家電延時保護(hù)器

1、武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名：_ 專業(yè)班級：_電信09_指導(dǎo)教師：_劉運茍_ 工作單位：_信息工程學(xué)院_題 目：家電延時保護(hù)器初始條件：具備模擬電子電路的理論知識；具備模擬電路基本電路的設(shè)計能力；具備模擬電路的基本調(diào)試手段；自選相關(guān)電子器件；可以使用實驗室儀器調(diào)試。要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、輸入電壓198240v時，給負(fù)載正常供電，顯示2、輸入電壓，及時，對負(fù)載斷電，并作高低超壓顯示3、電壓恢復(fù)正常后，延時5秒，恢復(fù)供電4、25w燈泡作負(fù)載5、安裝調(diào)試并完成符合學(xué)校要求的設(shè)計說明書6、設(shè)計電源；7、焊接：采

2、用實驗板完成，不得使用面包板。時間安排： 十八周一周，其中3天硬件設(shè)計，2天硬件調(diào)試指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目 錄摘要·····································

3、;···························I1 課題的提出依據(jù)和意義····················

4、3;·······················12 本課題的主要任務(wù)和研究內(nèi)容························

5、··············12.1 本課題的主要任務(wù)··································

6、;·········12.2 本課題研究的主要內(nèi)容······································&#

7、183;23 電路組成和工作原理··············································33.1 直流穩(wěn)

8、壓電流部分···········································43.2 延時電路····

9、3;··············································44 電路元器件的選擇與計算·&#

10、183;········································64.1 定時器IC的選擇·······&

11、#183;····································64.2 電壓取樣單元元件選擇··········

12、3;····························74.3 延時電路元件選擇···················

13、83;·······················84.4 直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇·······················

14、3;···········85 電路的仿真·····································&#

15、183;················96 設(shè)計心得體會································

16、;···················13參考文獻(xiàn)······························

17、;·····························14摘 要隨著我國人們生活水平的提高，電冰箱已經(jīng)逐漸成為我國廣大居民家庭生活必備的一種家用電器。然而，電冰箱的驅(qū)動電機在一定的電壓范圍內(nèi)才能正常工作，供電電壓過高或過低很容易導(dǎo)致繞組線圈燒毀。因此，電冰箱易損壞或壽命短是困擾人們的一個問題。究其原因，

18、供電電壓波動、瞬時斷電是電冰箱損壞或壽命縮短的主要原因之一。而對于絕大多數(shù)家用電冰箱來說，瞬時斷電與電壓波動幾乎是不可避免的。為此，我們利用變壓器，再配以控制電路設(shè)計了一種自動穩(wěn)壓、自動延時的電冰箱保護(hù)器，該多功能電冰箱保護(hù)器能夠根據(jù)負(fù)載電流判斷線路中的各種故障并及時進(jìn)行保護(hù)，最大限度的降低對人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊?，是一種經(jīng)濟(jì)實用的電冰箱保護(hù)器。電冰箱延時保護(hù)器，它可以在電冰箱起動過程中，在突然停電后，又立即恢復(fù)供電的情況下自動延時38分種，從而使電冰箱毛細(xì)管進(jìn)、出二端的壓差得到消除，防止冰箱電動機因過載起動或其他部件因過載起動而造成的損壞，有效地保證電冰箱的正常使用。本實用新型由直流電源、繼電器

19、和延時電路構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，成本低廉等優(yōu)點，它可以安裝在電冰箱內(nèi)和電冰箱控制電路構(gòu)成一體，也可單獨成立，作為電冰箱使用時的一個配件。關(guān)鍵詞：電冰箱保護(hù)器；綜合保護(hù)器；保護(hù)特性；仿真1 課題的提出依據(jù)和意義電冰箱的驅(qū)動電機在一定的電壓范圍內(nèi)才能正常工作，供電電壓過高或過低很容易導(dǎo)致繞組線圈燒毀；另外，當(dāng)電冰箱正在工作時突然斷電而又立即通電時，電冰箱的壓縮機所承受的啟動電流要比正常啟動電流大好幾倍，導(dǎo)致壓縮泵內(nèi)壓力很高，使驅(qū)動電機負(fù)荷過載，也容易燒毀電機。因此，電冰箱需要一個保護(hù)器對其進(jìn)行檢測和保護(hù)。2 本課題的主要任務(wù)和研究內(nèi)容2.1本課題的主要任務(wù)電冰箱是一種間歇工作的家庭電器，在

20、接通電源后，其壓縮電動機處于啟動、運行、終止的反復(fù)循環(huán)過程。根據(jù)我國家用電冰箱技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，電冰箱的電源電壓應(yīng)在175235v范圍內(nèi)才能保證電冰箱的正常啟動和運行。這是由于電冰箱的壓縮機作為電動制冷器具的核心部件,其工作的安全性不僅關(guān)系到用戶的財產(chǎn)安全,而且關(guān)系到用戶的人身安全，并且壓縮機都是在負(fù)載條件下啟動的。啟動時要求電動機啟動轉(zhuǎn)矩較大，如果在電源電壓低于允許的下限值的情況下，勢必迫使電動機的啟動電流成倍增長，超過設(shè)計的允許的限度。電冰箱內(nèi)設(shè)的熱保護(hù)裝置對這種瞬間大電流的反應(yīng)較差，因而極易造成電動機繞組的燒毀。另一方面，在電冰箱的壓縮機處于工作狀態(tài)時，不允許在電源突然中斷后的短時間內(nèi)重新

21、接通電源。因為壓縮機工作時，壓縮泵一側(cè)自蒸發(fā)器將低壓制冷劑蒸發(fā)抽出，經(jīng)過壓縮成為高溫高壓蒸汽，自另一側(cè)送往冷凝器，實現(xiàn)向空間排熱。兩側(cè)壓力差最大時可達(dá)到十一個大氣壓，壓縮機中斷運行后，須經(jīng)一定的時間才能恢復(fù)兩側(cè)的平衡，最好保持在五分鐘左右；倘若壓縮機運行中出現(xiàn)斷電后又很快接通的情況，由于兩側(cè)存在很大的壓力差，電動機啟動時的負(fù)載很大，啟動電流較正常值成倍增加，從而帶來燒毀電動機的危險。為了避免上述危險的發(fā)生，我們應(yīng)該給電冰箱配備一個冰箱保護(hù)器，該保護(hù)器能夠在電網(wǎng)電壓過壓或欠壓情況下，使電冰箱供電系統(tǒng)停止供電，電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后自動恢復(fù)供電；當(dāng)電冰箱正在工作時，一旦電源中斷立即又恢復(fù)供電，要使其在

22、5分鐘之后才恢復(fù)供電。本保護(hù)器的設(shè)計需要考慮下面幾個方面的問題:(1)合適性 由于保護(hù)器的種類繁多，加之不同廠家生產(chǎn)的電機也有差別。因此，能型電動機綜合保護(hù)器應(yīng)該有較好的適應(yīng)性，即通過簡單方便的設(shè)置就可使保護(hù)器不同的保護(hù)特性的要求。(2)正確性 為了充分發(fā)揮電機自身的過載能力，同時還要對電機進(jìn)行有效保護(hù)。要求保護(hù)器的動作要準(zhǔn)確。不準(zhǔn)確的動作或造成電機的損壞，或不能充分發(fā)揮的過載能力，造成不必要的跳閘斷電，影響生產(chǎn)。(3)保障性 這一方面要求保護(hù)器在無故障時不能產(chǎn)生誤動作，而在故障發(fā)生不能拒絕動作，特別是在過壓、欠壓和突然斷電時。要在規(guī)定的時間內(nèi)，準(zhǔn)確、可靠地完成規(guī)定的保護(hù)功能，并且，設(shè)計的合理

23、性以及制造時的工藝保證是非常重要的。2.2本課題研究的內(nèi)容本課題研究的主要內(nèi)容主要包括以下幾個方面：（1） 正確設(shè)計電路圖，實現(xiàn)對電冰箱過壓保護(hù)的設(shè)計 從目前我國供電情況來看，供電電壓還不太穩(wěn)定。當(dāng)電網(wǎng)電壓240V時，電動機繞組會因電流過載而出現(xiàn)發(fā)熱導(dǎo)致破壞絕緣層的現(xiàn)象。（2） 正確設(shè)計電路圖，實現(xiàn)對電冰箱欠壓保護(hù)的設(shè)計 當(dāng)電網(wǎng)電壓180V時，會因啟動轉(zhuǎn)矩不足，造成壓縮機啟動困難，勢必迫使電動機的啟動電流成倍增長，超過設(shè)計的允許的限度，使壓縮機受到損害。（3） 正確設(shè)計電路圖，實現(xiàn)對電冰箱延時保護(hù)的設(shè)計由電冰箱的壓縮機的工作原理可知，在電冰箱的壓縮機處于工作狀態(tài)時，不允許在電源突然中斷后的短時

24、間內(nèi)重新接通電源，而應(yīng)使電冰箱必須經(jīng)過5分鐘后才能恢復(fù)供電，才不會影響電冰箱的正常工作和人們的日常生活。（4） 根據(jù)畫好的工作原理圖，設(shè)計出相應(yīng)的仿真PCB圖是電路板的映射圖紙，它詳細(xì)描繪了電路板的走線、元件的位置、線路板的尺寸、表面印什么字、底面怎么做銅箔等等，發(fā)往PCB廠家加工出來。3 電路組成和工作原理電冰箱保護(hù)器電路原理圖如下圖所圖3.0.1原理圖該電路的主要功能是當(dāng)電網(wǎng)電壓240V或180V時，向驅(qū)動單元提供驅(qū)動信號，使繼電器觸點動作，電冰箱斷電；當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電時，為延時電路輸入一個負(fù)脈沖，以便延時電路工作，使冰箱經(jīng)5分鐘才能通電圖3.0.2工作設(shè)計框圖設(shè)計原理：電網(wǎng)電壓采樣樣本通過

25、比較器進(jìn)行比較，然后通過比較器控制555時基電路，然后通過555時基電路來控制三極管和繼電器的工作，從而實現(xiàn)對負(fù)載即用電器的控制。3.1直流穩(wěn)壓電源部分該電源由變壓器T、整流二極管、穩(wěn)壓管、調(diào)整管、電容及電阻與組成。該電路的主要功能是產(chǎn)生兩種大小不同的直流電壓：E點輸出電壓=22V，供給驅(qū)動單元；F點輸出電壓=11V,作為與非門和555定時器IC的電源電壓。直流穩(wěn)壓電源電路的工作原理如下： 1 由變壓器T、整流管、電容組成全波橋式整流電容濾波電路。220V的交流電壓經(jīng)降壓變壓器降壓后，又經(jīng)組成的整流橋，輸出脈動的電壓，再經(jīng)的濾波，便在其兩端（即穩(wěn)壓電路的輸入端）獲得直流電壓。為了能在電網(wǎng)電壓波

26、動或負(fù)載電流變化時，該電源所輸出的直流電壓基本穩(wěn)定，必須設(shè)有穩(wěn)壓電路。2 由、電容和、電阻和構(gòu)成了基本調(diào)整管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。其中和組成復(fù)合調(diào)整管，與，及電阻R15構(gòu)成第一級穩(wěn)壓電路，在E點輸出22V直流電壓。它的特點是與穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值是“跟隨”的關(guān)系，所以只要穩(wěn)壓管電壓、保持穩(wěn)定，則當(dāng)電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流在一定范圍內(nèi)變化時，UE也能基本穩(wěn)定。由于加了射極跟隨器，使穩(wěn)壓電路帶負(fù)載能力增強了。同理，又組成了第二級穩(wěn)壓電路，在F點輸出11v的直流電壓。電容和是為了改進(jìn)穩(wěn)壓電路的暫態(tài)響應(yīng)而設(shè)置的，即瞬時增減負(fù)載電流時不至于引起輸出電壓有較大的波動。3.2延時電路為防止因斷電后又立即通電而燒毀電機，因此要用

27、延時電路。該延時電路由555定時器IC、電容、電阻等組成。由圖2可知，該電路是一個負(fù)脈沖觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)延時電路，它的工作原理如下：圖3.2.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形1.當(dāng)電網(wǎng)電壓從大于240V降至略小于240V時，由于,門的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，輸出為“1”電平，門由輸出“1”變?yōu)檩敵觥?”（這時有），通過給555定時器IC的2腳送入一個負(fù)脈沖，則3腳變?yōu)椤?”電平。同時放電管截止，直流電源經(jīng)電阻對電容充電，（）上升。經(jīng)5分鐘后，,555電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，3腳恢復(fù)為“0”電平，輸出一個負(fù)脈沖，經(jīng)電容送至RS觸發(fā)器，使 (這時因輸出“0”電平，輸出為“1”電平，即),迫使RS觸發(fā)器翻為“1”狀態(tài)（Q=1），門及輸

28、出“0”狀態(tài)，及截止，繼電器常閉觸點閉合，電冰箱恢復(fù)工作。這里555定時器3腳“1”電平的保持時間（放電管的截止時間）僅與電阻和電容的乘積成正比，而與直流電源電壓的大小無關(guān)。調(diào)整,可以延時5分鐘。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波型見圖5所示。其中為2腳電壓，為3腳電壓，為7腳電壓的波形。2. 若電網(wǎng)電壓從小于180V上升到大于180V時，（這時UB<UTH1,門輸出“1”電平）,門輸出“0”電平，通過也為555定時器IC的2腳送入一個負(fù)脈沖，接下來的過程與上述過程相同，電冰箱又恢復(fù)工作。4 電路元器件的選擇與計算4.1定時器IC的選擇555定時器IC選用CB555，其管腳外形圖如下圖所示。工作電壓=

29、11V。定時器是一種產(chǎn)生時間延遲和多脈沖信號的控制電路，555定時器是用途極廣的精密定時電路。它的電源電壓范圍寬（518v），輸出電流最大值可達(dá)200mA，能直接驅(qū)動大電流負(fù)載，最高工作頻率可達(dá)300Khz。圖4.1.1 555時基引腳功能圖555定時器IC的工作原理如下：圖4.1.2 555定時器內(nèi)部原理圖上圖為555時基集成電路的內(nèi)部方框圖，可以看出555時基電路由兩個比較器和，一個晶體管，三個分壓電阻，一個R-S觸發(fā)器和一個功率輸出電路構(gòu)成。上限比較器的同相輸入端6腳稱為復(fù)位端R，當(dāng)R端的點位高于的反相輸入端的點位=（2/3）時，輸出為“1”，使后隨R-S觸發(fā)器復(fù)位，輸出端3腳Vo為邏輯

30、“0”，電路處于復(fù)位狀態(tài)。下限比較器的反相輸入端2腳稱為置位觸發(fā)端，當(dāng)?shù)碾娢坏陀贏2同相端的電位=（1/3）時，輸出為“1”，電路處于置位狀態(tài)。R-S觸發(fā)器處于置位狀態(tài)時，Vo=“1”，BG管截止， 7腳對地斷開，允許外部電容充電；當(dāng)R-S觸發(fā)器處于復(fù)位狀態(tài)時，Vo=“0”，BG管導(dǎo)通， 7腳對地相當(dāng)于短路，外部電容通過BG管放電。5腳為外部電壓控制端，用于施加控制電壓。4腳是R-S觸發(fā)器的優(yōu)先復(fù)位端，只要為“0”，實際上<0.7V時，無論R和S端處于什么點位,輸出端Vo都為“0”，電路處于強制復(fù)位狀態(tài)。4.2電壓取樣單元元件選擇要求在R2兩端取出約40V的交流電壓，占供電電壓（220V

31、）的十一分之二，故選:，。整流二極管選用2CZ55B,濾波電容: ，。因為是半波整流電容濾波，電容兩端的電壓：，設(shè)二極管 的工作電流：，又要求 ，可計算出：，可取。要求，因為CMOS與非門的電源電壓由直流電源的F端供給，即,所以，以此為據(jù)，可選擇，的電位器。選,。4.3延時電路元件選擇選，可以計算出的范圍，在圖3中，。當(dāng)時，可選用470的固定阻值與1.5的電位器串聯(lián)。，。4.4直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇選。變壓器T的選擇：。因整流濾波電路為全波橋式且電容濾波，所以變壓器次級電壓，取.選電源變壓器為初級輸入220V交流電壓，次級電壓為30V、電流為0.1A。二極管選用2CZ55B.電容的選擇：，。三極管的選擇：選3DG100B,和選3DG130B.以上電阻均選用RJ0.25W的金屬膜電阻，電位器均選用穩(wěn)定性較好的小型電位器。5 電路的仿真此次仿真使用的是pretuse仿真軟件，電路的仿真總圖如下. 此次仿真電路中沒有接入電燈泡，而是用兩個發(fā)光二極管來做指示燈，通過發(fā)光二極管的發(fā)光或熄滅來指示繼電器的工作狀態(tài)。圖5.1 仿真電路