專利名稱：具有顯示功能的空氣開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力控制裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種用于接通或者分 斷電網(wǎng)電源的空氣開關(guān)。
背景技術(shù)：
空氣開關(guān)是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)中非常重要的一種器件，它集控制和多 種保護(hù)功能于一身，除了能完成接通和分?jǐn)嚯娋W(wǎng)電源的任務(wù)外，還能對(duì)電路或電氣設(shè)備發(fā) 生的短路.嚴(yán)重過載及欠電壓等故障進(jìn)行斷電保護(hù)。因此，目前幾乎所有的家庭和單位都 將其作為安全用電的首選器件加以配置。節(jié)能減排，低碳經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為目前全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新趨勢(shì)。為了促進(jìn)資源節(jié)約和 環(huán)境保護(hù)，階梯電價(jià)必將在不久的將來付諸實(shí)施。而目前國內(nèi)居民的電表通常是集中安裝 的，居民查看起來很不方便。即使分戶安裝，由于現(xiàn)有電表只能顯示總電量，沒有當(dāng)月用電 量的顯示功能，因此，居民也很難及時(shí)地掌握目前的用電情況，以便為日后的用電計(jì)劃做出 合理的安排。而對(duì)于現(xiàn)有的空氣開關(guān)來說，也僅僅只具有通斷、過載、欠壓、漏電保護(hù)等功能，也 不能顯示電量和即時(shí)電壓、電流、功率等信息，因此，也不能為用戶的用電規(guī)劃提供直接的 幫助。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有顯示功能的空氣開關(guān)，通過在現(xiàn)有空氣開關(guān) 的基礎(chǔ)上增加用電信息的顯示功能，從而為用戶的合理用電提供了技術(shù)上的支持。為解決上述問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)—種具有顯示功能的空氣開關(guān)，所述空氣開關(guān)配置有顯示模塊，在所述顯示模塊 中設(shè)置有與空氣開關(guān)中的電源線相連接的電流采樣單元和電壓采樣單元、以及與所述電流 采樣單元和電壓采樣單元相連接的中央控制單元、和與所述中央控制單元相連接的顯示單元。為了對(duì)所要顯示的用電信息實(shí)現(xiàn)選擇設(shè)定，在所述顯示模塊中還設(shè)置有按鍵單 元，連接所述的中央控制單元。對(duì)于所述電流采樣單元來說，可以采用一個(gè)導(dǎo)電片串聯(lián)在火線主回路中或者零線 主回路中，通過檢測(cè)導(dǎo)電片兩端的壓降值，并結(jié)合導(dǎo)電片的電阻值來計(jì)算出電流值；將所述 導(dǎo)電片的兩端連接中央控制單元，通過中央控制單元來采樣導(dǎo)電片兩端的電壓值，進(jìn)而計(jì) 算生成當(dāng)前火線主回路或者零線主回路中的電流值。進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電片的兩端分別通過限流電阻和濾波電容連接所述的中央控制單元。 優(yōu)選的，所述導(dǎo)電片為錳銅片。 對(duì)于所述電壓采樣單元來說，可以采用多個(gè)分壓電阻串聯(lián)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，將所述分壓電阻串聯(lián)后跨接在火線和零線之間，其分壓節(jié)點(diǎn)連接所述的中央控制單元，通過采 集分壓節(jié)點(diǎn)處的電壓值來計(jì)算出電源回路的電壓值。進(jìn)一步的，在所述中央控制單元中設(shè)置有處理器和電量計(jì)量芯片；所述電量計(jì)量 芯片連接所述的電流采樣單元和電壓采樣單元，根據(jù)接收到的采樣值計(jì)算生成用電信息， 比如即時(shí)電流值、即時(shí)電壓值或者功率值、電量值等，傳輸至所述的處理器，通過所述處理 器驅(qū)動(dòng)顯示單元輸出顯示。又進(jìn)一步的，在所述中央控制單元中還設(shè)置有時(shí)鐘單元，輸出時(shí)鐘信號(hào)至所述的 處理器，以根據(jù)系統(tǒng)時(shí)間來計(jì)算月度累計(jì)電量或者總體累計(jì)電量等用電信息。再進(jìn)一步的，在所述顯示模塊中還設(shè)置有用于將空氣開關(guān)接入的交流電壓轉(zhuǎn)換為 所述中央控制單元和顯示單元所需工作電壓的電源轉(zhuǎn)換單元，為所述中央控制單元和顯示 單元供電。作為兩種不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，可以將所述顯示模塊與空氣開關(guān)共同集成于一個(gè) 殼體上，即形成一個(gè)整體；也可以將所述顯示模塊與空氣開關(guān)分開設(shè)置，即在傳統(tǒng)空氣開關(guān) 的基礎(chǔ)上通過外接電源線實(shí)現(xiàn)其與顯示模塊的連接，通過顯示模塊對(duì)流過空氣開關(guān)的電流 值、電壓值、以及由此計(jì)算出的功率值和電量值等用電信息進(jìn)行顯示。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本實(shí)用新型的空氣開關(guān)除具 有普通空氣開關(guān)的通斷、過流保護(hù)、過壓欠壓保護(hù)、漏電保護(hù)功能外，還具有本月電量顯示、 歷史電量查詢、即時(shí)電壓、電量、功率顯示等功能。應(yīng)用所述帶有電量顯示功能的空氣開關(guān)， 可以讓用戶隨時(shí)了解到當(dāng)月和前幾個(gè)月的電量使用情況，進(jìn)而根據(jù)階梯電價(jià)合理選擇用電 設(shè)備和電器的使用方式，從而有利于養(yǎng)成良好的用電習(xí)慣，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的目 的。與此同時(shí)，電壓、電量和功率即時(shí)顯示功能還可以讓用戶查看到當(dāng)前總體的用電信息， 避免超過空氣開關(guān)負(fù)荷，起到安全保護(hù)的作用。結(jié)合附圖閱讀本實(shí)用新型實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本實(shí)用新型的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn) 將變得更加清楚。

圖1是本實(shí)用新型所提出的具有顯示功能的空氣開關(guān)的總體架構(gòu)原理框圖；圖2是顯示模塊的一種實(shí)施例的電路原理圖；圖3是本實(shí)用新型所提出的具有顯示功能的空氣開關(guān)的一種實(shí)施例的外形圖；圖4是本實(shí)用新型所提出的具有顯示功能的空氣開關(guān)的另外一種實(shí)施例的外形 圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。本實(shí)用新型為了讓用戶能夠及時(shí)、方便地了解自家的用電情況，對(duì)現(xiàn)有的空氣開 關(guān)進(jìn)行改進(jìn)，使其在保留原有的電源通斷、過載保護(hù)、欠壓保護(hù)、漏電保護(hù)等功能外，為其增 加用電信息顯示功能，即在傳統(tǒng)空氣開關(guān)的基礎(chǔ)上，配置顯示模塊，如圖2所示，通過在顯 示模塊中設(shè)置與空氣開關(guān)中的電源線相連接的電流采樣單元11和電壓采樣單元12，以實(shí) 時(shí)地采集流過空氣開關(guān)的即時(shí)電流值和即時(shí)電壓值，從而傳輸給中央控制單元5以轉(zhuǎn)化生成顯示所需的電流值、電壓值、功率值和電量值，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)與其連接的顯示單元7輸出顯示。下面通過一個(gè)具體的實(shí)施例，來詳細(xì)闡述具有用電信息顯示功能的空氣開關(guān)的具 體組建結(jié)構(gòu)及其工作原理。實(shí)施例一，參見圖1所示，本實(shí)施例的空氣開關(guān)包括傳統(tǒng)的空氣開關(guān)部分和新增 設(shè)的顯示模塊部分。圖1中的虛線部分是傳統(tǒng)空氣開關(guān)的電路組成部分，包括用于連接外 部電網(wǎng)的火線輸入端子1和零線輸入端子2、連接在電源主回路中的分?jǐn)嚅_關(guān)3和漏電檢 測(cè)單元4、以及用于連接外部負(fù)載的火線輸出端子9和零線輸出端子10。在安裝空氣開關(guān) 時(shí)，將電網(wǎng)輸入端子1、2連接至電網(wǎng)，負(fù)載輸出端子9、10連接至用電設(shè)備。分?jǐn)嚅_關(guān)3串 聯(lián)在火線主回路中，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)分?jǐn)喙δ?。分?jǐn)嚅_關(guān)3經(jīng)過杠桿與雙金屬片連接，當(dāng)線路 發(fā)生一般性過載時(shí)，過載電流產(chǎn)生的熱量使雙金屬片彎曲，推動(dòng)杠桿動(dòng)作，可以實(shí)現(xiàn)過流保 護(hù)。分?jǐn)嚅_關(guān)3同時(shí)可以連接一套連桿裝置，當(dāng)線路發(fā)生短路性故障時(shí)，可以迅速分?jǐn)?，進(jìn) 行保護(hù)。漏電檢測(cè)單元4可以在線路漏電時(shí)，控制分?jǐn)嚅_關(guān)3切斷電源線路，以實(shí)現(xiàn)漏電保 護(hù)。本實(shí)施例優(yōu)選采用零序互感器進(jìn)行漏電檢測(cè)，將空氣開關(guān)中的L線、N線同時(shí)經(jīng)過零序 互感器。當(dāng)線路正常時(shí)，因?yàn)長(zhǎng)、N線上的電流大小相等，方向相反，因此零序互感器上沒有 感應(yīng)電流產(chǎn)生。而當(dāng)線路發(fā)生漏電時(shí)，由于L、N線上的電流不平衡，因此會(huì)在零序互感器的 線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電流。通過控制器檢測(cè)該漏電信號(hào)，進(jìn)而控制所述連桿裝置分?jǐn)嚯娫淳€路。 所述控制器可以設(shè)置在漏電檢測(cè)單元4中，也可以借助新增設(shè)的顯示模塊中的中央控制單 元5集中進(jìn)行控制。當(dāng)選用中央控制單元5來接收漏電信號(hào)時(shí)，還可以在線路發(fā)生漏電故 障時(shí)，利用中央控制單元5驅(qū)動(dòng)與其連接的顯示單元7進(jìn)行報(bào)警顯示。圖1中的實(shí)線部分是新增設(shè)的顯示模塊的電路組成部分，包括中央控制單元5、電 流采樣單元11 (圖1中以電流采樣單元中的主要構(gòu)成部件——猛銅片6進(jìn)行表示)、電壓采 樣單元12、顯示單元7和按鍵單元8。其中，電流采樣單元11用于檢測(cè)通過空氣開關(guān)的電 流信號(hào)；電壓檢測(cè)單元12用于檢測(cè)進(jìn)入空氣開關(guān)的L線、N線之間的電壓信號(hào)。將檢測(cè)到 的電流信號(hào)和電壓信號(hào)輸入到中央控制單元5中進(jìn)行處理，并進(jìn)行電量計(jì)算，進(jìn)而生成顯 示所需的電流值、電壓值、功率值或者電量值，通過顯示單元7顯示出來。圖2列舉了電流采樣單元11和電壓采樣單元12的一種具體電路構(gòu)建方式。其 中，電流采樣單元11可以采用將一個(gè)錳銅片6串聯(lián)在L線主回路或者N線主回路中，當(dāng)電 流流過錳銅片6時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓降，中央控制單元5對(duì)錳銅片6兩端的電壓值進(jìn)行檢測(cè)，獲得錳 銅片6兩端的壓降值，再根據(jù)錳銅片6的電阻值，可以計(jì)算出L線或者N線上的電流值，即 即時(shí)電流值。在本實(shí)施例中，所述錳銅片6的兩端可以進(jìn)一步通過限流電阻Rl、R2和濾波 電容Cl、C2連接所述的中央控制單元5。所述錳銅片6可以跟空氣開關(guān)中負(fù)載輸出端子9 或10做成一體，以降低成本，如圖1所示。當(dāng)然，所述電流采樣電路11也可以采用除錳銅 片6以外的其它具有合適阻值的導(dǎo)電片進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，本實(shí)施例并不僅限于以上舉例。電壓采樣單元12可以采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，如圖2所示，可以 將至少兩個(gè)分壓電阻串聯(lián)后，跨接在空氣開關(guān)中的L線與N線之間，圖2以串聯(lián)6個(gè)分壓電 阻R3 R8為例進(jìn)行說明，從其中一個(gè)分壓節(jié)點(diǎn)處引出電源線連接至所述的中央控制單元 5，例如將分壓電阻R7、R8之間的分壓節(jié)點(diǎn)與中央控制單元5相連接，中央控制單元5根據(jù)接收到的分壓值，即可計(jì)算出L線與N線之間的電壓值，S卩即時(shí)電壓值。在本實(shí)施例中，所 述分壓節(jié)點(diǎn)處還可以進(jìn)一步通過濾波電容C3接地，以穩(wěn)定采樣電壓。在本實(shí)施例中，所述中央控制單元5可以具體由電量計(jì)量芯片U1、處理器U2和時(shí) 鐘單元U3組成，如圖2所示。其中，通過電量計(jì)量芯片Ul連接所述的電流采樣單元11和 電壓采樣單元12，接收采樣信號(hào)，并轉(zhuǎn)換生成電流值和電壓值，或進(jìn)一步計(jì)算出功率值和電 量值，輸出至所述的處理器U2，進(jìn)而通過處理器U2生成用于驅(qū)動(dòng)顯示單元7顯示的控制信 號(hào)，將上述電流值、電壓值、功率值或者電量值通過顯示單元7顯示出來，供用戶查閱。時(shí)鐘 單元U3連接所述的處理器U2，為處理器U2提供時(shí)鐘信號(hào)。在本實(shí)施例中，所述時(shí)鐘單元U3 可以采用一顆實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)，優(yōu)選由電池BAT供電，確保停電時(shí)時(shí)鐘單元U3仍能繼續(xù) 工作。處理器U2根據(jù)接收到的電流值、電壓值以及時(shí)鐘單元U3提供的系統(tǒng)時(shí)間，可以計(jì)算 出月度累計(jì)電量和總體累計(jì)電量，通過顯示單元7輸出顯示。月度累計(jì)電量和總體累計(jì)電 量信息被寫入記憶芯片中進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)不會(huì)丟失，用戶可以隨時(shí)查閱歷史數(shù)據(jù)。顯示單元7連接中央控制單元5，顯示中央控制單元5輸出的用電信息，包括當(dāng)前 的電流值、電壓值、電量值、功率值、月度累計(jì)電量值和總體累計(jì)電量值等。在本實(shí)施例中， 顯示單元7可以選用LED數(shù)碼管或者IXD進(jìn)行顯示。按鍵單元8中包括若干個(gè)按鍵，連接所述的中央控制單元5，可以用于對(duì)當(dāng)前的電 壓、電流、功率、電量等信息進(jìn)行切換顯示，或者用于歷史電量的查詢、以及用戶設(shè)定值的輸 入等。用戶通過按鍵單元8可以輸入電流、電壓和功率的限定值。在實(shí)際應(yīng)用過程中，當(dāng)通 過空氣開關(guān)的電流、電壓或者功率值達(dá)到或者超過設(shè)定的限定值時(shí)，中央控制單元5可以 自動(dòng)控制分?jǐn)嚅_關(guān)3切斷電源線路。在本實(shí)施例中，所述按鍵單元8可以采用機(jī)械式按鍵，也可以采用觸摸式按鍵，亦 可以與顯示單元7合并，采用一塊觸摸屏完成用戶指令的輸入和用電信息的顯示功能。對(duì)于顯示模塊中需要使用直流供電的電子器件來說，比如處理器U2、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯 片U3、顯示單元7和按鍵單元8等，本實(shí)施例在顯示模塊中還進(jìn)一步設(shè)計(jì)有電源轉(zhuǎn)換單元 (圖中未示出)，接收流過空氣開關(guān)的交流電源，并轉(zhuǎn)換成直流電源，為所述中央控制單元 5、顯示單元7和按鍵單元8提供其所需的工作電壓。在本實(shí)施例中，所述電源轉(zhuǎn)換單元可 以采用現(xiàn)有的多種電路組建方式設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，比如通過電阻和電容等分立元件進(jìn)行組建、或 者采用開關(guān)電源或者變壓器進(jìn)行組建等，本實(shí)施例對(duì)此不進(jìn)行具體限制。此外，本實(shí)施例還可以在上述中央控制單元5的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)通訊接口，通過 紅外、射頻、電力載波等方式與其他電器或設(shè)備通訊，將檢測(cè)的電流、電壓、功率、電量等信 息傳遞給對(duì)方。由此一來，其他的電器或設(shè)備就可以根據(jù)階梯電價(jià)的檔位價(jià)格、當(dāng)月的電量 使用情況和當(dāng)前的電流值選擇合適的工作模式，以達(dá)到降低使用成本，并防止電流過載的 設(shè)計(jì)目的。對(duì)于本實(shí)施例所提出的帶有顯示功能的空氣開關(guān)的外形結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例在此僅提 供兩種不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式一種是將所述顯示模塊II與傳統(tǒng)的空氣開關(guān)I共同集成于一 個(gè)殼體上，即形成一個(gè)整體，如圖3所示，其內(nèi)部電路如圖1、圖2所示，殼體上可以進(jìn)一步設(shè) 置漏電檢測(cè)按鈕13和漏電保護(hù)復(fù)位開關(guān)14。另一種是將所述顯示模塊II與傳統(tǒng)的空氣開 關(guān)I分開設(shè)置，即在傳統(tǒng)空氣開關(guān)I的基礎(chǔ)上通過外接電源線15的方式來實(shí)現(xiàn)其與顯示模 塊II的連接，如圖4所示。此時(shí)，可以將圖1中的實(shí)線部分(即圖2所示的電路部分)設(shè)置在獨(dú)立的顯示模塊II中，從空氣開關(guān)I的負(fù)載輸出端子9、10上引出電源線連接至顯示 模塊II中，通過顯示模塊II對(duì)流過空氣開關(guān)I的電流值、電壓值、以及由此計(jì)算出的功率 值和電量值等用電信息進(jìn)行顯示。 當(dāng)然，本實(shí)用新型并不僅限于上述實(shí)施例，還可以有許多變化設(shè)計(jì)，例如通訊方 式除了紅外、射頻、載波等方式外，還可以使用有線的方式；檢測(cè)電流也可以采用線圈感應(yīng) 的方式；檢測(cè)電壓可以使用電壓互感器；電路中的各分離器件可進(jìn)一步集成或集成器件進(jìn) 一步分離；各檢測(cè)和控制部分在系統(tǒng)中的位置可以進(jìn)行調(diào)整；等等。凡采用等同替換或等 效變換而形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型所要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種具有顯示功能的空氣開關(guān)，其特征在于所述空氣開關(guān)配置有顯示模塊，在所 述顯示模塊中設(shè)置有與空氣開關(guān)中的電源線相連接的電流采樣單元和電壓采樣單元、以及 與所述電流采樣單元和電壓采樣單元相連接的中央控制單元、和與所述中央控制單元相連 接的顯示單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有顯示功能的空氣開關(guān)，其特征在于在所述顯示模塊中 還設(shè)置有按鍵單元，連接所述的中央控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有顯示功能的空氣開關(guān)，其特征在于在所述電流采樣單 元中包含有一導(dǎo)電片，所述導(dǎo)電片串聯(lián)在火線主回路中或者零線主回路中，所述導(dǎo)電片的 兩端連接中央控制單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有顯示功能的空氣開關(guān)，其特征在于所述導(dǎo)電片的兩端 分別通過限流電阻和濾波電容連接所述的中央控制單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有顯示功能的空氣開關(guān)，其特征在于所述導(dǎo)電片為錳銅片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有顯示功能的空氣開關(guān)，其特征在于在所述電壓采樣單 元中包括多個(gè)分壓電阻，所述分壓電阻串聯(lián)后跨接在火線和零線之間，其分壓節(jié)點(diǎn)連接所 述的中央控制單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的具有顯示功能的空氣開關(guān)，其特征在于在所 述中央控制單元中設(shè)置有處理器和電量計(jì)量芯片；所述電量計(jì)量芯片連接所述的電流采樣 單元和電壓采樣單元，根據(jù)接收到的采樣值計(jì)算生成用電信息，傳輸至所述的處理器，通過 所述處理器驅(qū)動(dòng)顯示單元輸出顯示。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有顯示功能的空氣開關(guān)，其特征在于在所述中央控制單 元中還設(shè)置有時(shí)鐘單元，輸出時(shí)鐘信號(hào)至所述的處理器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的具有顯示功能的空氣開關(guān)，其特征在于在所 述顯示模塊中還設(shè)置有用于將空氣開關(guān)接入的交流電壓轉(zhuǎn)換為所述中央控制單元和顯示 單元所需工作電壓的電源轉(zhuǎn)換單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的具有顯示功能的空氣開關(guān)，其特征在于所述 顯示模塊與空氣開關(guān)共同集成于一個(gè)殼體上；或者所述顯示模塊與空氣開關(guān)分開設(shè)置，二 者通過外接電源線實(shí)現(xiàn)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有顯示功能的空氣開關(guān)，所述空氣開關(guān)配置有顯示模塊，在所述顯示模塊中設(shè)置有與空氣開關(guān)中的電源線相連接的電流采樣單元和電壓采樣單元、以及與所述電流采樣單元和電壓采樣單元相連接的中央控制單元、和與所述中央控制單元相連接的顯示單元。本實(shí)用新型的空氣開關(guān)除具有普通空氣開關(guān)的通斷、過流保護(hù)、過壓欠壓保護(hù)、漏電保護(hù)功能外，還具有本月電量顯示、歷史電量查詢、即時(shí)電壓、電量、功率顯示等功能，方便用戶隨時(shí)了解當(dāng)月和前幾個(gè)月的電量使用情況，進(jìn)而根據(jù)階梯電價(jià)合理選擇用電設(shè)備和電器的使用方式。
文檔編號(hào)H01H9/54GK201893252SQ201020625449
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者王丹 申請(qǐng)人:王丹