專利名稱：包含單穩(wěn)態(tài)型繼電器的監(jiān)視預(yù)付電量的電力設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含電子處理單元的監(jiān)視預(yù)付電量的電力設(shè)備，所述電子處理單元與電力系統(tǒng)的導(dǎo)線相連接，計(jì)算耗電量并當(dāng)耗電量達(dá)到預(yù)定的預(yù)付值時(shí)令繼電器的觸點(diǎn)斷開。
這種類型設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)必須盡可能地防止可能出現(xiàn)的欺詐行為。本發(fā)明的目的是提供一種監(jiān)視預(yù)付電量的電力設(shè)備，與現(xiàn)有設(shè)備相比，該設(shè)備的運(yùn)行可靠性得以改善。
根據(jù)本發(fā)明，所述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的繼電器是具有常開觸點(diǎn)的單穩(wěn)態(tài)型繼電器，處理單元包括產(chǎn)生二進(jìn)制信號(hào)的中央單元，所述信號(hào)令繼電器閉合，頻率大于或等于預(yù)置頻率，在中央處理單元和繼電器之間連接頻率-電壓轉(zhuǎn)換接口。
與現(xiàn)有設(shè)備尤其是具有雙穩(wěn)態(tài)繼電器的現(xiàn)有設(shè)備相比，本發(fā)明所述設(shè)備首先改善了設(shè)備的可靠程度。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)展，通過將一對(duì)粗糙的接觸材料用于繼電器觸點(diǎn)以及用磁補(bǔ)償電路來增加大電流流過觸點(diǎn)時(shí)觸點(diǎn)的靜止和可動(dòng)元件之間的壓力而使設(shè)備的可靠性得到進(jìn)一步改善。
通過以下對(duì)本發(fā)明特殊實(shí)施例的描述可以更清楚地理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征，附圖中所示的這些實(shí)施例僅是非限制性的例子，附圖中

圖1以方框圖形式示出了本發(fā)明所述的設(shè)備；圖2是圖1所示設(shè)備中處理電路的特殊實(shí)施例；圖3是圖2所示電路接口的特殊實(shí)施例；圖4a至4c是在圖3中接口的不同位置處的信號(hào)波形；圖5是圖1所示設(shè)備繼電器的特殊實(shí)施例；圖6和7是圖5所示繼電器的磁補(bǔ)償電路的兩個(gè)可選擇實(shí)施例。
圖1所示的監(jiān)視預(yù)付電量的電力設(shè)備1通過兩個(gè)連接端子2和3與電力系統(tǒng)的相線P相連接。它還通過兩個(gè)連接端子4和5與電力系統(tǒng)的中線N相連接。
電測量分路6與連接端子2和3之間的繼電器觸點(diǎn)7串聯(lián)連接。觸點(diǎn)7由電磁鐵或繼電器的線圈8控制。電子處理單元9與端子2和4相連接，以便接收表示相線P和中線N之間電壓U的信號(hào)。處理單元也與分路的兩個(gè)測量端子10和11相連接。呈現(xiàn)在測量端子10和11之間的電壓表示相線P中流過的電流I。
電壓U還加到電源電路12的輸入端，電源電路12在供電端子上為設(shè)備1提供適當(dāng)?shù)墓╇婋妷篤cc1和Vcc2。
電子處理單元9包括處理電路13，最好是基于微處理器的，由電壓Vcc1和Vcc2供電并接收信號(hào)U和I。處理電路13以常規(guī)方式計(jì)算連接到電力系統(tǒng)的用戶的耗電量。此外，它還與傳統(tǒng)類型的讀卡機(jī)14相連接。電子卡15插入讀卡機(jī)的輸入槽中。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，電子卡15是一次性智能卡，在它的存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)預(yù)付費(fèi)的預(yù)定電量，例如100kWh。在卡15插入槽中之后由讀卡機(jī)讀出該預(yù)付電量。當(dāng)全部預(yù)付電量用完時(shí)，處理電路13通過線圈8斷開觸點(diǎn)7，中斷向用戶供電。
在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中，繼電器是雙穩(wěn)態(tài)型。這種類型的繼電器包括一個(gè)僅在開關(guān)狀態(tài)變化時(shí)才被供電的線圈，所述開關(guān)狀態(tài)變化即從閉合狀態(tài)變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，反之亦然。這種繼電器耗電量低。但是，在控制該繼電器的電子處理單元9不正常工作或繼電器線圈不正常工作的情況下，繼電器觸點(diǎn)7可以保持在其兩個(gè)穩(wěn)定位置的其中一個(gè)穩(wěn)定位置上。如果觸點(diǎn)能夠被鎖定在閉合位置上，這就更容易實(shí)現(xiàn)欺詐。
根據(jù)本發(fā)明，繼電器是具有常開觸點(diǎn)的單穩(wěn)態(tài)繼電器，即當(dāng)線圈8通電時(shí)令觸點(diǎn)7閉合，當(dāng)線圈8不通電時(shí)斷開觸點(diǎn)。這樣，在電子處理單元9或繼電器線圈8不正常工作的情況下，不管這種不正常工作是由故障引起的，還是由蓄意欺詐或其他原因引起的，觸點(diǎn)7由于錯(cuò)誤而斷開并保持?jǐn)嚅_直至設(shè)備1重新建立正確操作。
繼電器的線圈8與電子開關(guān)串聯(lián)連接以便為電壓端子供電。在正常工作時(shí)，只要預(yù)付電量不為零，處理電路就令電子開關(guān)接通，然后向繼電器的線圈8供電。
利用頻率控制提高了可靠度。正如圖2所示，處理電路13包括電力測量電路16，接收電壓信號(hào)U和電流信號(hào)I。通常，當(dāng)已經(jīng)消耗了預(yù)定電量例如每消耗kWh時(shí)，電力測量電路向基于微處理器的中央單元17提供計(jì)數(shù)脈沖。已經(jīng)預(yù)先存儲(chǔ)了由讀卡機(jī)14讀出的預(yù)付電量的中央單元17根據(jù)接收到的計(jì)數(shù)脈沖減少該存儲(chǔ)器的容量。只要預(yù)付電量未用完，中央單元17就向接口18提供頻率大于或等于預(yù)置頻率(周期T，圖4a)的二進(jìn)制信號(hào)A。連接在中央單元17和繼電器線圈8之間的接口18是頻率-電壓(F/V)變換接口。這樣，只要發(fā)射出足夠頻率的、構(gòu)成繼電器閉合控制信號(hào)的信號(hào)，就將直流電壓加到繼電器的線圈8上。如果來自中央單元17的輸出信號(hào)A的頻率太低，尤其在邏輯電平0或1的連續(xù)穩(wěn)定信號(hào)的情況下，則取消加到繼電器線圈8的端子上的電壓。由于不再向繼電器線圈8供電，因此繼電器轉(zhuǎn)換到其與斷開觸點(diǎn)7相對(duì)應(yīng)的單穩(wěn)態(tài)位置上。
這樣，即使由于處理單元的故障而導(dǎo)致控制單元的輸出信號(hào)A被鎖定在邏輯電平1，也能使繼電器轉(zhuǎn)換到打開位置上。
圖3示出了接口18的一個(gè)特殊實(shí)施例。接口18包括與電源電路12的供電端子和從中央單元17接收信號(hào)A的控制輸入端相連接的兩個(gè)電源輸入端(Vcc2和地)?？刂戚斎攵送ㄟ^與第一電容器C1和第一二極管D1串聯(lián)連接的限流電阻R1與NPN型的第一晶體管T1的基極相連接。第二電容器C2連接在晶體管T1的基極和地之間，晶體管T1的發(fā)射極接地。晶體管T1的集電極連接PNP型的第二晶體管T2的基極，第二晶體管T2的集電極接地。晶體管T1的集電極和晶體管T2的發(fā)射極之間連接極化電阻R2。繼電器的線圈8與接口18的輸出端相連接，所述輸出端一方面連接晶體管T2的發(fā)射極，另一方面連接供電端子Vcc2。
晶體管T1和T2組成了與供電端子之間的繼電器線圈8串聯(lián)連接的電子開關(guān)，晶體管T1的基極構(gòu)成了該電子開關(guān)的控制極。
下面參考圖4a、4b和4c來描述接口8的操作，圖4a、4b和4c分別表示信號(hào)A、電容器C2的端子上的電壓信號(hào)B和晶體管T2發(fā)射極上的電壓信號(hào)C的波形。
在正常工作時(shí)，用電預(yù)付金未用完，中央單元17產(chǎn)生周期為T的二進(jìn)制信號(hào)A。通過電阻器R1、電容器C1和二極管D1，這些信號(hào)使電容器C2端子上的充電電壓B保持在大于預(yù)置閾值S、大于晶體管T1基極/發(fā)射極電壓的一個(gè)值。因此，晶體管T1導(dǎo)通，導(dǎo)致晶體管T2導(dǎo)通。那么，晶體管T2的發(fā)射極電壓C接近零，圖4c，并將接近供電電壓Vcc2的電壓連續(xù)加到保持觸點(diǎn)7閉合的繼電器線圈8的端子上。
當(dāng)預(yù)付電量用完時(shí)，從中央單元17輸出的信號(hào)A轉(zhuǎn)換為邏輯電平0。電容器C1不發(fā)射連續(xù)信號(hào)，電容器C2的充電中斷。電容器C2則通過晶體管T1的基極/發(fā)射極結(jié)緩慢放電。注意，在圖4b中，電容器的充電和放電幅度被大大放大了。實(shí)際上，在閾值S以上，電壓B僅在電容器C2的正常充電電壓周圍很輕微地震蕩。一旦電壓B降到閾值S以下，晶體管T1就截止，時(shí)間t1，也導(dǎo)致晶體管T2截止，電壓C轉(zhuǎn)換為電源電壓Vcc2。繼電器線圈8的端子上的電壓被取消，觸點(diǎn)7轉(zhuǎn)換到其穩(wěn)態(tài)位置即斷開位置。當(dāng)晶體管T2截止時(shí)，通常與線圈8的端子相連接的單向傳輸二極管D2在瞬變階段讓電流流過。
連接在地與電容器C1和二極管D1的公共點(diǎn)之間的二極管D3用于削去負(fù)信號(hào)。
如果從中央單元17輸出的信號(hào)A都被鎖定在邏輯電平1，則接口的操作是相同的，電容器C1在那里阻止發(fā)射。處理電路中元件或接口的任何故障都會(huì)中斷適當(dāng)頻率的信號(hào)A的產(chǎn)生和發(fā)射，導(dǎo)致繼電器的觸點(diǎn)7轉(zhuǎn)換為安全的斷開位置。
對(duì)于觸點(diǎn)7來說，利用一對(duì)粗糙的接觸材料可以進(jìn)一步改善設(shè)備的運(yùn)行可靠性。在最佳實(shí)施例中，用銀-和石墨-基合金形成其中一個(gè)靜止接觸元件19a，用鍍銀銅制成另一個(gè)可動(dòng)接觸元件19b。
為了將觸點(diǎn)焊接的危險(xiǎn)盡可能地降至預(yù)置電流電平，設(shè)有一個(gè)磁補(bǔ)償電路20，圖5，該電路用于在大電流尤其是故障電流的情況下增加靜止和可動(dòng)接觸元件19a，19b之間產(chǎn)生的壓力。磁補(bǔ)償電路20圍繞可動(dòng)接觸元件19b。它包括由磁性材料制成的元件，該元件最好為U型，如圖6和7所示。該U-型元件可以由磁性材料制成的葉片21來完成，與可動(dòng)接觸元件19b固接在一起，使得能夠承受增加的繼電器短路電流。如圖7所示，在葉片21和磁補(bǔ)償電路20的U-型元件之間存在預(yù)定的氣隙。
使用磁補(bǔ)償電路既減小了短路情況下觸點(diǎn)焊接的危險(xiǎn)，又能使其以正常工作電流工作時(shí)被單獨(dú)校準(zhǔn)的線圈8的繼電器得以使用。與雙穩(wěn)態(tài)型繼電器不同，由于單穩(wěn)態(tài)繼電器連續(xù)耗電，所以后面這種特性更有利。
用單穩(wěn)態(tài)繼電器、頻率控制、一對(duì)粗糙接觸材料和一個(gè)磁補(bǔ)償電路的組合能保證得到比已知設(shè)備更高的最佳可靠程度。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)視預(yù)付電量的電力設(shè)備(1)，包括電子處理單元(9)，與電力系統(tǒng)的導(dǎo)線(N，P)相連接，計(jì)算耗電量并當(dāng)耗電量達(dá)到預(yù)定預(yù)付值時(shí)令繼電器(7，8)的觸點(diǎn)(7)斷開，所述設(shè)備的特征在于，繼電器是具有常開觸點(diǎn)(7)的單穩(wěn)態(tài)型繼電器，處理單元包括產(chǎn)生二進(jìn)制信號(hào)(A)的中央單元(17)，所述二進(jìn)制信號(hào)令繼電器閉合，頻率大于或等于預(yù)置頻率，在中央處理單元(17)和繼電器之間連接頻率-電壓轉(zhuǎn)換接口(18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，接口(18)包括與供電端子之間的繼電器串聯(lián)連接的電子開關(guān)(T1，T2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，接口(18)包括第一電容器(C1)和第二電容器(C2)，所述第一電容器連接在接口的控制輸入端和電子開關(guān)(T1，T2)的控制電極之間，第二電容器連接在所述控制電極和其中一個(gè)供電端子之間，以便當(dāng)?shù)诙娙萜?C2)端子上的電壓(B)超過預(yù)置值(S)時(shí)令電子開關(guān)(T1，T2)導(dǎo)通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，觸點(diǎn)(7)包括由銀-和石墨-基合金構(gòu)成的第一接觸元件(19a)和由鍍銀銅制成的第二接觸元件(19b)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，它包括磁補(bǔ)償電路(20)，用于當(dāng)大電流流過觸點(diǎn)時(shí)增加觸點(diǎn)(7)的靜止和可動(dòng)接觸元件(19a，19b)之間的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，磁補(bǔ)償電路(20)包括圍繞可動(dòng)接觸元件(19b)的、磁性材料制成的U-型元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，磁補(bǔ)償電路(20)包括與可動(dòng)接觸元件(19b)固接為一體的、磁性材料制成的葉片(21)。
全文摘要
監(jiān)視預(yù)付電量的電力設(shè)備包括電子處理單元,當(dāng)耗電量達(dá)到預(yù)付電量時(shí),電子處理單元令繼電器(7,8)的觸點(diǎn)(7)斷開。為了改善設(shè)備的可靠性并降低欺詐的可能性,繼電器是單穩(wěn)態(tài)型繼電器,通過頻率－電壓轉(zhuǎn)換接口(18)用頻率控制信號(hào)控制繼電器。利用一對(duì)粗糙的觸點(diǎn)材料以及與繼電器觸點(diǎn)的可動(dòng)接觸元件相關(guān)的磁補(bǔ)償電路使設(shè)備的可靠性得到進(jìn)一步改善,改善了觸點(diǎn)(7)對(duì)短路電流的承受力。
文檔編號(hào)H01H47/32GK1272678SQ0010644
公開日2000年11月8日 申請(qǐng)日期2000年4月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月30日
發(fā)明者帕特里克·沙布德, 米歇爾·勞雷爾, 迪迪爾·維高魯, 布魯諾·馬丁 申請(qǐng)人:施耐德電器工業(yè)公司