ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ОТКЛЮЧЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК H01H3/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение в целом относится к области электронных устройств, позволяющих селективно включать или отключать питание нагрузки.

В частности, оно относится к электронному устройству отключения, содержащему первую входную клемму, вторую входную клемму, первую выходную клемму, вторую выходную клемму, управляемый выключатель, установленный между первой входной клеммой и первой выходной клеммой, и цепь управления, выполненную с возможностью выдавать командный сигнал, предназначенный для управляемого выключателя.

Уровень техники

Такое электронное устройство позволяет селективно подавать (по команде цепи управления) напряжение (прикладываемое между входными клеммами) на нагрузку, соединенную с выходными клеммами.

Цепь управления может определять выдаваемый командный сигнал (для размыкания или замыкания управляемого выключателя) в соответствии с различными заданными значениями, такими как локальное заданное значение (определяемое, например, при помощи кнопки, которой оснащено электронное устройство отключения) и/или удаленное заданное значение (получаемое, например, через цепь связи), что обеспечивает большую гибкость работы.

Однако некоторые управляемые выключатели, используемые в этих электронных устройствах, могут оставаться зафиксированными в замкнутом положении (как правило, по причине мгновенного сверхтока, провоцируемого питаемой нагрузкой и приводящего к свариванию или залипанию контактов устройства отключения), даже когда цепь управления подает на них командный сигнал размыкания.

В документе ЕР 2 879 152 описано устройство отключения питания переменного тока, содержащее реле, установленное на линии питания, и устройство обнаружения дефекта сваривания реле.

Согласно этому документу, обнаружение возможного дефекта сваривания основано на разности тока, индуцируемого в намотанном трансформаторе, с линией питания, в зависимости то того, происходит залипание реле или нет.

Раскрытие сущности изобретения

В этой связи изобретением предложено электронное устройство отключения, содержащее первую входную клемму, вторую входную клемму, первую выходную клемму, вторую выходную клемму, управляемый выключатель, установленный между первой входной клеммой и первой выходной клеммой, и цепь управления, выполненную с возможностью выдавать командный сигнал, предназначенный для управляемого выключателя, при этом, согласно изобретению, электронное устройство отключения содержит цепь измерения электрической величины, потребляемой через управляемый выключатель, и цепь с конечным полным сопротивлением, подключенную между первой выходной клеммой и второй выходной клеммой, при этом что цепь управления выполнена с возможностью выдавать командный сигнал размыкания управляемого выключателя и с возможностью отслеживать измеряемую электрическую величину, когда выдается этот командный сигнал размыкания.

Благодаря цепи с конечным полным сопротивлением, подсоединенной между выходными клеммами, ток проходит через управляемый выключатель, когда он находится в замкнутом положении, даже в отсутствие нагрузки, подключенной к выходным клеммам. Таким образом, благодаря цепи измерения цепь управления может обнаруживать ненормальное замыкание управляемого выключателя (то есть замыкание управляемого выключателя, когда цепь управления генерирует командный сигнал размыкания) даже в отсутствие нагрузки.

Заявленное электронное устройство отключения имеет также следующие предпочтительные и неограничивающие отличительные признаки, рассматриваемые отдельно или во всех технически возможных комбинациях:

- цепь управления выполнена с возможностью генерировать индикацию дефекта, если измеряемая электрическая величина показывает не равное нулю электрическое потребление через управляемый выключатель, когда выдается командный сигнал размыкания;

- индикация дефекта представляет собой включение светового индикатора;

- индикация дефекта представляет собой команду на включение светового индикатора или информацию о дефекте, передаваемую на терминал пользователя;

- электронное устройство отключения содержит интерфейс «человек-машина», выполненный с возможностью передавать локальную информацию управления в цепь управления;

- электронное устройство отключения содержит схему связи, выполненную с возможностью передавать удаленную информацию управления в цепь управления;

- цепь измерения выполнена с возможностью измерять силу тока, проходящего через управляемый выключатель, и указанной электрической величиной является эта сила тока;

- цепь с конечным полным сопротивлением является резистором, установленным между первой выходной клеммой и второй выходной клеммой.

Изобретением предложен также способ обнаружения дефекта в электронном устройстве отключения, содержащем первую входную клемму, вторую входную клемму, первую выходную клемму, вторую выходную клемму, управляемый выключатель, установленный между первой входной клеммой и первой выходной клеммой, и цепь управления, выполненную с возможностью выдавать командный сигнал, предназначенный для управляемого выключателя, при этом, согласно изобретению, электронное устройство отключения содержит цепь с конечным полным сопротивлением, подключенную между первой выходной клеммой и второй выходной клеммой, при этом способ содержит следующие этапы, на которых:

- измеряют электрическую величину, потребляемую через управляемый выключатель;

- при помощи цепи управления выдают командный сигнал размыкания управляемого выключателя; и

- отслеживают измеряемую электрическую величину, когда выдается командный сигнал размыкания.

Этот способ обнаружения дефекта может дополнительно содержать этап генерирования индикации дефекта, если измеряемая электрическая величина показывает не равное нулю электрическое потребление через управляемый выключатель, когда выдается командный сигнал размыкания.

Осуществление изобретения

Нижеследующее описание со ссылками на прилагаемые чертежи, представленные в качестве неограничивающих примеров, позволит понять, в чем состоит изобретение и как его можно реализовать.

На прилагаемых чертежах:

на фиг. 1 показана электрическая схема электрической системы, содержащей заявленное электронное устройство отключения;

на фиг. 2 представлена блок-схема, иллюстрирующая пример способа, применяемого в таком электронном устройстве отключения.

На фиг. 1 показана электрическая система, содержащая источник 2 напряжения (в данном случае переменного напряжения), нагрузку 4 и электронное устройство 10 отключения, установленное между источником 2 напряжения и нагрузкой 4.

Такое электронное устройство 10 отключения является, например, электрическим выключателем (то есть электрическим устройством типа выключателя), заделанным в стену или установленным снаружи на стене.

В данном случае источником 2 напряжения является электрическая сеть снабжения здания (например, квартиры), которая подает между двумя клеммами L, N питания переменное напряжение, называемое сетевым напряжением, имеющее характеристики, определенные применяемыми регламентными нормами (например, номинальное эффективное напряжение 230 В и частота 50 Гц). В этом контексте клемма L питания является клеммой фазы, тогда как клемма N питания является клеммой нейтрали.

Нагрузкой 4 является, например, лампочка (включением и выключением которой управляют при помощи электронного устройства 10 отключения, что будет описано ниже). Разумеется, можно рассматривать и другие типы нагрузки.

Как схематично показано пунктирной линией на фиг. 1, присутствие нагрузки 4 не является систематическим: в некоторых ситуациях нагрузка 4 может отсутствовать (например, если нагрузка 4 является лампочкой, во время замены нагрузки 4 пользователем, или, если электронное устройство 10 отключения встроено в розетку, когда к этой розетке не подключен какой-либо электрический прибор). После подключения электронного устройства 10 отключения к источнику 2 напряжения, как показано на фиг. 1, электронное устройство 10 отключения должно работать как в присутствии, так и в отсутствие нагрузки 4.

Электронное устройство 10 отключения содержит первую входную клемму 12, вторую входную клемму 14, первую выходную клемму 16 и вторую выходную клемму 18.

В описанном примере первая входная клемма 12 предназначена для соединения с клеммой L фазы источника 2 напряжения, тогда как вторая входная клемма 14 предназначена для соединения с клеммой N нейтрали источника 2 напряжения.

Как показано на фиг. 1, электронное устройство 10 отключения содержит цепь 30 измерения и управляемый выключатель 22, установленные последовательно между первой входной клеммой 12 и первой выходной клеммой 16.

Вторая входная клемма 14 и вторая выходная клемма 18 электрически соединены друг с другом, в данном случае напрямую. Иначе говоря, вторая входная клемма 14 и вторая выходная клемма 18 имеют одинаковый электрический потенциал.

Цепь 30 измерения выполнена с возможностью производить измерение М электрической величины, потребляемой через управляемый выключатель 22. В данном случае эта электрическая величина является силой тока, проходящего через управляемый выключатель 22; в варианте речь может идти о мощности, потребляемой через управляемый выключатель 22. Цепь 30 измерения выполнена, например, при помощи шунта.

Электронное устройство 10 отключения также содержит цепь 20 управления, которая получает значение измерения М, выдаваемое цепью 30 измерения.

Цепь 20 управления может также управлять размыканием или замыканием управляемого выключателя 22 при помощи командного сигнала S.

Цепь 20 управления представляет собой, например, микроконтроллер. Такой микроконтроллер обычно содержит процессор и по меньшей мере одно запоминающее устройство. Это запоминающее устройство хранит, в частности, компьютерные программные команды, разработанные таким образом, чтобы микроконтроллер применял функциональные возможности и осуществлял описанные ниже способы (в частности, способ, описанный ниже со ссылками на фиг. 2), когда эти команды исполняет процессор.

В варианте цепь 20 управления может быть программируемой цепью специального назначения.

Как схематично показано на фиг. 1, цепь 20 управления питается, например, от цепи 32 питания, подключенной, с одной стороны, к первой входной клемме 12 и, с другой стороны, ко второй входной клемме 14, при этом цепь 32 питания получает напряжение, генерируемое источником 2 напряжения (то есть сетевое напряжение).

Хотя на фиг. 1 это и не показано, цепь 32 питания может на практике питать также другие элементы электронного устройства 10 отключения.

Согласно первому варианту осуществления, цепь 20 управления получает информацию С управления (или локальную команду С), поступающую от интерфейса «человек-машина» 26, которым оснащено электронное устройство 10 отключения. Интерфейс «человек-машина» 26 является, например, кнопкой, такой как нажимная кнопка.

В этом случае цепь 20 управления генерирует командный сигнал S (размыкания и замыкания управляемого выключателя 22), в частности, в зависимости от информации С управления, поступающей от интерфейса «человек-машина» 26. Например, можно предусмотреть, чтобы командный сигнал S менялся между состоянием, приводящим к замыканию управляемого выключателя 22, и состоянием, приводящим к размыканию управляемого выключателя 22, при каждом действии на интерфейс «человек-машина» 26 (то есть, например, при каждом нажатии на нажимную кнопку 26).

Согласно второму варианту осуществления (показанному пунктирной линией на фиг.1), который, в случае необходимости, можно комбинировать с первым вариантом осуществления, цепь 20 управления получает информацию С’ управления (или удаленную команду С’) от внешнего прибора 6 управления и через цепь 28 связи, связанную с прибором 6 управления.

На практике цепь 28 связи (которой оснащено в этом случае электронное устройство 10 отключения, что показано пунктирной линией на фиг. 1) может быть выполнена с возможностью установления беспроводной связи с прибором 6 управления и с возможностью обмена данными (в частности, информацией С’ управления) с прибором 6 управления.

В варианте цепь 28 связи может быть выполнена с возможностью установления проводной связи с прибором 6 управления, возможно, проводной связи с использованием проводов вышеупомянутой электрической сети (например, благодаря технологии несущих токов).

Следует отметить, что на практике информация С’ управления может передаваться от прибора 6 управления (например, в этом случае от терминала пользователя, такого как мобильный телефон) в цепь 28 связи через различные сети (в том числе, например, через сеть сотовой телефонии и через локальную проводную или беспроводную сеть).

Кроме того, цепь 28 связи соединена с цепью 20 управления (например, при помощи компьютерной шины) для передачи в цепь 20 управления данных (в частности, информации С’ управления), полученных через цепь 28 связи (в частности, от прибора 6 управления).

Электронное устройство 10 отключения содержит также цепь 24 с конечным полным сопротивлением, установленную между первой выходной клеммой 16 и второй выходной клеммой 18. Эта цепь 24 с конечным полным сопротивлением является, например, электрическим диполем (в данном случае резистором), один контакт которого соединен с первой выходной клеммой 16, а другой контакт соединен со второй выходной клеммой 18. Цепь 24 с конечным полным сопротивлением имеет, например, сопротивление, составляющее от 100 кОм до 1 МОм, в данном случае сопротивление в 470 кОм.

Когда цепь 20 управления подает команду на размыкание управляемого выключателя 22 (посредством генерирования командного сигнала S размыкания), как правило, при получении соответствующей информации С, С’ управления, цепь 20 управления отслеживает измерение М электрической величины, потребляемой через управляемый выключатель 22 (измерение М, полученное от цепи 30 измерения, как было указано выше).

При нормальной работе управляемый выключатель 22 действительно размыкается командным сигналом S размыкания, и, следовательно, ток не может проходить между первой входной клеммой 12 и первой выходной клеммой 16. Измерение М, произведенное цепью 30 измерения (и переданное в цепь 20 управления), показывает при этом нулевое потребление (то есть нулевую силу тока в управляемом выключателе 22).

Если же цепь 30 измерения производит измерение М, показывающее не равное нулю потребление (в данном случае не равную нулю силу тока в управляемом выключателе 22), это значит, что ток проходит через управляемый выключатель 22, несмотря на командный сигнал S размыкания, то есть управляемый выключатель 22 остался в замкнутом положении (иначе говоря, «залип»).

Следует отметить, что этот ток присутствует даже в отсутствие нагрузки 4, благодаря присутствию цепи 24 с конечным полным сопротивлением, установленной между первой выходной клеммой 16 и второй выходной клеммой 18.

Таким образом, если цепь 20 управления генерирует командный сигнал S размыкания управляемого выключателя 22 и получает измерение М, показывающее не равное нулю потребление, цепь 20 управления генерирует индикацию I, I’ дефекта, например, передавая команду I на включение светового индикатора 34 дефекта (как правило, на практике наблюдаемого пользователем светодиода) и/или информацию I’ дефекта в направлении цепи 28 связи. Эта информация I’ дефекта может быть передана через цепь 28 связи в терминал (например, мобильный телефон) пользователя.

Для этого в памяти цепи 20 управления или цепи 28 связи, например, записан электронный идентификатор пользователя (например, электронный адрес или номер телефона); при получении информации I’ дефекта от цепи 20 управления цепь 28 связи передает эту информацию I’ дефекта, используя записанный в памяти электронный идентификатор.

Согласно возможному варианту осуществления, цепь 20 управления может также отслеживать измерение М электрической величины, потребляемой через управляемый выключатель 22, когда цепь 20 управления генерирует командный сигнал S замыкания управляемого выключателя 22.

В этом случае при нормальной работе электрическое потребление не равно нулю по причине прохождения тока через управляемый выключатель 22 (для питания цепи 24 с конечным полным сопротивлением и, возможно, нагрузки 4).

Если цепь 20 управления получает измерение М, указывающее на нулевое потребление через управляемый выключатель 22, тогда как цепь 20 управления генерирует командный сигнал S замыкания управляемого выключателя, это тоже указывает на нарушение работы, и цепь 20 управления может подать команду на включение индикатора дефекта (возможно, отличного от индикатора 34 дефекта) и/или направить информацию о дефекте в терминал пользователя через цепь 28 связи.

На фиг. 2 представлен пример способа, который может быть осуществлен цепью 20 управления внутри электронного устройства 10 отключения.

Этот способ начинается этапом Е2, в ходе которого цепь 20 управления передает в управляемый выключатель командный сигнал S замыкания. Следовательно, управляемый выключатель 22 в нормальной ситуации замкнут, и, если присутствует нагрузка 4, она получает питание через управляемый выключатель 22.

На этапе Е4 цепь 20 управления получает информацию С, С’ управления (например, в результате нажатия пользователем на нажимную кнопку 26).

При получении этой информации С, С’ управления цепь 20 управления меняет командный сигнал S и передает на этапе Е6 командный сигнал S размыкания на управляемый выключатель 22.

Пока этот командный сигнал S размыкания действует на управляемый выключатель 22, цепь 20 управления считывает на этапе Е8 измерение М электрической величины, потребляемой через управляемый выключатель 22, то есть в данном случае измерение силы тока, выдаваемое цепью 30 измерения, установленной последовательно с управляемым выключателем 22.

Если принятое измерение М показывает нулевое электрическое потребление (в данном случае нулевую силу тока), это свидетельствует о том, что управляемый выключатель 22 разомкнут и что электронное устройство 10 отключения работает нормально. В случае необходимости, способ может задержаться на этапе Е8, чтобы считать новое измерение, поступающее от цепи 30 измерения, и продолжить отслеживать это измерение М.

Если принятое измерение М показывает не равное нулю электрическое потребление, это значит, что управляемый выключатель 22 остался в замкнутом положении, несмотря на приложение к этому управляемому выключателю 22 командного сигнала S размыкания, и в этом случае способ продолжается этапом Е10, чтобы указать пользователю на этот дефект.

На этапе Е10 цепь 20 управления генерирует индикацию дефекта, предназначенную для пользователя, например, посредством передачи команды I на включение индикатора 34 дефекта и/или посредством передачи информации I’ дефекта во внешний электронный прибор (такой как мобильный телефон пользователя) при помощи цепи 28 связи.

Изобретение относится к электронному устройству (10) отключения. Технический результат заключается в возможности выявления дефекта залипания контактов в устройстве отключения. Электронное устройство отключения содержит первую входную клемму (12), вторую входную клемму (14), первую выходную клемму (16), вторую выходную клемму (18), управляемый выключатель (22), установленный между первой входной клеммой (12) и первой выходной клеммой (16), и цепь (20) управления, выполненную с возможностью выдавать командный сигнал (S), предназначенный для управляемого выключателя (22). Устройство (10) отключения дополнительно содержит цепь (30) измерения электрической величины, потребляемой через управляемый выключатель (22), и цепь (24) с конечным полным сопротивлением, расположенную между первой выходной клеммой (16) и второй выходной клеммой (18). Цепь (20) управления выполнена с возможностью выдавать командный сигнал (S) размыкания управляемого выключателя (22) и с возможностью отслеживать измеряемую электрическую величину (М), когда выдается этот командный сигнал (S) размыкания. Изобретение относится также к способу обнаружения дефекта в электронном устройстве отключения. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электронное устройство (10) отключения, содержащее первую входную клемму (12), вторую входную клемму (14), первую выходную клемму (16), вторую выходную клемму (18), управляемый выключатель (22), установленный между первой входной клеммой (12) и первой выходной клеммой (16), и цепь (20) управления, выполненную с возможностью выдавать командный сигнал (S), предназначенный для управляемого выключателя (22), отличающееся тем, что содержит:

- цепь (30) измерения электрической величины, потребляемой через управляемый выключатель (22), и

- цепь (24) с конечным полным сопротивлением, расположенную между первой выходной клеммой (16) и второй выходной клеммой (18),

при этом цепь (20) управления выполнена с возможностью выдавать командный сигнал (S) размыкания управляемого выключателя (22), с возможностью отслеживать измеряемую электрическую величину (М), когда выдается этот командный сигнал (S) размыкания, и с возможностью генерировать индикацию (I; I’) дефекта, если измеряемая электрическая величина (М) указывает на не равное нулю электрическое потребление через управляемый выключатель (22), когда выдается командный сигнал (S) размыкания.

2. Электронное устройство отключения по п. 1, в котором индикация дефекта представляет собой команду (I) на включение светового индикатора (34).

3. Электронное устройство отключения по п. 1, в котором индикация дефекта представляет собой информацию (I’) о дефекте, передаваемую на терминал пользователя.

4. Электронное устройство отключения по одному из пп. 1-3, содержащее интерфейс (26) «человек-машина», выполненный с возможностью передавать локальную информацию (С) управления в цепь (20) управления.

5. Электронное устройство отключения по одному из пп. 1-4, содержащее цепь (28) связи, выполненную с возможностью передавать удаленную информацию (C’) управления в цепь (20) управления.

6. Электронное устройство отключения по одному из пп. 1-5, в котором цепь (30) измерения выполнена с возможностью измерять силу тока, проходящего через управляемый выключатель (22), и указанной электрической величиной является эта сила тока.

7. Электронное устройство отключения по одному из пп. 1-6, в котором цепь с конечным полным сопротивлением является резистором (24), установленным между первой выходной клеммой (16) и второй выходной клеммой (18).

8. Способ обнаружения дефекта в электронном устройстве (10) отключения, содержащем первую входную клемму (12), вторую входную клемму (14), первую выходную клемму (16), вторую выходную клемму (18), управляемый выключатель (22), установленный между первой входной клеммой (12) и первой выходной клеммой (16), и цепь (20) управления, выполненную с возможностью выдавать командный сигнал (S), предназначенный для управляемого выключателя (22), отличающийся тем, что электронное устройство (10) отключения содержит цепь (24) с конечным полным сопротивлением, расположенную между первой выходной клеммой (16) и второй выходной клеммой (18), причем способ содержит следующие этапы, на которых:

- измеряют электрическую величину, потребляемую через управляемый выключатель (22);

- выдают (Е6) посредством цепи (20) управления командный сигнал (S) размыкания управляемого выключателя (22);

- отслеживают (Е8) измеряемую электрическую величину (М), когда выдается командный сигнал (S) размыкания; и

- генерируют (Е10) индикацию (I; I’) дефекта, если измеряемая электрическая величина (М) показывает не равное нулю электрическое потребление через управляемый выключатель (22), когда выдается командный сигнал (S) размыкания.