智能识别安全节能限电柜制作应用

王心东

【摘要】本文介绍了智能识别安全节能限电柜制作应用.就智能识别安全节能限电柜的结构与工作原理、硬件及软件设计作了详细的分析。

引言

本文设计了一种能在设定的总功率范围内，智能识别大功率电器并限制使用的安全节能限电柜。数显用电控制器是其核心部件，它根据不同宿舍用电要求，设定、监视、控制其用电功率，在送电时可实现对无人的宿舍自动关断电源。正常供电时，能智能识别大功率电器用电，并限制其使用，又不影响电脑、台灯和风扇的正常使用，既减少了安全隐患和节能又做到人性化安全用电管理。

一.框图及原理

二.主控制电路原理

至1#单元 至n#单元

图2

主控制电路控制总电源，实现室内照明与公共照明的分别控制。总电

源一般在白天是不送电的，晚上提供照明。公共照明包括水房、厕所、走廊等公共照明部分，是长明灯。由于深夜处于用电低谷，电压较高，经常损坏照明设备，因而公共照明采用两种形式供电，一种是全压供电，另外一种是经过半波整流后的电源降压供电。其控制线路如图2所示。

图中 SB2 是公共照明全压启动按钮，SB4 是公共照明压降供电启动按钮，QF2 至 QFn 是供各单元房间照明及插座用电漏电断路器。KM1 和KM2实施联锁控制。KM1 和KM2接触器型号为CJ20-10 380V 10A； QF1型号为DZ47LE-40/2P C25，IΔn≤30mA，tΔn<0.1s。QF2型号为DZ47LE-40/2P 10A，IΔn≤30mA，tΔn<0.1s。

三.单元控制电路原理

单元控制电路由功率检测控制电路及通电检测控制电路两部分组成。详见图3.

3.1通电检测控制电路

限电柜白天断电，晚上送电。送电时各个房间照明开关不知开否，若房间没有人而房间灯开着，将是一种浪费，如果有发热电器器具插在插座上，将是一种不安全的隐患。因而设计了通电检测控制电路，可在房间开关打开时限电柜拒绝送电，只当房间内有人时，连续操作两次开关做为应答请求送电信号，当限电柜接收到请求送电信号后才正常送电。

图3

通电检测控制电路由送电延迟电路（C1、R1、R2）、分压电容CT、倍压整流电路（V5、V6）、光电耦合器B及驱动执行电路（V1、KA2）组成。其工作原理如下。

当限电柜送电瞬间，24V直流电压经C1、R2送到V2的基极使V2、V1立即导通，KA2动作，其常闭触点断开。此时电源经CT分压和倍压整流V5、V6及C3滤波电路与房间负载串联，若房间灯打开，则R9将有一个电压经限流电阻R8送入B，此时光电耦合器输出导通，经R7使V1导通，KA2维持吸合，拒绝向房间送电。与些同时，由于C1的充电作用，是V2的基极为低电平，失去导通的条件。当房间开关此时断开一下，C3立刻放电，放电结束，光耦截止，导致V1截止，使房间送电，房间开关在开一下便可正常送电。

KA2选用24V直流继电器。JQX-14F触点容量220V 10A。线圈动作电流20mA.

KAs导过电流继电器，动作电流ZA±0.1A· 动作时间2S。

3.2功率检测控制电路

功率检测控制电路主要是由电流互感器TA、I-V变换电路、比较器、驱动电路和数字电流表及执行继电器KA1、KA2组成。其工作原理如下。

我们知道，房间内用电功率P=UIcos ，一般情况下，电源电压U、功率因数cos 一定，因此控制功率实际上就是控制电流I值。当房间用电功率定为400W时，限制电流定为2A。

3.2.1电路工作原理

该装置的电路原理图见附件图4所示。正常工作时检流电阻R1两端的电压经R2、RP1分压，做为IC1的输入信号。IC1、R3～R9、CT～C11、D5～D7等构成一个平均值响应的半波整流线性AC/DC转换放大器。正半周时，信号流程为IC1→C8→D7→R6→R7→RP2→GND。负半周时，电流的泄放回路为：GND→RP2→R7→D6→C8→IC1。输出经R8、C11、R9得到与输入有效值成线性比例的平均直流电压，经IC2电压跟随器1脚输出，当1脚电压达到监视电压时，经比较器IC3的7脚输出高电平，驱动V5导通KA1通电吸合，KA1常开触点闭合（图3中），图3中V2、V1饱和导通，KA2通电吸合，KA2常闭触点断开，通向房间的电源断电。

图4

图4中A点输出经SA选择开关接通数字电流表11脚，数字电流表可随机监测各房间用电电流。

3.2.2元件的选择、安装

TA的次级电流是0.01A的低功率电流互感器，其初级电流可选择为被限定的额定电流的150%左右。电阻R1可选择RJ 2W 200Ω，安装时要靠近互感器，R1与互感器二次绕组的连线采用屏蔽线。IC1、IC2、IC3。采用

LM324集成电路。RP1、RP2、RP3、RP4采用多圈绕线电位器。

3.2.3上限电流的设定

用钳形电流表测量TA电流互感器一次绕组（1匝）通过的稳定电流2A调整RP1和RP2使A点输出0.5V，调整RP4使数字电流表显示02.0A。

调整RP3使施密特触发器7脚输出高电平，V5饱和导通KA1通电吸合，V6指示灯亮，V2、V1饱和导通KA2吸合，KA2常闭触点断开房间供电。

四.安全检查与现场运行

整套装置调试好后安装在照明配电柜中，照明柜外壳防护等级按IP31设计，按GB7251.1--2001的有关规定进行了介电强度试验（试验应把不耐受试验电压的电子线路板断开电源）试验电压为2250V（當U>60V时，试验电压值为（2U+1000）*1.5，最低为2250V）试验时施加电压从30%-5%的试验电压开始，以约5S的时间逐步升至规定值，然后维持1S在逐渐降到零。试验中无击穿现象。然后进行了保护电路连续性的检查，对配电柜中保护电路连接点与保护母线之间用保护电路连续性测试仪通电20A，测量其阻值均小于0.01Ω。

限电柜安装在学生宿舍楼一层控制十个房间供电，通过试运行一段时间，达到了限制在房间使用大功率电器，解决了无人房间开常明灯或无人

时发热电器长时间供电诱发电器火灾的隐患，起到了节能限电，安全用电的作用。

参考文献：

1. 触/漏电保护器 杨东 编

2. 低压电器和低压开关柜 曹金根 编

3. 常用数字集成电路原理与应用 卿太全、李潇、郭明京 编著

4. 新型低功率互感器技术及其应用 施祖铭 编

5. GB7251.1--2010 《低压成套开关设备和控制设备第一部：型式实验部分和试验成套设备》

6. 讨论等电位联结的应用 王厚全 编