点，采用一大一小交流接触器互相配合动作，小的接触器3只起触发作用，一经触发就自己断开，保护电表1的安全，以后的动作由第二接触器4来完成。第一接触器3的励磁圈在低压限位触弓34和高压限位触弓35处各形成一开路，由延时继电器5延时供电，指针一到就闭合此两开路之一，完成第二接触器4的报警拉闸。本实用新型线路紧凑，制造简便，除双触发电表1需特别定货或自行改装外，所有其他部件皆市售品，价格低廉，因不采用抽头式绕组调压稳压，重量轻，体积小，基本上不发热，无电耗，使用中不易损坏，平时还可起到观察监视电压值的作用。
以下将结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1是零线未断时用户负载在电网中连接的示意图。
图2是零线断开后呈串联在380伏火线下的示意图。
图3是本实用新型的外形、尺寸及部件安排示意图。
图4是本实用新型的线路原理图。
图5是本实用新型所用的双触发电压表的制作及结构安装图。
如图3所示，本实用新型家电保安器可借背部的挂孔39悬挂装接在火表下面，让它报警并管理全家用电的通断。接法是将插头15插进火表下保险丝闸刀盒引出线的总插座中，将室内冰箱的插头插入本器的插座12，本器的插座11可接插一多座的接线板36，再由其接插室内其他负载。也可将本器置于室内任何地方的台面上，由它监视室内的电压，只作报警用，或兼管部份贵重家电的自动拉闸，方法是按动双刀双掷开关10，上推也就是图4中的左掷，只报警亮红灯，拉断冰箱插座12的电闸，不拉插座11的电闸，因其他电器在低电压下没有危险，高电压必须人工拉闸；下按开关10，就是图4中的右掷，则报警亮灯的同时，自动拉断所有电闸。其他1为双触发电压表，2参比电压表，14复位按钮，7蜂鸣器开关，6蜂鸣器，8报警红灯，9冰箱供电绿灯，13家电保安器开关，12冷藏设备专用插座。外形尺寸为260×140×150mm(高)，输出座12允许电流3安，延时供电、输出座11允许电流7-8安，总容量2-2.4KVA。
图4中16双触发电压表指针，34双触发电压表低压限位触弓，35高压限位触弓，5延时继电器，3第一接触器，4第二接触器，37第一接触器的励磁圈，38第二接触器的励磁圈。
图5中，5-B是上视图5-A的D-D剖视，5-C是5-A中E部位的剖视及放大。本双触发电压表可以特别定货也可用市售交流电压表自行改装，如图所示，将长短不同的两长条薄不锈钢片叠放穿进螺钉25中，用螺母22固紧，另外一对长短不同的同样薄不锈钢片同样叠放后穿进另一螺钉25中，同样用螺母22固紧，并在垫片23间引出外接线26，如此大致放好的两对四片窄条紧贴塑料表壳底部向右方引伸，长的一对在高压限位点处呈90度折起成限位点35，短的一对在低压限位点处也呈90度折起，形成限位点34，并将指针16最后停靠在低压限位点34上，小心盖上刻度盘20，让四片高低压限位触弓伸出窗口18，略调成扇形面以与指针扫过的扇面吻合。套管29是长12-13mm表面镀铬或最好镀银的#9针头管，套入位置后以万用胶30固定。加套管的目的是加固指针强度，改进电接触并隔断火花散热迅速。若用市售交流表，指针需在偏离窗口中心部位而上移处剪断成断口31，再行套进粘合，若用预向电表厂约定提供的不经压扁针尖并扭转角度的电表，则不需截断可直接套进不形成断口31。其他，19电压刻度，21刻度盘下的表壳壳体，24有机玻璃罩，27固定玻罩的螺孔凸台，28固定玻罩的螺丝，17触弓引伸部份的上视投影，33指针的原有调零螺丝，32刻度盘下表壳的下陷部位投影线，40电表的安装螺钉，41电表动圈的磁靴盒。
在原理图4中，除表1外皆市售定型品，5为延时可调至5分钟的输出3安培的延时继电器，将其两个输入点一个接在经过保安器开关13后的端电压中，另一接与开关10右掷位置的一个接点相通的接触器4的两个合并在一起的常通触点，其余四个输出点中，一对接向冰箱插座12及绿指示灯9，另一对通过第二接触器4的一对常通触点和第一接触器3的励磁圈37接向高低压限位触弓34和35上。2为参比电压表，在报警后，表1的指针16返回最低点，具体电压值可从此表2看出来，接在保安器开关13后面的电源线中，让其同时起到保安器是否开启的指示作用。第一接触器3为市售小型品，只有四对常断触点，只利用其中一对，分别接向13后的一根电源线和引发第二接触器动作的励磁圈38，38的另一出口经过复位按钮14返回电源线的另一条。
所有的接地保护线都未画出，因我国绝大多数建筑物根本没有地线设施，与其白画没用反而添加麻烦，不如讲究实际干脆省略，生产厂商可视必要性自己决定是否添加。
本家电保安器的动作是这样的在图4中，当插头15插入电源线后，不管保安器的开关13是开还是闭着，双触发表的指针16都马上摆动预先停在应指的位置，触弓34或35的电要滞后5分钟才能送上。要先望一眼参比表2有没有读数，如果没有，说明保安器系统未开始工作，触弓永远带不上电，这时应按动双刀单掷开关13，参比表马上指示电源电压值，读数应与表1相同，5分钟后延时继电器5向冰箱插座12供电，绿色指示灯9亮，触弓34、35带电。这时应检查一下双刀双掷开关10，如果是处在上推位置，也就是图4中的左掷位置，则插座11或与之相联的接线板36所供出的电是傍路的，一旦报警则不能同时拉断11或36的电闸，这时的保安器只供单纯的报警监视电压使用，用户如果决定需让它同时拉闸，应将开关10下按，即图4中的右掷。正常情况下，只要供电网的零线没有断开，电压的正常波动不会超过限位触弓34和35的电压范围，本保安器不会报警，对家电的运行毫无影响。本人所住社区可能同工业用电有牵连，最近一年来，直到写这份说明书的现在，每到晚上白炽灯会发出一亮一暗的吓人情景，用万用表量过数次，表针不停地左右摇摆，幅度有15-20伏，但日光灯显不出来，家中所有电器电视机、录相机，影碟机、冰箱、空调机都运行正常，从未出过故障。这属于反常的振荡性波动，正常的电压上下波动是看不出来的，家电对波动的电压并不敏感。但是，如果零线断开，电压会马上大大超过250伏，或下降到150伏甚至更低，本人有一次在楼内断零降压期间，彩电(日本原装)一直运行到70伏才自己停止工作，这是用万用表量的，奇怪的是冰箱却未出问题。所以，只要不断零，用不用稳压器稳定电压，家电并不在乎，一旦断了零，单纯的稳压器根本无济于事，它绝对无力让电压恢复到220伏上下，抽头式绕组稳压调压器虽然可大致调到安全范围，但不能解决零线修复问题，只要零线不接通，烧毁家电的危险就一直潜伏那里，不会自愈。所以一旦断了零线，根本的出路是停掉电器向当局报修。本发明的装置就能马上发出警报，提醒用户零线多半是断了，不查出原因用电很危险。从图4可看出，室内的电压如果上升或下降超出限位点的范围，指针16的套管就会碰触触弓34或35，引起第一接触器3的励磁圈37动作，吸下铁芯而接通其上的两个常断触点，使端电压的电流流过第二接触器的励磁圈38而引发第二接触器4动作，吸下4的铁芯，使得其上的四对常断触点接通以及四对常通触点切断，由图4不难看出，励磁圈37的电路由于其所经过的一对常通触点被4断开而断电，使3马上上弹，触弓电路中断，从而保护了电表内部不致受损，又可看到，由于3的上弹复旧，其上的常断触点又呈断开态，第二接触器4的励磁圈38本来应该因此断电使铁芯上弹，但由于4在吸下铁芯的瞬间，已接通励磁圈38得到供电的另一条回路，这条回路是由开关13后的端电线经过接触器4的第一对常断触点流进励磁圈38的，它的出口返回到原先的返回通道，供电因此达到自给，铁芯继续保持吸下状态，吸下状态的其他结果是，其他两对常断触点被接通，导致蜂鸣器6鸣响，报警红灯8亮。用户这时因双触发表的指针已回原位，看不出报警的电压是多少，这时可从参比表2上读出来，此表只要开关13不关断，永远在指示端电压即时值。4的铁芯吸下的另外结果是，从图4上可看到，其上的四对常通触点都断开了，依次是切断励磁圈37的电路(已述)，切断插座11的供电，同时切断延时继电器5的电源，使冰箱插座12停电，绿灯9熄灭，切断双触发表1的电压测量回路，使指针16回到低限位点，因这时各限位点都由于延时继电器5的电源已断没有输出，不带电，碰触无妨。用户在蜂鸣器鸣响及告警红灯亮的这时候，如果马上按动复位钮14，励磁圈38就会因瞬时断电而使4的铁芯上弹，表1的测压线路被接通而使指针16开始摆动，如果是超压就会碰触35，欠压就保持贴在34上，5分钟后又会再次引发报警拉闸，但这5分钟的间隙可能已造成冰箱或其他电器烧毁，所以绝对不应按动14。正确的选择有四1)立即停掉室内的用电，报修建筑物内的零线或外部零线；2)从表2的电压读数判断，若系低压报的警，则对除冰箱或其他冷藏设备外的电器不构成威胁，可以按动开关10，使之上推(即图4中的左掷)，关闭蜂鸣器开关7，只留红灯警示，冰箱已停电，让其他电器在傍路供电下继续使用片刻，一方面留神表2的动静，若继续下降或转为上升超压，则需全停报修，操作是按动开关13使保安器断电，第二接触器的铁芯上弹，再按动开关10，恢复图4中的右掷状态，按通开关7；3)若暂用片刻后，表2的指示转为正常，或经迅速修好零线(可从表2的读数证实)，则按动复位开关14，让第二接触器弹起复位，座11马上供电，按动开关10解除傍路，接通开关7，5分钟后冰箱插座12恢复供电，绿灯再亮；4)从表2的电压读数判断，若系超压报的警，需马上停用报修，操作与2)同。
延时继电器5的采用主要是每次断电后要让冰箱有5分钟的时间使其压缩机的启动绕组所串联的PTC继电器(正温度系数半导体元件)的电阻有时间下降到20欧左右，否则仍处于运转状态的几十千欧的高阻上，形同开路，电流流不进启动绕组以驱动转子，而压缩机的运转绕组却在等待中长时间流进空载的高电流而发热烧毁。
本家电保安器不适合使用于供电线路待更换、变电站长期超负荷运转致使供电电压长期偏低的地区。
权利要求1.一种家用电器保安器，其特征是它由特制的双触发电压表(1)，参比电压表(2)，两个交流接触器(3)、(4)，交流延时继电器(5)和一个蜂鸣器构成，该特制双触发电表的刻度盘(20)上开有窗口(18)，窗口下装有两对不锈钢片的触弓(34)和(35)，其指针(16)为原电压表的指针套上一段镀铬或最好镀银的医用针头管(29)构成。
2.根据权利要求1所述的家用电器保安器，其特征在于所述的两对触弓(34)和(35)于左右两侧伸出窗口(18)之外，处于刻度盘(20)的上方，并略高于套管(29)有顶部，形成高、低电压的触发限位点，处于刻度盘(20)下的部份为两组叠放、长短各一的不锈钢片条自螺钉(25)向右引，分别折成90°弯出窗口，使指针(16)的套管(29)最后停在低压限位点(34)上，长的一对继续右引，折成90°伸出窗口形成高限位点(35)，螺钉(25)透出表壳的部份借螺母(22)和垫片(23)引出外接线(26)。
3.根据权利要求1所述的家用电器保安器，其特征在于双触发电表(1)、参比表(2)、交流接触器(3)、(4)，延时继电器(5)和蜂鸣器(6)之间的关系为低压限位点的上下触弓分别同高压限位点的上下触弓对应连通引至表壳外形成的两条外引线，其一与延时继电器(5)的一个输出点相联，另一同交流接触器(3)的励磁圈(37)相联，励磁圈(37)的另一端联往交流接触器(4)的一个常通触点，该对常通触点的另一头返回到延时继电器(5)的另一输出点。延时继电器(5)的另一对输出点之一与冰箱供电座(12)和绿指示灯(9)相联，(12)和(9)的另一端并联后返回延时继电器(5)的另一输出点，延时继电器(5)的输入点之一联在双刀单掷开关(13)后面的一条电源线上，另一点联在与双刀双掷开关(10)右掷位置一个接点相通的第二接触器(4)的两个常通触点上，由另一头返回到电源线的另一条；双触发表(1)的电压测量线路之一联在插头(15)与双刀单掷开关(13)之间的电源线上，另一条通过交流接触器(4)的一对常通触点返回到(15)与(13)间另一条电源线；参比表(2)的电压测量线路联在双刀单掷开关(13)后面的两条电源线上；交流接触器(3)的一对常断触点之一联在双刀单掷开关(13)后的一条电源线上，另一触点通过交流接触器(4)的励磁圈(38)返回到另一条电源线；交流接触器(4)的另外两对常通触点两两相联，一端与双刀单掷开关(13)后的一条电源线相联，另一端联在双刀双掷开关(10)，该双刀双掷开关(10)相同掷向的另一接点联往开关(13)后面的另一条电源线，交流接触器(4)的同一侧三个常断触点并联联往双刀单掷开关(13)后的一条电源线上，另一侧的三个常断触点的第一个接进交流接触器(4)励磁圈(38)的进口，(38)的出口通过一常通按钮(14)返回电源线，第二常断触点通过开关(7)接往蜂鸣器(6)，(6)的另一条线返回开关(13)后面的另一条电源线，第三常断触点接往红指示灯(8)，(8)的出口返回开关(13)后的另一条电源线，安全电压输出座(11)的两个接线点与双刀双掷开关(10)的刀相联，(10)的另外两个掷点联往插头(15)和双刀单掷开关(13)之间的两条电源线上。
专利摘要家用电器保安器是用来指示室内的电压和对冰箱等冷藏设备延时保护性供电以及当供电网的零线或建筑物内的零线由于超载或其他原因断开而使电压超过250伏或低过180伏时会发出蜂鸣报警并自动拉闸的安全设施。它由特制的双触发电压表,参比电压表,两个交流接触器,交流延时继电器,一个蜂鸣器制成,备有傍路开关,可选择只报警不拉闸。本身不发热,无电耗,尺寸260×140×150mm(高),容量2—2.4KVA。
文档编号H02H3/24GK2398758SQ9922992
公开日2000年9月27日 申请日期1999年11月12日 优先权日1999年11月12日
发明者陶冠群 申请人:陶冠群