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旭華電子分享家用無孔插座的設計

發布時間:2015-2-5 9:17:7  浏覽:

隨著人們在工作和生活中對電能越來越依賴,每年因爲插座的剩余電流或者不小心接觸到金屬而導致的觸電事故在逐漸上升。尤其是在一些有小孩的家庭,由于小孩不小心把金屬物品插進插座而導致觸電死亡的案例越來越多。因此,不僅要考慮插座是否會産生剩余電流,還要擔心插座的插孔問題。雖然目前市場上售一些對插孔有一定保護作用的插座,但並不能保證不觸電,並且在浴室等一些水汽比較重的地方,一般的插座容易發生短路或者在人接觸插座時發生觸電。無插孔插座能夠解決這一系列的問題,而且也不需考慮因爲水汽而發生短路的問題,還能解決插座對牆面的美觀問題。

無孔插座是利用電磁感應原理來進行無線電力傳輸的,就是將一次側接收的電能轉化成磁場能,再通過耦合的方式傳遞到二次側,這個過程中無需導體的接觸。設想在一次側連接電磁轉換模塊,其與電源相連以接收電能,並轉化成磁場能; 在二次側連接磁電轉換電能接收裝置,其與用電電器相連,將磁場能再轉化成電能,並提供給電器使用。

1、插座工作原理

磁電轉換電能接收裝置連接用電電器,將其靠近無孔插座,內部的弱性磁鐵吸合電磁轉換模塊內部的幹簧管,給電磁轉換模塊通電,將電力轉換成磁場能。然後,磁電轉換電能接收裝置接收磁場産生的電流,供用電電器使用,使電路可以正常工作。同時,電磁轉換模塊産生的磁性使磁電轉換電能接收裝置能吸附于它的上面,形成完整的隔離變壓器形態,從而完成電能傳送功能。

電磁轉換模塊如圖1所示。磁電轉換電能接收裝置靠近電磁轉換模塊,將電磁轉換模塊內部的幹簧管吸合,給內部的線圈通電,電磁轉換模塊將電能轉換成磁場; 當磁電轉換電能接收裝置離開電磁轉換模塊後,幹簧管斷開,電磁轉換模塊停止工作。

 無孔插座的設計

磁電轉換電能接收裝置如圖2所示。先把用電電器連接到磁電轉換電能接收裝置,再將其靠近無孔插座,無孔插座內部的幹簧管吸合導通,磁電轉換電能接收裝置接收磁場産生電流,供用電電器使用。當外部電路短路或者電流過大時,導致熔斷器損壞,切斷電源。

無孔插座的設計2

無孔插座示意圖如圖3 所示。當兩模塊緊密結合後,就形成了一個隔離變壓器的工作形態。隔離變壓器是一種1:1的變壓器,除了能傳遞電能外,還能防止觸電和過濾雜波,起到安全和抗幹擾的作用。當然,隔離變壓器只能用在供電功率較小#線路較短的場合,因此研制的無孔插座只適用于家庭環境。

無孔插座的設計3

磁電轉換電能接收裝置外觀如圖4所示。該裝置應具備用電電器連接用的插座孔,同時爲防止用電電器發生短路故障,設置可換的熔斷器。

無孔插座的設計4

2、插座優勢與技術特點

無孔插座具有如下幾大優點:

(1) 家用插座的使用量非常大,無孔插座在安裝方法和操作習慣上改變都很小,適宜大範圍推廣。

(2) 無孔插座的核心是隔離變壓器,其技術成熟且實施成本較低,因此開發後的無孔插座成本增加不大,能進行批量生産,具有較好的經濟效益。

(3) 無孔插座能極大地提高家庭用電的安全性,減少各類用電事故的發生,社會效益明顯。

該無孔插座解決了以下三個技術難題:

(4) 傳輸效率問題。電磁轉換模塊與磁電轉換電能接收裝置中的導磁金屬體是分開的,將會導致兩個模塊之間的磁路産生空氣間隙。當磁路之間存在空氣隙時,變壓器的傳輸效率嚴重下降。

內部磁路尺寸圖如圖5所示。

無孔插座的設計5

    圖5中,經過理論計算,如果兩個模塊之間的磁路存在0.02 mm的空氣隙,就會造成24%的電能損耗。

    因此,電磁轉換模塊和磁電轉換電能接收裝置中的導磁金屬體外露,不采用非導磁材料進行隔離。同時在外型設計時,要確保讓兩個模塊中的導磁金屬體能緊密接觸,以減小空氣隙(甚至可以忽略不計)。

   (2)模塊吸附問題。給電磁轉換模塊通電後,模塊內的硅鋼金屬體被磁化,産生的吸引力吸引磁電轉換電能接收裝置中的鑄鋼金屬體。如果吸引力不足,就會造成模塊下滑掉落。因此,需在實驗室中多次進行試驗,計算出最合適的金屬體大小和重量,使磁電轉換電能接收模塊能夠吸附在電磁轉換裝置模塊上,不滑落,又能易于取下。

   (3)功率問題。雖然采用導磁金屬體緊密接觸的方法,但受安裝尺寸的限制,無孔插座能帶動200 W以下負載工作Sh後,線圈溫升不超過40℃,完全符合漆包線的安全要求,同時對使用環境無危害。

3、插座保護功能

   (1)直接觸電保護與間接觸電保護。

    ①直接觸電保護:無孔插座采用了隔離變壓器技術,提供給用電電器的電源屬于安全電源,能起到保護、防雷、濾波作用。磁電轉換電能接收裝置的電源線不與大地相連,當人接觸到其中的任意一根線時不會發生觸電的事故。

    ②間接觸電保護:只要用電器插在無孔插座上,當用電器産生剩余電流時,即使人接觸到用電器的金屬外殼,也不會發生觸電事故,保障了人身安全。

   (2)過流保護。當外部用電電器線路發生短路或産生嚴重過載電流時,磁電轉換電能接收裝置內的熔斷器就會燒斷,從而切斷電源,避免由于短路損壞無孔插座。

   (3)跳閘保護。連接在無孔插座上的電器,如發生短路只會導致該電器不能正常工作,並不會影響其他用電設備。

4、結語

    家用無孔插座的表面沒有插孔,只需把用電電器的插頭插在一個磁電轉換電能接收裝置上,當其靠近無孔插座時,依靠電磁轉換模塊自動吸附在無孔插座表面進行電能的傳輸,從而使電器通電工作。家用無孔插座具有直接與間接觸電保護、過流保護、跳閘保護等功能。

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