來(lái)電自斷安全節(jié)能開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)

摘 要：來(lái)電自斷安全節(jié)能開(kāi)關(guān)，是在普通開(kāi)關(guān)基礎(chǔ)上，通過(guò)加入控制元件，使電路在斷開(kāi)之后再通電時(shí)，需要手動(dòng)開(kāi)啟，向開(kāi)關(guān)控制元器件中供電。這是一種來(lái)電自熄節(jié)能開(kāi)關(guān)，當(dāng)電網(wǎng)停電后再來(lái)電，開(kāi)關(guān)自動(dòng)處于關(guān)閉狀態(tài)，避免浪費(fèi)電能。節(jié)能開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)針對(duì)的是高校統(tǒng)一送電后，學(xué)生不使用電能所造成的電力浪費(fèi)現(xiàn)象，進(jìn)而經(jīng)改進(jìn)及創(chuàng)新發(fā)展之后，其可用于普通插座、接線排插等送電控制元件，也可用于保護(hù)實(shí)驗(yàn)室中的人員及實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

關(guān)鍵詞：控制元件；節(jié)能開(kāi)關(guān)；節(jié)能產(chǎn)品；電能

中圖分類號(hào)：TM92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.081

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種節(jié)能產(chǎn)品層出不窮。但作為人們生活中不可或缺的用電設(shè)備，卻在浪費(fèi)著巨大的能源，造成浪費(fèi)的原因之一為電路的控制部分設(shè)計(jì)不夠節(jié)能化?；谶@種背景，我們展開(kāi)了一系列的研究，并提出了節(jié)能安全開(kāi)關(guān)這一觀點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了一款簡(jiǎn)單、實(shí)用的來(lái)電自熄節(jié)能開(kāi)關(guān)。

1 項(xiàng)目研制的背景及意義

2015年，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的統(tǒng)計(jì)信息指出，全國(guó)在校大學(xué)生4 018.1萬(wàn)余人，而基本95%以上的大學(xué)生都是住校的，大學(xué)生有4人、6人寢室，粗略計(jì)算大約有800萬(wàn)間學(xué)生宿舍。如果所有的宿舍每年熄燈200次（40周×5 d，假設(shè)周末不熄燈），假設(shè)學(xué)生在當(dāng)天晚上熄燈后忘記關(guān)閉寢室電燈的概率為10%，忘記關(guān)閉臺(tái)燈的概率為60%，次日早晨來(lái)電后，2個(gè)36 W的白熾燈和6個(gè)11 W的臺(tái)燈在亮了1 h后才被關(guān)掉，則全中國(guó)大學(xué)生宿舍每年因夜晚忘記關(guān)燈而浪費(fèi)的電量約為6.0×107 kW·h。本開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)初衷是針對(duì)各個(gè)大學(xué)、中學(xué)等的用電制度，即因統(tǒng)一送電后學(xué)生不使用電能而造成的電力浪費(fèi)現(xiàn)象。在這個(gè)較大的時(shí)間差內(nèi)，造成了巨大的能源浪費(fèi)，帶來(lái)了不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，且埋下了安全隱患。

2 項(xiàng)目產(chǎn)品介紹分析

為了避免上述電力能源浪費(fèi)的不良現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試設(shè)計(jì)了電路圖。其中，開(kāi)關(guān)主要有1個(gè)常開(kāi)按鈕1SB作為開(kāi)按鈕，1個(gè)常閉按鈕1SS作為關(guān)按鈕，1個(gè)交流接觸器KM（有2個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)KM1和1個(gè)線圈1KM）；1個(gè)KM1與1SB并聯(lián)，1個(gè)KM1與電器（并聯(lián)的燈泡與插座）串聯(lián)。

當(dāng)宿舍有電時(shí)，按下常開(kāi)按鈕1SB，線圈1KM得電，2個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)KM1閉合并自鎖，電器通電，即使釋放1SB電器仍然有電；按下常關(guān)按鈕1SS，線圈1KM失電，自鎖解除，2個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)KM1由閉合轉(zhuǎn)為斷開(kāi)，電器斷電。如果在電器有電狀態(tài)下（即常開(kāi)觸點(diǎn)閉合自鎖狀態(tài)）寢室斷電，則線圈1KM失電，自鎖解除，2個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)KM1由閉合轉(zhuǎn)為斷開(kāi)，當(dāng)再次來(lái)電時(shí)，電器不會(huì)自動(dòng)通電，而需要要按下常開(kāi)開(kāi)關(guān)1SB后才會(huì)有電。

用VB模擬的邏輯電路如圖1所示。

對(duì)比分析：對(duì)于開(kāi)關(guān)的來(lái)電自熄，已經(jīng)有智能開(kāi)關(guān)具備此項(xiàng)功能，但單個(gè)售價(jià)均在50元以上，適用于有多種需求的家庭，對(duì)于相對(duì)單調(diào)的宿舍而言并不實(shí)用。同時(shí)，從國(guó)內(nèi)的現(xiàn)狀看，還沒(méi)有人就校園宿舍浪費(fèi)電量的現(xiàn)象進(jìn)行深入研究，也沒(méi)有任何設(shè)計(jì)用于改善或解決此類狀況。所以，設(shè)計(jì)一件節(jié)能省電、具有自熄斷電，且能節(jié)省成本、造價(jià)低廉的安全開(kāi)關(guān)勢(shì)在必行，這也是迎合當(dāng)今市場(chǎng)的必備產(chǎn)品。隨著開(kāi)關(guān)電源逐漸向小型化、薄型化、輕量化、高頻化的方向發(fā)展，可以預(yù)計(jì)未來(lái)具有輕、薄、小的開(kāi)關(guān)電源將在整個(gè)電源行業(yè)占據(jù)一定的市場(chǎng)。

3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

3.1 電路設(shè)計(jì)

用AutoCAD制圖，其中，L代表火線，N代表零線，1SB代表常開(kāi)按鈕，1SS代表常閉按鈕，KM為接觸器。KM1為線圈，2個(gè)1KM為常開(kāi)觸點(diǎn)，插座代表電器。

一個(gè)1KM與常開(kāi)按鈕1SB并聯(lián)，共同與常關(guān)按鈕1SS、KM1串聯(lián)；另一個(gè)1KM與電器串聯(lián)，整體與上面的電路串聯(lián)，具體如圖2所示。

當(dāng)總電源開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，代表宿舍有電，按下常開(kāi)按鈕1SB，線圈1KM得電，2個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)KM1閉合并自鎖，電器通電，即使釋放1SB電器仍然有電；按下常關(guān)按鈕1SS，線圈1KM失電，自鎖解除，2個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)KM1由閉合轉(zhuǎn)為斷開(kāi)，電器斷電，即使釋放1SS電器仍然是斷電。如果在電器通電狀態(tài)下（即常開(kāi)觸點(diǎn)閉合自鎖狀態(tài)）寢室斷電，則線圈1KM失電，自鎖解除，2個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)KM1由閉合轉(zhuǎn)為斷開(kāi)。當(dāng)再次來(lái)電時(shí)，電器不會(huì)自動(dòng)通電，而是要按下常開(kāi)開(kāi)關(guān)1SB后才會(huì)有電，進(jìn)而通過(guò)常開(kāi)開(kāi)關(guān)有效控制電的使用，避免在不使用電的情況下的浪費(fèi)電能。

3.2 工作原理

由圖2可知，當(dāng)總電源開(kāi)啟時(shí)，電路有電。此時(shí)，按下常開(kāi)按鈕1SB，開(kāi)關(guān)1SB呈閉合狀態(tài)，L—1SB—1SS—KM1—N這條線路接通，線圈KM1得電，2個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)KM1閉合并自鎖；釋放1SB時(shí)，這條線路斷開(kāi)，同時(shí)，L—1KM（下）—電器—N這條線路由于觸點(diǎn)1KM（下）的閉合而接通，電器得電，同時(shí)，L—1KM（上）—1SS—KM1—N這條線路也接通了。

當(dāng)按下常閉按鈕1SS時(shí)，開(kāi)關(guān)1SS呈斷開(kāi)狀態(tài)，線圈KM1失電，自鎖解除，2個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)KM1由閉合轉(zhuǎn)為斷開(kāi)，L—1KM（下）—電器—N這條線路因觸點(diǎn)1KM（下）的斷開(kāi)而斷電，電器斷電，同時(shí)L—1KM（上）—1SS—KM1—N這條線路也斷開(kāi)了。

如果在電器通電的狀態(tài)下（即常開(kāi)觸點(diǎn)閉合自鎖狀態(tài)）電網(wǎng)停電，則線圈1KM失電，2個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)的自鎖解除，呈斷開(kāi)狀態(tài)；當(dāng)電網(wǎng)再次來(lái)電時(shí)，接觸器的兩個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)仍然處于斷開(kāi)狀態(tài)，所以，電器并不會(huì)得電。只有在按下常開(kāi)按鈕1SB時(shí)，電器才會(huì)得電。

3.3 應(yīng)用前景

來(lái)電自熄節(jié)能開(kāi)關(guān)具有以下3個(gè)特點(diǎn)：①適用于所有學(xué)生宿舍；②操作簡(jiǎn)便，易使用；③避免了因忘記關(guān)燈而造成的電能浪費(fèi)。

全國(guó)約有學(xué)生宿舍800萬(wàn)間，當(dāng)寢室斷電后，因?qū)W生粗心忘記關(guān)燈而造成的電能浪費(fèi)巨大，因此，來(lái)電自熄節(jié)能開(kāi)關(guān)應(yīng)用市場(chǎng)潛力巨大。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，電源變壓器行業(yè)是我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)中重要的組成部份，是具有較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的電子行業(yè)之一，即使在全球金融危機(jī)的沖擊下，電子電源行業(yè)產(chǎn)值仍然達(dá)到了1 061億元，有著5%以上的增長(zhǎng)率。

隨著國(guó)家一系列宏觀刺激政策的落實(shí)及全球經(jīng)濟(jì)趨于穩(wěn)定，我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)很快恢復(fù)了發(fā)展，電子電源行業(yè)更是借勢(shì)而上。開(kāi)關(guān)電源是電子電源的主要大類產(chǎn)品，由于其具有質(zhì)量輕、小型化、輸入電壓范圍廣、功率密度/轉(zhuǎn)換效率高、待機(jī)功耗小等眾多種優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展迅速，已經(jīng)取代了線性工頻電源，應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等電子設(shè)備。

4 結(jié)束語(yǔ)

我們?cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、體積小、安全性高、安裝方便、節(jié)約能源，較適合學(xué)校等事業(yè)單位使用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：梁平平（1985—），女，研究方向?yàn)楣δ芗{米材料。

〔編輯：張思楠〕