家用多功能插排的設計

摘要：家用電器的廣泛使用，提高了人們的生活水平，也導致了因家用電器而引起的大量火災。事故的發生與家用電器的插排密切相關。普通家用插排僅具有電源指示燈、導通、斷電功能。沒有保護功能和安全事故預防功能。于是我萌發設計一個除了具有一般插排功能以外還具有防雷電、過載保護、短路保護、定時斷電等功能的多功能插排的想法。

關鍵詞：多功能插座 防雷電 過載保護 短路保護

1 概述

隨著我國社會的進步和經濟的不斷發展，人民的生活水平不斷的提高，越來越多的家用電器出現在了我們日常的生活當中，為我們提供了很大的方便，但隨之而來的是越來越多的人因為家用電源的排布不合理、家用電器不正確的使用等原因而造成人身傷害和財產損失。而其中很大一部分事故發生的原因與我們生活中常看到的插排有著這樣或那樣的關系。在偏遠落后地區的家用電源排布接線當中甚至沒有必要的電氣保護措施，一旦發生事故很有可能就是致命的，如果使用上多功能的插排，相當于對電路和家用電器起到了一層保護作用，有效預防和減少安全事故的發生，保護我們的人身安全和財產安全。

2 家用多功能插排的設計（見下圖）

2.1 插排開關模塊 我設計的是零火雙斷電源開關，因為一些人為的原因可能導致家中插座電源零線火線位置的顛倒，當我們使用單斷的開關不能確定切斷的一定是火線，可能會造成危險事故和人身傷害，如果使用的是雙斷開關就能有效的避免這一安全隱患的發生。

2.2 防雷電模塊 雷電，我們可以看做是一種強大的能量，如果說吸收雷電的能量現在的電子產品是達不到的，但是雷電的能量卻可以引導它釋放到大地，大地去“吸收”他強大的能量，從而保護到家用電器的安全。

由此可知防雷插座一般都是通過接地來釋放雷電流的原理來達到防雷效果的，再瞬間把雷電流引向大地，從而保護設備免受雷擊。如下圖所示：

基本原理是在輸入線之間并聯一個防雷電模塊，沒有雷電流的時候防雷模塊的壓敏電阻無限大；當雷電流增大，進而產生的電壓增大的時候，防雷模塊的壓敏電阻就會隨之變小，此時雷電流就會流經壓敏電阻小的防雷模塊，保護內部用電設備，保證設備線路的電流不會增大。當然流經防雷模塊的電流要立刻泄放到大地中去！所以不管是什么樣的防雷設備，接地都是非常重要的。

放電管是一種使用于設備輸入端的高壓保護元件。若其兩端的電壓高過其保護規格值時，其內部會出現短路現象，并吸收掉輸入的過高壓。

使用防雷插座的注意事項：①防雷插排的接地端要與插頭地線端子連通。②當與防雷電插排相連的插座地線端接地符合要求時，將防雷插座的插頭直接插入即可；否則，必須將防雷插排的接地端子與大地可靠連接后才能使用，否則就起不到防雷電的作用了。

2.3 插排指示燈模塊 插排上設有電源指示燈，當按下插排開關后指示燈長亮。我用一個發光二極管（LED）和一個降壓限流電阻來組成插排指示燈的設計。如下圖所示：

家用電壓我們可視為220V交流電，發光二極管正常發光時其兩端的電壓約為2V，通過它的電流約為10mA，所以我用100-300K限流電阻直接與之串聯，然后接到電源電路中。發光二極管的站構與普通二極管相似，由一個PN結構成，具有單向導電性。當在發光二極管上加正向電壓時，發光二極管導通并發光；當加反向電壓時，發光二極管截止（電阻可視為無窮大）且不發光。發光二極管D和電阻R接在正弦交流電路中時，只有在交流電壓正半周期時，發光二極管導通，在負半周期時不導通。發光二極管的反向擊穿電壓約5V。使用時必須串聯限流電阻以控制通過管子的電流。發光二極管的特點是：工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很小（有的僅零點幾毫安即可發光）。常用的是發紅光、綠光或黃光的二極管。

發光二極管還可分為普通單色發光二極管、高亮度發光二極管、超高亮度發光、變色發光二極管、閃爍發光二極管、電壓控制型發光二極管、紅外發光二極管和負阻發光二極管等。

2.4 過載保護和短路保護模塊 我使用一個可恢復電流過載保護器，對經過插座的負載電流超過其設計值時進行斷電處理。實現對負載電氣系統進行過載保護，短路保護。

負載電流過大有兩種可能：①負載的負荷太大。②負載的電路中出現短路現象（發生短路時電流會變得很大，溫度升高，容易產生燒毀用電器的情況）。

當插座上的電流超過額定電流時可恢復電流過載保護器就會自動切斷電源，防止插座在用電器超負荷或短路狀態下運行，造成用電電器及插座的損壞或供電線路電線發熱老化，留下火災隱患。排除隱患后按下過載保護器復位開關按鈕就可以繼續使用。

當插排所承受的負荷超出它的最大設計功率2500W時，或是負載電流與電流整定值之比超過某一數值時，可視為短路，就會自動切斷電源，將從根本上避免上述危險的發生，起到過載保護和短路保護的作用。

3 結論

多功能插排在今后的生產生活中會逐步被普及，成為我們生活中必不可少的電氣工具，而我設計的多功能插排還有許多需要改進的地方。我會在以后的學習生活當中再接再厲，勤于思考，認真學習，讓自己不斷進步。在此要感謝我的指導老師畢老師對我悉心的指導，感謝老師給我的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，我懂得了許多東西，也培養了我獨立學習的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。在設計過程中所學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富，使我終身受益。

注釋：

①插排按照國家的執行標準GB2099.3-1997.

設計功率：2500W-10A MAX 250V～.

過載閥值：10A±20.

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