教你做单相限电器

本装置能够自动限制一户或几户家庭(或职工、学生宿舍楼)的用电量，其定量供电功率在300～1200W范围内连续可调，它是计划供电、节约用电的有效装置，可从根本上杜绝窃电、违章使用电炉等行为。当用户用电负荷超过规定值时，本装置可自动切断用户电源，同时发出告警声;以后每隔1min(可调)对用户负荷情况检测一次，直到用电负荷降低到限定值后，才停止告警，并自动恢复正常供电。

本装置适用于220V、50Hz单相交流电源，电压在170～240V之间变化都能正常工作。装置平时自身消耗功率<0.4W。

弄懂工作原理

单相限电器的电路如图32-1所示。T为电抗变换器，它与晶体二极管VD1、电阻器R1、电容器C1和微调电位器RP等组成了用户负荷检测电路。调整微调电位器RP的阻值，可改变输出检测信号的幅值，从而使用电限额在一定范围内连续可调。此外，电阻器R1和电容器C1还具有延时作用，能够避免负载较大启动电流对电路产生的误动作。晶体三极管VT、稳压二极管VD2和电阻器R2等组成了电子开关。“555”时基集成电路A和电阻器R3、电容器C4等组成了典型单稳态延时电路，通过调整电阻器R3或电容器C4的数值，可改变延时时间。电磁继电器K为执行机构，其转换触点KZ直接控制用户电源和交流讯响器HA的电源通断。电容器C6、晶体二极管VD5～VD8、稳压二极管VD4、电容器C5等组成了降压整流滤波电路，向单稳态及执行电路提供所需的12V直流电源。

图32-1 单相限电器电路图

平时，用户用电量未超过限定值(调微调电位器RP自定)时，电抗变换器T的初级绕组流过的电流较小，它的次级感应到的信号电压亦较弱，经晶体二极管VD1整流、电容器C1滤波和微调电位器RP分压后，不足以击穿稳压二极管VD2，故晶体三极管VT截止，由时基集成电路A等元器件构成的单稳态电路处于稳定状态，时基集成电路A的第3脚输出低电平，电磁继电器K无电处于释放状态，交流讯响器HA无电不发声，用户供电正常。

当用户用电量增加并超过限定值时，电抗变换器T的次级感应电压增大，微调电位器RP输出的分压值也增大，稳压二极管VD2被击穿(确切讲应该是导通)，晶体三极管VT获得偏流而饱和导通，时基集成电路A的第2脚由高电位转为低电位，单稳态电路受触发翻转进入暂稳态，时基集成电路A的第3脚输出高电平，电磁继电器K得电吸合，其转换触点KZ迅速切断用户电源，并使交流讯响器HA得电发出告警声。这时，延时电路中的电容器C4通过电阻器R3开始充电，并使时基集成电路A的阈值输入端(第6脚)电位不断上升，并最终使单稳态电路翻转复位，时基集成电路A的第3脚又恢复为低电平，电磁继电器K断电释放，其转换触点KZ重新接通用户电源、断开交流讯响器HA电源。如果此时用电负荷仍未减小，电路则重复上述过程，直至用户用电量减小到限定值以下，电路才恢复正常供电。

准备好元器件

本制作共用了23个元器件，备料清单见表32。

表32 元器件清单

续表

A选用NE555型“555”时基集成电路，其引脚排列见图15-2。NE555也可用SL555、LM555或μA555型等同类时基集成电路来直接代换。

VT用9014(集电极最大允许电流ICM=100mA，集电极最大允许功耗PCM=310mW)或3DG8型硅NPN小功率三极管，要求电流放大系数β>40，VD1用1N4148型硅开关二极管;VD2用稳定电压是2V左右的普通硅稳压二极管，如2CW50、1N4615型等;VD4用稳定电压是12V、最大耗散功率是1W的普通硅稳压二极管，如2CW110、1N4742型等;VD3、VD5～VD8均用1N4004或1N4007型硅整流二极管。

RP用WS-2型自锁式有机实芯微调电位器，标称阻值为5.1kΩ。R1～R3均用RTX-1/8W型碳膜电阻器，标称阻值依次为1kΩ、43kΩ和510kΩ。C1、C4、C5均用CD11-25V型电解电容器，标称容量依次为220μF、100μF、100μF;C2、C3均用CT1型瓷介电容器，标称容量分别为0.047μF和0.01μF;C6用优质CBB13-630V型聚丙烯电容器，标称容量为0.47μF。

K采用JQX-4F型电磁继电器，要求线圈额定工作电压为直流12V，吸合电流≤20mA，触点形式选2Z那种;使用时，将两组转换触点并联起来，以增大其负荷容量。HA为交流220V小型讯响器，亦可用220V小型交流电铃来直接代换。

电抗变换器T需要自制，铁芯选用GEI-12型，舌宽12mm，叠片厚度15mm。先用φ0.1mm漆包线绕1000匝作为次级;垫上几层绝缘纸后，用φ1.5mm漆包线排绕6匝作为初级。最后，将铁芯对插即可。

制作与使用

图32-2所示为该单相限电器的印制电路板接线图，印制电路板实际尺寸约为90mm×55mm。印制电路板也可直接采用相同大小的单孔“洞洞板”，并充分利用元器件引脚飞线连接，以省去加工专用印制电路板的麻烦。

图32-2 单相限电器印制电路板图

整个电路全部焊装在绝缘性良好的仪器专用盒中。盒面板开孔固定微调电位器RP和交流讯响器HA;盒内4根外引线可通过电工常用的4眼胶木接线端子接出，以方便使用。本装置只要元器件质量有保证，焊接无差错，便可投入使用。

实际使用时，在照明线路入户(楼)处按图32-2所示串入本装置，在用户正常用电(允许工作的电器具都通电)的条件下，微调电位器RP，使交流讯响器HA处于临界发声状态即可。如嫌每次超负荷自断电报警时间太长(或太短)，可通过适当减小(或增大)电阻器R3的阻值来加以调节。如果正常供电功率超过1200W，可断开电磁继电器K的常闭触点，在交流讯响器HA两端并联一只220V交流接触器，通过接触器大容量的常闭触头再去控制供电回路。