過欠載自動斷電插座
設計者：
（西南交通大學機械工程學院，四川省成都市犀浦鎮，611756）
作品類容簡介
通過實驗設計了乙個過欠載自動斷電的節能插座，該項產品利用空氣開關的原理製作電路板，並將電路板與家用插座相連，使該插座實現過流保護及欠壓保護的作用。我們知道，家用電路和工廠中每個插座都是接一條支路，若該支路因過流或欠壓而斷路時不會影響其他支路用電器的工作。該項產品成本低，在此基礎上還會實現避免因短路而造成所有用電器重啟後消耗很多的電能。
該項產品的作用是保護一條支路的用電器及電路，當該條支路過流或欠壓時，該條支路會自動短路，同時不影響其他支路的用電器工作，在節約重啟消耗的電能的同時還便於人們找到問題的所在，避免因總閘斷開而需要人們排查全部線路才能找到問題。
1 研製背景及意義
隨著高科技技術的迅速發展，工業化形式越發顯著，很多大型製造工廠也隨之誕生，工廠成了電能的主要使用者，節約電能是我國工廠企業一項長期、艱鉅的任務。當今工廠提出一系列的節能措施：加強工廠供電系統的科學管理、實行計畫供用電，提高能源利用率等措施，但這些措施都旨在保證工廠用電器能正常工作的情況下提出的，大家都忽略了工廠因為過載而使用電器重啟時所消耗的電能。
據研究稱：機電器開機瞬間的功率是正常執行時的7~9倍，雖然時間短，但若累積起來電量的消耗是巨大的。家用電路及所有工廠的電路安排基本上都是併聯結構，現設計一款過欠載自動斷電插座，使其控制每一條支路電流，當一條支路因過載而斷路時不會使其他支路用電器停止工作，從而實現了節約過載後重啟用電器所消耗的電能。
當前國內外都研究並使用了具有防火防漏電、專業智慧型防雷、劣化保護、保鏢防過載、愛心雙動保護門五大核心功能的插座，我們設計的這款欠載自動斷電插座又為插座功能增添了一項。
2 設計方案
設計製作中，利用空氣開關的基本原理改裝家用插座，使插座具有控制功能，當過載時自動斷開而保護其他用電器正常工作。
關鍵技術：根據空氣開關的基本原理，自行購買元器件焊接電路板，將電路板與插座相結合，串聯後即可使用。
2.1 電器控制
過流保護：當電路發生短路或嚴重過載電流時，短路電流超過瞬時脫扣整定電流值，電磁脫扣器產生足夠大的吸力，將銜鐵吸合併撞擊槓桿，使搭鉤繞轉軸座向上轉動與鎖扣脫開，鎖扣在反力彈簧的作用下將三副主觸頭分斷，切斷電源；
當線路發生一般性過載時，過載電流雖不能使電磁脫扣器動作，但能使熱元件產生一定熱量，促使雙金屬片受熱向上彎曲，推動槓桿使搭鉤與鎖扣脫開，將主觸頭分斷，切斷電源。
欠壓保護：電壓正常時，電磁吸力吸住銜鐵，主觸頭閉合。電壓嚴重下降或斷電時電磁吸力釋放，銜鐵在彈簧力的作用下向上並撞擊槓桿，是大狗繞轉軸向上轉動與鎖扣脫開，鎖扣在吸力彈簧的作用下將擔負主觸頭分析，切斷電源。
控制部分：利用這一原理製作電路板，將電路板串連接到家用插座中，實現欠載自動斷電的功能。
3 理論設計計算
假定工廠用電器工作簡易電路圖如下圖所示：
圖1工廠用電器工作簡易電路圖
當其中一條支路過載而斷開的時候，不會使總閘斷開，從而保證了其他支路的正常工作。
機電器開機瞬間的功率是正常執行時的7~9倍，若有x條支路，每條支路的總共功率為m，當有一條支路斷路時，正常情況下，所有用電器重啟，消耗電能xmt；在每條支路安裝我們設計的過欠載自動斷電插座後，當一條支路短路而用電器重啟時消耗的功率為mt，其他用電器正常工作。這麼一來，使用節能插座後消耗的電能是不使用的1/x倍，即支路越多，當發生過載斷路時節約的電能越多。
4 工作原理及效能分析
工作原理圖如下圖所示：
圖2 工作原理圖
利用cad製圖軟體繪製出如上圖所示電路板的大概電路圖。
過流保護： 當電路發生短路或嚴重過載電流時，短路電流超過瞬時脫扣整定電流值，電磁脫扣器產生足夠大的吸力，將銜鐵吸合併撞擊槓桿，使搭鉤繞轉軸座向上轉動與鎖扣脫開，鎖扣在反力彈簧的作用下將三副主觸頭分斷，切斷電源。
當線路發生一般性過載時，過載電流雖不能使電磁脫扣器動作，但能使熱元件產生一定熱量，促使雙金屬片受熱向上彎曲，推動槓桿使搭鉤與鎖扣脫開，將主觸頭分斷，切斷電源。
欠壓保護： 電壓正常時，電磁吸力吸住銜鐵，主觸頭閉合。電壓嚴重下降或斷電時，電磁吸力釋放，銜鐵在彈簧力的作用下向上並撞擊槓桿，是大狗繞轉軸向上轉動與鎖扣脫開，鎖扣在吸力彈簧的作用下將擔負主觸頭分析，切斷電源。
原理說明：將電路板中的兩條連線口連線上火線與零線，另一端介面用導線與家用插座相連，保證在通電時插座能使用電器正常工作，當支路過流或欠壓時，電路板自動短路，同時家用插座連線的用電器也停止工作。
效能分析：該產品可有多種型號，適合從家用電路到大型工廠電路，根據不同用電規模選擇合適的過欠載自動斷電插座。同時該插座成本低廉，降低了工廠消費成本，同時避免非問題路線用電器斷電重啟消耗很多的電能。
5 創新點及應用
1) 利用空氣開關原理改裝家用插座，使插座本身實現過欠載自動斷電功能，當通過用電器的電流超過額定電流或者電壓過低時可以自動斷電保護用電器和電路。
2) 該插座成本低，只需購買製作空氣開關的元器件即可組裝並製作電路板，並將其改裝入家用插座中。
3) 當支路過載斷電使用電器不工作時，工廠人員可以直接檢查出那條支路出現問題；
4) 當支路過載只會使該支路電路斷開，其他支路仍然正常工作，不只是由電容絲總閘開關單獨控制，同時節約了其他用電器因重啟而消耗的電能。
發展情景：可用於家用電路及各種大型工廠，很有利的方便了人員檢修，同時節約了很多電能。如果全國各大工廠都採用這種過欠載自動斷電插座，這將會為國家節約很大一部分電能。
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