家用漏電保護插座的設計與制作

...wd...家用漏電保護插座的設計與制作摘要因為現(xiàn)在生產(chǎn)商生產(chǎn)的家用電器的質量有好有壞，并且人們的日常生活離不開家用電器，社會在開展，科技在開展，以后的家用電器會越來越好，越來越高端，越來越精細，越來越嬌氣，因此一些帶有質量隱患的產(chǎn)品就會威脅人們的生命財產(chǎn)安全，在家庭中，我們使用的用電器的電源基本都是由插座提供，設計一款家用漏電保護插座，可以防止火災造成的重大經(jīng)濟損失以及人體觸電導致死亡的情況發(fā)生。關鍵詞：漏電保護磁環(huán)感應放大器脫扣器目錄1緒論...........................................1.1引言...........................................1.2家用漏電保護插座的開展狀況及前景................2漏電斷路器的簡介........................2.1漏電斷路器的分類...............................2.2漏電斷路器的作用............................3家用漏電保護插座的設計..........................3.1家用漏電保護插座的總體設計........................

3.2家用漏電保護插座四大模塊.........................3.2.1磁環(huán)感應器模塊.............................................3.2.2放大電流模塊................................................3.2.3脫扣器模塊..................................................3.2.4插座接口模塊................................................3.3家用漏電保護插座的工作原理..........................4家用漏電保護插座的制作............................4.1磁環(huán)感應器模塊的制作................................

4.2放大器模塊的制作...................................

4.3脫扣器的制作.....................................4.4插座接口的制作.....................................5家用漏電保護插座的檢測..........................6總結............................................1緒論1.1引言電是真實存在的能量，看不見，但是能感受到，人類很早就發(fā)現(xiàn)了電的存在，但一直不知道若何利用電，只當電是一種神圣的存在，對其一無所知，隨著人類智慧的增加，在十八世紀，有個叫本杰明.富蘭克林的人類開場嘗試著對電進展了觀察，慢慢的研究它，有了一定的研究后就開場對電進展了一些簡單的應用，人們在使用電的過程中，發(fā)現(xiàn)了使用電的各種好處后，就對電產(chǎn)生了依賴性，我們在生活或者工作中都需要用到電，電給我們提供能源，省下了大量的勞動力，電力撐起了整個世界。電是整個世界的支柱，是人類社會進步的最大功臣，它的表達不僅僅維持我們的正常生活，生產(chǎn)、運輸更是離不開它。沒有電之前，我們?nèi)祟愊氆@得能源，只能燃燒木材，煤炭等，但是木材和煤炭的燃燒會產(chǎn)生有害氣體，是一種不科學的獲得能源方式，但是電不一樣，它是一種干凈的能源，不產(chǎn)生任何有害的物質，并且我們在運輸木材、煤炭這些東西時，會消耗大量的勞動力，運輸電就不會，電非常的便于運輸。電郵諸多的優(yōu)點，但是它的缺點也很明顯，電是一種不安全的能量，我們在使用電的過程中，在使用不當時，或者承載電的運輸線路和使用電的用電器老化，損壞的情況下，就會發(fā)生漏電，引起火災，大火的燃燒會給我們帶來直接的經(jīng)濟損失，甚至威脅到人類的安全。查看統(tǒng)計結果可知，我國每年因為觸電事故死亡的人有數(shù)幾千人，。我們在家庭中，使用的電器電力來源基本都是插座，而設計一種家用漏電保護插座是很有必要的，家用漏電保護插座在很大程度上防止此類事件的發(fā)生，保護人們的生命財產(chǎn)安全不受損害。家用漏電保護插座的設計是在漏電保護器原理的根基上進展一些實用的改良，漏電保護器根據(jù)其工作原理可大致分為電壓型和電流型兩類，外界的因素容易影響電壓型漏電保護器的工作，導致其工作性能不穩(wěn)定，而且它的保護范圍也對比小，目前已經(jīng)逐步被市場淘汰掉，而電流型漏電保護器因其優(yōu)點突出，可靠性高且局限性較小而得到了人們的推廣應用。1.2家用漏電保護插座的開展狀況及前景家用漏電保護插座主要針對家庭電路的使用，對于其設計所使用到的漏電保護器有著極高的要求，而漏電保護器經(jīng)過大力的開展，已在全球各地廣泛的使用。二十世紀之初，德國率先創(chuàng)造并使用電壓型漏電保護器，用以防止電氣設備的外殼漏電，保障操作人員的安全【1】。法國人在二十世紀五十年代左右研究出了電流型的漏電保護器，電流型的漏電保護器比電壓型的漏電保護性能更加的優(yōu)越，更加的可靠，得到了使用者的青睞，大約六十年代，美國人在法國人的根基上進展了改良提高了漏電保護器的電流靈敏度，這種靈敏度最小可以為5mA，過不久，歐洲人也不甘落后的研究出了電流靈敏度能到30mA的電路型漏電保護器，從此，電流型漏電保護器被人們普遍的使用，一直保護著人們的生命安全和財產(chǎn)安全。自1970年開場，全球許多國家逐步完善了各種規(guī)章制度，強制在一些特殊場合，如大型用電場所，公共娛樂地點等人流密度較大的地方，安裝漏電保護器，至此，漏電保護技術已大體開展成熟【2】。因為近現(xiàn)代來我國的科技開展明顯樓后與西方興旺國家，因此我國對于漏電保護技術的研究相對比外國來說起步較晚，自七十年代開場，隨著電燈、、電視機等家用電器逐步步入老百姓的家庭生活，我國的用電量也開場逐年遞增，觸電的事故也呈現(xiàn)逐年遞增趨勢，這才引起有關部門的重視。這些年來電網(wǎng)水平的開展也促進了漏電保護器的應用，我國在研究、生產(chǎn)和使用漏電保護器方面都有了巨大進步，國家的一些店里電器相關部門先后組織、審查、制定了漏電保護器的生產(chǎn)標準和使用標準【3】，這些標準要求漏電保護器在安裝使用后，使用單位應該建設相應管理檔案，對每臺設備運行中的情況進展備案記錄，并且每隔月份東歐需要進展測試，查看其工作性能是否可靠，確保它的保護性能沒有降低，可以發(fā)揮正常的保護功能，并且應增加潮濕環(huán)境中的檢測次數(shù)。隨著科技的開展，人們的生活水平越來越高，生活中增加的電器設備越來越多，越來越精細，并且越來越昂貴，漏電對這些設備的威脅越來越大，家用的每一種電器的電力來源都基本經(jīng)過了插座，如果我們對插座進展漏電保護設計，也就能保護到經(jīng)插座供電的用電器，這樣，能大大的降低我們的經(jīng)濟損失和提高人身安全，因此，家用漏電保護插座的設計是很有必要的。2漏電保護器的簡介2.1漏電保護器的分類漏電保護器從出現(xiàn)以來便受到人們的青睞，經(jīng)過不斷地研究和快速開展，市面上漏電保護器的種類十分繁多，它所具有的各項功能也已經(jīng)趨于完善，我們按照不同的方法將他們分門別類。依據(jù)運行方式可以分為：需要電源進展幫助的和不需要電源幫助的；依據(jù)安裝方式可以分為：固定安裝使用的?？梢砸苿邮褂玫模灰罁?jù)保護功能可以分為：只能進展漏電保護的、具有其他功能的〔如過壓、過載、端相、過負荷等〕；依據(jù)接線方式可以分為：插孔插入式、接線安裝式；依據(jù)構造可以分為：組合電器、機械開關電器；依據(jù)故障信號的形式可以分為：電流引起動作的、電壓引起動作的。2.2漏電保護器的作用2.2.1可以防止人身觸電漏電保護器最重要的一項功能就是對人身觸電以及財產(chǎn)安全提供保護【4】。人們在日常生活中得知，通過人體的電流越大對人體造成的傷害就越嚴重，那么人體能承受的電流和承受的時間到底有何關系呢為此科學家進展過反復的實驗，我們由此可以知道：流過人體卻對人體的安康功能不會造成太大損害的電流時間最大值是30mA.s。2.2.2可以防止漏電引發(fā)的火災電器設備的漏電、配送電系統(tǒng)中因線路安裝不正確或者電流流過金屬縫產(chǎn)生熱量，都有很大概率引發(fā)火災。一些人認為漏電電流很大情況下才會引發(fā)火災，就會自動忽略小范圍的漏電，覺得不安全不大，事實上面積決定了密度，一樣大小的漏電電流，當接觸面積足夠小時，單位面積上產(chǎn)生的熱能密度同樣會很大，因為就有很大可能引發(fā)火災。此時旁邊假設有大量的枯燥易燃易爆物，就會導致大規(guī)?；馂幕蛘弑ǖ陌l(fā)生，威脅附近人員的生命安全。所以，普遍情況下，安裝漏電保護器可以防止漏電引起火災事故的發(fā)生【5】。3家用漏電保護插座的設計3.1家用漏電保護插座的總體設計家用漏電保護插座的總體設計是在普通插座里面裝上一個小型的漏電保護器，我們的設計的使用對象是一般的家庭電路〔電壓為220V〕，我們的漏電保護器采用了電壓型漏電保護器。電壓型漏電保護器的設計組要分為了四大模塊：磁環(huán)感應器模塊、放大器模塊、脫扣器模塊、插座接口模塊。3.1.1家用漏電保護器3.2家用漏電保護插座的四大模塊3.2.1磁環(huán)感應器模塊〔1〕磁環(huán)工作原理磁環(huán)感應器是漏電保護器的主要組成局部，火線和零線采用并列繞法在磁環(huán)上纏繞幾圈，組成初級繞組線圈，在磁環(huán)上還有個次級線圈。當同一相的火線和零線在正常工作時，電流產(chǎn)生的磁通正好抵消，在次級線圈不會感應出電壓。如果某一線有漏電，或未接零線，在磁環(huán)中通過的火線和零線的電流就會不平衡，而產(chǎn)生穿過磁環(huán)的磁通，在次級線圈中感應出電壓。磁環(huán)的磁性材料選擇在設計中，所用的磁環(huán)的磁場強度不宜過大，可以說越小越好，磁場強度越小，對其他元件與電路的影響越小。故制作磁環(huán)的材料所選擇的是軟磁鐵，軟磁材料可以用最小的外磁場實現(xiàn)最大的磁化強度；在軟磁材料里面，本設計選擇鐵鋁系合金，此合金含鋁量為百分之六至百分之十六，具有較好的軟磁性能，磁導率和電阻率較高，硬度高，耐磨性較好，3.2.2放大器模塊由于產(chǎn)生的感應電壓不高，感應電流不大，所以我們需要用到放大器，本設計所采用的是集成運算放大器，集成運算放大器的作用是放大電壓，使放大后的電壓能夠驅動脫扣器工作。要使放大器工作，我們必須給它提供穩(wěn)定的+5V直流電源，3.2.1.1放大器模塊示意圖3.2.3放大器電源模塊如圖2.3.1.2所示，我們的放大器模塊起放大作用的是集成運算放大器，我們要使集成運算放大器工作，我們就必須給它提供電源，由于我們普通家庭中使用的電壓為220V的交流電,所以我們要對220V的電壓進展降壓整流濾波處理，此設計采用了電阻降壓的方式進展降壓處理，用四個二極管D1、D2、D3、D4組成的橋式電路進展整流處理，用一個大電容C2進展濾波處理，濾波處理以后，要使電壓穩(wěn)定+5V，所以又用穩(wěn)壓二極管Dw和電容C3及電阻R2組成的穩(wěn)壓電路進展了穩(wěn)壓處理。如圖3.2.3.1，整個電路的工作原理如下：當U1經(jīng)過電阻R1和電容C1降壓后，變成了U2,當U2在正半周期時，D1和D3導通，D2和D4截止；當U2在負半周期時，D2和D4導通，D1和D3截止。如此交替工作，得到了直流為U3的電壓，再通過電容C1、電阻R2與穩(wěn)壓二極管Dw組成的穩(wěn)壓電路得到穩(wěn)定的直流電壓U4個哦放大器供電。感應電壓U4經(jīng)過集成運算放大器放大后變?yōu)閁5.3.2.3.1放大器電源模塊示意圖3.2.3.2放大器電源與放大器示意圖3.2.4脫扣器模塊脫扣器由線圈、鐵芯、彈簧組成，工作時，放大后的電流使電磁脫扣器的線圈產(chǎn)生磁場，鐵芯吸合動作，使開關的鎖扣脫開，開關在彈簧的作用下跳閘，切斷電源。脫口器分為拍合式脫扣器和螺管式脫口器，拍合式電磁鐵只有一個主工作氣隙，另有一個棱角氣隙，兩個氣隙的磁阻相串聯(lián)，在主工作氣隙較小時，棱角氣隙磁阻增大不多，所以氣隙磁通及吸力隨主工作氣隙的增大而下降，吸力特性對比陡峭，螺管式脫扣器在拍合式漏電器的根基上參加了螺管式電磁鐵的吸力特性，螺管式電磁鐵，其漏電通過銜鐵并隨工作氣隙值變化也對銜鐵產(chǎn)生吸力，稱為螺管力。在工作氣隙增大時，主磁通產(chǎn)生的吸力下降，而漏磁通產(chǎn)生的螺管力變化不大，故它的吸力特性對比平坦，且于初始位置的吸力明顯比拍合式要大，加上動鐵心的慣性也比拍合式的大，可提高脫扣器的可靠性。因為螺管式脫扣器比拍合式脫扣器穩(wěn)定、可靠，所以我們選用了螺管式脫扣器。如圖3.2.3.1所示，螺管式脫扣器由線圈、鐵心及彈簧組成，彈簧的長度與稍稍短于線圈長度，彈簧放在線圈中，彈簧一端與線圈一端接觸，另一端與鐵心接觸當脫扣器不工作時，由于彈簧彈力的作用，鐵心與線圈中心有一定的距離；當U5加載在螺管式脫口器的線圈兩端時，脫扣器的線圈有電流通過，脫扣器開場工作，根據(jù)楞次定律：感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化，線圈產(chǎn)生的磁場力抑制彈簧彈力使得鐵心向著彈簧的方向移動；由于鐵心連接著開關，當鐵心移動時，使得開關斷開，在鐵心的旁邊有這一個小卡子，當鐵心移動時，小卡子因為彈簧的原因，卡住了鐵心，使其不能復位，只有將線路中出現(xiàn)的故障排除，小卡子在外力的作用下復位，這時脫扣器的鐵心才能復位，電路才能正常工作，所以，開關斷開以后，只能人工復位。3.2.4.1脫扣器示意圖3.2.5插座接口模塊插座接口模塊使用普通的插座，要求質量過硬，塑料外殼絕緣性上佳，硬度高，熔點高，銅芯純度高。3.3家用漏電保護插座的工作原理當插座上使用的用電器或者插座本身沒有發(fā)生漏電時，通過磁環(huán)的火線與零線的電流一樣，在磁環(huán)上，火線與零線產(chǎn)生的磁通量方向相反，大小相等，互相抵消，此時，磁環(huán)上的次級線圈不產(chǎn)生感應電壓，所以放大器中沒有感應電壓輸入，故放大器沒有電流輸出，脫扣器不工作，開關保持原閉合狀態(tài)。當插座上使用的用電器或者插座本身發(fā)生漏電時，不管是火線還是零線漏電，通過磁環(huán)上的火線與零線的電流不一樣，在磁環(huán)上，火線與零線產(chǎn)生的磁通量方向相反，大小不相等，不能互相抵消，磁環(huán)上的次級線圈就會產(chǎn)生感應電壓，線圈就會產(chǎn)生感應電流，感應電流經(jīng)過放大器放大后，電流進入脫扣器線圈，脫扣器線圈就會產(chǎn)生磁場，磁場產(chǎn)生的磁場力使得鐵芯與線圈吸合動作，使得開關的鎖扣脫開，在彈簧的彈力作用下，開關跳閘，切斷電源。4家用漏電保護插座的制作4.1磁環(huán)感應器模塊的制作如圖4.4.1磁環(huán)模塊實物圖〔a〕,4.4.1磁環(huán)模塊實物圖〔b〕所示，對于磁環(huán)感應器模塊的制作，我們先在磁環(huán)上繞上次級線圈，次級線圈的匝數(shù)多些，這樣能提高輸出電壓，繞上次級線圈以后，用膠布固定好次級線圈，并留出次級線圈兩端的導線，便于接入放大器；對于要