自動控制限流開關的設計與原理
2007/10/10 14:06:42 電源在線網
本文簡單介紹了自動控制限流開關的原理及設計，簡略概述了開關電路中的整流穩壓電路和控制電路的設計要點。
隨著中國經濟的飛速發展，各種用電設備日漸增多，許多送電線路不堪重負，時常引起故障乃至火災。為了保護些用電設備正常工作，需要定額限流設備。但是，現有的限流開關大多只能實現自動切斷電路而不能自動恢復供電。針對這個問題，我們設計了一種產品。本文介紹的限流開關克服了其他限流開關的部分缺點，是適合各種電路和用電設備的配套裝置。
電路的設計和原理
自動控制限流開關的設計，關鍵是在用戶電路過載時自動切斷控制，而當負載降低時自動限流開關開始作用，恢復供電。基于該種功能，此電路必須對用戶電路信號進行取樣，用取樣信號來控制電路的通斷，取樣功能可由一個互感器電路來實現，電路開關則由繼電器來實現。控制電路部分用兩個三極管和555型時基集成電路來實現，如圖1所示，因為555型時基集成電路在結構上由模擬電路和數字電路組合而成，將邏輯功能和模擬功能兼容為一體。同時，其輸入電平不一定是邏輯電平，也可以是模擬電路電平，而且，555型時基集成電路的最大輸出電流高達200mA，負載能力強，可以直接驅動小電機和繼電器等負載。
圖1 控制電路
繼電器和555型時基集成電路需要工作電壓，因此，開關電路中必須有整流穩壓電路，由此可見，這種開關電路大致分為整流穩壓電路和控制電路兩個部分。
(1) 整流穩壓電路
220V電壓通過L1變壓器得到15V交流電壓，再通過電橋整流，在C4上得到15V直流電壓，再通過7812的第一個引腳輸入，第二個引腳得到12V直流電壓，此電壓用于驅動繼電器的線圈，同時提供三極管的偏置電壓。
(2) 控制電路
· 555型時基電路
555型時基集成電路的引腳功能如下：
1是地線，2是觸發，3是輸出電平，4是復位，5是控制電壓，6是閥值電壓，7是放電，8是電源(VDD)。 555型時基電路的等效電路如圖2所示。
圖2 555的等效電路
·控制電路的工作原理
用戶正常用電時，互感器L2上有電流通過，這時，取樣電路D5、C1、R1、R2對電路進行取樣，因為用戶正常用電，取樣電壓就是R2上的電壓，不足以擊穿穩壓管D7，T1(9014集成塊)的基極為低電平，T2(9013集成塊)截止，555型時基集成電路的引腳2和引腳6的電壓均為12V，并且V2=V6≥23VDD=8V。由555型時基集成電路的工作原理可知，V3=0為低電平，T2(9013集成塊)截止，線包K中無電流，開關K1保持閉合，線路繼續供電。當用戶超額用電時，取樣電路使D7導通，從而使9014的基極電壓升高，使9014飽和，電容器C2通過9014放電，555型時基集成電路的引腳2、6電壓降低，當V2=V6≤13VDD=4V時，V3為高電平，9013導通，而繼電器J中有電流流過，繼電器J動作，觸點打開，線路中斷供電，這時，取樣電平變為0V，9014截止，C2充電，當V2=V6≥8V時，V3為0V，9013截止，繼電器J中無電流，K1閉合。如果這時用戶仍未移去超額負載，取樣電壓又使9014導通，C2放電，9013導通，K1斷開，電路斷開，控制電路對用戶電路進行檢測，直到用戶移去超額負載，電路才會開始正常供電，這樣，電路就實現了自動控制功能。
(3) 元件型號及參數
L1是電感器(220V15V)，L2是電感器(220V18V)，D1－D6是4001型二極管，D7是2CW62型穩壓管(25V)，R1是4.7kΩ可變電阻器，R2是500Ω電阻器，R3是100kΩ電阻器，R4是2kΩ電阻器，C1、C4、C5為470μF25V電容器，C2是470μF16V電容器，C3是0.01μF16V電容器，7812是穩壓集成塊，T1為9014型，T2為9013型。
隨著中國經濟的飛速發展，各種用電設備日漸增多，許多送電線路不堪重負，時常引起故障乃至火災。為了保護些用電設備正常工作，需要定額限流設備。但是，現有的限流開關大多只能實現自動切斷電路而不能自動恢復供電。針對這個問題，我們設計了一種產品。本文介紹的限流開關克服了其他限流開關的部分缺點，是適合各種電路和用電設備的配套裝置。
電路的設計和原理
自動控制限流開關的設計，關鍵是在用戶電路過載時自動切斷控制，而當負載降低時自動限流開關開始作用，恢復供電。基于該種功能，此電路必須對用戶電路信號進行取樣，用取樣信號來控制電路的通斷，取樣功能可由一個互感器電路來實現，電路開關則由繼電器來實現。控制電路部分用兩個三極管和555型時基集成電路來實現，如圖1所示，因為555型時基集成電路在結構上由模擬電路和數字電路組合而成，將邏輯功能和模擬功能兼容為一體。同時，其輸入電平不一定是邏輯電平，也可以是模擬電路電平，而且，555型時基集成電路的最大輸出電流高達200mA，負載能力強，可以直接驅動小電機和繼電器等負載。
圖1 控制電路
繼電器和555型時基集成電路需要工作電壓，因此，開關電路中必須有整流穩壓電路，由此可見，這種開關電路大致分為整流穩壓電路和控制電路兩個部分。
(1) 整流穩壓電路
220V電壓通過L1變壓器得到15V交流電壓，再通過電橋整流，在C4上得到15V直流電壓，再通過7812的第一個引腳輸入，第二個引腳得到12V直流電壓，此電壓用于驅動繼電器的線圈，同時提供三極管的偏置電壓。
(2) 控制電路
· 555型時基電路
555型時基集成電路的引腳功能如下：
1是地線，2是觸發，3是輸出電平，4是復位，5是控制電壓，6是閥值電壓，7是放電，8是電源(VDD)。 555型時基電路的等效電路如圖2所示。
圖2 555的等效電路
·控制電路的工作原理
用戶正常用電時，互感器L2上有電流通過，這時，取樣電路D5、C1、R1、R2對電路進行取樣，因為用戶正常用電，取樣電壓就是R2上的電壓，不足以擊穿穩壓管D7，T1(9014集成塊)的基極為低電平，T2(9013集成塊)截止，555型時基集成電路的引腳2和引腳6的電壓均為12V，并且V2=V6≥23VDD=8V。由555型時基集成電路的工作原理可知，V3=0為低電平，T2(9013集成塊)截止，線包K中無電流，開關K1保持閉合，線路繼續供電。當用戶超額用電時，取樣電路使D7導通，從而使9014的基極電壓升高，使9014飽和，電容器C2通過9014放電，555型時基集成電路的引腳2、6電壓降低，當V2=V6≤13VDD=4V時，V3為高電平，9013導通，而繼電器J中有電流流過，繼電器J動作，觸點打開，線路中斷供電，這時，取樣電平變為0V，9014截止，C2充電，當V2=V6≥8V時，V3為0V，9013截止，繼電器J中無電流，K1閉合。如果這時用戶仍未移去超額負載，取樣電壓又使9014導通，C2放電，9013導通，K1斷開，電路斷開，控制電路對用戶電路進行檢測，直到用戶移去超額負載，電路才會開始正常供電，這樣，電路就實現了自動控制功能。
(3) 元件型號及參數
L1是電感器(220V15V)，L2是電感器(220V18V)，D1－D6是4001型二極管，D7是2CW62型穩壓管(25V)，R1是4.7kΩ可變電阻器，R2是500Ω電阻器，R3是100kΩ電阻器，R4是2kΩ電阻器，C1、C4、C5為470μF25V電容器，C2是470μF16V電容器，C3是0.01μF16V電容器，7812是穩壓集成塊，T1為9014型，T2為9013型。
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