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旭华电子分享家用无孔插座的设计

发布时间:2015-2-5 9:17:7  浏览:

随着人们在工作和生活中对电能越来越依赖,每年因为插座的剩余电流或者不小心接触到金属而导致的触电事故在逐渐上升。尤其是在一些有小孩的家庭,由于小孩不小心把金属物品插进插座而导致触电死亡的案例越来越多。因此,不仅要考虑插座是否会产生剩余电流,还要担心插座的插孔问题。虽然目前市场上售一些对插孔有一定保护作用的插座,但并不能保证不触电,并且在浴室等一些水汽比较重的地方,一般的插座容易发生短路或者在人接触插座时发生触电。无插孔插座能够解决这一系列的问题,而且也不需考虑因为水汽而发生短路的问题,还能解决插座对墙面的美观问题。

无孔插座是利用电磁感应原理来进行无线电力传输的,就是将一次侧接收的电能转化成磁场能,再通过耦合的方式传递到二次侧,这个过程中无需导体的接触。设想在一次侧连接电磁转换模块,其与电源相连以接收电能,并转化成磁场能; 在二次侧连接磁电转换电能接收装置,其与用电电器相连,将磁场能再转化成电能,并提供给电器使用。

1、插座工作原理

磁电转换电能接收装置连接用电电器,将其靠近无孔插座,内部的弱性磁铁吸合电磁转换模块内部的干簧管,给电磁转换模块通电,将电力转换成磁场能。然后,磁电转换电能接收装置接收磁场产生的电流,供用电电器使用,使电路可以正常工作。同时,电磁转换模块产生的磁性使磁电转换电能接收装置能吸附于它的上面,形成完整的隔离变压器形态,从而完成电能传送功能。

电磁转换模块如图1所示。磁电转换电能接收装置靠近电磁转换模块,将电磁转换模块内部的干簧管吸合,给内部的线圈通电,电磁转换模块将电能转换成磁场; 当磁电转换电能接收装置离开电磁转换模块后,干簧管断开,电磁转换模块停止工作。

 无孔插座的设计

磁电转换电能接收装置如图2所示。先把用电电器连接到磁电转换电能接收装置,再将其靠近无孔插座,无孔插座内部的干簧管吸合导通,磁电转换电能接收装置接收磁场产生电流,供用电电器使用。当外部电路短路或者电流过大时,导致熔断器损坏,切断电源。

无孔插座的设计2

无孔插座示意图如图3 所示。当两模块紧密结合后,就形成了一个隔离变压器的工作形态。隔离变压器是一种1:1的变压器,除了能传递电能外,还能防止触电和过滤杂波,起到安全和抗干扰的作用。当然,隔离变压器只能用在供电功率较小#线路较短的场合,因此研制的无孔插座只适用于家庭环境。

无孔插座的设计3

磁电转换电能接收装置外观如图4所示。该装置应具备用电电器连接用的插座孔,同时为防止用电电器发生短路故障,设置可换的熔断器。

无孔插座的设计4

2、插座优势与技术特点

无孔插座具有如下几大优点:

(1) 家用插座的使用量非常大,无孔插座在安装方法和操作习惯上改变都很小,适宜大范围推广。

(2) 无孔插座的核心是隔离变压器,其技术成熟且实施成本较低,因此开发后的无孔插座成本增加不大,能进行批量生产,具有较好的经济效益。

(3) 无孔插座能极大地提高家庭用电的安全性,减少各类用电事故的发生,社会效益明显。

该无孔插座解决了以下三个技术难题:

(4) 传输效率问题。电磁转换模块与磁电转换电能接收装置中的导磁金属体是分开的,将会导致两个模块之间的磁路产生空气间隙。当磁路之间存在空气隙时,变压器的传输效率严重下降。

内部磁路尺寸图如图5所示。

无孔插座的设计5

    图5中,经过理论计算,如果两个模块之间的磁路存在0.02 mm的空气隙,就会造成24%的电能损耗。

    因此,电磁转换模块和磁电转换电能接收装置中的导磁金属体外露,不采用非导磁材料进行隔离。同时在外型设计时,要确保让两个模块中的导磁金属体能紧密接触,以减小空气隙(甚至可以忽略不计)。

   (2)模块吸附问题。给电磁转换模块通电后,模块内的硅钢金属体被磁化,产生的吸引力吸引磁电转换电能接收装置中的铸钢金属体。如果吸引力不足,就会造成模块下滑掉落。因此,需在实验室中多次进行试验,计算出最合适的金属体大小和重量,使磁电转换电能接收模块能够吸附在电磁转换装置模块上,不滑落,又能易于取下。

   (3)功率问题。虽然采用导磁金属体紧密接触的方法,但受安装尺寸的限制,无孔插座能带动200 W以下负载工作Sh后,线圈温升不超过40℃,完全符合漆包线的安全要求,同时对使用环境无危害。

3、插座保护功能

   (1)直接触电保护与间接触电保护。

    ①直接触电保护:无孔插座采用了隔离变压器技术,提供给用电电器的电源属于安全电源,能起到保护、防雷、滤波作用。磁电转换电能接收装置的电源线不与大地相连,当人接触到其中的任意一根线时不会发生触电的事故。

    ②间接触电保护:只要用电器插在无孔插座上,当用电器产生剩余电流时,即使人接触到用电器的金属外壳,也不会发生触电事故,保障了人身安全。

   (2)过流保护。当外部用电电器线路发生短路或产生严重过载电流时,磁电转换电能接收装置内的熔断器就会烧断,从而切断电源,避免由于短路损坏无孔插座。

   (3)跳闸保护。连接在无孔插座上的电器,如发生短路只会导致该电器不能正常工作,并不会影响其他用电设备。

4、结语

    家用无孔插座的表面没有插孔,只需把用电电器的插头插在一个磁电转换电能接收装置上,当其靠近无孔插座时,依靠电磁转换模块自动吸附在无孔插座表面进行电能的传输,从而使电器通电工作。家用无孔插座具有直接与间接触电保护、过流保护、跳闸保护等功能。

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