過(guò)欠電壓提示保護(hù)電路課程設(shè)計(jì)

1、山西大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱(chēng)： 系 部： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 報(bào)告成績(jī)： 評(píng)閱意見(jiàn)： 評(píng)閱教師 日期 目 錄1. 概述3 1.1 過(guò)欠壓電路課程設(shè)計(jì)背景3 1.2 過(guò)欠壓電路課程設(shè)計(jì)目的3 1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求32. 設(shè)計(jì)內(nèi)容4 2.1 分模塊電路設(shè)計(jì)思路4 2.2 電源模塊的設(shè)計(jì)4 2.3 比較模塊的設(shè)計(jì)5 2.4 報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)63. 總電路圖8 3.1 圖像8 3.2 元件清單8 3.3 部分重要原件介紹84. 仿真與調(diào)試114.1仿真114.2調(diào)試12 4.3結(jié)論145. 心得體會(huì)146. 參考文獻(xiàn)151. 概述1.1 過(guò)欠壓電路課程設(shè)計(jì)背景生活中，我們不

2、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(dòng)，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(shí)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(gè)電壓報(bào)警指示設(shè)備，它可以及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行分段指示并且對(duì)過(guò)、欠壓進(jìn)行指示報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)電器設(shè)備的目的。1.2 過(guò)欠壓電路課程設(shè)計(jì)目的1. 設(shè)計(jì)一過(guò)/欠電壓保護(hù)提示電路。2. 對(duì)給定的電路原理框圖進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)，分單元進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行必要的計(jì)算，選擇元器件參數(shù)。3. 畫(huà)出完整的電路原理圖。4. 對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。要求打印出仿真結(jié)果。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.設(shè)計(jì)一個(gè)過(guò)欠電壓保護(hù)電路，當(dāng)電網(wǎng)交流電壓大于250

3、v或小于180v時(shí)，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(fù)正常后，經(jīng)本裝置延時(shí)35分鐘后恢復(fù)用電設(shè)備的交流供電。3.每一位學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容都應(yīng)根據(jù)自己所學(xué)知識(shí)、水平及能力獨(dú)立完成，不得有雷同。4.寫(xiě)出完整的設(shè)計(jì)報(bào)告。2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容2.1 分模塊電路設(shè)計(jì)思路 a.電源模塊的設(shè)計(jì)； b.比較模塊的設(shè)計(jì)； c.報(bào)警延時(shí)模塊的設(shè)計(jì)；2.2 電源模塊的設(shè)計(jì) 電源設(shè)計(jì)圖： 電源模塊采用10 to 1 的變壓器降壓，1a50v橋式整流電路進(jìn)行整流，rc型濾波器進(jìn)行濾波。當(dāng)通以220v的交流電壓時(shí)，經(jīng)過(guò)變壓器降壓后，電壓測(cè)量值為21.978v；通過(guò)由4個(gè)相同型號(hào)的二極

4、管組成的橋式整流電路后，得到14.725v直流電壓；再通過(guò)rc型濾波器的濾波、穩(wěn)壓功能，并通過(guò)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(jì) 過(guò)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(guò)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(gè)部分經(jīng)過(guò)查閱資料與討論，制定出兩套方案：方案一：可以通過(guò)電源部分分別將250v與180v所對(duì)應(yīng)的電壓測(cè)試出來(lái)，分別為11.158v與7.89v。然后分別在過(guò)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(gè)單相橋式整流電容濾波電路，對(duì)其輸出電

5、壓進(jìn)行穩(wěn)壓，使其電壓值高于或等于250v所對(duì)應(yīng)的電壓，這個(gè)電壓值為基準(zhǔn)電壓，經(jīng)過(guò)測(cè)試后為11.77v，在過(guò)壓與欠壓比較器的相應(yīng)輸入端接入一個(gè)滑動(dòng)比較器，起調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓的作用，然后將基準(zhǔn)電壓與滑動(dòng)變阻器連接，這時(shí)便可以通過(guò)滑動(dòng)變阻器將基準(zhǔn)電壓調(diào)節(jié)為兩個(gè)比較器的標(biāo)準(zhǔn)電壓。通過(guò)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)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(gè)比較電路設(shè)計(jì)：由于本設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)欠電壓報(bào)警、保護(hù)的作用，故可以選擇簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)的單門(mén)限電壓比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)比較功能。單門(mén)限電壓比較器采用簡(jiǎn)單的運(yùn)放opamp，過(guò)壓比較

6、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(gè)輸入端采取上述方法從而實(shí)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(zhǔn)值相比較的目的。輸入從同相端進(jìn)，當(dāng)電網(wǎng)電壓比基準(zhǔn)電壓大時(shí)，比較器輸出電壓v向正向跳變；當(dāng)電網(wǎng)電壓比基準(zhǔn)電壓小時(shí)，比較器輸出電壓v向負(fù)向跳變。如圖所示：2.4報(bào)警延時(shí)模塊的設(shè)計(jì)：過(guò)壓與欠壓的報(bào)警裝置基本相同，過(guò)壓狀態(tài)由一個(gè)150的電阻和led1發(fā)光二極管組成，當(dāng)電壓經(jīng)比較器比較后，若確定為過(guò)壓，則二極管led1發(fā)光（紅光）；欠壓狀態(tài)由一個(gè)1k的電阻和led2發(fā)光二級(jí)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(shí)裝置為一個(gè)簡(jiǎn)單的r

7、c充放電構(gòu)成，當(dāng)電路處于過(guò)/欠壓狀態(tài)時(shí)，給電容進(jìn)行充電，充電時(shí)間則為延遲時(shí)間，此時(shí)間可通過(guò)改變電容的參數(shù)進(jìn)行改變。計(jì)算公式為：=1.22總的來(lái)說(shuō)，過(guò)壓狀態(tài)時(shí)led1發(fā)紅光，電磁繼電器吸合開(kāi)關(guān)，用電設(shè)備工作電路切斷。欠壓狀態(tài)時(shí)led2發(fā)綠光，電磁繼電器吸合開(kāi)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(chēng)規(guī)格數(shù)量變壓器22022v1整流橋 1b4b421集成運(yùn)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(jiàn)圖導(dǎo)線(xiàn)若干見(jiàn)圖燈泡220v 2w13.3重要部件介紹（1）變壓器變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理

8、來(lái)改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線(xiàn)圈、次級(jí)線(xiàn)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(shí)，電路中的四只二極管都是作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用，根據(jù)電路圖可知：當(dāng)正半周時(shí)，二極管d1、d3導(dǎo)通（d2、d4截止），在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周；當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管d2、d4導(dǎo)通（d1、d3截止），在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。（3）lm7812lm7812是指三段穩(wěn)壓集成電路ic芯片元器件，適用

9、于各種電源穩(wěn)壓電路，輸出穩(wěn)定性好、使用方便、輸出過(guò)流、過(guò)熱自動(dòng)保護(hù)。 (4）雙限比較器電路由兩個(gè)lm339組成一個(gè)窗口比較器。當(dāng)被比較的信號(hào)電壓uin位于門(mén)限電壓之間時(shí)（ur1uinur2或uinur1）輸出為低電位（uo=uol），窗口電壓u=ur2-ur1。它可用來(lái)判斷輸入信號(hào)電位是否位于指定門(mén)限電位之間。lm339lm339集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是：（1）失調(diào)電壓小，典型值為2mv；（2）電源電壓范圍寬，單電源為2-36v，雙電源電壓為1v-18v；（3）對(duì)比較信號(hào)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(dòng)輸入電壓范圍較

10、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(dòng)開(kāi)關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控,遙測(cè)，通訊，自動(dòng)控制，機(jī)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(shí)質(zhì)是一種傳遞信號(hào)的電器。電子開(kāi)關(guān)與繼電器相比，不如繼電器。因?yàn)槔^電器有以下好處：1.與開(kāi)關(guān)配合，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制；2.實(shí)現(xiàn)了控制回路與主回路的電氣隔離；3.觸點(diǎn)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)計(jì)完電路后，使用仿真軟件進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)有很多問(wèn)題，電路無(wú)法運(yùn)行過(guò)去，因此我組進(jìn)行分區(qū)域排除。(1)首先對(duì)電源部分，使用示波器與電壓表進(jìn)行測(cè)試，并進(jìn)行元件參數(shù)的改變，結(jié)果如下圖所示：整流

11、后輸出波形變壓后輸出波形變壓后輸出波形(2)基準(zhǔn)電壓的調(diào)試,它主要是靠穩(wěn)壓二極管來(lái)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(kāi)始時(shí)發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓二極管沒(méi)有起到應(yīng)有的作用，無(wú)法對(duì)電壓進(jìn)行穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)電壓表的測(cè)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(mǎn)足基準(zhǔn)電壓的幅值。(3)調(diào)試到電磁繼電器時(shí)，發(fā)現(xiàn)無(wú)論輸入電壓是多少，繼電器都是處于閉合狀態(tài)，無(wú)法使其工作，將開(kāi)關(guān)吸合住，也就無(wú)法起到過(guò)欠壓切斷電路的作用，經(jīng)過(guò)小組討論與數(shù)據(jù)測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，原因是電磁繼電器兩端電壓無(wú)法達(dá)到其工作電壓，因此其始終不工作，在更換繼電器型號(hào)后，此問(wèn)題也被解決。(4)發(fā)光二極管的發(fā)光問(wèn)題

12、，在改變輸入電壓值后，發(fā)現(xiàn)其發(fā)光不可控，準(zhǔn)確的說(shuō)是其發(fā)光不按照一開(kāi)始設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行發(fā)光，在經(jīng)過(guò)前面的問(wèn)題處理后，就先進(jìn)行了發(fā)光二級(jí)管兩端電壓的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)根本無(wú)法達(dá)到工作電壓，經(jīng)過(guò)測(cè)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(dá)到工作電壓，問(wèn)題也就圓滿(mǎn)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(cè)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(zhǔn)電壓7.89v，報(bào)警電路led2綠燈亮，表示此時(shí)電網(wǎng)欠電壓。可見(jiàn)，此時(shí)的仿真結(jié)果與我們假設(shè)并改變的電

13、網(wǎng)電壓170v為欠電壓相一致。(2)、過(guò)電壓狀態(tài)人為的將輸入電壓改為300v，模擬過(guò)電壓狀態(tài)，用電壓表測(cè)量過(guò)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(guān)察，此時(shí)ui=13.504v大于基準(zhǔn)電壓11.158v，報(bào)警電路led1紅燈亮，表示此時(shí)電網(wǎng)過(guò)電壓。可見(jiàn)，此時(shí)的仿真結(jié)果與我們假設(shè)并改變的電網(wǎng)電壓250v為過(guò)電壓相一致。(3)、正常狀態(tài) 人為的將輸入電壓改為220v，模擬用電設(shè)備正常工作，結(jié)果如下圖: 從圖中看出,燈泡正常發(fā)光,兩個(gè)led燈都不發(fā)光,表示此時(shí)電路正常工作,可見(jiàn)，此時(shí)的仿真結(jié)果與我們假設(shè)并改變的電網(wǎng)電壓220v為正常電壓相一致。4.3 結(jié)論 通過(guò)以上兩次仿真模擬，從中看

14、出，盡管測(cè)量電壓值與理想值有一點(diǎn)點(diǎn)誤差，但是基本上可以忽略。這個(gè)電路滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，能夠在電網(wǎng)欠電壓時(shí)由正常狀態(tài)燈泡正常放光變?yōu)閘ed2綠光亮起，過(guò)電壓時(shí)又led1紅燈亮起，起到報(bào)警保護(hù)的作用。5.心得體會(huì)經(jīng)過(guò)近7天時(shí)間的查找資料、設(shè)計(jì)、討論、仿真、總結(jié)一系列的工作，在考試前，我們小組終于將電路仿真出來(lái)了。面對(duì)自己的心血成果十分欣喜，有成就感。在這里要感謝老師耐心指導(dǎo)，感謝小組同學(xué)齊心協(xié)力，共同克服難關(guān)，也讓我感受到團(tuán)隊(duì)合作的巨大力量，我十分享受這個(gè)探討研究的過(guò)程，可以說(shuō)是樂(lè)在其中。剛拿到這個(gè)課題時(shí)，作為組長(zhǎng)的我來(lái)說(shuō)是一頭霧水，不知從何做起。經(jīng)過(guò)查閱資料、討論和老師的幫助，我們基本確定了設(shè)計(jì)方案。開(kāi)始，我們?cè)O(shè)計(jì)的電路原理是正確的，但經(jīng)過(guò)仿真運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，由于電路參數(shù)設(shè)置不正確,電路無(wú)法按照要求正確運(yùn)行,無(wú)法達(dá)到預(yù)想效果。后來(lái)，我們查閱了許多資料，而且找到了一些所需的電路設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)一些改動(dòng)、仿真，發(fā)現(xiàn)此電路可以比較精確地表達(dá)出我們想要的結(jié)果，那時(shí)高興極了。通過(guò)這次動(dòng)手實(shí)踐，我發(fā)現(xiàn)光知道理論知識(shí)是不能夠勝任這門(mén)功課，更別說(shuō)是以后的工作了。所以，在今后的學(xué)習(xí)當(dāng)中要理論與實(shí)際相結(jié)合去學(xué)習(xí)，去探討，這樣才能精通掌握這門(mén)功課，才算不枉費(fèi)這大好的四年時(shí)光。最后，我覺(jué)得這次課程設(shè)計(jì)基本滿(mǎn)足了此次要求，我也盡了