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【摘要】本文是笔者根据多年的从业需要，设计一款安全插座，通过实时调节插座的用电量，实现插座的短路、过载和漏电等用电安全保护。
【关键词】安全插座；漏电；限流
一、前言
本人从事多年的学生电工电子实习教学，经常感受学生通电实习安全的压力，总是担心学生出现短路、漏电或者是电子元件烧坏等危险情况的发生。一方面是学生要学习专业知识，需要大量的动手通电时间实践，另一方面是教师担心学生通电安全，希望学生减少通电时间，为改善这种矛盾的出现，决定改进设备设施，一方面是增强总电源短路、漏电保护的灵敏度，另一方面是设计一个安全电路，安装在学生每一个工位插座里面，实现各个工位的漏电保护、限制负荷用电等功能。
限制学生负荷用电是根据学生用电需要，提供合适的负荷电流，并不是减少学生实习通电的时间，而是保证学生安全用电，不限次数去通电实习操作。如一个直流36v/30w调光电路，电路需要的电流并不多，只要几十毫安到几百毫安不等，在实际供电中只要提供1安培的电流给学生用电，就已经完全满足学生在此电路的正常通电实习，如果学生在通电过程出现接错元件造成局部元件过载，或者是短路故障的发生时，电路的电流会缓慢或急剧增大，如果没有保护，就会出现烧坏元件现象。学生在强电实习容易出现漏电安全事故，因此在电路中也增加了漏电保护的功能。
本电路除在220v/380v生产实习能实现用电安全应用外，甚至是日常家用电器也可以达到安全用电的目的。
二、漏电限流保护插座电路控制原理
1、基本结构图
如图1所示：通过检测电路实时监测负荷用电电流状态，实时发出反馈信号Uf与设定信号Ui进行比较，如果用电负荷发生过载、短路或漏电现象时，即Uf＞Ui情况，比较放大电路发出信号Uo，控制驱动电路工作，使执行元件断开主电源电路，实现防止工作人员触电、保护设备的功能。
由于电路是加装在插座里面，插座空间有限，因此电路元件体积、数量，要尽量简化。因此电路电源不用变压器变压，达到节省空间目的，通过阻容电路分压，桥式电路整流滤波，12v稳压二极管稳定电源供电电压。检测电路通过两个电流互感器，分别取样火线负载电流状况（监测负荷用电状态）和地线是否有电流流过（监测是否漏电），通过转换电路，实时将取样电流信号转换成反馈电压信号。利用差动放大器电路原理，采用LM393差动放大器。在本电路中，通过给定电压信号Ui与反馈电压信号Uf的比较，如果发生反馈电压信号Uf大于给定电压信号Ui情况，就是说明负荷出现过载（运行电流超过额定电流）、短路和漏电现象，那么差动放大器就会输出电压控制信号Uo，触发晶闸管（驱动电路）的导通，控制12v直流继电器开关（执行元件）动作，实现220伏电路断开，停止供电，直到故障恢复，才通过插座开关K接通供电电源，保护电路又进入保护工作状态。
2、漏电限流保护安全插座电路原理分析
如图2所示，电源供电电路是由元件R1、C1、D1～D4、R2、C2、V1等组成，C1为降压限流电容，电容采用无极性电容，绝对不能采用电解电容.而且电容的耐压须在400V以上，R1为C1的放电电阻、D1～D4组成桥式整流电路、R2限流电阻、C2为100uF/50V的电解电容实现滤波功能、V1为12V稳压二极管，为电路提供12V稳定电压。
检测电路分两部分，一是负载限流检测电路，二是漏电监测电路，负载限流检测电路由带铁芯的ab线圈、D5、R4、C3、R5、R6等元件组成，其中ab线圈实时感应火线交流电流大小，通过D5二极管的整流，C3滤波成直流电流，再通过R4、R5转换成电压信号，通过R6送入LM393比较放大器2脚正向输入端，由于检测感应的电流很小，所以R5电阻值取值较大。而D6、R9、C4、R11、R10组成了漏电监测电路，D6与D5、C4与C3、R9R11与R4R5元件功能相同，信号通过R10送入LM393比较放大器5脚正向输入端。给定电压信号值由500K电位器RP通过电源12v分压取得，通过R7送入LM393比较放大器3脚反向输入端。
LM393为电压比较放大器集成电路，专门用于处理负载反馈信号与给定信号、漏电反馈信号等关系。LM393集成电路8脚为正电压输入，4脚为接地端，如图2所示，给定电压信号输入3脚反相端、负载取样电压输入2脚正向端，如果负载取样电压大于给定电压信号，LM393的1脚输出电压信号；而LM393的5、6、7脚组成过零比较电路，当输入5脚的电压信号出现时，LM393的7脚就会输出电压信号。
晶闸管V2为直流12V继电器J（执行元件）的驱动元件，LM393的1、7脚分别输出控制电压，通过R8、R9和R13、R14的分压限流作用输入晶闸管V2的控制极。有信号时，晶闸管V2导通，继电器线圈J得电，继电器常闭开关J-1、J-2断开，实现220V电源断电，常开开关J-3闭合，指示灯发光二极管LED点亮，表明电路正处于被保护状态。220V电源断电后，检测线圈检测信号为零，LM393的1、7脚分别停止输出电压，但由于采用晶闸管驱动继电器，220V电源继续保持断电状态，直到故障恢复，通断插座开关K一次，就可以恢复正常供电。
三、电路安装调试注意事项
1、限流电容C1必须接于火线L，耐压要足够大（大于400V），并加串防浪涌冲击兼保险电阻和并放电电阻。
2、电流互感器线圈采用微型电流互感器，微型电流互感器已在市场应用广泛，各种电流变比的电流互感器都可以找到。
3、电流设定值是由电位器RP调节，但由于检测电路检测信号较为灵敏，因此电流设定值与负载实际电流值需要反复对应调教，确定电位器旋钮刻度对应电流值。
参考文献
[1]清华大学电子学教研组编.模拟电子技术基础简明教程[M].高等教育出版社.
[2]黄俊主编.半导体变流技术(第2版)[M].机械工业出版社.
[3]沈大林等编.彩色电视机原理与维修技术[M].新时代出版社.
作者简介：张陈旸（1974—），男，湖南常宁人，大学本科，广东省佛山市三水区中等工业中专（三水技工学校）电工电子教研室讲师。
【关键词】安全插座；漏电；限流
一、前言
本人从事多年的学生电工电子实习教学，经常感受学生通电实习安全的压力，总是担心学生出现短路、漏电或者是电子元件烧坏等危险情况的发生。一方面是学生要学习专业知识，需要大量的动手通电时间实践，另一方面是教师担心学生通电安全，希望学生减少通电时间，为改善这种矛盾的出现，决定改进设备设施，一方面是增强总电源短路、漏电保护的灵敏度，另一方面是设计一个安全电路，安装在学生每一个工位插座里面，实现各个工位的漏电保护、限制负荷用电等功能。
限制学生负荷用电是根据学生用电需要，提供合适的负荷电流，并不是减少学生实习通电的时间，而是保证学生安全用电，不限次数去通电实习操作。如一个直流36v/30w调光电路，电路需要的电流并不多，只要几十毫安到几百毫安不等，在实际供电中只要提供1安培的电流给学生用电，就已经完全满足学生在此电路的正常通电实习，如果学生在通电过程出现接错元件造成局部元件过载，或者是短路故障的发生时，电路的电流会缓慢或急剧增大，如果没有保护，就会出现烧坏元件现象。学生在强电实习容易出现漏电安全事故，因此在电路中也增加了漏电保护的功能。
本电路除在220v/380v生产实习能实现用电安全应用外，甚至是日常家用电器也可以达到安全用电的目的。
二、漏电限流保护插座电路控制原理
1、基本结构图
如图1所示：通过检测电路实时监测负荷用电电流状态，实时发出反馈信号Uf与设定信号Ui进行比较，如果用电负荷发生过载、短路或漏电现象时，即Uf＞Ui情况，比较放大电路发出信号Uo，控制驱动电路工作，使执行元件断开主电源电路，实现防止工作人员触电、保护设备的功能。
由于电路是加装在插座里面，插座空间有限，因此电路元件体积、数量，要尽量简化。因此电路电源不用变压器变压，达到节省空间目的，通过阻容电路分压，桥式电路整流滤波，12v稳压二极管稳定电源供电电压。检测电路通过两个电流互感器，分别取样火线负载电流状况（监测负荷用电状态）和地线是否有电流流过（监测是否漏电），通过转换电路，实时将取样电流信号转换成反馈电压信号。利用差动放大器电路原理，采用LM393差动放大器。在本电路中，通过给定电压信号Ui与反馈电压信号Uf的比较，如果发生反馈电压信号Uf大于给定电压信号Ui情况，就是说明负荷出现过载（运行电流超过额定电流）、短路和漏电现象，那么差动放大器就会输出电压控制信号Uo，触发晶闸管（驱动电路）的导通，控制12v直流继电器开关（执行元件）动作，实现220伏电路断开，停止供电，直到故障恢复，才通过插座开关K接通供电电源，保护电路又进入保护工作状态。
2、漏电限流保护安全插座电路原理分析
如图2所示，电源供电电路是由元件R1、C1、D1～D4、R2、C2、V1等组成，C1为降压限流电容，电容采用无极性电容，绝对不能采用电解电容.而且电容的耐压须在400V以上，R1为C1的放电电阻、D1～D4组成桥式整流电路、R2限流电阻、C2为100uF/50V的电解电容实现滤波功能、V1为12V稳压二极管，为电路提供12V稳定电压。
检测电路分两部分，一是负载限流检测电路，二是漏电监测电路，负载限流检测电路由带铁芯的ab线圈、D5、R4、C3、R5、R6等元件组成，其中ab线圈实时感应火线交流电流大小，通过D5二极管的整流，C3滤波成直流电流，再通过R4、R5转换成电压信号，通过R6送入LM393比较放大器2脚正向输入端，由于检测感应的电流很小，所以R5电阻值取值较大。而D6、R9、C4、R11、R10组成了漏电监测电路，D6与D5、C4与C3、R9R11与R4R5元件功能相同，信号通过R10送入LM393比较放大器5脚正向输入端。给定电压信号值由500K电位器RP通过电源12v分压取得，通过R7送入LM393比较放大器3脚反向输入端。
LM393为电压比较放大器集成电路，专门用于处理负载反馈信号与给定信号、漏电反馈信号等关系。LM393集成电路8脚为正电压输入，4脚为接地端，如图2所示，给定电压信号输入3脚反相端、负载取样电压输入2脚正向端，如果负载取样电压大于给定电压信号，LM393的1脚输出电压信号；而LM393的5、6、7脚组成过零比较电路，当输入5脚的电压信号出现时，LM393的7脚就会输出电压信号。
晶闸管V2为直流12V继电器J（执行元件）的驱动元件，LM393的1、7脚分别输出控制电压，通过R8、R9和R13、R14的分压限流作用输入晶闸管V2的控制极。有信号时，晶闸管V2导通，继电器线圈J得电，继电器常闭开关J-1、J-2断开，实现220V电源断电，常开开关J-3闭合，指示灯发光二极管LED点亮，表明电路正处于被保护状态。220V电源断电后，检测线圈检测信号为零，LM393的1、7脚分别停止输出电压，但由于采用晶闸管驱动继电器，220V电源继续保持断电状态，直到故障恢复，通断插座开关K一次，就可以恢复正常供电。
三、电路安装调试注意事项
1、限流电容C1必须接于火线L，耐压要足够大（大于400V），并加串防浪涌冲击兼保险电阻和并放电电阻。
2、电流互感器线圈采用微型电流互感器，微型电流互感器已在市场应用广泛，各种电流变比的电流互感器都可以找到。
3、电流设定值是由电位器RP调节，但由于检测电路检测信号较为灵敏，因此电流设定值与负载实际电流值需要反复对应调教，确定电位器旋钮刻度对应电流值。
参考文献
[1]清华大学电子学教研组编.模拟电子技术基础简明教程[M].高等教育出版社.
[2]黄俊主编.半导体变流技术(第2版)[M].机械工业出版社.
[3]沈大林等编.彩色电视机原理与维修技术[M].新时代出版社.
作者简介：张陈旸（1974—），男，湖南常宁人，大学本科，广东省佛山市三水区中等工业中专（三水技工学校）电工电子教研室讲师。