德州學(xué)院 薄志偉 王志坤 鄭培東 劉錕 王杰

背景

隨著我們生活質(zhì)量的提高，家用電器的改善越來越豐富多樣，但也引起了很多由于家用電器方面的安全事故，大部分是電器使用的插排導(dǎo)致的，而且也伴有能源上的浪費。插排是各種用電器和電源的連接用件，在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的作用越來越重要，但目前普遍使用的插排過于單一，不易促進電器上更進一步的發(fā)展。例如，我們的手機充電問題，手機充滿電的時間大約三四個小時，充電完成時我們常常不能及時地關(guān)閉電源，或者不將充電器拔掉，這就很容易造成不必要的能源浪費、對電池的損耗以及安全隱患。

1 設(shè)計方案

智能插排采用自動化電子控制系統(tǒng)、電流互感器、發(fā)光二極管、ICBT以及其控制觸發(fā)電路組成。在普通插排的基礎(chǔ)上，每一個插孔的引線均串接一個IGBT控制電源線路的通斷和一個電流互感器實時檢測線路中電流的變化情況。和電流互感器相連的是紅綠發(fā)光二極管（指示燈）和IGBT的觸發(fā)控制電路。電流互感器檢測到的電流的變化情況則匯總到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)實際電流的大小與設(shè)定值相比較，發(fā)出相應(yīng)的電信號給IGBT的控制觸發(fā)電路。

2 工作、控制原理

智能多用插排可以實時檢測電路中電流的變化情況，并能做出準確的判斷，它主要的檢測元件為電流互感器，控制系統(tǒng)是將電流互感器檢測到的電流信號的實際值與預(yù)設(shè)值進行比較。若電流的實際值遠遠小于電流的預(yù)設(shè)值，控制系統(tǒng)給出發(fā)電路一個電信號，觸發(fā)控制電路控制IGBT關(guān)斷，切斷主電路的電流，同時綠色發(fā)光二極管亮，代表蓄電池類的電器已充電完畢；若電流的實際值大于電流的預(yù)設(shè)值，控制系統(tǒng)就會給觸發(fā)電路傳遞一個故障信號，觸發(fā)控制電路便控制IGBT關(guān)斷，同時紅色發(fā)光二極管亮，代表用電器內(nèi)部發(fā)生短路故障。在發(fā)生短路故障紅燈亮起后，如果故障沒有得到清除，控制系統(tǒng)不允許該線路再次投入到運行中，防止由于故障設(shè)備引起的故障范圍擴大，保護插排自身及其他用電設(shè)備的安全，達到消除安全隱患的目的。

但是也不排除電路中由于電壓電流的瞬時閃變造成控制系統(tǒng)的誤動作，這就要求控制電路具有重合閘能力，即在控制系統(tǒng)檢測到故障信號IGBT關(guān)斷之后，控制系統(tǒng)在短的時間內(nèi)應(yīng)控制IGBT再次開通。如果重合閘后檢測到的電流在給定值范圍之內(nèi)，則證明是由于電路中的瞬時過電流引起的控制系統(tǒng)的誤動作；如果檢測到的電流仍然大于電流的給定值時，則證明電路中的確存在短路故障，IGBT關(guān)斷并在故障清除前保持關(guān)斷狀態(tài)。應(yīng)當注意的是，重合閘的次數(shù)設(shè)置一次為優(yōu)，這樣不僅滿足了防止控制系統(tǒng)的誤動作，還能防止故障狀態(tài)下重合閘引起的故障范圍的再次擴大。

此外該智能多用插排還有定時通斷電源的功能。在其控制系統(tǒng)中有定時電路和繼電器組成的定時裝置，能夠使該插排上的用電器在規(guī)定的時間內(nèi)開關(guān)，在一定程度上可以節(jié)省時間與能源。例如，在夏天忙碌了一天的工作之后，人們可以通過定時裝置設(shè)定在回家前的半小時或幾分鐘前開啟空調(diào)，讓房間提前制冷，這樣回到家后便可以享受到?jīng)鏊沫h(huán)境帶來舒適的感覺，而不再像以前回到家中還要忍受悶熱的空氣給人們帶來的煩躁情緒。同樣也可以將電飯鍋提前插在智能插座上，這樣既不需要擔心由于過電流引起的火災(zāi)事故，也可以為工作后回到家中做飯節(jié)省一定的時間。

智能多用插排不僅具有節(jié)電節(jié)能、易用環(huán)保、功能齊全以及安全可靠等特點，適應(yīng)于連接電視、電腦、冰箱、電燈等各種用電設(shè)備，具有一般普通插排的功能，還具有過電流保護、定時通斷電等功能，各方面更加優(yōu)化智能，更趨于完善、人性化。

3 應(yīng)用前景

作為家用電器的最為關(guān)鍵的部分之一，智能多用插排在現(xiàn)在及以后的生活中，功能和外觀上會越來越完善和多樣化，甚至?xí)龠M一些用電設(shè)備的進一步優(yōu)化創(chuàng)新，從長遠的角度來看，尤其是無人看管的高度自動化控制設(shè)施，給城市居民的日常生活帶來了極大的便利。插排的優(yōu)化改進也能促進節(jié)電節(jié)能，進一步提高電能的使用效率，響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展的政策。目前，插排是使用頻率最高的電器之一，擁有廣闊的市場前景，而且適應(yīng)于大批量生產(chǎn)，非常有助于市場上的推廣，這也為智能多用插排的普及以及發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)，更加促進未來生活的豐富多彩、和諧美好。