[優(yōu)秀畢業(yè)論文]過欠壓電冰箱保護器設計

1、畢業(yè)論文（設計）本科畢業(yè)論文（設計）過欠壓電冰箱保護器的設計系 部： 機電系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 06級 學 號： 學生姓名： 指導教師： 2010 年 05 月 17 日2目錄摘要iiiabstractiv第一章 緒論11.1 課題的提出依據(jù)和意義11.2 國內外電機保護器的發(fā)展狀況21.3 本課題的主要任務和研究內容51.3.1本課題的主要任務51.3.2本課題研究的內容6第二章 壓縮機的運行狀態(tài)分析和保護方案82.1 壓縮機運行狀態(tài)分析82.1.1過壓、欠壓運行狀態(tài)分析82.1.2 斷相運行狀態(tài)分析82.2 壓縮機的保護方案92.3 本章小結10第三章 電路組成和

2、工作原理113.1 電壓取樣鑒別單元113.1.1當電網(wǎng)電壓在正常范圍內時123.1.2當電網(wǎng)電壓240v時123.1.3 當電網(wǎng)電壓180v時123.2 延時電路133.3 驅動部分和直流穩(wěn)壓電源143.3.1驅動部分143.3.2 直流穩(wěn)壓電源部分143.4 本章小結15第四章 電路元器件的選擇與計算164.1 ic的選擇164.2與非門的選擇184.3 電壓取樣單元元件選擇184.4 延時電路元件選擇194.5 驅動單元元器件選擇和計算194.6 直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇和計算204.7 本章小結21第五章 電路的仿真235.1 直流電源的仿真235.2 取樣電路的模擬245.3 延時電

3、路的仿真275.4本章小結28第六章 展望29總結30參考文獻31致謝32附表1：外購件明細表33過欠壓電冰箱保護器的設計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，電冰箱的驅動電機在一定的電壓范圍內才能正常工作，供電電壓過高或過低很容易導致繞組線圈燒毀。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，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，再配以控制電路設計了一種自動穩(wěn)壓、自動延時的電冰箱保護器，該多功能電冰箱保護器能夠根據(jù)

4、負載電流判斷線路中的各種故障并及時進行保護，最大限度的降低對人們日常生活的影響，是一種經(jīng)濟實用的電冰箱保護器。本文是在分析了目前國內外電冰箱保護器的研究進展與現(xiàn)狀的基礎上，設計了一種集過壓、欠壓和延時保護于一體的多功能電冰箱保護器。文中首先探討了冰箱保護器的價值和發(fā)展狀況，并提出了設計的主要任務和內容。然后分析了電網(wǎng)過、欠壓及突然斷電時，壓縮機受到的影響，并根據(jù)其工作原理，繪制電路原理圖，進行元器件的選擇與計算，設計相應的仿真。最后進行分析總結，并寫出該設計的參考文獻。關鍵詞：電冰箱保護器；綜合保護器；保護特性；仿真study on integration protector of refri

5、geratorabstractwith the improvement of living standards of our people, refrigerators in china have gradually become a large of household appliances necessary. however, the refrigerator drive motor at a certain voltage range to work properly, the supply voltage is too high or too low can easily lead

6、to winding the coil burnt. therefore, the refrigerator is easy to damage or short life troubled by people's a problem. the reason, instantaneous power failure, power supply voltage fluctuation is a refrigerator damaged or one of the main reasons for shortened life expectancy. for the vast majori

7、ty of household refrigerators, the instantaneous power and voltage fluctuation is almost inevitable. to the end, we use 50va transformer to control the circuit design matched with an automatic voltage regulator, automatic delay refrigerator protector, the intelligent refrigerator protector can be ju

8、dged according to the load current in the various fault lines and timely protection, reducing the maximum impact on people's daily lives is an economical and practical refrigerator protector. this article is the analysis of the refrigerator at home and abroad protector of progress and status, ba

9、sed on the design of a set of over voltage, under voltage and delay protection in one integrated intelligent refrigerator protector. in the first part of the refrigerator to protect the value and development of devices and put forward the main tasks of design and content. then analyzes the power-off

10、, under voltage, and a sudden power failure, the compressor will be affected by their work in accordance with the principle of drawing circuit schematics, for the choice of components and calculation of the corresponding pcb design and simulation plan. finally, analyzed and summarized, and write the

11、 reference design.key words: refrigerator prot，integrated protector，protection features，simulationiii第一章 緒論1.1 課題的提出依據(jù)和意義家用電器保護器是發(fā)電、供電、用電系統(tǒng)的重要器件。它是跨行業(yè)、量大面廣、節(jié)能效果顯著的節(jié)能機電產(chǎn)品。幾乎滲透到所有用電領域，是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防建設及人民生活正常生產(chǎn)和安全工作的重要保證，在國民經(jīng)濟和節(jié)能事業(yè)中有著不可替代的重要地位和作用。 根據(jù)國家統(tǒng)計局的最新數(shù)據(jù)，2006年18月，我國實現(xiàn)冰箱累計產(chǎn)量1199.44萬臺，同比增長29.72，累計銷售額達到1

12、1.25億元，同比增長高達55.36。2007年，中國電冰箱企業(yè)年銷售量合計達到3079萬臺，同比增長19.56%，其中，內銷1427萬臺，同比增長了13.6個百分點，增長率為5年來最高水平，冰箱產(chǎn)業(yè)再次進入高速發(fā)展期。2008年前10個月冰箱總零售量344萬臺，同比增加13.95%；冰箱總零售額88億元，同比增長23.15%。來自中國家電行業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，目前中國冰箱、冰柜的總產(chǎn)能已經(jīng)超過3000萬臺，而這兩種家電產(chǎn)品全球總產(chǎn)量不過7000萬臺左右，中國冰箱業(yè)的產(chǎn)能已經(jīng)占了全球的“半壁江山”。外國巨頭在國內市場的不斷擴張和國內企業(yè)持續(xù)不斷擴大的產(chǎn)能，使中國冰箱市場的發(fā)展日趨成熟。但是，從我國目

13、前的供電情況來看，電網(wǎng)設備還不夠完善，供電電壓不太穩(wěn)定，電壓波動值可能超出電冰箱的允許范圍（我國規(guī)定供電電壓穩(wěn)定度應該在正負百分之十），而且局部斷電又時有發(fā)生，根據(jù)以上種種原因就應運而生了電冰箱的自動保護器。電冰箱的驅動電機在一定的電壓范圍內才能正常工作，供電電壓過高或過低很容易導致繞組線圈燒毀；另外，當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，導致壓縮泵內壓力很高，使驅動電機負荷過載，也容易燒毀電機。因此，電冰箱需要一個保護器對其進行檢測和保護。另外，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國運行的1kw-320kw低壓電動機數(shù)量為6000萬臺，占電網(wǎng)用電量的7

14、0%以上，是工農(nóng)業(yè)及商業(yè)系統(tǒng)中應用最為廣泛的動力設備。全國每年燒毀電動機數(shù)量約300萬臺，容量為10億千瓦，每年僅電動機在燒毀過程中就耗電為數(shù)億萬度，修理費高達數(shù)100億元左右，造成停工停產(chǎn)損失竟達數(shù)100億元。僅上述費用不算，還會造成電機修理后功率下降，耗電量大，性能變差直接影響企業(yè)正常生產(chǎn)。并且中華人民共和國節(jié)約能源法也頒布了有關規(guī)定。綜上所述，電動機保護器不僅能保證工農(nóng)業(yè)正常生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，而且在節(jié)能事業(yè)中也有著重要意義。1.2 國內外電機保護器的發(fā)展狀況電動機故障診斷和保護技術的發(fā)展可劃分為保護理論的發(fā)展和保護器的發(fā)展。從時間上劃分，電動機保護器的發(fā)展大致可劃分為三代:第

15、一代是以傳統(tǒng)的機電式繼電器為主，包括:熔斷器、熱繼電器、電動機保護用自動開關及雙金屬片式溫度繼電器等。熔斷器是最古老、最簡單、最廉價的保護電器。它的主要缺點在于只適用于電動機的短路保護，而不能用于電動機的過載保護。在保護三相異步電動機時，也常常由于某一相熔斷器熔體熔斷而造成三相異步電動機斷相運行。故iec國際電工委員會規(guī)定，凡安裝熔斷器的場合，必須加設斷相保護。熱繼電器作為傳統(tǒng)的電動機保護裝置己有80多年歷史。在結構和性能上經(jīng)歷了34代日臻完善的發(fā)展過程。它是利用電流流過熱元件時的熱效應引起雙金屬片彎曲使機構動作的。其優(yōu)點是結構簡單、價格低廉、使用方便、有較好的反時限特性。比較適合于恒定負載、

16、連續(xù)運行情況下的過載保護。但是，若用來保護頻繁起動或重載起動以及發(fā)生過多次短時過載的電動機，保護效果欠佳，另外，只能對電動機的過載實現(xiàn)保護，不具備短路保護功能（由于存在熱慣性)，斷相保護的可靠性要受異步電動機負載率的影響。近年來，國內外不斷開發(fā)出具有斷相保護功能的三極熱繼電器，在一定程度上改善了斷相保護的效果。熱繼電器保護的準確度較差，一是由于保護特性有一定的分散性，且不太穩(wěn)定，二是對環(huán)境溫度、機械振動等環(huán)境因素比較敏感。熱繼電器盡管存在著許多不足之處，但由于其成本低，使用簡便，目前在小型電動機的保護中仍被廣泛地選用。電動機保護用自動開關是一種具有過載和短路保護等保護功能的電動機保護裝置，一定

17、程度上可取代熔斷器和熱繼電器的組合。它最突出的特點是在進行短路保護時不會成異步電動機的斷相運行，并且分斷后的停機時間短。第一代電動機保護用自動開關中的電動機過載保護仍采用雙金屬片結構，存在著與熱繼電器相同的弊端。雙金屬片式溫度繼電器是一種埋置在電動機繞組中，直接反映電動機溫度的保護裝置。從理論上講，溫度保護是提高電動機可靠性最直接、最有效的方法，對任何原因造成的繞組溫度過高均能實現(xiàn)有效的保護。因此，特別適用于由于通風不良、環(huán)境溫度過、起動次數(shù)過于頻繁、變動或沖擊性負載等原因引起的電動機過熱保護。但是，由于體積較大，安裝工藝比較復雜，動作緩慢、返回時間長，不適合在小型電動機中使用。第二代是采用電

18、子元件和中小規(guī)模集成電路的電子式電動機保護器。它包括電子式電動機綜合保護器及電子式溫度繼電器等等。電子式電動機保護裝置是隨著電子技術的速發(fā)展應運而生。電子式電動機綜合保護裝置是由電子元器件組成，不存在機械誤差和磨損,因此，動作速度快、精度和靈敏度高，壽命較長，耐沖和振動，整定簡便。我國這種裝置的研制始于20世紀80年代，到20世紀90年代初期，一批保護原理各異、性能良好、價格較低廉的產(chǎn)品己陸續(xù)研制、生產(chǎn)并開始推廣應用。雖然各種電子式保護裝置的原理各不相同，但一般均具有過載、斷相、短路、三相不平衡等多種保護功能。電子式保護裝置從總體上來看，其性能價格比己接近或優(yōu)于傳統(tǒng)的機電式保護裝置。早期因價格

19、過于昂貴的束縛也隨著電子元器件價格的降低而逐漸消失。迄今為止，被保護的對象也從大、中型電機為主轉變?yōu)橐詾閿?shù)眾多的中、小型電動機為主。可以預料它在中、小型電機保護領域的應用勢頭不會減弱。由于電子式電機綜合保護裝置屬于純硬件電路結構，各種功能特別是它的保護特性都是由相應的硬件電路實現(xiàn)的。所以，仍存在著擴展功能不夠靈活，保護特性不易改變，靈敏度及電流的整定范圍受到硬件的限制和電動機運行狀態(tài)的監(jiān)控不夠完善等一些缺陷。電子式溫度繼電器是一種將溫度傳感器埋置于電機繞組內，借助于電子裝置對電機繞組溫度進行保護的一種電動機保護電器。溫度傳感器多采用溫度系數(shù)大、靈敏度高、體積小和具有明顯的開關特性正溫度系數(shù)（p

20、ic）熱敏電阻。由于傳感器安置在電動機內部溫升較高的部位，直接反映電動機內部的溫度。因此，從理論上講，電子式溫度繼電可以保護由各種原因引起的繞組溫度過高的電機。我國己于1993年4月1日頒布了旋轉電機裝入式熱保護國家標準。然而，由于溫度傳感器存在著慣性(盡管西門子公司宣稱其生產(chǎn)的ptc熱敏電阻的時間常數(shù)已低于2秒，在起動、堵轉及短路時存在著一定的保護滯后。另外，安裝位置的復雜性(至今未見有繞組溫度高點的確切描述)、保護溫度選擇的不確定性和傳感器維護的困難，使得其應用受到一定的限制。第三代是采用微處理器的智能型電動機保護器。進入80年代以來，微電子技的發(fā)展和應用對電動機保護在原理上的概念更新、裝

21、置上的結構變革、性能上的完善、功能上的擴展等方面起著強大的推動作用。微處理器技術進入電動機保護領域后，使基于微處理器的電動機保護裝置具有了優(yōu)異的保護特性、完善的功能擴展和智能化的監(jiān)視與控制。經(jīng)過多年的發(fā)展，國外一些著名的電器公司紛紛推出以微處理器為核心智能化電機保護器。如:德國siemens公司的3ubi系列繼電器、日本fuji公司qa系列繼電器、美國abb公司的spem繼電器、英國cec-alshom公司的gemstart智能控制繼電器.國內也有許多單位在進行研制(如上海電器科學研究，南京自動化研究所等)。各類產(chǎn)品雖然型號各異、名稱不同，但其核心功能是一致。除基本的保護功能外，一般還具有自檢

22、、自診斷、故障參數(shù)(如故障值、故障類型)的記憶、保護參數(shù)的整定(包括保護方式的選擇，保護特性的改變等)等多種功能。進入20世紀90年代以來，由于微機通訊技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，國外一些公司又提出了兼有監(jiān)控、保護功能的智能化保護器。它能與中央控制系統(tǒng)進行雙向通訊，形成監(jiān)控、保與信息網(wǎng)絡;也能監(jiān)視電動機各種運行參數(shù)，不但能測量當前數(shù)據(jù)，并能對過去的運參數(shù)及故障情況做出統(tǒng)計，幫助操作人員做出決策定以減少線路和設備的停機和維修間。大大提高了整個系統(tǒng)的可靠性。電動機的故障診斷和保護理論，多年來一直是學術界研究的熱點。其發(fā)展過程可歸為四個方面。電動機常規(guī)保護理論。電動機常規(guī)保護理論的基本原理是以電流幅值的增

23、加作為故判據(jù)的。從原理上講，它只能反應對稱故障，對非對稱故障(如:斷相、接地、不平運行等)不能及時有效地保護。究其原因，一是各類非對稱故障不一定出現(xiàn)明顯的過電流，只有電動機負荷率大于70%時，健全相才會出現(xiàn)過流;二是非對稱故障對電動的危害不只表現(xiàn)在過流引起的過熱效應，更主要的是負序電流效應，因此僅以過流來反映故障嚴重程度是不夠的。基于對稱分量法的電動機保護理論。非對稱故障電流從理論上可將其分解為正序、負序和零序電流分量。其中正序分量可以反映電動機過流程度，負序分量和零序分量則反應非對稱故障電流的程度。因此，通過檢測負序和零序電流分量來判別各類非對稱障具有很高的靈敏度及可靠性。近年來國內外研制的

24、微機型電動機保護裝置大多基于對稱分量法。然而，基于對稱分量法對電機內部故障的分析只能定性，不能定量。基于先進信號處理方法的電動機保護理論。fourier變換的頻譜分析技術是較早應用于電動機故障診斷的信號處理方法。20世紀80年代提出的小波理論在電動機故障診斷中也有不俗的表現(xiàn)。人工智能技術、模糊數(shù)學、神經(jīng)網(wǎng)絡等先進信號處理方法在電動機故障診斷中也在進行應用研究。基于多回路理論的電動機保護理論。1987年由清華大學高景德教授、王祥晰教授等建立并發(fā)展起來的交流電機多回路理論為電機內部故障的定量分析提供了一套新方法。多回路理論以每個電機繞組為研究對象，能夠考慮多種諧波及繞組不對稱等特殊情況，特別適合于

25、研究電機內部故障的機理和定量分析。在實際應用中得到了較好的結果。交流電機多回路理論和各種先進信號處理方法結合業(yè)已成熟的微機保護技術，可以電動機的在線監(jiān)測、預防控制、缺陷報警、故障診斷、故障保護及事故后故障分析、故障定位等功能綜合于一體，實現(xiàn)電動機運行全過程的在線監(jiān)測、診斷與綜合保護。這也是今后電機保護的發(fā)展方向。1.3 本課題的主要任務和研究內容1.3.1本課題的主要任務電冰箱是一種間歇工作的家庭電器，在接通電源后，其壓縮電動機處于啟動、運行、終止的反復循環(huán)過程。根據(jù)我國家用電冰箱技術標準的規(guī)定，電冰箱的電源電壓應在175235v范圍內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

26、電動制冷器具的核心部件,其工作的安全性不僅關系到用戶的財產(chǎn)安全,而且關系到用戶的人身安全，并且壓縮機都是在負載條件下啟動的。啟動時要求電動機啟動轉矩較大，如果在電源電壓低于允許的下限值的情況下啟動，會因啟動轉矩不足，造成電動機啟動困難，勢必迫使電動機的啟動電流成倍增長，超過設計的允許的限度。電冰箱內設的熱保護裝置對這種瞬間大電流的反應較差，因而極易造成電動機繞組的燒毀。同理，如果電動機長期在低壓條件下工作，繞組的持續(xù)過熱會加速絕緣介質的老化和變質。當電源電壓過高時，電動機繞組因電流過載也同樣會出現(xiàn)發(fā)熱而破壞絕緣的現(xiàn)象，對壓縮機的壽命都是有害的，嚴重時也會燒毀電動機。另一方面，在電冰箱的壓縮機處

27、于工作狀態(tài)時，不允許在電源突然中斷后的短時間內重新接通電源。因為壓縮機工作時，壓縮泵一側自蒸發(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，自另一側送往冷凝器，實現(xiàn)向空間排熱。兩側壓力差最大時可達到十一個大氣壓，壓縮機中斷運行后，須經(jīng)一定的時間才能恢復兩側的平衡，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，由于兩側存在很大的壓力差，電動機啟動時的負載很大，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，我們應該給電冰箱配備一個冰箱保護器，該保護器能夠在電網(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)電壓恢復正常后自動恢復供電；當電冰

28、箱正在工作時，一旦電源中斷立即又恢復供電，要使其在5分鐘之后才恢復供電。本保護器的設計需要考慮下面幾個方面的問題:(1)合適性 由于保護器的種類繁多，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器應該有較好的適應性，即通過簡單方便的設置就可使保護器不同的保護特性的要求。(2)正確性 為了充分發(fā)揮電機自身的過載能力，同時還要對電機進行有效保護。要求保護器的動作要準確。不準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

29、，準確、可靠地完成規(guī)定的保護功能，并且，設計的合理性以及制造時的工藝保證是非常重要的。1.3.2本課題研究的內容本課題研究的主要內容主要包括以下幾個方面：（1） 正確設計電路圖，實現(xiàn)對電冰箱過壓保護的設計 從目前我國供電情況來看，供電電壓還不太穩(wěn)定。當電網(wǎng)電壓240v時，電動機繞組會因電流過載而出現(xiàn)發(fā)熱導致破壞絕緣層的現(xiàn)象。（2） 正確設計電路圖，實現(xiàn)對電冰箱欠壓保護的設計 當電網(wǎng)電壓180v時，會因啟動轉矩不足，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，超過設計的允許的限度，使壓縮機受到損害。（3） 正確設計電路圖，實現(xiàn)對電冰箱延時保護的設計由電冰箱的壓縮機的工作原理可知，在電冰

30、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重新接通電源，而應使電冰箱必須經(jīng)過5分鐘后才能恢復供電，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，設計出相應的pcb圖及仿真pcb圖是電路板的映射圖紙，它詳細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。第二章 壓縮機的運行狀態(tài)分析和保護方案2.1 壓縮機運行狀態(tài)分析壓縮機是冰箱的心臟，一個冰箱制冷質量的好壞主要看壓縮機的效果。壓縮機運行中常常會出現(xiàn)不正常的運行狀態(tài)，這些不正常的運行狀態(tài)包括:過壓、欠壓、斷相等，這些異常的運行狀態(tài)會影響電冰箱的心臟

31、壓縮機的工作狀態(tài)。長期在這種狀態(tài)運行，輕者造成壓縮機絕緣老化、壽命降低，重者造成壓縮機嚴重燒毀。因此，分析電動機的運行狀態(tài)，找出各種異常情況下的電流特征，是進行壓縮機故障判斷和有效保護的基礎。2.1.1過壓、欠壓運行狀態(tài)分析電冰箱是一種間歇工作的家庭電器，在接通電源后，其壓縮電動機處于啟動、運行、終止的反復循環(huán)過程。根據(jù)我國家用電冰箱技術標準的規(guī)定，電冰箱的電源電壓應在175235v范圍內才能保證電冰箱的正常啟動和運行。為什么要對電冰箱的電源條件做出規(guī)定呢？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系到用戶的財產(chǎn)安全,而且關系到用戶的人身安全，并且壓縮機都是在負載條

32、件下啟動的。啟動時要求電動機啟動轉矩較大，啟動電流?？蛇_到額定工作電流的三至七倍。在供電緊張地區(qū)或用電高峰時間里，電網(wǎng)電壓會變得很低，但有時候，電網(wǎng)電壓又會變得很高。如果在電源電壓低于允許的下限值的情況下啟動，會因啟動轉矩不足，造成電動機啟動困難，勢必迫使電動機的啟動電流成倍增長，超過設計的允許的限度。電冰箱內設的熱保護裝置對這種瞬間大電流的反應較差，因而極易造成壓縮機繞組的燒毀。當電源電壓高于允許的上限值的情況下啟動時，電動機繞組因電流過載也同樣會出現(xiàn)發(fā)熱而破壞絕緣的現(xiàn)象，對壓縮機的壽命都是有害的，嚴重時也會燒毀電動機。過壓、欠壓保護器就是應運而生的一種輔助性電器。當電網(wǎng)出現(xiàn)欠壓或過壓時，應

33、用敏感于電網(wǎng)電壓的基本特性，過壓欠壓保護器及時將電冰箱的電源切斷，以保護電冰箱免受非常規(guī)電壓的破壞。2.1.2 斷相運行狀態(tài)分析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重新接通電源。因為壓縮機工作時，壓縮泵一側自蒸發(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，自另一側送往冷凝器，實現(xiàn)向空間排熱。兩側壓力差最大時可達到十一個大氣壓，壓縮機中斷運行后，須經(jīng)一定的時間才能恢復兩側的平衡，最好保持在五分鐘左右，確保了壓縮機在輕載狀態(tài)下起動；倘若壓縮機運行中出現(xiàn)斷電后又很快接通的情況，由于兩側存在很大的壓力差，電動機啟動時的負載很大，啟動電流較正常值成倍增加，從而帶來燒毀電

34、動機的危險。電冰箱在出售時，生產(chǎn)廠家一般都不配備斷電保護器，市場上銷售的斷電保護器，一般也都不具備智能延遲作用。一般的斷電保護器，在電冰箱停電后復電，不管停電時間多久，它都要延遲5分鐘左右才能接通電源，顯得非常機械，人們希望在剛剛斷電的最近5分鐘之內能對電冰箱進行保護，不允許通電，而5分鐘之后，則要求一旦來電壓縮機能馬上通電起動運轉，以便在電冰箱室內的溫度下降的最短時間內恢復制冷，既能保證食物不至于變質，又可節(jié)約電能。2.2 壓縮機的保護方案電壓取樣鑒別單元延時電路驅動單元直流電源 圖2.2.1 電冰箱保護器方塊圖根據(jù)設計任務及要求，所設計的電冰箱保護器必須滿足：電網(wǎng)電壓在正常范圍時，保護器不

35、影響冰箱正常工作，而一旦電網(wǎng)電壓240v或180v時，保護器應立即切斷冰箱電源。為此，必須具有電壓取樣鑒別電路，以便能及時準確地按要求動作。正在工作的電冰箱一旦斷電又恢復供電時，保護器應延時5分鐘后再給冰箱接通電源，這就必須具有延時電路。延時電路可采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，為了減小體積，性能穩(wěn)定，采用555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)電路為好。不論是保護器立即斷電還是延時通電，都需要由繼電器觸電開關去控制驅動電機，顯然該保護器還應設有驅動繼電器線圈的驅動電路。此外，還應該有供給整個保護器各部分工作的直流電源。綜上所述，電冰箱保護器組成方塊圖如圖1所示。它由電壓取樣鑒別單元、延時電路、驅動單元和直流穩(wěn)壓電源四部分

36、組成。2.3 本章小結本章首先簡單介紹了電冰箱最主要的制冷部分壓縮機，壓縮機對電冰箱的工作起著決定性作用。由于我國電網(wǎng)的原因導致壓縮機經(jīng)常工作在過壓、欠壓、斷相等狀態(tài)下，為了避免壓縮機在上述狀態(tài)下運行，我設計了一個能夠保護電冰箱的方案。該保護方案中包含直流電源、取樣電路、延時電路、控制電路四部分。其中直流電源部分主要是把交流電轉換成直流電，取樣電路是保護電冰箱在正常的電壓下工作，延時電路是在電路斷相時來保護電冰箱，控制部分是對上述三個部分正常運行。第三章 電路組成和工作原理電冰箱保護器電路原理圖如下圖所示圖3.1.1電冰箱保護器原理圖3.1 電壓取樣鑒別單元該單元電路由與非門、電容、電阻、電位

37、器和、二極管組成。該部分電路的主要功能是當電網(wǎng)電壓240v或180v時，向驅動單元提供驅動信號，使繼電器觸點動作，電冰箱斷電；當電網(wǎng)恢復供電時，為延時電路輸入一個負脈沖，以便延時電路工作，使冰箱經(jīng)5分鐘才能通電。3.1.1當電網(wǎng)電壓在正常范圍內時電源剛接通的瞬間，電容上的電壓不能突變，因而,所以門輸出（也是基本rs觸發(fā)器的輸出端q）“1”狀態(tài)，門、的輸出“0”狀態(tài)，三極管、截止，繼電器常閉觸點不打開，電冰箱驅動電機得以供電可以啟動。電源接通之后,正常的電網(wǎng)電壓經(jīng)電阻，和分壓后,由兩端取出約40v的交流電壓,經(jīng)半波整流再經(jīng)及濾波后成為直流取樣電壓,使圖中 (與非門的轉折電壓，對于cmos門，閾值

38、電壓約等于直流電源電壓的一半，即), (與非門的轉折電壓)，故門輸出“1”電平，門輸出“0”電平，門輸出（rs觸發(fā)器的端）“1”電平；因為輸出“0”電平，這時給555定時器2腳送人一個負脈沖，其輸出端3腳輸出“1”電平，對充電，電壓上升，使門輸入（rs觸發(fā)器的端）為“1”電平，所以rs觸發(fā)器保持初始“1”狀態(tài)，繼電器k仍不吸合，其常閉觸點仍閉合，電冰箱得以繼續(xù)工作。3.1.2當電網(wǎng)電壓240v時由于電網(wǎng)電壓升高，使直流取樣電壓也相應升高，因而使,故門輸出為“0”電平，門輸出為“1”電平，門輸出“0”電平，基本rs觸發(fā)器，而這時已充電，仍然保持，所以觸發(fā)器翻轉成“0”狀態(tài)（門輸出為“0”電平），

39、導致門和輸出“1”電平，使和飽和導通，繼電器k吸合，常閉觸點及斷開，電冰箱斷電而停止工作。3.1.3 當電網(wǎng)電壓180v時由于電網(wǎng)電壓降低，使直流取樣電壓相應降低，因而使（這時）,使門輸出“1”電平，門輸出為“0”電平，也同樣迫使觸發(fā)器翻轉為“0”電平，使門及輸出為“1”電平，及飽和導通，繼電器k吸合，常閉觸點、斷開，電冰箱停止工作。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.當電網(wǎng)電壓從大于240v降至略小于24

40、0v時，由于,門的狀態(tài)翻轉，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，3腳恢復為“0”電平，輸出一個負脈沖，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），門及輸出“0”狀態(tài)，及截止，繼電器常閉觸點閉合，電冰箱恢復工作。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。調整,可以延時5分鐘。單穩(wěn)態(tài)觸

41、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腳送入一個負脈沖，接下來的過程與上述過程相同，電冰箱又恢復工作。3.3 驅動部分和直流穩(wěn)壓電源3.3.1驅動部分該單元電路由三極管和、與非門和、二極管、繼電器k和電阻組成。該電路的主要功能是：通過rs觸發(fā)器的輸出端（q）的狀態(tài)，經(jīng)門、反相后控制、的飽和導通或截止，使繼電器線圈k中有電流或無電流，從而使其常閉觸點斷開或閉合，電冰箱處于停止或工作狀態(tài)。是續(xù)流二極管，其作用是：當二極管

42、及由導通變截止時，繼電器線圈中的電流不會突然中斷，在其線圈兩端會產(chǎn)生上負下正的自感電壓，由于該電壓很高，可能會擊穿三極管和。有續(xù)流二極管時，自感電壓的極性使導通，給繼電器線圈中的電流（電感中的電流不能突變）提供了通路（續(xù)流），使線圈中的磁場能量慢慢釋放，因而線圈兩端不會產(chǎn)生高的自感電壓，或者說由于的導通使線圈兩端電壓被鉗制（大小為），和就不會被擊穿了。3.3.2 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

43、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)電壓波動或負載電流變化時，該電源所輸出的直流電壓基本穩(wěn)定，必須設有穩(wěn)壓電路。2.由、電容和、電阻和構成了基本調整管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。其中和組成復合調整管，與，及電阻r15構成第一級穩(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”的關系，所以只要穩(wěn)壓管電壓、保持穩(wěn)定，則當電網(wǎng)電壓和負載電流在一定范圍內變化時，ue也能基本穩(wěn)定。由于加了射極跟隨器，使穩(wěn)壓電路

44、帶負載能力增強了。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。電容和是為了改進穩(wěn)壓電路的暫態(tài)響應而設置的，即瞬時增減負載電流時不至于引起輸出電壓有較大的波動。3.4 本章小結 本章研究的主要內容有： （1）在詳細的分析了壓縮機運行中的幾種典型故障之后，我運用所學知識得出相應的保護方案，借此我使用protel99se軟件繪制了該冰箱保護器的電路原理圖。 （2）具體分析了電路原理圖中直流電源、取樣電路、延時電路、控制電路四部分的功能以及各元件是如何工作。 (3)設計了電冰箱綜合保護器的整體結構和功能，為硬件電路的設計提供了參考依據(jù)。第四章 電路元器件的選擇與計算4.1 ic的選擇55

45、5定時器ic選用cb555，其管腳外形圖如下圖所示。工作電壓=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200ma，能直接驅動大電流負載，最高工作頻率可達300khz。555定時器有兩個輸入端，分別稱作閾值輸入端（th）和觸發(fā)輸入端（），有一個輸入端（q）。此外，還有一個放電開關引出端（d），當在兩個輸入端（th和）分別加入輸入電壓時，根據(jù)二輸入電壓值的不同情況，就可以控制輸出端q的狀態(tài)（為低電平或高電平）以及放電開關d的狀態(tài)（是導通還是截止）。555定時器的所有應用都是基于這一特性，它的功能

46、表如下表所示。輸入輸出thqd0xx低電平導通1>2/3>1/3低電平導通1<2/3<1/3高電平截止1<2/3>1/3保持原狀態(tài)保持原狀態(tài)表4.1.1 555定時器功能表555定時器ic的引腳功能圖如下： 圖4.1.1 555時基引腳功能圖555定時器的引腳排列圖如上圖所示。其中（4腳）是復位端,該端為低電平時，定時器輸出端q為低電平，應用時該端應接到+，co（5腳）為控制電壓端，通常與地之間接一個0.1的濾波電容，旁路除掉來自電源的紋波電壓或噪聲；該控制端也可以外接固定電壓，用來改變閾值電壓和觸發(fā)電壓的大小。555定時器ic的工作原理如下： 圖4.1.2

47、 555定時器內部原理圖上圖為555時基集成電路的內部方框圖，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成。上限比較器的同相輸入端6腳稱為復位端r，當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)器復位，輸出端3腳vo為邏輯“0”，電路處于復位狀態(tài)。下限比較器的反相輸入端2腳稱為置位觸發(fā)端，當?shù)碾娢坏陀赼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r-s觸發(fā)器處于復位狀態(tài)時，vo=“0”，bg管導通

48、， 7腳對地相當于短路，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”，電路處于強制復位狀態(tài)。4.2 與非門的選擇與非門可分別選用四2輸入的cmos與非門，其型號選cc4011bd4.3 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）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

49、的f端供給，即,所以，以此為據(jù)，可選擇，的電位器。選,。4.4 延時電路元件選擇選，可以計算出的范圍，在圖3中，。當時 可選用470的固定阻值與1.5的電位器串聯(lián)。 4.5 驅動單元元器件選擇和計算：選,的npn型小功率硅管，型號3dg100b(舊型號3dg6b):選,的npn型中功率硅管，型號3dg130b(舊型號3dg12b):選2cz55b(舊型號2cz11k)。繼電器k:選用直流24v小型通用繼電器。的計算：設，繼電器k的直流電阻,則三極管的基極臨界飽和電流 當門輸出高電平（）時，要使飽和導通，則故 ，取。4.6 直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇和計算穩(wěn)壓二極管的選擇電路要求f點輸出電壓 e點

50、輸出電壓 即 查手冊選用2cw59(就型號2cw18),其穩(wěn)壓電壓，最大工作電流。、的計算： ，可取由于 為了讓調整管可靠地工作在放大區(qū)，必須使其管壓降，取,則 故選 。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。4.7 本章小結本章節(jié)我主要的工作有：（1）是分析了如何選擇該電路原件，例如：555定時器、與非門、電阻、電容

51、等等。（2）詳細介紹了555定時器的結構、封裝圖、工作原理，并且利用protel99se軟件繪制出該定時器的內部結構。（3）繪制了與非門cc4011的封裝圖。（4）根據(jù)本設計的要求和元器件的特性對各元件進行計算，選擇它們的數(shù)值，為下章的仿真做鋪墊。第五章 電路的仿真multisim10是電子電路設計與仿真方面的eda軟件。由于multisim10的最強大功能是用于電路的設計與仿真，因此稱這種軟件叫做虛擬電子實驗室或電子工作平臺。在任一臺計算機上，利用multisim10均可以創(chuàng)建電子技術基礎虛擬實驗室，從而改變傳統(tǒng)的教學模式，我們可把學到的電子技術基礎知識，應用multisim10電路仿真軟件

52、進行驗證。過欠壓電冰箱保護器的設計，該系統(tǒng)是由直流電源、取樣電路、延時電路、控制電路四部分組成，本章節(jié)就是利用該軟件對這四部分進行仿真。仿真的結果觀察電冰箱保護器是否具有過壓、欠壓、延時保護等功能，即電網(wǎng)電壓低于180v，高于240v要切斷電源實行保護，電網(wǎng)電壓在185v-235v之間時正常工作，并且斷電后再送電時至少要有5分鐘的延時。5.1 直流電源的仿真仿真電路圖如下：圖5.1.1 直流穩(wěn)壓單元仿真圖圖中上面電壓表所示的電壓是原理圖中ue的電壓，下面電壓表是原理圖中uf的電壓值，由上可知ue=22v,uf=11v，誤差在允許范圍內。5.2 取樣電路的模擬當v=235v時仿真電路圖如下：圖5

53、.2.1 v=235v時仿真電路圖仿真結果為：圖5.2.2 v=235v時仿真結果當v>240v時的結果：圖5.2.3 v=240v時仿真結果圖當v=185v時的仿真原理圖圖5.2.4 v=185v時的電路仿真圖當v=185v時的仿真結果圖5.2.5 v=185v時的電路結果圖當v<180v時的仿真結果是圖5.2.6 v<180v時的仿真結果圖5.3 延時電路的仿真仿真原理圖如下：圖5.3.1 延時電路仿真原理圖仿真結果：圖5.3.2延時電路仿真結果5.4本章小結本章主要是結合前幾個章節(jié)的理論研究進行仿真測試，進而檢測我起初設計的電路的正確性。由于該保護器原理圖是由直流電源、取樣電路、延時電路、控制電路四部分組成，且總體仿真不容易成功，因此，我必須把每個部分單獨進行仿真。首先，對直流電源部分進行仿真，觀察仿真結果的輸出電壓是否符合起初預設電壓；其次，對取樣電路進行仿真，仿真時要按照論文的要求去分別仿真，起初分析過壓的情況，進而分析欠壓的情況；最后，對延時部分的電路進行仿真，調節(jié)電容和電阻的數(shù)值，使其延時的時間達到5分鐘以上。有于控制電路部分簡單，屬于數(shù)字電路