王心東

【摘要】本文介紹了智能識別安全節(jié)能限電柜制作應用.就智能識別安全節(jié)能限電柜的結(jié)構(gòu)與工作原理、硬件及軟件設計作了詳細的分析。

引言

本文設計了一種能在設定的總功率范圍內(nèi)，智能識別大功率電器并限制使用的安全節(jié)能限電柜。數(shù)顯用電控制器是其核心部件，它根據(jù)不同宿舍用電要求，設定、監(jiān)視、控制其用電功率，在送電時可實現(xiàn)對無人的宿舍自動關(guān)斷電源。正常供電時，能智能識別大功率電器用電，并限制其使用，又不影響電腦、臺燈和風扇的正常使用，既減少了安全隱患和節(jié)能又做到人性化安全用電管理。

一.框圖及原理

二.主控制電路原理

至1#單元 至n#單元

圖2

主控制電路控制總電源，實現(xiàn)室內(nèi)照明與公共照明的分別控制?？傠?/p>

源一般在白天是不送電的，晚上提供照明。公共照明包括水房、廁所、走廊等公共照明部分，是長明燈。由于深夜處于用電低谷，電壓較高，經(jīng)常損壞照明設備，因而公共照明采用兩種形式供電，一種是全壓供電，另外一種是經(jīng)過半波整流后的電源降壓供電。其控制線路如圖2所示。

圖中 SB2 是公共照明全壓啟動按鈕，SB4 是公共照明壓降供電啟動按鈕，QF2 至 QFn 是供各單元房間照明及插座用電漏電斷路器。KM1 和KM2實施聯(lián)鎖控制。KM1 和KM2接觸器型號為CJ20-10 380V 10A； QF1型號為DZ47LE-40/2P C25，IΔn≤30mA，tΔn<0.1s。QF2型號為DZ47LE-40/2P 10A，IΔn≤30mA，tΔn<0.1s。

三.單元控制電路原理

單元控制電路由功率檢測控制電路及通電檢測控制電路兩部分組成。詳見圖3.

3.1通電檢測控制電路

限電柜白天斷電，晚上送電。送電時各個房間照明開關(guān)不知開否，若房間沒有人而房間燈開著，將是一種浪費，如果有發(fā)熱電器器具插在插座上，將是一種不安全的隱患。因而設計了通電檢測控制電路，可在房間開關(guān)打開時限電柜拒絕送電，只當房間內(nèi)有人時，連續(xù)操作兩次開關(guān)做為應答請求送電信號，當限電柜接收到請求送電信號后才正常送電。

圖3

通電檢測控制電路由送電延遲電路（C1、R1、R2）、分壓電容CT、倍壓整流電路（V5、V6）、光電耦合器B及驅(qū)動執(zhí)行電路（V1、KA2）組成。其工作原理如下。

當限電柜送電瞬間，24V直流電壓經(jīng)C1、R2送到V2的基極使V2、V1立即導通，KA2動作，其常閉觸點斷開。此時電源經(jīng)CT分壓和倍壓整流V5、V6及C3濾波電路與房間負載串聯(lián)，若房間燈打開，則R9將有一個電壓經(jīng)限流電阻R8送入B，此時光電耦合器輸出導通，經(jīng)R7使V1導通，KA2維持吸合，拒絕向房間送電。與些同時，由于C1的充電作用，是V2的基極為低電平，失去導通的條件。當房間開關(guān)此時斷開一下，C3立刻放電，放電結(jié)束，光耦截止，導致V1截止，使房間送電，房間開關(guān)在開一下便可正常送電。

KA2選用24V直流繼電器。JQX-14F觸點容量220V 10A。線圈動作電流20mA.

KAs導過電流繼電器，動作電流ZA±0.1A· 動作時間2S。

3.2功率檢測控制電路

功率檢測控制電路主要是由電流互感器TA、I-V變換電路、比較器、驅(qū)動電路和數(shù)字電流表及執(zhí)行繼電器KA1、KA2組成。其工作原理如下。

我們知道，房間內(nèi)用電功率P=UIcos ，一般情況下，電源電壓U、功率因數(shù)cos 一定，因此控制功率實際上就是控制電流I值。當房間用電功率定為400W時，限制電流定為2A。

3.2.1電路工作原理

該裝置的電路原理圖見附件圖4所示。正常工作時檢流電阻R1兩端的電壓經(jīng)R2、RP1分壓，做為IC1的輸入信號。IC1、R3～R9、CT～C11、D5～D7等構(gòu)成一個平均值響應的半波整流線性AC/DC轉(zhuǎn)換放大器。正半周時，信號流程為IC1→C8→D7→R6→R7→RP2→GND。負半周時，電流的泄放回路為：GND→RP2→R7→D6→C8→IC1。輸出經(jīng)R8、C11、R9得到與輸入有效值成線性比例的平均直流電壓，經(jīng)IC2電壓跟隨器1腳輸出，當1腳電壓達到監(jiān)視電壓時，經(jīng)比較器IC3的7腳輸出高電平，驅(qū)動V5導通KA1通電吸合，KA1常開觸點閉合（圖3中），圖3中V2、V1飽和導通，KA2通電吸合，KA2常閉觸點斷開，通向房間的電源斷電。

圖4

圖4中A點輸出經(jīng)SA選擇開關(guān)接通數(shù)字電流表11腳，數(shù)字電流表可隨機監(jiān)測各房間用電電流。

3.2.2元件的選擇、安裝

TA的次級電流是0.01A的低功率電流互感器，其初級電流可選擇為被限定的額定電流的150%左右。電阻R1可選擇RJ 2W 200Ω，安裝時要靠近互感器，R1與互感器二次繞組的連線采用屏蔽線。IC1、IC2、IC3。采用

LM324集成電路。RP1、RP2、RP3、RP4采用多圈繞線電位器。

3.2.3上限電流的設定

用鉗形電流表測量TA電流互感器一次繞組（1匝）通過的穩(wěn)定電流2A調(diào)整RP1和RP2使A點輸出0.5V，調(diào)整RP4使數(shù)字電流表顯示02.0A。

調(diào)整RP3使施密特觸發(fā)器7腳輸出高電平，V5飽和導通KA1通電吸合，V6指示燈亮，V2、V1飽和導通KA2吸合，KA2常閉觸點斷開房間供電。

四.安全檢查與現(xiàn)場運行

整套裝置調(diào)試好后安裝在照明配電柜中，照明柜外殼防護等級按IP31設計，按GB7251.1--2001的有關(guān)規(guī)定進行了介電強度試驗（試驗應把不耐受試驗電壓的電子線路板斷開電源）試驗電壓為2250V（當U>60V時，試驗電壓值為（2U+1000）*1.5，最低為2250V）試驗時施加電壓從30%-5%的試驗電壓開始，以約5S的時間逐步升至規(guī)定值，然后維持1S在逐漸降到零。試驗中無擊穿現(xiàn)象。然后進行了保護電路連續(xù)性的檢查，對配電柜中保護電路連接點與保護母線之間用保護電路連續(xù)性測試儀通電20A，測量其阻值均小于0.01Ω。

限電柜安裝在學生宿舍樓一層控制十個房間供電，通過試運行一段時間，達到了限制在房間使用大功率電器，解決了無人房間開常明燈或無人

時發(fā)熱電器長時間供電誘發(fā)電器火災的隱患，起到了節(jié)能限電，安全用電的作用。

參考文獻：

1. 觸/漏電保護器 楊東 編

2. 低壓電器和低壓開關(guān)柜 曹金根 編

3. 常用數(shù)字集成電路原理與應用 卿太全、李瀟、郭明京 編著

4. 新型低功率互感器技術(shù)及其應用 施祖銘 編

5. GB7251.1--2010 《低壓成套開關(guān)設備和控制設備第一部：型式實驗部分和試驗成套設備》

6. 討論等電位聯(lián)結(jié)的應用 王厚全 編