1、毕业论文设计初稿毕业论文设计(初稿) ANSHUN UNIVERSITY本 科 毕 业 论 文（20132017年）题 目： 家用漏电保护插座的设计与制作 院 别： 电子与信息工程学院 专业班级： 电信2013级 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称： 起讫日期： 安顺学院本科毕业论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：安顺学院本科毕业论
2、文版权使用授权书本毕业论文作者完全了解学校有关保留、使用论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权安顺学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。 作者签名： 日期：导师签名： 日期：家用漏电保护插座的设计与制作专业：电子信息工程（职教师资方向） 学号： 姓名： 指导教师： 摘 要因为现在生产商生产的家用电器的质量有好有坏，并且人们的日常生活离不开家用电器，社会在发展，科技在发展，以后的家用电器会越来越好，越来越高端，越来越精细，越来越娇气，因此一些带有质量隐患的产品就会
3、威胁人们的生命财产安全，在家庭中，我们使用的用电器的电源基本都是由插座提供，设计一款家用漏电保护插座，可以防止火灾造成的重大经济损失以及人体触电导致死亡的情况发生。关键词：漏电保护 磁环感应 放大器 脱扣器AbstractBecause the market of electrical products and electrical products, uneven quality, has been closely linked with peoples life, with the development of science and technology, electronic prod
4、ucts in the future will be more and more high-end, more sophisticated, so some quality problems of the product will be a threat to peoples lives and property safety, in the family, we use the use of electrical appliances the power supply by the basic design of a household socket, leakage protection
5、socket, can prevent major economic losses caused by the fire and caused the death of human body electric shock.Key words: leakage protector, magnetic ring sensor, amplifier, release device1绪论.1.1引言.1.2 家用漏电保护插座的发展状况及前景.2漏电断路器的简介.2.1 漏电断路器的分类.2.2 漏电断路器的作用.3家用漏电保护插座的设计.3.1 家用漏电保护插座的总体设计.3.2 家用漏电保护插座四大
6、模块.3.3 家用漏电保护插座的工作原理.4 家用漏电保护插座的制作.4.1 磁环感应器模块的制作.4.2 放大器模块的制作.4.3 脱扣器的制作.4.4 插座接口的制作.5家用漏电保护插座的检测.6 总结.参考文献. 致谢. 1绪论1.1引言电是真实存在的能量，看不见，但是能感受到，人类很早就发现了电的存在，但一直不知道如何利用电，只当电是一种神圣的存在，对其一无所知，随着人类智慧的增加，在十八世纪，有个叫本杰明.富兰克林的人类开始尝试着对电进行了观察，慢慢的研究它，有了一定的研究后就开始对电进行了一些简单的应用，人们在使用电的过程中，发现了使用电的各种好处后，就对电产生了依赖性，我们在生活
7、或者工作中都需要用到电，电给我们提供能源，省下了大量的劳动力，电力撑起了整个世界。电是整个世界的支柱，是人类社会进步的最大功臣，它的体现不仅仅维持我们的正常生活，生产、运输更是离不开它。没有电之前，我们人类想获得能源，只能燃烧木材，煤炭等，但是木材和煤炭的燃烧会产生有害气体，是一种不科学的获得能源方式，但是电不一样，它是一种干净的能源，不产生任何有害的物质，并且我们在运输木材、煤炭这些东西时，会消耗大量的劳动力，运输电就不会，电非常的便于运输。电邮诸多的优点，但是它的缺点也很明显，电是一种危险的能量，我们在使用电的过程中，在使用不当时，或者承载电的运输线路和使用电的用电器老化，损坏的情况下，就
8、会发生漏电，引起火灾，大火的燃烧会给我们带来直接的经济损失，甚至威胁到人类的安全。查看统计结果可知，我国每年因为触电事故死亡的人有数几千人，。我们在家庭中，使用的电器电力来源基本都是插座，而设计一种家用漏电保护插座是很有必要的，家用漏电保护插座在很大程度上防止此类事件的发生，保护人们的生命财产安全不受损害。家用漏电保护插座的设计是在漏电保护器原理的基础上进行一些实用的改进，漏电保护器根据其工作原理可大致分为电压型和电流型两类，外界的因素容易影响电压型漏电保护器的工作，导致其工作性能不稳定，而且它的保护范围也比较小，目前已经逐步被市场淘汰掉，而电流型漏电保护器因其优点突出，可靠性高且局限性较小而
9、得到了人们的推广应用。1.2 家用漏电保护插座的发展状况及前景家用漏电保护插座主要针对家庭电路的使用，对于其设计所使用到的漏电保护器有着极高的要求，而漏电保护器经过大力的发展，已在全球各地广泛的使用。二十世纪之初，德国率先发明并使用电压型漏电保护器，用以防止电气设备的外壳漏电，保障操作人员的安全【1】。法国人在二十世纪五十年代左右研究出了电流型的漏电保护器，电流型的漏电保护器比电压型的漏电保护性能更加的优越，更加的可靠，得到了使用者的青睐，大约六十年代，美国人在法国人的基础上进行了改进提高了漏电保护器的电流灵敏度，这种灵敏度最小可以为5mA，过不久，欧洲人也不甘落后的研究出了电流灵敏度能到30
10、mA的电路型漏电保护器，从此，电流型漏电保护器被人们普遍的使用，一直保护着人们的生命安全和财产安全。自1970年开始，全球许多国家逐步完善了各种规章制度，强制在一些特殊场合，如大型用电场所，公共娱乐地点等人流密度较大的地方，安装漏电保护器，至此，漏电保护技术已大体发展成熟【2】。因为近现代来我国的科技发展明显楼后与西方发达国家，因此我国对于漏电保护技术的研究相比较外国来说起步较晚，自七十年代开始，随着电灯、电话、电视机等家用电器逐步步入老百姓的家庭生活，我国的用电量也开始逐年递增，触电的事故也呈现逐年递增趋势，这才引起有关部门的重视。这些年来电网水平的发展也促进了漏电保护器的应用，我国在研究、
11、生产和使用漏电保护器方面都有了巨大进步，国家的一些店里电器相关部门先后组织、审查、制定了漏电保护器的生产标准和使用标准【3】，这些标准要求漏电保护器在安装使用后，使用单位应该建立相应管理档案，对每台设备运行中的情况进行备案记录，并且每隔月份东欧需要进行测试，查看其工作性能是否可靠，确保它的保护性能没有降低，可以发挥正常的保护功能，并且应增加潮湿环境中的检测次数。随着科技的发展，人们的生活水平越来越高，生活中增加的电器设备越来越多，越来越精细，并且越来越昂贵，漏电对这些设备的威胁越来越大，家用的每一种电器的电力来源都基本经过了插座，如果我们对插座进行漏电保护设计，也就能保护到经插座供电的用电器，
12、这样，能大大的降低我们的经济损失和提高人身安全，因此，家用漏电保护插座的设计是很有必要的。2漏电保护器的简介2.1 漏电保护器的分类漏电保护器从出现以来便受到人们的青睐，经过不断地研究和快速发展，市面上漏电保护器的种类十分繁多，它所具有的各项功能也已经趋于完善，我们按照不同的方法将他们分门别类。（1）依据运行方式可以分为：需要电源进行帮助的和不需要电源帮助的；（2）依据安装方式可以分为：固定安装使用的。可以移动使用的；（3）依据保护功能可以分为：只能进行漏电保护的、具有其他功能的（如过压、过载、端相、过负荷等）；（4）依据接线方式可以分为：插孔插入式、接线安装式；（5）依据结构可以分为：组合电
13、器、机械开关电器；（6）依据故障信号的形式可以分为：电流引起动作的、电压引起动作的。2.2 漏电保护器的作用可以防止人身触电漏电保护器最重要的一项功能就是对人身触电以及财产安全提供保护【4】。人们在日常生活中得知，通过人体的电流越大对人体造成的伤害就越严重，那么人体能承受的电流和承受的时间到底有何关系呢？为此科学家进行过反复的实验，我们由此可以知道：流过人体却对人体的健康功能不会造成太大损害的电流时间最大值是30mA.s。可以防止漏电引发的火灾电器设备的漏电、配送电系统中因线路安装不正确或者电流流过金属缝产生热量，都有很大概率引发火灾。一些人认为漏电电流很大情况下才会引发火灾，就会自动忽略小范
14、围的漏电，觉得危险不大，事实上面积决定了密度，相同大小的漏电电流，当接触面积足够小时，单位面积上产生的热能密度同样会很大，因为就有很大可能引发火灾。此时旁边若有大量的干燥易燃易爆物，就会导致大规模火灾或者爆炸的发生，威胁附近人员的生命安全。所以，普遍情况下，安装漏电保护器可以防止漏电引起火灾事故的发生【5】。3 家用漏电保护插座的设计3.1家用漏电保护插座的总体设计家用漏电保护插座的总体设计是在普通插座里面装上一个小型的漏电保护器，我们的设计的使用对象是一般的家庭电路（电压为220V），我们的漏电保护器采用了电压型漏电保护器。电压型漏电保护器的设计组要分为了四大模块：磁环感应器模块、放大器模块
15、、脱扣器模块、插座接口模块。 家用漏电保护器3.2家用漏电保护插座的四大模块磁环感应器模块（1）磁环工作原理磁环感应器是漏电保护器的主要组成部分，火线和零线采用并列绕法在磁环上缠绕几圈，组成初级绕组线圈，在磁环上还有个次级线圈。当同一相的火线和零线在正常工作时，电流产生的磁通正好抵消，在次级线圈不会感应出电压。如果某一线有漏电，或未接零线，在磁环中通过的火线和零线的电流就会不平衡，而产生穿过磁环的磁通，在次级线圈中感应出电压。（2）磁环的磁性材料选择在设计中，所用的磁环的磁场强度不宜过大，可以说越小越好，磁场强度越小，对其他元件与电路的影响越小。故制作磁环的材料所选择的是软磁铁，软磁材料可以用
16、最小的外磁场实现最大的磁化强度；在软磁材料里面，本设计选择铁铝系合金，此合金含铝量为百分之六至百分之十六，具有较好的软磁性能，磁导率和电阻率较高，硬度高，耐磨性较好，由于产生的感应电压不高，感应电流不大，所以我们需要用到放大器，本设计所采用的是集成运算放大器，集成运算放大器的作用是放大电压，使放大后的电压能够驱动脱扣器工作。要使放大器工作，我们必须给它提供稳定的+5V直流电源，3.2.3放大器电源模块集成运算放大器工作，我们就必须给它提供电源，由于我们普通家庭中使用的电压为220V的交流电,所以我们要对220V的电压进行降压整流滤波处理，此设计采用了电阻降压的方式进行降压处理，用四个二极管D1
17、、D2、D3、D4组成的桥式电路进行整流处理，用一个大电容C2进行滤波处理，滤波处理以后，要使电压稳定+5V，所以又用稳压二极管Dw和电容C3及电阻R2组成的稳压电路进行了稳压处理。感应电压U4经过集成运算放大器放大后变为U5. 3.2.3.1 放大器电源模块示意图3.2.4脱扣器模块脱扣器由线圈、铁芯、弹簧组成，工作时，放大后的电流使电磁脱扣器的线圈产生磁场，铁芯吸合动作，使开关的锁扣脱开，开关在弹簧的作用下跳闸，切断电源。脱口器分为拍合式脱扣器和螺管式脱口器，拍合式电磁铁只有一个主工作气隙，另有一个棱角气隙，两个气隙的磁阻相串联，在主工作气隙较小时，棱角气隙磁阻增大不多，所以气隙磁通及吸力
18、随主工作气隙的增大而下降，吸力特性比较陡峭，螺管式脱扣器在拍合式漏电器的基础上加入了螺管式电磁铁的吸力特性，螺管式电磁铁，其漏电通过衔铁并随工作气隙值变化也对衔铁产生吸力，称为螺管力。在工作气隙增大时，主磁通产生的吸力下降，而漏磁通产生的螺管力变化不大，故它的吸力特性比较平坦，且于初始位置的吸力明显比拍合式要大，加上动铁心的惯性也比拍合式的大，可提高脱扣器的可靠性。因为螺管式脱扣器比拍合式脱扣器稳定、可靠，所以我们选用了螺管式脱扣器。当脱扣器不工作时，由于弹簧弹力的作用，铁心与线圈中心有一定的距离；当U5加载在螺管式脱口器的线圈两端时，脱扣器的线圈有电流通过，脱扣器开始工作，根据楞次定律：感应
19、电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，线圈产生的磁场力克服弹簧弹力使得铁心向着弹簧的方向移动；由于铁心连接着开关，当铁心移动时，使得开关断开，在铁心的旁边有这一个小卡子，当铁心移动时，小卡子因为弹簧的原因，卡住了铁心，使其不能复位，只有将线路中出现的故障排除，小卡子在外力的作用下复位，这时脱扣器的铁心才能复位，电路才能正常工作，所以，开关断开以后，只能人工复位。3.2.4.1脱扣器示意图3.2.5插座接口模块插座接口模块使用普通的插座，要求质量过硬，塑料外壳绝缘性上佳，硬度高，熔点高，铜芯纯度高。3.3 家用漏电保护插座的工作原理当插座上使用的用电器或者插座本身没有发生漏电时，通过磁环
20、的火线与零线的电流相同，在磁环上，火线与零线产生的磁通量方向相反，大小相等，互相抵消，此时，磁环上的次级线圈不产生感应电压，所以放大器中没有感应电压输入，故放大器没有电流输出，脱扣器不工作，开关保持原闭合状态。当插座上使用的用电器或者插座本身发生漏电时，不管是火线还是零线漏电，通过磁环上的火线与零线的电流不相同，在磁环上，火线与零线产生的磁通量方向相反，大小不相等，不能互相抵消，磁环上的次级线圈就会产生感应电压，线圈就会产生感应电流，感应电流经过放大器放大后，电流进入脱扣器线圈，脱扣器线圈就会产生磁场，磁场产生的磁场力使得铁芯与线圈吸合动作，使得开关的锁扣脱开，在弹簧的弹力作用下，开关跳闸，切
21、断电源。4家用漏电保护插座的制作4.1磁环感应器模块的制作如图所示，对于磁环感应器模块的制作，我们先在磁环上绕上次级线圈，次级线圈的匝数多些，这样能提高输出电压，绕上次级线圈以后，用胶布固定好次级线圈，并留出次级线圈两端的导线，便于接入放大器；对于要检测的火线跟零线，把火线跟零线绕磁环一圈，这样，不仅能固定住磁环的位置，同时也更加容易检测到火线与零线的电流。 4.2放大器模块的制作4.3脱扣器模块的制作4.4插座接口模块的制作6 总结在刚刚选题时，我觉得我自己选的题目并不难，可以说是简单，开题时，我对我要做的设计有很高的要求，认为自己的设计要达到很多的功能，导师告诉我，我的要求过于高了，也许我
22、做不出来，建议我降低难度，我采取了导师的建议，开始准备资料，制作材料时，我发现自己无从下手，懂得知识太少了，我开始翻起以前的专业书，温习以前的知识，发现其实不像我想得那般简单，要想做出一个成功的设计需要懂得知识太多太多，我从以前的专业书开始入手，在温习以前的专业书的过程中，我慢慢有了构思，在导师的帮助下，我开始收集更多的资料，更多的制作材料，对于设计的电路图，我跟导师讨论了许多次，在导师的指导下，我进行了一次又一次的改进，最后改进的电路图到达了自己的满意度，在制作作品的时候，失败了许多次，材料浪费了许多，在导师的鼓励下，我一次又一次的失败，总结失败的原因，最后成功的做出了作品，虽然做得不是特别
23、精巧，但是我还是很高兴，心里充满了成就感，作品制作出来后就到了写论文，在导师的监督了，我按要求认真的写完了毕业论文，非常感谢导师的严格要求和有力的监督，感谢同学朋友在我制作作品和写论文过程中的大力帮助。参考文献1李莉.漏电保护电路及测试系统设计D.电子科技大学.2012:20-21.2张月灿.基于DSP的A型漏电保护器的设计D.河北工业大学.2012:17-18.3杨风彪.漏电保护器可靠性技术的研究D.河北工业大学.2004:35-38.4刘冬.小型漏电断路器的漏电保护可靠性试验及其装置的研究D.河北工业大学2007:10-11.5陈玉兵.CM2L塑壳断路器漏电保护的可靠性研究D.苏州大学.2009:14-19致 谢本人的学位论文是在我的导师郭老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，郭老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向温老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学生活的每个可爱的同学们和尊敬的老师们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!谢谢你们!
