過欠電壓提示保護電路課程設(shè)計

1、山西大學課程設(shè)計報告課程名稱： 系 部： 專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師： 完成時間： 報告成績： 評閱意見： 評閱教師 日期 目 錄1. 概述······································

2、;·············3 1.1 過欠壓電路課程設(shè)計背景······························3 1.2 過欠壓電路課程設(shè)計目的·&

3、#183;····························3 1.3 設(shè)計任務(wù)與要求···················

4、···················32. 設(shè)計內(nèi)容·····························

5、3;···············4 2.1 分模塊電路設(shè)計思路································&

6、#183;·4 2.2 電源模塊的設(shè)計······································4 2.3 比較模塊的設(shè)計······

7、;································5 2.4 報警模塊的設(shè)計···············

8、3;······················63. 總電路圖··························&#

9、183;···················8 3.1 圖像·····························

10、····················8 3.2 元件清單····························&#

11、183;················8 3.3 部分重要原件介紹·······························

12、······84. 仿真與調(diào)試··········································

13、83;114.1仿真················································&#

14、183;114.2調(diào)試················································&

15、#183;12 4.3結(jié)論················································

16、;·145. 心得體會··············································146. 參考文

17、獻··············································151. 概述1.1 過欠壓電路課程設(shè)計背景生

18、活中，我們不可避免的要用到要用到各種各樣的電氣設(shè)備。由于電網(wǎng)電壓的波動，在較高的電壓下很有可能使電氣設(shè)備受到損壞，而在低壓時電氣設(shè)備不能正常工作。那么，在這樣的情況下就需要有一個電壓報警指示設(shè)備，它可以及時準確地對電網(wǎng)電壓進行分段指示并且對過、欠壓進行指示報警，從而實現(xiàn)保護電器設(shè)備的目的。1.2 過欠壓電路課程設(shè)計目的1. 設(shè)計一過/欠電壓保護提示電路。2. 對給定的電路原理框圖進行原理圖設(shè)計，分單元進行設(shè)計。對電路參數(shù)進行必要的計算，選擇元器件參數(shù)。3. 畫出完整的電路原理圖。4. 對設(shè)計的電路進行仿真驗證。要求打印出仿真結(jié)果。1.3 設(shè)計任務(wù)與要求1.設(shè)計一個過欠電壓保護電路，當電網(wǎng)交流電

19、壓大于250V或小于180V時，經(jīng)34s本裝置將切斷用電設(shè)備的交流供電，并用LED發(fā)光警示。2.在電網(wǎng)交流電壓恢復正常后，經(jīng)本裝置延時35分鐘后恢復用電設(shè)備的交流供電。3.每一位學生對設(shè)計內(nèi)容都應(yīng)根據(jù)自己所學知識、水平及能力獨立完成，不得有雷同。4.寫出完整的設(shè)計報告。2. 設(shè)計內(nèi)容2.1 分模塊電路設(shè)計思路 a.電源模塊的設(shè)計； b.比較模塊的設(shè)計； c.報警延時模塊的設(shè)計；2.2 電源模塊的設(shè)計 電源設(shè)計圖： 電源模塊采用10 TO 1 的變壓器降壓，1A50V橋式整流電路進行整流，RC型濾波器進行濾波。當通以220V的交流電壓時，經(jīng)過變壓器降壓后，電壓測量值為21.978V；通過由4個相

20、同型號的二極管組成的橋式整流電路后，得到14.725V直流電壓；再通過RC型濾波器的濾波、穩(wěn)壓功能，并通過電阻分壓,采集到電壓比較器變化端,最終得到9.692V的直流電壓。2.3 比較模塊的設(shè)計 過壓比較器同相輸入端與欠壓比較器反相輸入端端接電源部分采集到的電壓，過壓比較器的反相輸入端與欠壓比較器的同相輸入端則可以端接兩種電路，這個部分經(jīng)過查閱資料與討論，制定出兩套方案：方案一：可以通過電源部分分別將250v與180v所對應(yīng)的電壓測試出來，分別為11.158v與7.89v。然后分別在過壓與欠壓比較器的相應(yīng)輸入端接入相同電壓值的直流電源。方案二：從電源部分的輸入端接并聯(lián)個單相橋式整流電容濾波電路

21、，對其輸出電壓進行穩(wěn)壓，使其電壓值高于或等于250v所對應(yīng)的電壓，這個電壓值為基準電壓，經(jīng)過測試后為11.77v，在過壓與欠壓比較器的相應(yīng)輸入端接入一個滑動比較器，起調(diào)節(jié)基準電壓的作用，然后將基準電壓與滑動變阻器連接，這時便可以通過滑動變阻器將基準電壓調(diào)節(jié)為兩個比較器的標準電壓。通過分析比較，第二種方案較第一種方案更加節(jié)省成本，不需要更換直流電源，并且，還可以對標準電壓進行調(diào)節(jié)，使其適用于不同的要求。因此我組決定采用第二種方案。如圖所示：所以整個比較電路設(shè)計：由于本設(shè)計要求實現(xiàn)欠電壓報警、保護的作用，故可以選擇簡單易于實現(xiàn)的單門限電壓比較器來實現(xiàn)比較功能。單門限電壓比較器采用簡單的運放OPAM

22、P，過壓比較器同相輸入端與欠壓比較器反相輸入端端接電源部分采集到的輸出電壓；另外兩個輸入端采取上述方法從而實現(xiàn)電網(wǎng)電壓經(jīng)變壓器、整流電路、濾波電路后與其基準值相比較的目的。輸入從同相端進，當電網(wǎng)電壓比基準電壓大時，比較器輸出電壓V向正向跳變；當電網(wǎng)電壓比基準電壓小時，比較器輸出電壓V向負向跳變。如圖所示：2.4報警延時模塊的設(shè)計：過壓與欠壓的報警裝置基本相同，過壓狀態(tài)由一個150的電阻和LED1發(fā)光二極管組成，當電壓經(jīng)比較器比較后，若確定為過壓，則二極管LED1發(fā)光（紅光）；欠壓狀態(tài)由一個1k的電阻和LED2發(fā)光二級管組成，比較后，若確定為欠壓，則二極管LED2發(fā)光（綠光）。此電路的延時裝置為

23、一個簡單的RC充放電構(gòu)成，當電路處于過/欠壓狀態(tài)時，給電容進行充電，充電時間則為延遲時間，此時間可通過改變電容的參數(shù)進行改變。計算公式為：=1.2×2×總的來說，過壓狀態(tài)時LED1發(fā)紅光，電磁繼電器吸合開關(guān)，用電設(shè)備工作電路切斷。欠壓狀態(tài)時LED2發(fā)綠光，電磁繼電器吸合開關(guān)，用電設(shè)備工作電路切斷。如圖所示：3. 總電路圖3.1圖像3.2元件清單名稱規(guī)格數(shù)量變壓器22022V1整流橋 1B4B421集成運放LM7812CT1電壓比較器OPAMP-3T-VIRTUAL1發(fā)光二極管LED11發(fā)光二極管LED21電阻、電容若干見圖導線若干見圖燈泡220v 2w13.3重要部件介紹（

24、1）變壓器變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。按用途可以分為：配電變壓器、電力變壓器、全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、油浸式變壓器、單相變壓器、電爐變壓器、整流變壓器等。（2）單相橋式整流電路整流電路在工作時，電路中的四只二極管都是作為開關(guān)運用，根據(jù)電路圖可知：當正半周時，二極管D1、D3導通（D2、D4截止），在負載電阻上得到正弦波的正半周； 當負半周時，二極管D2、D4導通（D1、D3截止），在負載電阻上得到正弦波的負半周。（3）LM7812LM

25、7812是指三段穩(wěn)壓集成電路IC芯片元器件，適用于各種電源穩(wěn)壓電路，輸出穩(wěn)定性好、使用方便、輸出過流、過熱自動保護。 (4）雙限比較器電路由兩個LM339組成一個窗口比較器。當被比較的信號電壓Uin位于門限電壓之間時（UR1<Uin<UR2），輸出為高電位（UO=UOH）。當Uin不在門限電位范圍之間時，（Uin>UR2或Uin<UR1）輸出為低電位（UO=UOL），窗口電壓U=UR2-UR1。它可用來判斷輸入信號電位是否位于指定門限電位之間。LM339LM339集成塊內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是：（1）失調(diào)電壓小，典型值為2mV；（2）電源電壓范

26、圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為±1V-±18V；（3）對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬；（4）共模范圍很大，為0（Ucc-1.5V）Vo；（5）差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；（6）輸出端電位可靈活方便地選用。(5)繼電器繼電器是具有隔離功能的自動開關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控,遙測，通訊，自動控制，機電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。繼電器實質(zhì)是一種傳遞信號的電器。電子開關(guān)與繼電器相比，不如繼電器。因為繼電器有以下好處：1.與開關(guān)配合，實現(xiàn)了自動控制；2.實現(xiàn)了控制回路與主回路的電氣隔離；3.觸點電壓電流都比較大。4.仿真與調(diào)試4.1調(diào)試在初步的設(shè)

27、計完電路后，使用仿真軟件進行仿真，發(fā)現(xiàn)有很多問題，電路無法運行過去，因此我組進行分區(qū)域排除。(1)首先對電源部分，使用示波器與電壓表進行測試，并進行元件參數(shù)的改變，結(jié)果如下圖所示：整流后輸出波形變壓后輸出波形變壓后輸出波形(2)基準電壓的調(diào)試,它主要是靠穩(wěn)壓二極管來穩(wěn)定電壓,不管輸入電壓為多少,其都為穩(wěn)壓二極管的電壓值，開始時發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓二極管沒有起到應(yīng)有的作用，無法對電壓進行穩(wěn)定，經(jīng)過電壓表的測定后，發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)壓值太低，因此查閱相關(guān)數(shù)據(jù)，選擇了IN600B的穩(wěn)壓二極管，可以滿足基準電壓的幅值。(3)調(diào)試到電磁繼電器時，發(fā)現(xiàn)無論輸入電壓是多少，繼電器都是處于閉合狀態(tài)，無法使其工作，將開關(guān)吸合住，也就

28、無法起到過欠壓切斷電路的作用，經(jīng)過小組討論與數(shù)據(jù)測試后發(fā)現(xiàn)，原因是電磁繼電器兩端電壓無法達到其工作電壓，因此其始終不工作，在更換繼電器型號后，此問題也被解決。(4)發(fā)光二極管的發(fā)光問題，在改變輸入電壓值后，發(fā)現(xiàn)其發(fā)光不可控，準確的說是其發(fā)光不按照一開始設(shè)計的要求進行發(fā)光，在經(jīng)過前面的問題處理后，就先進行了發(fā)光二級管兩端電壓的測試，發(fā)現(xiàn)根本無法達到工作電壓，經(jīng)過測試，發(fā)紅光二極管的工作電壓大概在1.6v左右，因此將與二極管串接的電阻值改小，使二極管兩端電壓達到工作電壓，問題也就圓滿解決。4.2仿真(1)、欠電壓狀態(tài)為了模擬欠電壓狀態(tài)，我們?nèi)藶榈膶⑤斎腚妷焊臑?50v，并且用電壓表測量了欠壓部分反相輸入端電壓Ui，得到如下圖所示結(jié)果：從圖中可以看出，電壓Ui=6.476V小于基準電壓7.89V，報警電路LED2綠燈亮，表示此時電網(wǎng)欠電壓?？梢?，此時的仿真結(jié)果與我們假設(shè)并改變的電網(wǎng)電壓170V為欠電壓相一致。(2)、過電壓狀態(tài)人為的將輸入電壓改為300V，模擬過電壓狀態(tài)，用電壓表測量過壓部分的同相輸入端電壓Ui，得到如下圖所示結(jié)果：據(jù)圖觀察，此時Ui=13.504V大于基準電壓11.158V，報警電路LED1紅燈亮，表示此時電網(wǎng)過電