自動斷電節(jié)能開關(guān)的設(shè)計

【摘 要】很多電器設(shè)備在待機(jī)的時候都會損耗能量，雖然這部分能量很小，但是日積月累就是不小的數(shù)目。本文設(shè)計的節(jié)能開關(guān)在接通電路后，如果電器不工作連續(xù)待機(jī)約三分鐘，節(jié)能開關(guān)將自動將電器的電源斷開以避免電器長時間工作在待機(jī)狀態(tài)，從而達(dá)到節(jié)約待機(jī)能耗的目的。

【關(guān)鍵詞】自動斷開電路，節(jié)能開關(guān)，設(shè)計

1、引言

很多電器在待機(jī)的時候會損耗能量，例如電視機(jī)待機(jī)時有8瓦-19瓦能耗；電動車充電，充滿不能及時拔掉，沖完電后的空損耗約8瓦，雖然這部分能量很小，但是日積月累也是不小的數(shù)目，全國像這種電器的損耗量總和顯然是很大的，這種損耗浪費有悖于當(dāng)前環(huán)保的理念，有時還會因為熱量的累積而發(fā)生火災(zāi)，危及人身生命財產(chǎn)安全，為此本文設(shè)計了一種節(jié)能開關(guān)。該節(jié)能開關(guān)在接通電路后，如果電器沒有轉(zhuǎn)到工作狀態(tài)，連續(xù)待機(jī)約三分鐘后，它將自動將電器的電源斷開，以避免電器長時間工作在待機(jī)狀態(tài)，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。

2.設(shè)計和原理

2.1設(shè)計思路

開關(guān)的整個電路由帶有受控的按鍵自鎖開關(guān)、待機(jī)和工作狀態(tài)采樣電路、比較電路、三分鐘的計時電路及其供電電路五個部分組成，如下圖1所示是方框圖。當(dāng)按下受控按鍵自鎖開關(guān)后，電源和電器、開關(guān)電路部分接通并自鎖，同時采樣電路如果采集到的是待機(jī)狀態(tài)，則比較電路產(chǎn)生控制信號給計時器，計時器開始計時，當(dāng)計時到規(guī)定時間后發(fā)出信號迫使受控按鍵自鎖開關(guān)斷開，就避免了電器長時間工作在待機(jī)狀態(tài)；如果在計時器計時過程中采樣電路采集到是電器處于正常工作狀態(tài)，比較電路產(chǎn)生控制信號迫使計時器停止工作，計時電路不產(chǎn)生任何信號，自鎖開關(guān)繼續(xù)維持正常工作接通狀態(tài)。

2.2. 電路工作原理

如下圖2所示是該開關(guān)電路原理圖。

首先介紹自鎖開關(guān)的基本原理：自鎖開關(guān)可以采用具有電磁控制斷開的按鍵自鎖開關(guān)，

該開關(guān)在電磁鐵線圈通電時將原來閉合的開關(guān)斷開。具體細(xì)節(jié)是：在按下該自鎖開關(guān)按鍵后，自鎖開關(guān)的壓板向下運(yùn)動，限位鉤沿著壓板內(nèi)的曲線槽向上移動至最上端。由于曲線槽為斜面臺階式，故限位鉤只能沿一個方向滑動而不能后退。此時，手離開按鍵后，限位鉤向下回復(fù)至壓板內(nèi)曲線槽的限定位置，壓板停止動作。壓板上的圓鎖沿著動簧片滑動，使觸點閉合，電器通電。再次接下自鎖開關(guān)按鍵，壓板向下運(yùn)動。限位釣從壓板內(nèi)的曲線糟限定位移動到壓板內(nèi)曲線槽的另一個最下端。此時手離開按鍵后，限位鉤將移動到壓板內(nèi)曲線槽的最下端，壓板在彈簧的彈力作用下向上運(yùn)動，壓板下的圓鎖沿著動簧片滑動，使觸點斷開，將電器的電源切斷。如果給自鎖開關(guān)上的電磁鐵線圈通電，銜鐵吸合，通過拉桿使限位鉤移到壓板內(nèi)曲線槽的最下端，壓板在彈簧的彈力作用下向上運(yùn)動，使觸點斷開，將電器電源切斷。

其次是電路的基本原理：圖中VD1、KM、IC1是受控自鎖開關(guān)電路部分；555電路（包括R2、R3、C2、C3、VT1）擔(dān)任計時和比較工作； R1、T1、VD2、C1、RP1、VT2 、VT3、R4、R5、R6、LED、KM1是采樣電路；C4、7812、VD3～VD6、T2是555計時電路的供電部分。

當(dāng)按下按鍵自鎖開關(guān)時，開關(guān)電路和電器得電，同時開關(guān)自鎖，開關(guān)電磁線圈沒有電流通過，其原因是開機(jī)時電容C3兩端電壓處于低電位，555電路輸出端3是高電位，三極管VT1截止，光耦合電路中發(fā)光二極管不發(fā)光，內(nèi)部光電三極管沒有電流通過。如果電路導(dǎo)通后電器工作在待機(jī)狀態(tài)，電阻R1的電壓較小這時三極管VT2截止，繼電器KM1開關(guān)斷開，電容器C3開始充電，如果持續(xù)待機(jī)，那經(jīng)過約三分鐘延時后，電容充電到使555電路2、6腳電壓為高電位，則輸出端3由高電位變?yōu)榈碗娢?，結(jié)果三極管VT1由截止變?yōu)閷?dǎo)通，光耦合電路中發(fā)光二極管發(fā)光，內(nèi)部光電三極管有電流通過使開關(guān)電磁線圈通電，銜鐵吸合，通過拉桿使限位鉤移到壓板內(nèi)曲線槽的最下端，壓板在彈簧的彈力作用下向上運(yùn)動，使觸點斷開，將電器的電源切斷。

如果在待機(jī)期間電器轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)，電路電流變大使電阻R1電壓增大，三極管VT2將由截止變?yōu)閷?dǎo)通，繼電器KM1開關(guān)閉合，將電容器C3被短接，電容器沒法充電，2、6腳輸入電壓始終為低電位，輸出端3腳輸出高電位，三極管VT1截止，KM中電磁線圈無電流通過，開關(guān)維持自鎖不變，電路持續(xù)工作在電器正常工作狀態(tài)不變。

其中555計時等電路的電能是由變壓器T2降壓后經(jīng)VD3～VD6橋式整流、C4濾波、7812穩(wěn)壓得到12伏電壓提供。采樣電路中電位器RP1的作用是用于調(diào)節(jié)，使電路在待機(jī)狀態(tài)下使三極管VT2截止，繼電器KM1開關(guān)斷開，指示發(fā)光二極管LED熄滅。所以剛第一次使用時需要滑動RP1觸頭上下移動改變電阻使發(fā)光由點亮剛好轉(zhuǎn)變?yōu)橄?，這時電路處于待機(jī)狀態(tài)。如果電器轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)該指示燈LED點亮。電路中二極管VD1VD2的作用都是整流。電容C1的作用是濾波。R4、R5、R6和VT3的作用是當(dāng)電器工作在待機(jī)狀態(tài)，VT2截止，VT3導(dǎo)通，使R5兩端電壓降低，VT2基極發(fā)射極之間電壓降低，加速VT2截止；反之如果電器進(jìn)入正常工作狀態(tài)，VT2導(dǎo)通，VT3截止，使R5兩端電壓升高，VT2基極發(fā)射極之間電壓也升高，加速VT2導(dǎo)通，這樣就提高了電路抗干擾（比如電壓的不穩(wěn)定等）能力和可靠性。

3.實驗要求

按鍵自鎖開關(guān)KM采用的是洗衣機(jī)的按鍵自鎖開關(guān)；根據(jù)公式：

可知555計時電路的計時時間約三分鐘；R1不宜太大，否則會產(chǎn)生過大壓降影響負(fù)載工作，可以采用大功率的水泥電阻或繞線電阻，也可以用粗導(dǎo)線自行繞制；變壓器T1是小型升壓變壓器，為了提高采樣電壓，其匝數(shù)比N1：N2大約取1：50，最好能自己制作，也可以用小型電源變壓器原次級反向使用代替；其他元件沒有特別的要求，整個電路可以安裝在插座盒里，也可以將嵌入到電器的電路中。

4.結(jié)論

本文設(shè)計的這種節(jié)能開關(guān)具有新穎，成本低，容易實現(xiàn)、使用方便的特點。它能自動斷開電路以避免電器長時間工作在待機(jī)狀態(tài)，實現(xiàn)了節(jié)約能耗、避免火災(zāi)的作用，適合大眾環(huán)保、安全的理念，很值得推廣應(yīng)用。

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作者簡介：覃緩貴，男，1964年7月生，1986年7月畢業(yè)于廣西師范大學(xué)，專業(yè)：電路與系統(tǒng)，1986年7月參加工作（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院），1992年12月獲得講師職務(wù)資格，現(xiàn)任職務(wù)：專職教師。