漏電限流保護(hù)安全插座

廣東省佛山市三水區(qū)工業(yè)中專電工電子實習(xí)教研室（三水技工學(xué)校電工電子教研室）張陳旸

一、前言

本人從事多年的學(xué)生電工電子實習(xí)教學(xué)，經(jīng)常感受學(xué)生通電實習(xí)安全的壓力，總是擔(dān)心學(xué)生出現(xiàn)短路、漏電或者是電子元件燒壞等危險情況的發(fā)生。一方面是學(xué)生要學(xué)習(xí)專業(yè)知識，需要大量的動手通電時間實踐，另一方面是教師擔(dān)心學(xué)生通電安全，希望學(xué)生減少通電時間，為改善這種矛盾的出現(xiàn)，決定改進(jìn)設(shè)備設(shè)施，一方面是增強(qiáng)總電源短路、漏電保護(hù)的靈敏度，另一方面是設(shè)計一個安全電路，安裝在學(xué)生每一個工位插座里面，實現(xiàn)各個工位的漏電保護(hù)、限制負(fù)荷用電等功能。

圖1 漏電限流保護(hù)電路基本結(jié)構(gòu)圖

限制學(xué)生負(fù)荷用電是根據(jù)學(xué)生用電需要，提供合適的負(fù)荷電流，并不是減少學(xué)生實習(xí)通電的時間，而是保證學(xué)生安全用電，不限次數(shù)去通電實習(xí)操作。如一個直流36v/30w調(diào)光電路，電路需要的電流并不多，只要幾十毫安到幾百毫安不等，在實際供電中只要提供1安培的電流給學(xué)生用電，就已經(jīng)完全滿足學(xué)生在此電路的正常通電實習(xí)，如果學(xué)生在通電過程出現(xiàn)接錯元件造成局部元件過載，或者是短路故障的發(fā)生時，電路的電流會緩慢或急劇增大，如果沒有保護(hù)，就會出現(xiàn)燒壞元件現(xiàn)象。學(xué)生在強(qiáng)電實習(xí)容易出現(xiàn)漏電安全事故，因此在電路中也增加了漏電保護(hù)的功能。

本電路除在220v/380v生產(chǎn)實習(xí)能實現(xiàn)用電安全應(yīng)用外，甚至是日常家用電器也可以達(dá)到安全用電的目的。

二、漏電限流保護(hù)插座電路控制原理

1、基本結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示：通過檢測電路實時監(jiān)測負(fù)荷用電電流狀態(tài)，實時發(fā)出反饋信號Uf與設(shè)定信號Ui進(jìn)行比較，如果用電負(fù)荷發(fā)生過載、短路或漏電現(xiàn)象時，即U f＞U i情況，比較放大電路發(fā)出信號Uo，控制驅(qū)動電路工作，使執(zhí)行元件斷開主電源電路，實現(xiàn)防止工作人員觸電、保護(hù)設(shè)備的功能。

由于電路是加裝在插座里面，插座空間有限，因此電路元件體積、數(shù)量，要盡量簡化。因此電路電源不用變壓器變壓，達(dá)到節(jié)省空間目的，通過阻容電路分壓，橋式電路整流濾波，12v穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電源供電電壓。檢測電路通過兩個電流互感器，分別取樣火線負(fù)載電流狀況（監(jiān)測負(fù)荷用電狀態(tài)）和地線是否有電流流過（監(jiān)測是否漏電），通過轉(zhuǎn)換電路，實時將取樣電流信號轉(zhuǎn)換成反饋電壓信號。利用差動放大器電路原理，采用LM393差動放大器。在本電路中，通過給定電壓信號Ui與反饋電壓信號Uf的比較，如果發(fā)生反饋電壓信號Uf大于給定電壓信號Ui情況，就是說明負(fù)荷出現(xiàn)過載（運行電流超過額定電流）、短路和漏電現(xiàn)象，那么差動放大器就會輸出電壓控制信號Uo，觸發(fā)晶閘管（驅(qū)動電路）的導(dǎo)通，控制12v直流繼電器開關(guān)（執(zhí)行元件）動作，實現(xiàn)220伏電路斷開，停止供電，直到故障恢復(fù)，才通過插座開關(guān)K接通供電電源，保護(hù)電路又進(jìn)入保護(hù)工作狀態(tài)。

2、漏電限流保護(hù)安全插座電路原理分析

圖2 漏電限流保護(hù)安全插座電路原理圖

如圖2所示，電源供電電路是由元件R1、C1、D1～D4、R2、C2、V1等組成，C1為降壓限流電容，電容采用無極性電容，絕對不能采用電解電容.而且電容的耐壓須在400V以上，R1為C1的放電電阻、D1～D4組成橋式整流電路、R2限流電阻、C2為100uF/50V的電解電容實現(xiàn)濾波功能、V1為12V穩(wěn)壓二極管，為電路提供12V穩(wěn)定電壓。

檢測電路分兩部分，一是負(fù)載限流檢測電路，二是漏電監(jiān)測電路，負(fù)載限流檢測電路由帶鐵芯的ab線圈、D5、R4、C3、R5、R6等元件組成，其中ab線圈實時感應(yīng)火線交流電流大小，通過D5二極管的整流，C3濾波成直流電流，再通過R4、R5轉(zhuǎn)換成電壓信號，通過R6送入LM393比較放大器2腳正向輸入端，由于檢測感應(yīng)的電流很小，所以R5電阻值取值較大。而D6、R9、C4、R11、R10組成了漏電監(jiān)測電路，D6與D5、C4與C3、R9R11與R4R5元件功能相同，信號通過R10送入LM393比較放大器5腳正向輸入端。給定電壓信號值由500K電位器RP通過電源12v分壓取得，通過R7送入LM393比較放大器3腳反向輸入端。

LM393為電壓比較放大器集成電路，專門用于處理負(fù)載反饋信號與給定信號、漏電反饋信號等關(guān)系。LM393集成電路8腳為正電壓輸入，4腳為接地端，如圖2所示，給定電壓信號輸入3腳反相端、負(fù)載取樣電壓輸入2腳正向端，如果負(fù)載取樣電壓大于給定電壓信號，LM393的1腳輸出電壓信號；而LM393的5、6、7腳組成過零比較電路，當(dāng)輸入5腳的電壓信號出現(xiàn)時，LM393的7腳就會輸出電壓信號。

晶閘管V2為直流12V繼電器J（執(zhí)行元件）的驅(qū)動元件，LM393的1、7腳分別輸出控制電壓，通過R8、R9和R13、R14的分壓限流作用輸入晶閘管V2的控制極。有信號時，晶閘管V2導(dǎo)通，繼電器線圈J得電，繼電器常閉開關(guān)J-1、J-2斷開，實現(xiàn)220V電源斷電，常開開關(guān)J-3閉合，指示燈發(fā)光二極管LED點亮，表明電路正處于被保護(hù)狀態(tài)。220V電源斷電后，檢測線圈檢測信號為零，LM393的1、7腳分別停止輸出電壓，但由于采用晶閘管驅(qū)動繼電器，220V電源繼續(xù)保持?jǐn)嚯姞顟B(tài)，直到故障恢復(fù)，通斷插座開關(guān)K一次，就可以恢復(fù)正常供電。

三、電路安裝調(diào)試注意事項

1、限流電容C1必須接于火線L，耐壓要足夠大（大于400V），并加串防浪涌沖擊兼保險電阻和并放電電阻。

2、電流互感器線圈采用微型電流互感器，微型電流互感器已在市場應(yīng)用廣泛，各種電流變比的電流互感器都可以找到。

3、電流設(shè)定值是由電位器RP調(diào)節(jié)，但由于檢測電路檢測信號較為靈敏，因此電流設(shè)定值與負(fù)載實際電流值需要反復(fù)對應(yīng)調(diào)教，確定電位器旋鈕刻度對應(yīng)電流值。

[1]清華大學(xué)電子學(xué)教研組編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程[M].高等教育出版社.

[2]黃俊主編.半導(dǎo)體變流技術(shù)(第2版)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]沈大林等編.彩色電視機(jī)原理與維修技術(shù)[M].新時代出版社.