漏电限流保护安全插座

2012-04-27广东省佛山市三水区工业中专电工电子实习教研室三水技工学校电工电子教研室张陈旸

电子世界 2012年2期

广东省佛山市三水区工业中专电工电子实习教研室（三水技工学校电工电子教研室）张陈旸

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。

图1 漏电限流保护电路基本结构图

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U f＞U i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

图2 漏电限流保护安全插座电路原理图

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。