專利名稱：多功能保護開關的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可廣泛適用于工廠車間、礦山機井，農村場院，建筑配電等場合作通斷操作，漏電及人身觸電保護，電路中欠壓、缺相、三相電壓不平衡保護及線路和電動機的過載及短路保護的多功能保護開關。
在現有技術中，市售產品DZ15L系列漏電保護斷路器具有過載、短路及漏電保護功能，該產品曾獲1982年國家重大發明二等獎。它的過載、短路保護裝置均采用電磁液壓式脫扣器，無電子元件。該產品具有動作靈敏，動作時間快，反時特性好，體積小，分斷電流大等特點，但它的這三種保護功能不能滿足電網中多方位保護的需要。該產品的漏電保護電路采用分離元件構成，受溫度、電磁干擾等外界因素的影響較大。本實用新型就是針對該產品功能少及其漏電保護電路的不足進行了改進。
本實用新型的目的之一是提供一種兼過載、短路、漏電、三相不平衡、缺相及欠壓保護為一體、功能更加齊全的多功能保護開關，本實用新型的目的之二是使各功能的指標可獨立控制調整，且做到電路簡單、離散性小、性能可靠、靈敏度高、抗干擾能力強。
本實用新型的目的可通過以下方案實現在原漏電保護斷路器的基礎上增加了一個三相不平衡及缺相保護電路，一個欠壓保護電路及直流電源電路，漏電保護電路、三相不平衡及缺相保護電路以及欠壓保護電路分別通過零序電流互感器電路、對稱星形負載電路及三相半波整流電路取得信號電壓，經電壓比較器比較后，產生觸發電壓，觸發可控硅，使脫扣器動作，整個電路的直流工作電壓由欠壓保護電路取出。
本實用新型的工作原理如
圖1所示，圖中L1為零序電流互感器次級，初級為穿過它的三相相線和一根中性線(零線)，在正常無漏電時，流過零序電流互感器初級的電流合為零，合成磁通量為零，因此，次級L1中無感應電流產生，電壓比較器LM339的同相輸入端7＃無感應電壓。由于該比較器的反相輸入端6＃有一個固定電壓(100MV)，經過比較，其輸出端1＃為“0”電位，可控硅無觸發信號，脫扣器不動作。當人體接觸火線(或負載的火線與大地漏電)時，等于火線與地增加了一個通道，觸電電流直接從火線向大地泄漏，使得零序電流互感器中合成電流不為零，因此合成磁通量不再為零，零序電流互感器次級L1立即產生感應電流，通過電阻R2產生電壓降，輸入給比較器的同相輸入端7＃，輸出電位此時翻轉，由“0”電位變為“1”電位，該信號電壓通過二極管D8去觸發可控硅，使脫扣器動作，切斷三相電源，起到漏電保護作用。
三相不平衡保護電路的信號電壓是由電阻R7、R8、R9組成的對稱星形負載電路得到。當三相電源平衡時，其對稱負載的中性點電位為零，電阻R10上無電流通過，因此無電壓降。當三相電源不平衡時，其中性點電位不再為零，從而在電阻R10上產生一個不平衡電壓，輸入給比較器的反相輸入端8＃，此電壓如大于100MV，則該比較器輸出電位由三相平衡時的“1”變為“0”，經過R19、C7組成的延時電路延時5－10秒鐘后，將此低電位輸入到另一比較器的輸入端4＃，使該比較器翻轉，產生一觸發電壓，觸發可控硅，使脫扣器動作，做到三相不平衡保護。
缺相保護的原理同上，因為缺相屬比較嚴重的不平衡，是三相不平衡的特殊情況。在三相不平衡保護電路調整好后，必須起到缺相保護作用。
電源電壓經三相半波整流電路D2、D3、D4整流后，由電阻R13、R14分壓后，產生的信號電壓輸入給比較器同相輸入端11＃，該比較器的反相輸入端為一個固定電壓(2V)，當電源電壓低到某一值(一般為70％Ue)時，整流后的電壓經分壓后，低于比較器的反相輸入端電壓，比較器輸出電位由原來的“1”電位變為“0”電位，經過R19、C7組成的延時電路延時5－10秒鐘后，將此“0”電位輸入給另一比較器的反相輸入端4＃，使該比較器的輸出由“0”變為“1”，產生的觸發電壓經二極管D9觸發可控硅，使脫扣器動作，達到欠壓保護作用。
整個電路的直流工作電壓由欠壓保護電路取出，通過D2、D3、D4三相半波整流并經穩壓二極管D5及電容C6穩壓和濾波后可獲得＋5V直流電源。
本實用新型的優點和效果是明顯的，它集各種常規保護功能于一體，克服了現有各種保護開關保護功能少、將幾種保護器簡單組合的缺陷；本實用新型的各保護功能的保護指標可獨立調整，這是由于各功能的保護電路在整個電路中都是相對獨立的，因此可根據用戶的各種不同需求進行指標調整，如欠壓保護指標可在60％－90％Ue電壓范圍內調整，從而擴大了該產品的使用范圍；本實用新型的漏電保護電路克服了現有電子線路具有的漏電動作電流不穩定，有一項缺相便導致漏電保護功能失效等缺陷，漏電信號通過濾波、抗干擾電路進入比較器，因而減少了電路受外界因素，如溫度、磁場等的影響，且參數不隨電網、電壓的波動而變化，可在供電電路缺相情況下保證保護電路的正常工作；由于本實用新型的欠壓保護采用獨立的欠電壓保護電路，因此，欠電壓動作值可以獨立整定，不僅結構簡單可靠，而且可為整個電路提供直流工作電壓；本實用新型的三相不平衡及缺相保護電路克服了現有技術缺相保護不靈敏(尤其在電壓高的情況下)以及抗干擾能力差等缺陷，使該電路不受電網電壓的波動影響，并且可根據需要獨立調整三相不平衡值的動作電壓；由于本實用新型采用了集成電路和可控硅直接驅動，因此，該產品還具有結構簡單，離散性小，性能可靠，靈敏度高，體積小等特點。
圖1是本實用新型的電原理圖。
圖2是本實用新型的結構示意圖。
圖3是多功能保護脫扣器結構示意圖。
下面將結合附圖對本實用新型進行更具體的描述。
本實用新型的具體結構如圖2所示，它包括市售產品DE15L斷路器的短路、過載保護裝置及改進后的漏電保護電路。短路及過載保護裝置是由三個液壓電磁脫扣器1構成，液壓電磁脫扣器由勵磁線圈、裝有硅油的芯柱、銜鐵及釋放彈簧構成，它直接與三相電源線相接，當負載短路或過載時，流過勵磁線圈的電流達到它的動作值，勵磁線圈產生的磁力便吸引銜鐵，并推動脫扣拉桿使開關斷開，切斷電流。如圖1所示，所述的漏電保護電路包括漏電信號檢測、電壓比較及漏電試驗三個部分。漏電信號電壓由零序電流互感器L1、L2取得，它是一個環形的坡莫合金磁環，其上繞有1000匝的次級線圈，互感器的初級線圈則是穿過它的各相主電源相線和零線、零序電流互感器的次級線圈兩端并接有微調電阻R2，改變R2的阻值，可使感應電壓變化。因此，調節該電阻可設定漏電電流保護值。R2一端接地，另一端通過限流電阻R3接至集成電壓比較器LM339的其中一個比較器的同相輸入端7＃，而該比較器的反相輸入端6＃則通過分壓電阻R3、R4從直流＋5V電壓上取出100MV的電壓作為其基準電壓，為防止高頻干擾，在上述比較器的兩輸入端跨接有電容C1，從零序電流互感器取得的信號電壓經電容C1濾波后直接進入電壓比較器。比較器的輸出端1＃經二極管D8接到可控硅D7控制極上。濾波電容C2將高頻干擾對地旁路掉，＋5V電壓通過電阻R6接于比較器的輸出端，其作用是穩定輸出電位。為經常檢查漏電保護功能是否完好，特設置了一個漏電試驗電路。它是在零序電流互感器的初級線圈上配有一個6匝的初級繞組L2，用于產生漏電試驗電路的模擬漏電信號，該繞組的一端通過限流電阻R1接到電源零線上，另一端通過一個由常開觸點組成的微動開關K1接到三相電源的任意一相上。按下試驗按鈕，有電流流過零序電流互感器的初級，相當于一個漏電信號，因此便可以隨時檢查漏電保護功能是否完好及脫扣機構和觸頭能否可靠分斷。
本實用新型的技術關鍵還在于增加了一個三相不平衡及缺相保護電路，一個欠壓保護電路及直流電源電路。上述各電路如圖1所示，所述的三相不平衡及缺相保護電路中電阻R7、R8、R9及微調電阻R10組成三相對稱星形負載電路，用于不平衡信號電壓的檢測。信號電壓通過該電路及電阻R10取得，經限流電阻R11接至電壓比較器的反相輸入端8＃，該比較器同相輸入端9＃同漏電電壓比較器的反相輸入端6＃相連接，以100MV電壓作為基準電壓。為防止高頻干擾，在比較器的兩輸入端跨接濾波電容C3，其輸出端14＃與欠壓比較器的輸出端相連接。
所述的欠壓保護電路由二極管D2、D3、D4組成的三相半波整流電路整流，并經電阻R13、R14分壓后得到一個欠壓信號電壓，通過電容C5濾波后，接到欠壓電壓比較器的同相輸入端11＃，而反相輸入端10＃同另一比較器的同相輸入端5＃相連，得到＋2V的基準電壓，其輸出端13＃同不平衡電壓比較器的輸出端14＃相連。
在本實用新型的欠壓保護電路中還設置了直流電源電路，用于為整個電路提供直流工作電壓，該電路由D2、D3、D4、R17、R18、D5及C6組成，電源電壓經D2、D3、D4組成的三相半波整流電路整流后，通過R17、R18及C6阻容濾波并經D5穩壓即可為電路提供＋5V的直流工作電壓。
為避免由于電網的瞬時電壓波動而造成保護開關的誤動作，在三相不平衡保護電路及欠壓保護電路的輸出端設置了一個兩電路所共有的延時電路，該電路由R19、C7組成，由三相不平衡和欠壓電壓比較器輸出的電壓經延時電路5－10秒鐘延時后，輸入另一比較器的反相輸入端4＃，使該比較器翻轉、產生觸發電壓，經二極管D9觸發可控硅，使脫扣器動作。
如圖2所示，本實用新型的各電路均設置于控制線路板6上。主電源引線3穿過零序互感器4，并接至電源引出線接線端子。本實用新型除采用三個過載保護脫扣器1，用作過載、短路保護裝置外，還設有一個多功能保護脫扣器7，它是漏電、三相不平衡及缺相以及欠壓保護電路的執行機構。脫扣器通過導線2與控制線路板6相連，其結構如圖3所示，它是由線圈芯柱7a、勵磁線圈7b、框架7C、釋放彈簧7d及銜鐵7e組成，是一種電磁式脫扣器。銜鐵7e與脫扣拉桿8相連，脫扣拉桿與開關的自由脫扣機構9相連。當控制線路板發出動作信號時，多功能保護脫扣器的勵磁線圈流過電流，并產生磁力，吸合銜鐵，拉動脫扣拉桿，使開關的自由脫扣機構動作，切斷電源。
權利要求1.一種用于在電力電網中作通斷操作及保護的多功能保護開關，它包括漏電保護電路，短路保護及過載保護裝置，其特征在于它還具有一個三相不平衡及缺相保護電路，一個欠壓保護電路及直流電源電路，所說的漏電保護電路、三相不平衡及缺相保護電路以及欠壓保護電路分別通過零序電流互感器電路、對稱星形負載電路及三相半波整流電路取得信號電壓，經電壓比較器比較后，產生觸發電壓，觸發可控硅，使脫扣器動作，整個電路的直流工作電壓由欠壓保護電路取出。
2.如權利要求1所述的多功能保護開關，其特征在于由零序電流互感器取得的漏電信號電壓經濾波電容C1濾波后直接進入電壓比較器。
3.如權利要求2所述的多功能保護開關，其特征在于所說的零序電流互感器采用坡莫合金磁環。
4.如權利要求2所述的多功能保護開關，其特征在于所述的電壓比較器采用集成四電壓比較器。
5.如權利要求1所述的多功能保護開關，其特征在于三相不平衡及缺相保護電路、欠壓保護電路經電壓比較器產生的觸發電壓通過R19、C7組成的延時電路延時后觸發可控硅。
專利摘要一種用于在電力電網中作通斷操作及保護的多功能保護開關，它包括一個短路及過載保護裝置，一個漏電保護電路、一個三相不平衡及缺相保護電路和一個欠壓保護電路。各電路產生的信號電壓經電壓比較器比較器后產生觸發電壓，觸發可控硅，使脫扣器動作，切斷電源，本實用新型具有保護功能齊全，電路簡單，離散性小，性能可靠，靈敏度高，抗干擾能力強等特點。
文檔編號H02H3/12GK2071834SQ9021705
公開日1991年2月20日 申請日期1990年7月25日 優先權日1990年7月25日
發明者張祥林 申請人:銀川市電器廠, 寧夏輕工業設計研究所