家用多功能用电保护器设计

1、潍坊学院本科毕业设计目录目录摘 要1 绪论11.1 引言11.2 安装用电保护器的重要意义11.2.1 用电保护器对人的保护11.2.2 用电保护器对家用电器的保护21.3 用电保护器的技术发展现状41.3.1 国外发展状况41.3.2 国内研究概况51.4 本课题的研究对象62.1 用电保护器的分类72.1.1 根据动作类型分类72.1.2 根据功能分类72.1.3 根据使用场合不同分类72.1.4 根据是否具有延时功能分类82.2 用电保护器的原理82.3用电保护器的组成92.3.1直流稳压电源部分92.3.2欠、过压保护92.3.3过载保护92.3.4触电，漏电保护103 用电保护器的工

2、作过程113.1 直流稳压过程113.2 欠压、过压保护的过程113.3 过载保护过程123.4 触电、漏电保护过程124 用电保护器的调试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.1 调试过程134.2 出现问题134.3 解决方案14结束语17参考文献19致谢20摘 要：电是现代经济的命脉，它与工农业生产以及人们日常生活密切相关，是一种便于传输、使用方便最为洁净的能源。随着我国经济建设规模的不断扩大，用电量迅速增长

3、，安全用电这一问题显得更为重要。本文的研究对象是自动复位式多功能用电保护器。第一部分中介绍了本课题的课题背景、研究意义及预期研究目标。第二部分介绍了用电保护器的分类、原理与基本组成。第三部分主要介绍了此用电保护器的工作流程。第四部分主要介绍了多功能用电保护器的调试过程、出现的问题与解决这些问题的方法。关键词：自动复位，多功能，用电保护器ABSTRACT：Eletricity, which is fast related with the agriculture, industry, is most important for today's economy, it is conveni

4、ent for transfer and use, and it is the most clean energy source.Accompany with the economy's increase, the use of eletricity is growing quickly, and the safety is becoming more and more important.This test KEYWORDS:IV 潍坊学院本科毕业设计1 绪论1.1 引言电是现代经济的命脉，它与工农业生产以及人们日常生活密切相关，是一种便于传输、使用方便最为洁净的能源。自从电的发明与

5、使用以来，电不仅给人类带来了很多便捷，也能给人类带来无法想象的灾难。随着我们的生活水平越来越高，各种各样的家用电器也随之出现、功能也越来越多，家用电器的安全、正确使用也越来越受到了人们的高度重视。与此同时对家庭用电保护器的要求也越来越高，于是产生了各种各样的家庭用电保护器。家庭用电保护器的功能就是保护人们使用家用电器，防止因家用电器漏电、使用功率过大对人们造成不必要的伤害，以此来保证人们的正常生活及需要。 家用多功能用电保护器的作用就是保护家庭中所用的各种用电器能够正常的使用，不因随时发生的漏电、断电造成家用电器的损坏。目前，市场上的用电保护器功能过于单一，卖的最多的就是一般的漏电保护器。只有

6、很少的家庭用的多功能用电保护器，随着家用电器的功能越来越多，用电保护器的功能也应该越来越强，以此来保护家用电器的安全。因此要对现在的用电保护器进行合理的改造，使之能适应现在以及未来家庭的需要。因此自动复位式多功能用电保护器通常包括直流稳压电源电路，欠、过压保护电路，触、漏电保护电路等部分组成。 本文按照国家现行用电保护规范，对智能用电保护器在低压配电系统中的应用进行分析与研讨。力求设计既满足规范要求，又使系统简捷合理实用，逐步达到规范化和标准化。并结合智能用保护器的技术性能，使其在应用中更加安全可靠，真正起到用电保护的重要作用。因此，本课题研究具有重要的理论意义和实用价值。1.2 安装用电保护

7、器的重要意义 1.2.1 用电保护器对人的保护 高压电的危害性人们都比较清楚，而对于380V, 220V这些常用I:作电压却往往有不正确的认识，如认为这类“低”压电不易电死人。然而试验数据告诉我们:人体通过“50Hz"交流电50mA，就开始失去白动脱离电源的能力，呼吸也变得困难;通过100mA电流，就会使心室纤颤，面.液循环停1k，最终导致死亡。所以说即使220V的电压在绝缘条件一般的环境中往往也非常危险，因为人体电阻通常约为1k(当个人防护措施较差时，电阻还会更小)，当人触及220V电压，其流过人体电流由欧姆定律可知为:I=220V/ 1 k =220mA，远远超过人体能承受的电流

8、值。漏电保护器在实践中已经使用多年，效果明显。剩余动作电流小于30mA，动作时间小于0. 1S的保护器(在250mA时动作时间小于40mS)，可以用来做直接接触保护用的保护器，其它动作特性的保护器用作间接接触保护或漏电保护。安装了保护器，触电事故中死亡人数明显减少。(见下表) 无保护时死亡事故为有保护时死亡事故为事故下降率100%20%70%表1.1 有无保护器事故数比较表从表中可以看出，安装了保护器，并没有完全避免“死亡”事故的发生。经过分析，保护器的质量低劣，以及选择和使用不当是最重要的原因。 1.2.2 用电保护器对家用电器的保护 1.3 用电保护器的技术发展现状 1.3.1 国外发展状

9、况欧洲剩余电流用电保护器的发展以家用剩余电流断路器为主，基本上都是电磁式剩余电流用电断路器。 欧洲不带过电流保护的剩余电流断路器近几年的发展趋势是把二极和四极分成两个壳体，使二极剩余电流断路器的体积大为减小：二极宽度为2个模数(36mm )，四极宽度为4个模数(72mm)。代表性的产品有SIEMENS公司的SSM1、SSZ3系列；ABB公司的F360、F370系列，F&G公司的NFIN系列等，其最大额定电流为63A，采用标准导轨式安装方式，接线端子提供接线柱式接线和压板式接线两种方式，适用于安装在配电箱中，可直接用标准母线排与其他电器连接。 带过电流保护的剩余电流断路器近几年的发展趋势

10、，由小型断路器(MCB)和剩余电流动作保护附件组装成剩余电流动作断路器，组装方便灵活，尺寸模数化，标准导轨安装方式，便于在配电箱内安装使用。代表性产品有SIEMENS公司的5SU系列，ABB公司的DS250S，F&G公司FL7系列，施耐德公司Vigi C60，Vigi NC100系列等。 由低压塑壳断路器派生的剩余电流断路器，日本发展较快，以富士电机公司和三菱电机公司为代表，均为电子式剩余电流断路器，其产品在世界上处于领先地位。 日本的富士电机公司和三菱电机公司在90年代推出了30800A电流等级的孪生式断路器。其结构特点:剩余电流断路器和塑壳式断路器外形尺寸和安装尺寸完全相同，比较老

11、产品体积缩小了30%。电压范围广，可以在100V-240V-440V交流电压范围内通用，能适合于在不同电压等级的低压网络中使用。短路分断能力高，例如富士HG403B系列可达到AC415V，65kA；三菱NV400-REP系列可达到440V，125kA。此外，三菱的HEP和SEP系列产品还具有预报警功能，当故障电流达到预定值的50%时，预报警指示灯开始闪烁进行报警，闪烁频率越高，表示事故越严重。预警指示可以告诉监控人员及早采取措施，排除故障，保证供电的连续性。ABB公司在S1S3系列塑壳断路器上拼装RC211、RC212剩余电流脱扣器模块组装成剩余电流断路器。剩余电流脱扣器模块宽度与断路器尺寸一

12、样，可以装在塑壳断路器后面(垂直式)或侧面(水平式)。最大额定短路分断能力为85kA。剩余电流脱扣器结构为电磁式，不需要任何辅助电源，能在50500V电压正常工作。RC212型有报警功能，当剩余电流达到预定值的50%时，预报警信号灯就会闪烁报警；闪烁频率随剩余电流增加而增加，直至电流达到预定值时自动切断电路。1.3.2 国内研究概况我国研究漏电保护器起步迟于国外，进入二十世纪七十年代，我国用电量逐年增加，触电事故也逐年增加，因此引起各部门相当重视。在各部门的努力下，开始研制漏电保护器。经过80年代和90年代的自行研制、开发，引进国外先进技术，取得了较大的进展，己形成一个品种完善，规格齐全，符合

13、IEC国际标准的用电电流保护器的产品系列。在低压电网的安全保护中，尤其是农村低压电网的安全保护中发挥了重要的作用.我国生产的剩余电流保护器绝大部分为电子式的，约占剩余电流保护器总产量的90%左右。电磁式剩余电流保护器因制造成本高、价格贵，使用量较少，日前仅占10%左右。据不完全的统计，1998年全国剩余电流动作保护器的年销售量(包括出口)已超过1200万台。其中，剩余电流断路器占57%，剩余电流保护插头占25%，其余为剩余电流保护继电器、剩余电流保护插座等。目前主要种类有家用及类似用途剩余电流断路器、剩余电流断路器(土要由低压塑壳断路器派生而成)、移动式剩余电流保护器和剩余电流继电器等。l 家

14、用及类似用途剩余电流断路器家用及类似用途剩余电流断路器可分为带过电流保护和不带过电流保护两种，适合于非一专业人员使用。土要使用在商店、办公楼、饭店及城乡居民住宅等建筑物中，对低压线路和用电设备进行保护。l 剩余电流断路器由低压塑壳断路器派生的剩余电流断路器，适合于专业人员使用.基本上都是电子式的剩余电流断路器。这类产品额定电流较大，除了漏电保护外，还具有过载和短路保护，可作为工厂车间、农村等配电装置主干线、分支线的漏电和过载短路保护装置。l 剩余电流继电器 一般型剩余电流继电器 脉冲型剩余电流继电器脉冲型保护器的诞生曾经在我国漏电保护开关行业产生了巨大的影响，其原理的先进性及现场的方便性、适应

15、性确立了它在我国现阶段农村电网中)一泛使用的地位，为我国保护器行业的发展发挥了积极的作用。 鉴相鉴幅型剩余电流继电器 继脉冲型剩余电流继电器后出现的鉴相、鉴幅型保护器在解决动作死区方面从原理上又前进了一步。 智能剩余电流保护继电器 智能剩余电流保护继电器具有自动判别电网泄漏电流的功能，当电网泄漏电流增大时，继电器能把动作电流自动调到上档的动作值。当电网泄漏电流减小时，又自动回复到下档动作值。1.4 本课题的研究对象 用电保护器对预防人身触电伤亡及电气火灾事故有着巨大的作用，己被世界各国电气工作者所公认，并在国内外用电规程中作了一些强制性的规定，因此，用电保护器的可靠性就显得尤为重要，应该在每一

16、个家庭中推广使用。在借鉴国内外可靠性研究的相关成果以及用电保护器可靠性理论研究的基础上，本文卞要研究以下儿个方面： 对家用多功能用电保护器的可靠性理论和原理进行分析 对家用多功能用电保护器的可靠性试验进行了硬件设计 对家用多功能用电保护器可行性进行实际应用2 用电保护器 2.1 用电保护器的分类 经过近30多年的发展，用电保护器已经成为了一个品种齐全，种类繁多的产品系列，下面将通过不同的分类进行一些简要的介绍。2.1.1 根据动作类型分类可以分为电子式剩余电流用电保护器和电磁式剩余电流用电保护器。对于电子式剩余电流用电保护器，其零序电流互感器的二次回路和脱扣器之间接入一个电子线路，零序电流互感

17、器二次回路的输出电压经过电子线路放大处理后再激励脱扣器，其动作功能与线路电压有关；而对于电磁式剩余电流用电保护器，其零序电流互感器的二次回路输出电压不经任何放大，直接激励剩余电流脱扣器，其动作功能与线路电压无关。2.1.2 根据功能分类可以分为剩余电流断路器、剩余电流继电器、移动式剩余电流保护器和固定安装的剩余电流保护插座四大类。 剩余电流断路器：将检测到的剩余电流值同预先设定的阂值比较，当剩余电流值超过设定阂值时，主电路触头断开，是一种机械开关电器。 剩余电流继电器：将检测到的剩余电流值与预先设定的阂值比较，当剩余电流值超过设定闻值时，发出一个断开信号控制机械开关电器脱扣或声光报警装置发出报

18、警。 移动式剩余电流保护器：是由插头、剩余电流保护装置和插座或接线装置组成，包括剩余电流保护插头、移动式剩余电流保护插座、剩余电流保护插头插座转换器等，用来对移动电器设备提供漏电保护。 固定安装的剩余电流保护插座：由固定式插座和剩余电流保护装置组成的电器，可以对移动电器设备提供漏电保护。2.1.3 根据使用场合不同分类可以分为总级剩余电流用电保护器和家用型和类似用途剩余用电电流保护器。总级剩余电流用电保护器的额定动作电流比较大，一般用于配电装置的总干线或分支总干线的电网开关保护，监控范围广，要求由专业人员负责。而家用剩余电流用电保护器的额定动作电流值较小，更多的应用于普通居民住宅等建筑物中电网

19、的终端保护，监控范围小。2.1.4 根据是否具有延时功能分类可以分为一般型剩余电流用电保护器和延时型剩余电流用电保护器。一般型剩余电流用电保护器保护器，不具备延时功能，一般用于电气线路终端的保护。而延时型剩余电流用电保护器则更加不同的剩余动作电流值设置了相应的动作延时时间，用于电气线路主干线或分支线路的保护。在现在的三级漏电保护体系中，延时型剩余电流用电保护器得到了广泛的应用。2.2 用电保护器的原理 此自动复位式多功能用电保护器由电路由直流稳压电源，欠、过压保护，过载保护.触、漏电保护四个部分组成。 2.3用电保护器的组成 2.3.1直流稳压电源部分市电经C1,R1降压(也可用220V/12

20、V, 3W的变压器代替)，IC1硅堆整流，C2滤波后获得12V左右的直流电压.经三端集成稳压器IC2稳压，得到6V的直流稳压电源供各控制电路使用。2.3.2欠、过压保护IC3为LM358双运放，作电压比较器.其中IC3-A为欠压比较器.IC3一日为过压比较器，R2,RW1.R3组成取样电路，R4,RW2,R组成基准电路。欠电压时.取样电压下降，而基准电路因接在IC2的输出端而不变，故IC3-A的反相输入端电位低于同相输入端的电位，7脚输出高电平， LED1发出黄色光，指示欠压，此时VT1导通，VT2截止，双向晶闸管VS关断，插座无输出，实现欠压保护。同理当过电压时，取样电压升高.I C3一日的

21、同相输入端电位大于反相输入端的电位.1脚输出高电平，LED2红灯点亮，指示过电压.VT1导通，VT2截止，VS关断.插座无输出实现过压保护。电路焊好后，用调压器将市电降至180V，调节RW1，使LED1刚好点亮为止，此时插座无输出;再将市电调至 260V ,调节RW2，使LED2也刚好亮为止，此时插座无输出，调试完成.故电压适用范围为180一260V。2.3.3过载保护过载、短路检测电路由互感器T1, IC4.VD3等元件组成，555接成单稳态工作模式。负载功率正常时，T1次级感应电压较低，稳压管VD3处于截止状态，开关三极管V丁3截止，单稳态电路处于稳态，555的3脚输出低电平，继电器K不工

22、作，其常闭触点K1-1,K1-2闭合，家用电器得电工作，当用电器功率超过限定范围或发生短路故障时，T1次级电压升高，VD3反向击穿，开关管V丁3饱和通过，单稳态电路翻转，3脚输出高电平，继电器得电吸合，常闭触点断开，将用电器线路切器，插座无输出。同时扬声器发声报苦。此时电源通过RW4. R15对C6充时，当6,7脚电位上升到3/2电源电压时，电路自动翻转，K释放.用电器恢复供电，再次对负载功率进行检测，如超负荷负载已拔掉(或短路故障已排除)，则K维持翻放状态，对负载继续供电，否则将重复上述检测过程，超负荷报警期间:电路对负载的检测次数通过调节RW4而改变，一般调为30秒/次，限定功率大小通过调

23、节RW3而实现，一般宿舍一人一个这样的插座;限定功率调为350W即可。2.3.4触电，漏电保护人体触电、漏电保护电路由电流互感器T2.VD5,C9等元件组成，正常工作时，由于下2两个初级线圈中的电流大小相等，方向相反，故下2次级电压为零。当发生人体触电或电器漏电时，人体或电器与大地间构成一个回路，使得流经下2两个初级线圈中的电流不相等，次级线圈产生交变电压.该交变电压经C8滤除高频，再经VD5整流，C9滤波后使V丁3饱和导通，NE555的2脚变为低电平，3脚输出为高电平，电器K吸合，其常闭触点K1-1,K1-2断开，确保人身安全，同时扬声器发声报警，当人体脱电源或漏电故障排除后，电路自动恢复供

24、电，否则将多次重复检测与报答。电路中的R18与按钮S日组成漏电试验电路。若插座突然无电，未听到报警声，又未见指示灯亮，说明电网停电或保险管出问题。该装置采用插座式，保护装置动作后，同学之间互不影响，以免发生矛盾。3 用电保护器的工作过程3.1 直流稳压过程 市电经C1,R1降压(也可用220V/12V, 3W的变压器代替)，IC1硅堆整流，C2滤波后获得12V左右的直流电压.经三端集成稳压器IC2稳压，得到6V的直流稳压电源供各控制电路使用。3.2 欠压、过压保护的过程 IC3为LM358双运放，作电压比较器.其中IC3-A为欠压比较器.IC3一日为过压比较器，R2,RW1.R3组成取样电路，

25、R4,RW2,R组成基准电路。欠电压时.取样电压下降，而基准电路因接在IC2的输出端而不变，故IC3-A的反相输入端电位低于同相输入端的电位，7脚输出高电平， LED1发出黄色光，指示欠压，此时VT1导通，VT2截止，双向晶闸管VS关断，插座无输出，实现欠压保护。同理当过电压时，取样电压升高.I C3一日的同相输入端电位大于反相输入端的电位.1脚输出高电平，LED2红灯点亮，指示过电压.VT1导通，VT2截止，VS关断.插座无输出实现过压保护。电路焊好后，用调压器将市电降至180V，调节RW1，使LED1刚好点亮为止，此时插座无输出;再将市电调至 260V ,调节RW2，使LED2也刚好亮为止

26、，此时插座无输出，调试完成.故电压适用范围为180一260V。3.3 过载保护过程 过载、短路检测电路由互感器T1, IC4.VD3等元件组成，555接成单稳态工作模式。负载功率正常时，T1次级感应电压较低，稳压管VD3处于截止状态，开关三极管V丁3截止，单稳态电路处于稳态，555的3脚输出低电平，继电器K不工作，其常闭触点K1-1,K1-2闭合，家用电器得电工作，当用电器功率超过限定范围或发生短路故障时，T1次级电压升高，VD3反向击穿，开关管V丁3饱和通过，单稳态电路翻转，3脚输出高电平，继电器得电吸合，常闭触点断开，将用电器线路切器，插座无输出。同时扬声器发声报苦。此时电源通过RW4.

27、R15对C6充时，当6,7脚电位上升到3/2电源电压时，电路自动翻转，K释放.用电器恢复供电，再次对负载功率进行检测，如超负荷负载已拔掉(或短路故障已排除)，则K维持翻放状态，对负载继续供电，否则将重复上述检测过程，超负荷报警期间:电路对负载的检测次数通过调节RW4而改变，一般调为30秒/次，限定功率大小通过调节RW3而实现，一般宿舍一人一个这样的插座;限定功率调为350W即可。3.4 触电、漏电保护过程 人体触电、漏电保护电路由电流互感器T2.VD5,C9等元件组成，正常工作时，由于下2两个初级线圈中的电流大小相等，方向相反，故下2次级电压为零。当发生人体触电或电器漏电时，人体或电器与大地间

28、构成一个回路，使得流经下2两个初级线圈中的电流不相等，次级线圈产生交变电压.该交变电压经C8滤除高频，再经VD5整流，C9滤波后使V丁3饱和导通，NE555的2脚变为低电平，3脚输出为高电平，电器K吸合，其常闭触点K1-1,K1-2断开，确保人身安全，同时扬声器发声报警，当人体脱电源或漏电故障排除后，电路自动恢复供电，否则将多次重复检测与报答。电路中的R18与按钮S日组成漏电试验电路。若插座突然无电，未听到报警声，又未见指示灯亮，说明电网停电或保险管出问题。该装置采用插座式，保护装置动作后，同学之间互不影响，以免发生矛盾。 4 用电保护器的调试 4.1 调试过程 4.2 出现问题 4.3 解决

29、方案 结束语 本次毕业设计在自己的努力，老师的指点下已全部完成，结果重要，过程也很珍贵，因为好的结果必然得经过一个艰辛的过程，而从这个坚信的过程中我获得了珍贵的经验和教训，仔细认真的总结将对自己是个质的提升。现先将此次毕业设计的成果简要汇报如下： （一）完整的家用多功能用电保护器设计方案 通过运用合理的软件与硬件设计方案，实现了其完整的保护功能。（二）支持多功能的用电保护通过以上完整的设计方案，实现了多功能家用保护器的实现。（三）通过这次课程设计使我了解到了自动复位式多功能用电保护器，功能强大，使用方便，实现了对家庭各种家用电器的保护，对我们的用电有很好的保护作用。在课程设计过程中不仅巩固了我的基础理论知识， 而且使我各个方面的能力都有