家用多功能插排的设计

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摘要：家用电器的广泛使用，提高了人们的生活水平，也导致了因家用电器而引起的大量火灾。事故的发生与家用电器的插排密切相关。普通家用插排仅具有电源指示灯、导通、断电功能。没有保护功能和安全事故预防功能。于是我萌发设计一个除了具有一般插排功能以外还具有防雷电、过载保护、短路保护、定时断电等功能的多功能插排的想法。
关键词：多功能插座 防雷电 过载保护 短路保护
1 概述
随着我国社会的进步和经济的不断发展，人民的生活水平不断的提高，越来越多的家用电器出现在了我们日常的生活当中，为我们提供了很大的方便，但随之而来的是越来越多的人因为家用电源的排布不合理、家用电器不正确的使用等原因而造成人身伤害和财产损失。而其中很大一部分事故发生的原因与我们生活中常看到的插排有着这样或那样的关系。在偏远落后地区的家用电源排布接线当中甚至没有必要的电气保护措施，一旦发生事故很有可能就是致命的，如果使用上多功能的插排，相当于对电路和家用电器起到了一层保护作用，有效预防和减少安全事故的发生，保护我们的人身安全和财产安全。
2 家用多功能插排的设计（见下图）
2.1 插排开关模块 我设计的是零火双断电源开关，因为一些人为的原因可能导致家中插座电源零线火线位置的颠倒，当我们使用单断的开关不能确定切断的一定是火线，可能会造成危险事故和人身伤害，如果使用的是双断开关就能有效的避免这一安全隐患的发生。
2.2 防雷电模块 雷电，我们可以看做是一种强大的能量，如果说吸收雷电的能量现在的电子产品是达不到的，但是雷电的能量却可以引导它释放到大地，大地去“吸收”他强大的能量，从而保护到家用电器的安全。
由此可知防雷插座一般都是通过接地来释放雷电流的原理来达到防雷效果的，再瞬间把雷电流引向大地，从而保护设备免受雷击。如下图所示：
基本原理是在输入线之间并联一个防雷电模块，没有雷电流的时候防雷模块的压敏电阻无限大；当雷电流增大，进而产生的电压增大的时候，防雷模块的压敏电阻就会随之变小，此时雷电流就会流经压敏电阻小的防雷模块，保护内部用电设备，保证设备线路的电流不会增大。当然流经防雷模块的电流要立刻泄放到大地中去！所以不管是什么样的防雷设备，接地都是非常重要的。
放电管是一种使用于设备输入端的高压保护元件。若其两端的电压高过其保护规格值时，其内部会出现短路现象，并吸收掉输入的过高压。
使用防雷插座的注意事项：①防雷插排的接地端要与插头地线端子连通。②当与防雷电插排相连的插座地线端接地符合要求时，将防雷插座的插头直接插入即可；否则，必须将防雷插排的接地端子与大地可靠连接后才能使用，否则就起不到防雷电的作用了。
2.3 插排指示灯模块 插排上设有电源指示灯，当按下插排开关后指示灯长亮。我用一个发光二极管（LED）和一个降压限流电阻来组成插排指示灯的设计。如下图所示：
家用电压我们可视为220V交流电，发光二极管正常发光时其两端的电压约为2V，通过它的电流约为10mA，所以我用100-300K限流电阻直接与之串联，然后接到电源电路中。发光二极管的站构与普通二极管相似，由一个PN结构成，具有单向导电性。当在发光二极管上加正向电压时，发光二极管导通并发光；当加反向电压时，发光二极管截止（电阻可视为无穷大）且不发光。发光二极管D和电阻R接在正弦交流电路中时，只有在交流电压正半周期时，发光二极管导通，在负半周期时不导通。发光二极管的反向击穿电压约5V。使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
发光二极管还可分为普通单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等。
2.4 过载保护和短路保护模块 我使用一个可恢复电流过载保护器，对经过插座的负载电流超过其设计值时进行断电处理。实现对负载电气系统进行过载保护，短路保护。
负载电流过大有两种可能：①负载的负荷太大。②负载的电路中出现短路现象（发生短路时电流会变得很大，温度升高，容易产生烧毁用电器的情况）。
当插座上的电流超过额定电流时可恢复电流过载保护器就会自动切断电源，防止插座在用电器超负荷或短路状态下运行，造成用电电器及插座的损坏或供电线路电线发热老化，留下火灾隐患。排除隐患后按下过载保护器复位开关按钮就可以继续使用。
当插排所承受的负荷超出它的最大设计功率2500W时，或是负载电流与电流整定值之比超过某一数值时，可视为短路，就会自动切断电源，将从根本上避免上述危险的发生，起到过载保护和短路保护的作用。
3 结论
多功能插排在今后的生产生活中会逐步被普及，成为我们生活中必不可少的电气工具，而我设计的多功能插排还有许多需要改进的地方。我会在以后的学习生活当中再接再厉，勤于思考，认真学习，让自己不断进步。在此要感谢我的指导老师毕老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，我懂得了许多东西，也培养了我独立学习的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。
注释：
①插排按照国家的执行标准GB2099.3-1997.
设计功率：2500W-10A MAX 250V～.
過载阀值：10A±20.
参考文献：
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