專利名稱：具有反接線保護功能的接地故障斷路器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種接地故障斷路器，尤其涉及一種采用電磁式脫扣機構且帶有反接線保護功能的接地故障斷路器。
背景技術：
為敘述方便，以下接地故障斷路器以英譯名Ground Fault Circuit Interrupter字頭GFCI代替。
GFCI一般都包括基座、帶插孔的上蓋、脫扣器、復位鍵、測試鍵、帶有接地座和接地螺釘的安裝片、一對帶接觸銀點的動觸、一對帶接觸銀點的靜觸和控制電路。目前，由于接地故障斷路器能有效防止人身觸電以及防止接地故障造成的設備及火災事故，因而受到廣泛應用。
隨著科學技術的發展，接地故障斷路器向高性能、智能化、多功能方向發展，以往的接地故障斷路器一般都采用機械式動作機構，因而給整個產品的性能帶來了一定的局限性，往往都不具備反接線保護功能，并且對零部件加工和安裝都有較高的要求。
現有的GFCI插座不僅可以通過上蓋面板的插孔來連接負載，又可以通過負載接線螺釘來連接負載，因而在安裝和使用中往往會因錯誤接線把輸入電源端(Line)與負載端(Load)反接，這樣，假如GFCI不具有反接線保護的功能，就相當于一只不帶漏電保護功能的普通插座。因而需要提供一種具有高安全性的GFCI，它具有反接線保護、動作靈敏、組裝方便和功能更加完善的特點。

發明內容
本發明的主要目的是提供一種采用電磁式脫扣器和相應控制電路的具有反接線保護功能的GFCI。其中電磁式脫扣器使此接地故障斷路器具有反接線保護功能，當使用者不慎反接線時，控制電路不工作，因而接地故障斷路器不能復位；當正確安裝并按下復位鍵時，接地故障斷路器正常工作。
根據本發明的上述目的，提供一種接地故障斷路器GFCI，包括殼體；安裝在所述殼體內的一對靜觸片和一對動觸片，所述動觸片包括固定端和可與靜觸片接觸并以彈性方式與靜觸片分離的移動端；安裝在所述殼體內的電磁件，包括使所述動觸片和所述靜觸片接觸的復位電磁件和使所述動觸片和所述靜觸片分離的脫扣電磁件；以滑動方式至少部分安裝在所述電磁件內的銜鐵，所述銜鐵可在磁力作用下往復移動；與所述銜鐵相連的架體，所述架體可以在所述銜鐵的帶動下沿所述電磁件的軸線在第一位置和第二位置之間移動，在所述第一位置，所述架體使動觸片與所述靜觸片分離，在所述第二位置，所述架體使動觸片與所述靜觸片接觸；用于將銜鐵固定在所述第二位置的鎖定件；控制電路，包括一個脫扣控制電路，根據故障的檢測結果使上述脫扣電磁件通電，以使上述一對靜觸片與一對動觸片分離；一個復位控制電路，當復位開關接通時，使上述復位電磁件通電，以使上述一對靜觸片與一對動觸片接觸。
所述動觸片上靠近所述固定端處設有凹槽，所述架體上具有凸塊，在所述第一位置，所述凸塊與所述凹槽結合，在所述第二位置，所述架體通過凸塊推動所述動觸片與所述靜觸片接觸。
所述架體包括平衡架和固定在所述銜鐵一端的滑動支架，所述平衡架通過小彈簧支撐在所述滑動支架上。
使所述動觸片和所述靜觸片接觸的復位電磁件是吸合線圈，使所述動觸片和所述靜觸片斷開的脫扣電磁件是脫扣線圈，所述吸合線圈通電時使所述銜鐵向著第二位置移動，所述脫扣線圈通電時使所述銜鐵向著第一位置移動。
所述鎖定件為可通過磁力吸引銜鐵一端并可與其吸合的永磁體。
還包括用于通過所述控制電路使所述吸合線圈通電的復位機構，所述復位機構具有通過復位彈簧安裝在所述殼體上的復位鍵和與所述控制電路相連的復位接線針，所述復位彈簧使所述復位鍵與復位接線柱之間處于常斷開狀態。
所述的控制電路還包括一個接地故障電流檢測電路和一個中性誤接地保護電路，這兩個電路通過上述脫扣控制電路執行上述一對靜觸片與一對動觸片的分離。
所述脫扣控制電路和復位控制電路分別包含一個控制上述電磁件通電的可控硅。
下面參照附圖通過描述本發明的優選實施例來詳細說明本發明的結構、特征和優點。


圖1是本發明GFCI立體外觀圖；圖2是表示本發明脫扣器處于脫扣狀態時的GFCI裝配位置關系圖；圖3是本發明GFCI內部結構圖；圖4是本發明GFCI的分解圖；圖5是本發明電磁式脫扣機構分解圖；圖6是本發明脫扣機構裝配位置圖；圖7是本發明GFCI脫扣狀態的局部橫截面圖；圖8是從圖7相反方向顯示的本發明GFCI脫扣狀態的局部橫截面圖；圖9是本發明GFCI閉合狀態的局部橫截面圖；圖10是本發明GFCI的電路圖；具體實施方式
圖1是本發明GFCI的外觀圖；其中40為安裝片、31為負載電源插孔、32為圓形接地插孔、60為復位鍵、50為測試鍵、30為上蓋、113為接地螺釘(綠色)、110為電源接線螺釘、10為基座、111為負載接線螺釘、114為指示燈(發光二極管LED)。此圖是電流20A的GFCI外觀圖，本發明也提供其他類型的GFCI，并且這些類型的GFCI都具有帶指示燈和不帶指示燈的兩種結構，其工作原理都是一樣的，這里主要說明帶指示燈的電流20A GFCI。
圖2示出了整個GFCI在脫扣狀態的各零部件位置關系。各零部件主要是由基座10、中間隔板20、上蓋30來定位。本發明的GFCI提供電磁式脫扣器，永磁體71被嵌在線圈骨架70的一端，外面套有屏蔽罩72，屏蔽罩72的一端緊靠在基座10一端的側壁上，線圈骨架70通過四個接線針定位在電路板90上；磁環骨架80通過其底端一側被銑平的園型芯與電路板90上相應的定位孔進行定位，其凸起的U型槽剛好卡在中間隔板上預留的凹槽里，裝在其上的檢測線圈81和中性誤接地保護線圈83中間隔有絕緣層82。檢測線圈81是由高初導磁率軟磁沖片疊層組成，每片間由硅脂粘結，外有塑料保護盒，用漆包線繞制而成。中性誤接地保護線圈83由寬溫度系數、高μ值、外涂塑料保護層的鐵氧體繞漆包線構成；可滑動支架79與銜鐵75熱注塑在一起，利用脫扣彈簧76的彈力將其保持在脫扣狀態時，可滑動支架79緊靠在磁環骨架80上；可滑動支架79的上端中間開有圓形孔，圓形孔的底端放有一根小彈簧78用來支撐平衡架77，平衡架77通過相應的槽與可滑動支架79的方形上端配合而受到軸向定位。這樣，通過吸合線圈73或脫扣線圈74通電時產生的電磁力與永磁體的磁場力的作用，由銜鐵75帶動可滑動支架79，可滑動支架79帶動平衡架77在線圈骨架70的弓型凹槽里來回移動；利用復位彈簧62的回復力頂起沉孔和接觸片61熱注塑在一起的復位鍵60，復位彈簧62的一端緊壓在安裝片40的圓形沉孔上；利用測試片51的彈力頂起測試鍵50，使其剛好與上蓋的上表面相平。
如圖3所示，一對帶有接觸銀點101的靜觸片100A和100B被固定在中間隔板20上；帶有接地座41和接地螺釘113的安裝片40被卡在中間隔板20上，利用上蓋30來壓緊它；測試片的一端插在中間隔板20相應的卡槽里，并且其外側緊靠在靜觸片100B的內側，另一端能彈性地與安裝在對應位置上的測試電阻52一端相接觸；與復位鍵60熱注塑在一起的接觸片61利用復位彈簧62的回復力能彈性地與復位接線針63相接觸，通過它來電控脫扣器的復位動作。
圖4是整個GFCI的分解圖；如圖所示，整個GFCI主要包括基座10、中間隔板20、上蓋30、帶有接地座41和接地螺釘113的安裝片40、一對帶有接觸銀點103的動觸片102A和102B、一對帶有接觸銀點101的靜觸片100A和100B、電磁式脫扣機構、復位機構、測試機構和控制電路。
電磁式脫扣機構主要包括線圈骨架70、永磁體71、屏蔽罩72、吸合線圈73、脫扣線圈74、銜鐵75、脫扣彈簧76、平衡架77、用來提供一定接觸應力的小彈簧78、可滑動支架79、接線柱701。
復位機構主要包括與接觸片熱注塑在一起的復位鍵60、復位彈簧62、復位接線針63。
測試機構主要包括；測試鍵50、測試片51、測試電阻52、磁環骨架80、檢測線圈81、絕緣層82、中性誤接地保護線圈83。另外還包括電源端子104、壓線板105、電源接線螺釘110、負載接線螺釘111和電路板90。所有的零部件按圖示方式和位置組裝后，利用四個緊固螺釘115來緊固。利用上蓋30的復位鍵滑孔33和復位鍵60的配合來作軸向定位，同樣測試鍵50也通過測試鍵50與測試鍵滑孔34的配合來定位的。動觸片102A、102B的一端穿過磁環骨架80，在電路板的下表面將其焊固，另一端可以彈性偏移。
圖5是圖4中電磁式脫扣機構的放大分解圖。由于可滑動支架79和銜鐵75是熱注塑在一起的，因而，當銜鐵75受力移動時就會帶動可滑動支架79兩側的滑塊79A、79B在滑槽70A、70B里來回移動，而可滑動支架79帶動平衡架77移動，從而實現GFCI閉合和脫扣的動作。
圖6示出了電磁式脫扣機構組裝后的配合位置關系。圖7、8、9是本發明GFCI分別處于脫扣和閉合狀態時的局部橫截面圖。通過吸合線圈73和脫扣線圈74通電時產生電磁力和永磁體71的磁場力對銜鐵75的作用，可以使銜鐵75以彈性方式帶動平衡架77來回移動。由于采用具有特殊形狀的動觸片102A、102B與平衡架77兩側的凸塊77A、77B形成配合關系，因此當GFCI在脫扣狀態時，平衡架77兩側的凸塊77A、77B剛好分別位于動觸片102A、102B的V型槽A、B里。這樣，當吸合線圈73通電時，銜鐵75受力后間接地帶動平衡架77移動，而平衡架77兩側的凸塊77A、77B給動觸片102A、102B一個相應的力，迫使動觸片102A、102B進行彈性變形，致使動觸片102A、102B沿與銜鐵75移動方向相垂直的方向移動；當銜鐵75的一端與永磁體71相吸合時，平衡架77兩側凸塊77A、77B上側剛好分別處于V型槽A、B的水平折彎處。而此時，動觸接觸銀點103與靜觸接觸銀點101相接觸，并由小彈簧78來提供一定的接觸應力，GFCI閉合。由于采用了具有特殊形狀的動觸片與平衡架相互配合的關系，使此脫扣機構能迅速地脫扣，并且防止由于誤動作而使銜鐵吸合。
圖10是本發明典型的GFCI電路圖；二極管D1～D4構成整流電路，把輸入的交流電變成輸出的直流電，因而常常也稱之為直流電路。D1、D2連接處，D3、D4連接處構成交流輸入端與GFCI的電源(Line)端連接，D2、D4連接處為直流電源負載端，此處在以后敘述稱“地”。D1、D3連接處為直流電源正端與濾波電阻R4連接，R4另一端與濾波電容C5一端連接，C5另一端與地連接，電容器C5兩端26V左右的直流電壓為電子線路的直流電源。
復位開關RESET、電阻R2、電容C6、電阻R3、電容C7、可控硅VD5、吸合線圈J2、斷路開關K等構成一個復位控制電路；其中復位開關RESET與R4、C5相連，復位開關RESET另一端與R2、C6相連，R2、C6另一端與可控硅VD5控制極、R3和C7相連，在可控硅VD5控制極連接一個與R3并聯的電容C7，此電容起抗干擾作用；可控硅VD5陰極、R3、C7與D2、D4相連，吸合線圈J2一端與GFCI電源端相連，另一端與可控硅VD5陽極相連。斷路開關K一端與電源端Line連接，另一端與負載端Load連接，此斷路開關與電源端相連接的觸點即為GFCI動觸接觸銀點103，與負載端相連接的觸點即為GFCI靜觸接觸銀點101；控制電路的電源與GFCI的電源端相連，當GFCI帶電時，GFCI控制電路同時帶電。當復位開關被接通時，直流電源通過電容C6充電在R3產生一個約有20～40mS的觸發信號，此信號使可控硅VD5導通，吸合線圈73通過電流，其通電時間約為20～40mS，也就是說吸合線圈73會產生一個時間約為20～40mS的電磁力作用于銜鐵75。致使斷路開關K閉合，即GFCI處于復位狀態。
集成IC放大電路是GFCI專用集成電路RV4145A或集成電路RV2145。
同時穿過兩根電源線的檢測線圈的輸出端并聯電容C0，一端串聯電容C1，C1另一端與電阻R5串接，R5的另一端與IC的一個輸入端1腳連接，檢測線圈的另一端與IC的另一個輸入端3腳連接構成變壓器耦合差動輸入電路。其中，R1為反饋電阻一端與IC腳1連接，另一端與IC輸出端7腳連接，R1阻值大小決定IC放大倍數，即決定GFCI脫扣動作故障電流值的大小。
同時穿過兩根電源線的中性誤接地保護線圈N2、電容C2、電容C3構成一個中性誤接地保護電路；中性線圈N2兩端與電容C2并聯，其一端與電容C3連接，另一端接地，電容C3另一端與IC輸出端7腳連接。中性誤接地保護由N1、N2構成變壓器耦合振蕩頻率約為5KHz的正弦波振蕩器，當有中性誤接地現象發生時，此振蕩器起振，當振幅達到IC閥值時，IC的5腳輸出觸發信號，脫扣器動作，GFCI斷開。
脫扣線圈J1、可控硅VD7、電容C4等構成一個脫扣控制電路；其中，脫扣線圈J1的一端與GFCI的電源(Line)端連接，另一端與可控硅VD7的陽極連接，可控硅VD7的觸發極與IC觸發信號輸出端5腳連接，可控硅VD7陰極接地，在可控硅VD7觸發極與地之間并聯抗干擾電容C4。檢測線圈N2檢測兩根電源線通過電流的矢量和，平時無故障電流時此矢量和為零，當有故障電流時，此矢量和不為零，當故障電流增大到5mA左右時，檢測線圈二次會感應出約10mV左右的電壓信號，此信號經IC放大，當此信號達到設定閥值時(此閥值由電阻R1確定)，IC的5腳輸出觸發信號，使可控硅VD7導通，脫扣線圈J1帶電，使脫扣器在規定時間內脫扣，GFCI斷開。
測試鍵(TEST)、測試電阻R0構成一個測試電路；其中，測試電阻R0與電源端連接，R0另一端與測試鍵(TEST)連接，測試鍵另一端與負載(Load)的另一端連接。測試電路是給GFCI提供8mA的故障電流，定期檢查GFCI工作狀態。
電源端并聯壓敏電阻Mov，當電源中突然有高電壓時，可瞬間吸收高電壓而起到保護作用。
同時可設置GFCI接通指示電路；其電路中發光二極管VD6一端與負載(Load)一端連接，VD6另一端與限流電阻R6一端連接，R6另一端與負載(Load)另一端連接，當GFCI接通時，發光二極管發亮。
當反接線時，電源與負載線(Load)端相連，這樣在斷路開關K沒有閉合之前，控制電路是不帶電的，又因為此GFCI是采用電控式復位的，而控制電路不帶電時，就不能使吸合線圈J1通電。也就是說在這種情況下，吸合線圈不能產生一個相應的電磁力來作用于銜鐵，因此GFCI就不會通電，從而達到了反接線保護功能。
綜上所述，本發明所提供的采用電磁式脫扣器和電控方式控制復位的GFCI具有反接線保護功能，在電源線與負載線反接時，控制電路不通電，因而GFCI不能復位，而在電源線和負載線正確連接時，通過按下復位鍵使吸合線圈通電，并和永磁體共同作用而迅速閉合動靜觸片，因此該故障斷路器結構簡單并且操作非常方便。
權利要求
1.一種接地故障斷路器GFCI，包括殼體(10、20、30)；安裝在所述殼體(10、20、30)內的一對靜觸片(100A、100B)和一對動觸片(102A、102B)，所述動觸片(102A、102B)包括固定端和可與靜觸片(100A、100B)接觸并以彈性方式與靜觸片分離的移動端；安裝在所述殼體(10、20、30)內的電磁件(73、74)，包括使所述動觸片和所述靜觸片接觸的復位電磁件(73)和使所述動觸片和所述靜觸片分離的脫扣電磁件(74)；以滑動方式至少部分安裝在所述電磁件(73、74)內的銜鐵(75)，所述銜鐵(75)可在磁力作用下往復移動；與所述銜鐵(75)相連的架體(77、79)，所述架體(77、79)可以在所述銜鐵(75)的帶動下沿所述電磁件(73、74)的軸線在第一位置和第二位置之間移動，在所述第一位置，所述架體(77、79)使動觸片(102A、102B)與所述靜觸片(100A、100B)分離，在所述第二位置，所述架體(77、79)使動觸片(102A、102B)與所述靜觸片(100A、100B)接觸；用于將銜鐵(75)固定在所述第二位置的鎖定件(71)；控制電路，包括一個脫扣控制電路，根據故障檢測結果使上述脫扣電磁件(74)通電，以使上述一對靜觸片(100A、100B)與一對動觸片(102A、102B)分離；一個復位控制電路，當復位開關接通時，使上述復位電磁件(73)通電，以使上述一對靜觸片(100A、100B)與一對動觸片(102A、102B)接觸。
2.如權利要求1所述的接地故障斷路器GFCI，，其特征在于所述動觸片(102A、102B)上靠近所述固定端處設有凹槽(A、B)，所述架體(77、79)上具有凸塊(77A、77B)，在所述第一位置，所述凸塊(77A、77B)與所述凹槽(A、B)結合，在所述第二位置，所述架體(77、79)通過凸塊(77A、77B)推動所述動觸片(102A、102B)與所述靜觸片(100A、100B)接觸。
3.權利要求1或2所述的接地故障斷路器GFCI，其特征在于所述架體(77、79)包括平衡架(77)和固定在所述銜鐵(75)一端的滑動支架(79)，所述平衡架(77)通過小彈簧(78)支承在所述滑動支架(79)上。
4.如權利要求1所述的接地故障斷路器GFCI，其特征在于使所述動觸片和所述靜觸片接觸的復位電磁件(73)是吸合線圈(73)，使所述動觸片和所述靜觸片斷開的脫扣電磁件(74)是脫扣線圈(74)，所述吸合線圈(73)通電時使所述銜鐵(75)向著第二位置移動，所述脫扣線圈(74)通電時使所述銜鐵(75)向著第一位置移動。
5.如權利要求1所述的接地故障斷路器GFCI，其特征在于所述鎖定件(71)為可通過磁力吸引銜鐵75一端并可與其吸合的永磁體，利用所述永久磁體的磁力作為所述接地故障斷路器閉合狀態時的保持力。
6.如權利要求1所述的接地故障斷路器GFCI，其特征在于還包括用于通過所述控制電路使所述吸合線圈(73)通電的復位機構，所述復位機構具有通過復位彈簧(62)安裝在所述殼體上的復位鍵(60)和與所述控制電路相連的復位接線針(63)，所述復位彈簧(62)使所述復位鍵(60)與復位接線針(63)之間處于常斷開狀態。
7.如權利要求1所述的接地故障斷路器GFCI，其特征在于，所述的控制電路還包括一個故障電流檢測電路和一個中性誤接地保護電路，這兩個電路通過脫扣控制電路執行上述一對靜觸片(100A、100B)與一對動觸片(102A、102B)的分離。
8.如權利要求1所述的接地故障斷路器GFCI，其特征在于所述脫扣控制電路和復位控制電路分別包含一個控制上述電磁件(73、74)通電的可控硅。
全文摘要
一種具有反接線保護功能的接地故障斷路器，包括殼體；一對靜觸片和可與靜觸片接觸和分離的一對動觸片；用于產生電磁力的電磁件；滑動安裝在電磁件內并可在磁力作用下移動的銜鐵；與銜鐵相連的架體，由銜鐵帶動沿電磁件的軸線在第一位置和第二位置之間移動，在第一位置，架體使動觸片與靜觸片分離，在第二位置，架體使動觸片與靜觸片接觸；用于將銜鐵固定在第二位置的鎖定件；以及檢測電路系統中的故障而使電磁件通電或斷電的控制電路。當使用者不慎將電源線與負載線反接時，使該故障斷路器不能復位，當正確連接電源線和負載線時，故障斷路器恢復正常工作。
文檔編號H02H3/32GK1489168SQ02131108
公開日2004年4月14日 申請日期2002年10月9日 優先權日2002年10月9日
發明者吳志新, 王銀賢, 張奎棟 申請人:浙江東正電氣有限公司