自動(dòng)控制限流開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與原理
2007/10/10 14:06:42 電源在線網(wǎng)
本文簡(jiǎn)單介紹了自動(dòng)控制限流開(kāi)關(guān)的原理及設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)略概述了開(kāi)關(guān)電路中的整流穩(wěn)壓電路和控制電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各種用電設(shè)備日漸增多，許多送電線路不堪重負(fù)，時(shí)常引起故障乃至火災(zāi)。為了保護(hù)些用電設(shè)備正常工作，需要定額限流設(shè)備。但是，現(xiàn)有的限流開(kāi)關(guān)大多只能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切斷電路而不能自動(dòng)恢復(fù)供電。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種產(chǎn)品。本文介紹的限流開(kāi)關(guān)克服了其他限流開(kāi)關(guān)的部分缺點(diǎn)，是適合各種電路和用電設(shè)備的配套裝置。
電路的設(shè)計(jì)和原理
自動(dòng)控制限流開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵是在用戶電路過(guò)載時(shí)自動(dòng)切斷控制，而當(dāng)負(fù)載降低時(shí)自動(dòng)限流開(kāi)關(guān)開(kāi)始作用，恢復(fù)供電�；谠摲N功能，此電路必須對(duì)用戶電路信號(hào)進(jìn)行取樣，用取樣信號(hào)來(lái)控制電路的通斷，取樣功能可由一個(gè)互感器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，電路開(kāi)關(guān)則由繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。控制電路部分用兩個(gè)三極管和555型時(shí)基集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖1所示，因?yàn)?55型時(shí)基集成電路在結(jié)構(gòu)上由模擬電路和數(shù)字電路組合而成，將邏輯功能和模擬功能兼容為一體。同時(shí)，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(shí)基集成電路的最大輸出電流高達(dá)200mA，負(fù)載能力強(qiáng)，可以直接驅(qū)動(dòng)小電機(jī)和繼電器等負(fù)載。
圖1 控制電路
繼電器和555型時(shí)基集成電路需要工作電壓，因此，開(kāi)關(guān)電路中必須有整流穩(wěn)壓電路，由此可見(jiàn)，這種開(kāi)關(guān)電路大致分為整流穩(wěn)壓電路和控制電路兩個(gè)部分。
(1) 整流穩(wěn)壓電路
220V電壓通過(guò)L1變壓器得到15V交流電壓，再通過(guò)電橋整流，在C4上得到15V直流電壓，再通過(guò)7812的第一個(gè)引腳輸入，第二個(gè)引腳得到12V直流電壓，此電壓用于驅(qū)動(dòng)繼電器的線圈，同時(shí)提供三極管的偏置電壓。
(2) 控制電路
· 555型時(shí)基電路
555型時(shí)基集成電路的引腳功能如下：
1是地線，2是觸發(fā)，3是輸出電平，4是復(fù)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(shí)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(shí)，互感器L2上有電流通過(guò)，這時(shí)，取樣電路D5、C1、R1、R2對(duì)電路進(jìn)行取樣，因?yàn)橛脩粽Ｓ秒姡与妷壕褪荝2上的電壓，不足以擊穿穩(wěn)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(shí)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(shí)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(wú)電流，開(kāi)關(guān)K1保持閉合，線路繼續(xù)供電。當(dāng)用戶超額用電時(shí)，取樣電路使D7導(dǎo)通，從而使9014的基極電壓升高，使9014飽和，電容器C2通過(guò)9014放電，555型時(shí)基集成電路的引腳2、6電壓降低，當(dāng)V2=V6≤13VDD=4V時(shí)，V3為高電平，9013導(dǎo)通，而繼電器J中有電流流過(guò)，繼電器J動(dòng)作，觸點(diǎn)打開(kāi)，線路中斷供電，這時(shí)，取樣電平變?yōu)?V，9014截止，C2充電，當(dāng)V2=V6≥8V時(shí)，V3為0V，9013截止，繼電器J中無(wú)電流，K1閉合。如果這時(shí)用戶仍未移去超額負(fù)載，取樣電壓又使9014導(dǎo)通，C2放電，9013導(dǎo)通，K1斷開(kāi)，電路斷開(kāi)，控制電路對(duì)用戶電路進(jìn)行檢測(cè)，直到用戶移去超額負(fù)載，電路才會(huì)開(kāi)始正常供電，這樣，電路就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制功能。
(3) 元件型號(hào)及參數(shù)
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(wěn)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(wěn)壓集成塊，T1為9014型，T2為9013型。
隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各種用電設(shè)備日漸增多，許多送電線路不堪重負(fù)，時(shí)常引起故障乃至火災(zāi)。為了保護(hù)些用電設(shè)備正常工作，需要定額限流設(shè)備。但是，現(xiàn)有的限流開(kāi)關(guān)大多只能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切斷電路而不能自動(dòng)恢復(fù)供電。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種產(chǎn)品。本文介紹的限流開(kāi)關(guān)克服了其他限流開(kāi)關(guān)的部分缺點(diǎn)，是適合各種電路和用電設(shè)備的配套裝置。
電路的設(shè)計(jì)和原理
自動(dòng)控制限流開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵是在用戶電路過(guò)載時(shí)自動(dòng)切斷控制，而當(dāng)負(fù)載降低時(shí)自動(dòng)限流開(kāi)關(guān)開(kāi)始作用，恢復(fù)供電�；谠摲N功能，此電路必須對(duì)用戶電路信號(hào)進(jìn)行取樣，用取樣信號(hào)來(lái)控制電路的通斷，取樣功能可由一個(gè)互感器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，電路開(kāi)關(guān)則由繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。控制電路部分用兩個(gè)三極管和555型時(shí)基集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖1所示，因?yàn)?55型時(shí)基集成電路在結(jié)構(gòu)上由模擬電路和數(shù)字電路組合而成，將邏輯功能和模擬功能兼容為一體。同時(shí)，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(shí)基集成電路的最大輸出電流高達(dá)200mA，負(fù)載能力強(qiáng)，可以直接驅(qū)動(dòng)小電機(jī)和繼電器等負(fù)載。
圖1 控制電路
繼電器和555型時(shí)基集成電路需要工作電壓，因此，開(kāi)關(guān)電路中必須有整流穩(wěn)壓電路，由此可見(jiàn)，這種開(kāi)關(guān)電路大致分為整流穩(wěn)壓電路和控制電路兩個(gè)部分。
(1) 整流穩(wěn)壓電路
220V電壓通過(guò)L1變壓器得到15V交流電壓，再通過(guò)電橋整流，在C4上得到15V直流電壓，再通過(guò)7812的第一個(gè)引腳輸入，第二個(gè)引腳得到12V直流電壓，此電壓用于驅(qū)動(dòng)繼電器的線圈，同時(shí)提供三極管的偏置電壓。
(2) 控制電路
· 555型時(shí)基電路
555型時(shí)基集成電路的引腳功能如下：
1是地線，2是觸發(fā)，3是輸出電平，4是復(fù)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(shí)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(shí)，互感器L2上有電流通過(guò)，這時(shí)，取樣電路D5、C1、R1、R2對(duì)電路進(jìn)行取樣，因?yàn)橛脩粽Ｓ秒姡与妷壕褪荝2上的電壓，不足以擊穿穩(wěn)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(shí)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(shí)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(wú)電流，開(kāi)關(guān)K1保持閉合，線路繼續(xù)供電。當(dāng)用戶超額用電時(shí)，取樣電路使D7導(dǎo)通，從而使9014的基極電壓升高，使9014飽和，電容器C2通過(guò)9014放電，555型時(shí)基集成電路的引腳2、6電壓降低，當(dāng)V2=V6≤13VDD=4V時(shí)，V3為高電平，9013導(dǎo)通，而繼電器J中有電流流過(guò)，繼電器J動(dòng)作，觸點(diǎn)打開(kāi)，線路中斷供電，這時(shí)，取樣電平變?yōu)?V，9014截止，C2充電，當(dāng)V2=V6≥8V時(shí)，V3為0V，9013截止，繼電器J中無(wú)電流，K1閉合。如果這時(shí)用戶仍未移去超額負(fù)載，取樣電壓又使9014導(dǎo)通，C2放電，9013導(dǎo)通，K1斷開(kāi)，電路斷開(kāi)，控制電路對(duì)用戶電路進(jìn)行檢測(cè)，直到用戶移去超額負(fù)載，電路才會(huì)開(kāi)始正常供電，這樣，電路就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制功能。
(3) 元件型號(hào)及參數(shù)
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(wěn)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(wěn)壓集成塊，T1為9014型，T2為9013型。
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