電冰箱保護(hù)器的設(shè)計(jì)

1、電冰箱保護(hù)器的設(shè)計(jì)1.概述2.電路設(shè)計(jì)3.元器件介紹4.電路板的仿真調(diào)試及結(jié)果分析5.安裝調(diào)試6.小結(jié)7.參考文獻(xiàn)8.附錄摘 要：電冰箱對(duì)電源的波動(dòng)范圍有一定的要求，而供電電源，其波動(dòng)幅度有時(shí)會(huì)超過(guò)電冰箱的允許波動(dòng)范圍。當(dāng)電冰箱壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如遇到電網(wǎng)意外斷電又迅速恢復(fù)供電，會(huì)使壓縮機(jī)承受壓力過(guò)高而受損。為了保證電冰箱能安全工作于規(guī)定的電源范圍內(nèi)，并且防止壓縮機(jī)受損，在其的供電電源端介入保護(hù)電路是非常必要的。本次做的電冰箱保護(hù)器主要使用到的元件有：電壓比較器LM339、NE555、小型變壓器、繼電器及其一些元件構(gòu)成。關(guān)鍵詞： 保護(hù)；比較；延時(shí)Protect For Refrigerator

2、DesignAbstract：Refrigerator to supply the fluctuation range of certain requirements, while the power supply, its fluctuations sometimes exceeds the allowed range of refrigerator. When the refrigerator compressor in operation, such as encountered in Power Grid Accident power-off and restore power sup

3、ply quickly, can make compressor under high pressure and impaired. In order to ensure the refrigerator can safety work in specified power range, and prevent compressor damage, in the power supply end interventional protective circuit is very necessary.This time in the refrigerator protector is mainl

4、y used to the components are: voltage comparators LM339, NE555, small transformers, relays and some of its components.Key words: protection,comparison,time delay1 概述1.1 電冰箱保護(hù)器的必要性電冰箱是一種常用的電器，目前已被廣泛應(yīng)用于家用、車間、廠房等各個(gè)領(lǐng)域。但目前為止，電冰箱的使用壽命不高，使用過(guò)程中可能出現(xiàn)這樣或者那樣的問題，導(dǎo)致出現(xiàn)上述情況的原因有很多。市電電壓的不穩(wěn)定，過(guò)高、過(guò)低。電網(wǎng)的斷電都會(huì)影響電冰箱的使用。電冰箱對(duì)

5、電源的波動(dòng)范圍有一定的要求，而供電電源，其波動(dòng)幅度有時(shí)會(huì)超過(guò)電冰箱的允許波動(dòng)范圍。當(dāng)電冰箱壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如遇到電網(wǎng)意外斷電又迅速恢復(fù)供電，會(huì)使壓縮機(jī)承受壓力過(guò)高而受損。為了保證電冰箱能安全工作于規(guī)定的電源范圍內(nèi)，并且防止壓縮機(jī)受損，在其的供電電源端接入保護(hù)電路是非常必要的。1.2電冰箱保護(hù)器使用到的主要元件本次做的電冰箱保護(hù)器主要使用到的元件有：電壓比較器LM339、NE555、小型變壓器、繼電器及其一些元件構(gòu)成。2 電路設(shè)計(jì)2.1電冰箱保護(hù)器的電路原理本設(shè)計(jì)的電路原理如下圖2所示，其中LM339的兩個(gè)比較器和R2、R3等組成過(guò)電壓、欠電壓檢測(cè)電路，其中L1A比較器用于過(guò)電壓檢測(cè)，L1C比較

6、器用于欠電壓檢測(cè)；VT1構(gòu)成電子開關(guān)，其中LED為指示燈，當(dāng)電壓在市電正常范圍內(nèi)，該燈發(fā)亮，否則會(huì)熄滅；NE555時(shí)基電路組成延遲記憶電路。組成框圖如下圖1所示：工作原理：1.接通電源之后：220V經(jīng)過(guò)降壓、整流、穩(wěn)壓之后，可獲得12直流穩(wěn)壓，根據(jù)電位器的調(diào)節(jié)，使之電壓在正常范圍內(nèi)，此時(shí)指示燈保持發(fā)亮，由于電容兩端開始為0V，555時(shí)基電路復(fù)位，VT2截止，繼電器K1吸合，電冰箱電源被切斷，然后向C1充電，約經(jīng)過(guò)5min，使555時(shí)基電路置位，使繼電器K1出點(diǎn)斷開，電冰箱通電工作。2.當(dāng)外網(wǎng)斷電：C1儲(chǔ)存電荷通過(guò)電位器R2、D5泄放，當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，電路又要延遲5min左右才向電冰箱供電，從

7、而確保壓縮機(jī)不受損壞。過(guò)壓、欠壓：當(dāng)過(guò)壓時(shí)，上比較器輸出低電平；過(guò)低時(shí)，下比較器輸出低電平，只要兩者之一輸出低電平，VT1就截止，LED熄滅。使時(shí)基電路復(fù)位，輸出端為低電平，電冰箱電源切斷，從而使其在過(guò)壓、欠壓狀態(tài)下制動(dòng)，當(dāng)電壓恢復(fù)正常時(shí)，電路又要延遲5min左右正常工作。 3.過(guò)壓、欠壓：當(dāng)過(guò)壓時(shí)，上比較器輸出低電平；過(guò)低時(shí)，下比較器輸出低電平，只要兩者之一輸出低電平，VT1就截止，LED熄滅。使時(shí)基電路復(fù)位，輸出端為低電平，電冰箱電源切斷，從而使其在過(guò)壓、欠壓狀態(tài)下制動(dòng)，當(dāng)電壓恢復(fù)正常時(shí)，電路又要延遲5min左右正常工作。2.2 電冰箱保護(hù)器參數(shù)的選擇計(jì)算設(shè)變壓器的變壓系數(shù)為20:1，整流

8、后的輸出電壓u31.2*u2，當(dāng)u1分別為220、180、280v時(shí)，u2、u3、Va的計(jì)算如下： u1=220v u2=220/20=11v u3=1.2*11=13.2v Va=6.6v u1=180v u2=180/20=9v u3=1.2*9=10.8v Va=5.4v u1=280v u2=280/20=14v u3=1.2*14=16.8v Va=8.4v因此可得，比較器的上限電壓為8.4v，下限電壓為5.4v。調(diào)節(jié)電位器RP2和RP3，使LM339的5引腳電壓為8.4v，8引腳電壓為5.4v，使電壓在180vu1280v范圍內(nèi)能正常工作。電網(wǎng)由斷電到恢復(fù)供電后，電冰箱要延遲一段時(shí)

9、間才能正?；謴?fù)使用，此延遲時(shí)間由NE555的外圍電路C1和R3決定：1.1*R3*C1電路要求延遲5分鐘=300秒，設(shè)C1=220F，則R3的阻值計(jì)算如下：R3=300/(1.1*220*106) 1.2*1063 元器件介紹3.1 元件NE555簡(jiǎn)介NE555是屬于555系列的計(jì)時(shí)IC的其中的一種型號(hào)，555系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號(hào)不同的因其價(jià)格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí)IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號(hào)。如下圖3、4所示：圖3 NE555 引腳圖圖4 NE555 內(nèi)部功能框

10、圖 Pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 Pin 2 (觸發(fā)點(diǎn)) -這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號(hào)上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 Pin 3 (輸出) -當(dāng)時(shí)間周期開始NE555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到0伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 mA 。 Pin 4 (重置) -一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會(huì)重置定時(shí)器和使輸出回到一個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營(yíng)在穩(wěn)

11、定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來(lái)改變或調(diào)整輸出頻率。 Pin 6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。 Pin 7 (放電) -這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為L(zhǎng)OW，對(duì)地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對(duì)地為高阻抗。 Pin 8 (V +) -這是555個(gè)計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。3.2 元件LM339簡(jiǎn)介L(zhǎng)M339芯片內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，是很常見的集成電路。利用lm339可以方便的組成各種

12、電壓比較器電路和振蕩器電路，如下圖5所示：LM339電壓比較器的特點(diǎn)和一些參數(shù)：1）電壓失調(diào)小，一般是2mV；2）共模范圍非常大，為0v到電源電壓減1.5v；3）他對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制很寬；4）LM339 vcc電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為1V-18V；5）輸出端電位可靈活方便地選用。6）差動(dòng)輸入電壓范圍很大，甚至能等于vcc；4電路的仿真調(diào)試及結(jié)果分析4.1仿真的預(yù)期結(jié)果當(dāng)輸入電壓由0跳到正常電壓的范圍內(nèi),此時(shí),D1(綠色)發(fā)光,D2(綠色,負(fù)載)仍不工作,大約經(jīng)過(guò)5min的時(shí)間才開始工作(發(fā)光),D3(紅色)則與D2相反; 當(dāng)輸入電壓在范圍外恢復(fù)到正常電壓范圍內(nèi)時(shí),工作情

13、況與相同; 當(dāng)輸入電壓在正常范圍內(nèi)跳到電壓范圍外,D1,D2立即熄滅,D3發(fā)光,說(shuō)明負(fù)載停止工作; 當(dāng)輸入電壓在正常范圍內(nèi)突然停電,所有的發(fā)光二極管都熄滅.4.2電路的仿真由于該方案在Multisim軟件中無(wú)法正常仿真，因此在Protel 99SE軟件中對(duì)其放真，仿真如下圖6所示：1）設(shè)置電源電壓U1為50V，輸出OUT1、OUT2值加的電壓差幾乎為0V；2）設(shè)置電源電壓U1為100V，輸出OUT1、OUT2值加的電壓差幾乎為0V；3）設(shè)置電源電壓U1為170V，輸出OUT1、OUT2值加的電壓差幾乎為0V；4）設(shè)置電源電壓U1為200V，輸出OUT1、OUT2值加的電壓差約為10V；5）設(shè)置

14、電源電壓U1為220V，輸出OUT1、OUT2值加的電壓差約為10V；6）設(shè)置電源電壓U1為240V，輸出OUT1、OUT2值加的電壓差約為10V；7）設(shè)置電源電壓U1為280V，輸出OUT1、OUT2值加的電壓差幾乎為0V；8）設(shè)置電源電壓U1為300V，輸出OUT1、OUT2值加的電壓差幾乎為0V；8）設(shè)置電源電壓U1為350V，輸出OUT1、OUT2值加的電壓差幾乎為0V； 4.3電路的調(diào)試用Multisim軟件對(duì)其進(jìn)行仿真，結(jié)果如下：通220v電壓，上電延遲，如下圖7所示：圖7如下圖所示輸入220v電壓正常工作，如下圖8所示：圖8 當(dāng)輸入250v過(guò)壓電壓斷電保護(hù)，如下圖9所示：圖9如下

15、圖10，當(dāng)輸入180v低壓斷電保護(hù)中：圖10 從上圖的仿真結(jié)果中看出該電冰箱保護(hù)器保護(hù)器作性能良好，在過(guò)壓、欠壓的情況下能很好的保護(hù)電冰箱，從而使之在無(wú)人監(jiān)控情況下正常工作。與此同時(shí)實(shí)現(xiàn)了上電的延遲從而更好的保護(hù)了電冰箱。5安裝調(diào)試 在制作前，首先根據(jù)設(shè)計(jì)方案用面包板進(jìn)行連線，目的是為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的線路是否正確，避免感光板做成實(shí)物后不斷修改電路。面包板連線完成后，確認(rèn)連線以及各元件的正負(fù)沒有錯(cuò)誤后，就開始調(diào)試了。調(diào)試的步驟如下：先調(diào)試比較電路這一部分，在調(diào)試之前要把VT1的集電極與二極管D5相連的線斷開。然后接上12v的直流電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器RP2、RP3，利用電壓表可以確定比較器的上線電壓和

16、下限電壓，并且要求上限電壓高于下限電壓。這時(shí)，如果線路正確的話，通過(guò)調(diào)節(jié)RP1的值，可以使發(fā)光二級(jí)管D1發(fā)光或者熄滅，其中D1發(fā)光不代表輸入的電壓在上限和下限之間的范圍內(nèi)，D1熄滅代表輸入的電壓在范圍外。如果該部分電路不正常工作的話，就要檢查線路是否連接正確，確定連線正確后再調(diào)試，如果仍有問題，則檢查L(zhǎng)M339的2引腳是否接上了上拉電阻，因?yàn)長(zhǎng)M339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般需接一個(gè)電阻，該電阻的大小會(huì)影響輸出端高電位的值，電阻一般在3-15K。其次，還要檢查集成塊LM339的3引腳和12引腳是否接上了電源的正極和負(fù)極。當(dāng)比較電路調(diào)試完畢后，就可

17、以進(jìn)行整機(jī)調(diào)試。調(diào)試前還是要求檢查一遍電路的連線，然后接通電路，看電路是否正常，是否滿足設(shè)計(jì)的要求。該電路正常工作的現(xiàn)象如下：1. 當(dāng)輸入電壓有0跳到正常電壓的范圍內(nèi)，此時(shí)，D1發(fā)光，D2（綠色，負(fù)載）仍不工作，大約經(jīng)過(guò)5min的時(shí)間才開始工作（發(fā)光），D3（紅色），則與D2相反；2. 當(dāng)輸入電壓在范圍外恢復(fù)到正常電壓范圍內(nèi)時(shí)，工作情況與相同；3. 當(dāng)輸入電壓在正常范圍內(nèi)跳到電壓范圍外時(shí)，D1、D2立即熄滅，D3發(fā)光，說(shuō)明負(fù)載停止工作；4. 當(dāng)輸入電壓在正常范圍內(nèi)突然停電，所有的發(fā)光二級(jí)管都熄滅。調(diào)試完之后就可以印刷電路板了，因?yàn)檫@次是用感光板來(lái)制作，所以在制作前要利用Protel 99SE軟

18、件進(jìn)行電腦布線，布線時(shí)，最好把電源線和地線加粗，這樣可以減少電源對(duì)電路的干擾，布線完成后，就可以開始制作感光板了，步驟如下：6小結(jié)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我了解和學(xué)會(huì)了如何使用Multisim軟件，并復(fù)習(xí)了對(duì)Protel 99SE軟件的使用。尤其是Multisim這個(gè)軟件，在以前根本沒聽過(guò)，通過(guò)學(xué)習(xí)，逐漸學(xué)會(huì)了Multisim10這個(gè)軟件基本的使用方法，也認(rèn)識(shí)到其在電路仿真方面的強(qiáng)大功能。除此之外，課堂上也有部分知識(shí)不太清楚，于是我又不得不邊學(xué)邊用，時(shí)刻鞏固所學(xué)知識(shí)，這也是我作本次課程設(shè)計(jì)的第二大收獲。通過(guò)查資料，我們對(duì)電冰箱保護(hù)器這一器件有了深刻的了解，把理論應(yīng)用到了實(shí)踐當(dāng)中。整個(gè)設(shè)計(jì)我基本上還滿意，由于水平有限，難免會(huì)有錯(cuò)誤，還望老師批評(píng)指正。希望答辯時(shí)，老師多提些問題，由此我可用更好地了解到自己的不足，以便課后加以彌補(bǔ)。7參考文獻(xiàn)1