家电延时保护器

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计课程设计任务书学生姓名：______________专业班级：______电信09________指导教师：____刘运苟____工作单位：____信息工程学院____题目：家电延时保护器初始条件：具备模拟电子电路的理论知识；具备模拟电路基本电路的设计能力；具备模拟电路的基本调试手段；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、输入电压198～240v时，给负载正常供电，显示2、输入电压vVi198，及vVi242时，对负载断电，并作高低超压显示3、电压恢复正常后，延时5秒，恢复供电4、25w灯泡作负载5、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书6、设计电源；7、焊接：采用实验板完成，不得使用面包板。时间安排：十八周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计目录摘要································································1课题的提出依据和意义············································12本课题的主要任务和研究内容······································12.1本课题的主要任务···········································12.2本课题研究的主要内容·······································23电路组成和工作原理··············································33.1直流稳压电流部分···········································43.2延时电路···················································44电路元器件的选择与计算··········································64.1定时器IC的选择············································64.2电压取样单元元件选择·······································74.3延时电路元件选择···········································84.4直流稳压电源元器件的选择···································85电路的仿真······················································96设计心得体会···················································13参考文献···························································14武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计摘要随着我国人们生活水平的提高，电冰箱已经逐渐成为我国广大居民家庭生活必备的一种家用电器。然而，电冰箱的驱动电机在一定的电压范围内才能正常工作，供电电压过高或过低很容易导致绕组线圈烧毁。因此，电冰箱易损坏或寿命短是困扰人们的一个问题。究其原因，供电电压波动、瞬时断电是电冰箱损坏或寿命缩短的主要原因之一。而对于绝大多数家用电冰箱来说，瞬时断电与电压波动几乎是不可避免的。为此，我们利用变压器，再配以控制电路设计了一种自动稳压、自动延时的电冰箱保护器，该多功能电冰箱保护器能够根据负载电流判断线路中的各种故障并及时进行保护，最大限度的降低对人们日常生活的影响，是一种经济实用的电冰箱保护器。电冰箱延时保护器，它可以在电冰箱起动过程中，在突然停电后，又立即恢复供电的情况下自动延时3～8分种，从而使电冰箱毛细管进、出二端的压差得到消除，防止冰箱电动机因过载起动或其他部件因过载起动而造成的损坏，有效地保证电冰箱的正常使用。本实用新型由直流电源、继电器和延时电路构成，具有结构简单，工作可靠，成本低廉等优点，它可以安装在电冰箱内和电冰箱控制电路构成一体，也可单独成立，作为电冰箱使用时的一个配件。关键词：电冰箱保护器；综合保护器；保护特性；仿真武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计1课题的提出依据和意义电冰箱的驱动电机在一定的电压范围内才能正常工作，供电电压过高或过低很容易导致绕组线圈烧毁；另外，当电冰箱正在工作时突然断电而又立即通电时，电冰箱的压缩机所承受的启动电流要比正常启动电流大好几倍，导致压缩泵内压力很高，使驱动电机负荷过载，也容易烧毁电机。因此，电冰箱需要一个保护器对其进行检测和保护。2本课题的主要任务和研究内容2.1本课题的主要任务电冰箱是一种间歇工作的家庭电器，在接通电源后，其压缩电动机处于启动、运行、终止的反复循环过程。根据我国家用电冰箱技术标准的规定，电冰箱的电源电压应在175～235v范围内才能保证电冰箱的正常启动和运行。这是由于电冰箱的压缩机作为电动制冷器具的核心部件,其工作的安全性不仅关系到用户的财产安全,而且关系到用户的人身安全，并且压缩机都是在负载条件下启动的。启动时要求电动机启动转矩较大，如果在电源电压低于允许的下限值的情况下，势必迫使电动机的启动电流成倍增长，超过设计的允许的限度。电冰箱内设的热保护装置对这种瞬间大电流的反应较差，因而极易造成电动机绕组的烧毁。另一方面，在电冰箱的压缩机处于工作状态时，不允许在电源突然中断后的短时间内重新接通电源。因为压缩机工作时，压缩泵一侧自蒸发器将低压制冷剂蒸发抽出，经过压缩成为高温高压蒸汽，自另一侧送往冷凝器，实现向空间排热。两侧压力差最大时可达到十一个大气压，压缩机中断运行后，须经一定的时间才能恢复两侧的平衡，最好保持在五分钟左右；倘若压缩机运行中出现断电后又很快接通的情况，由于两侧存在很大的压力差，电动机启动时的负载很大，启动电流较正常值成倍增加，从而带来烧毁电动机的危险。为了避免上述危险的发生，我们应该给电冰箱配备一个冰箱保护器，该保护器能够在电网电压过压或欠压情况下，使电冰箱供电系统停止供电，电网电压恢复正常后自动恢复供电；当电冰箱正在工作时，一旦电源中断立即又恢复供电，武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计要使其在5分钟之后才恢复供电。本保护器的设计需要考虑下面几个方面的问题:(1)合适性由于保护器的种类繁多，加之不同厂家生产的电机也有差别。因此，能型电动机综合保护器应该有较好的适应性，即通过简单方便的设置就可使保护器不同的保护特性的要求。(2)正确性为了充分发挥电机自身的过载能力，同时还要对电机进行有效保护。要求保护器的动作要准确。不准确的动作或造成电机的损坏，或不能充分发挥的过载能力，造成不必要的跳闸断电，影响生产。(3)保障性这一方面要求保护器在无故障时不能产生误动作，而在故障发生不能拒绝动作，特别是在过压、欠压和突然断电时。要在规定的时间内，准确、可靠地完成规定的保护功能，并且，设计的合理性以及制造时的工艺保证是非常重要的。2.2本课题研究的内容本课题研究的主要内容主要包括以下几个方面：（1）正确设计电路图，实现对电冰箱过压保护的设计从目前我国供电情况来看，供电电压还不太稳定。当电网电压240V时，电动机绕组会因电流过载而出现发热导致破坏绝缘层的现象。（2）正确设计电路图，实现对电冰箱欠压保护的设计当电网电压180V时，会因启动转矩不足，造成压缩机启动困难，势必迫使电动机的启动电流成倍增长，超过设计的允许的限度，使压缩机受到损害。（3）正确设计电路图，实现对电冰箱延时保护的设计由电冰箱的压缩机的工作原理可知，在电冰箱的压缩机处于工作状态时，不允许在电源突然中断后的短时间内重新接通电源，而应使电冰箱必须经过5分钟后才能恢复供电，才不会影响电冰箱的正常工作和人们的日常生活。（4）根据画好的工作原理图，设计出相应的仿真PCB图是电路板的映射图纸，它详细描绘了电路板的走线、元件的位置、线路板的尺寸、表面印什么字、底面怎么做铜箔等等，发往PCB厂家加工出来。武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计3电路组成和工作原理电冰箱保护器电路原理图如下图所图3.0.1原理图该电路的主要功能是当电网电压240V或180V时，向驱动单元提供驱动信号，使继电器触点动作，电冰箱断电；当电网恢复供电时，为延时电路输入一个负脉冲，以便延时电路工作，使冰箱经5分钟才能通电图3.0.2工作设计框图设计原理：电网电压采样样本通过比较器进行比较，然后通过比较器控制武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计555时基电路，然后通过555时基电路来控制三极管和继电器的工作，从而实现对负载即用电器的控制。3.1直流稳压电源部分该电源由变压器T、整流二极管63D~D、稳压管31ZZDD、调整管53T~T、电容1911C~C及电阻15R与16R组成。该电路的主要功能是产生两种大小不同的直流电压：E点输出电压EU=22V，供给驱动单元；F点输出电压FU=11V,作为与非门71G~G和555定时器IC的电源电压。直流稳压电源电路的工作原理如下：1由变压器T、整流管63D~D、电容11C组成全波桥式整流电容滤波电路。220V的交流电压经降压变压器降压后，又经63~DD组成的整流桥，输出脉动的电压，再经11C的滤波，便在其两端（即稳压电路的输入端）获得直流电压。为了能在电网电压波动或负载电流变化时，该电源所输出的直流电压基本稳定，必须设有稳压电路。2由53T~T、2Z1ZD~D、电容12C和13C、电阻15R和16R构成了基本调整管串联型稳压电路。其中3T和4T组成复合调整管，与1ZD，2ZD及电阻R15构成第一级稳压电路，在E点输出22V直流电压。它的特点是EU与稳压管稳压值ZU是“跟随”的关系，所以只要稳压管电压1ZU、2ZU保持稳定，则当电网电压和负载电流在一定范围内变化时，UE也能基本稳定。由于加了射极跟随器，使稳压电路带负载能力增强了。同理5T，3ZD，16R又组成了第二级稳压电路，在F点输出11v的直流电压。电容12C和13C是为了改进稳压电路的暂态响应而设置的，即瞬时增减负载电流时不至于引起输出电压有较大的波动。3.2延时电路为防止因断电后又立即通电而烧毁电机，因此要用延时电路。该延时电路由555定时器IC、电容107C~C、电阻1412R~R等组成。由图2可知，该电路是一个负脉冲触发的单稳态延时电路，它的工作原理如下：武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计图3.2.1单稳态触发器工作波形1.当电网电压从大于240V降至略小于240V时，由于1THBUU,门1G的状态翻转，输出为“1”电平，门2G由输出“1”变为输出“0”（这时有2THCUU），通过5C给555定时器IC的2脚送入一个负脉冲，则3脚变为“1”电平。同时放电管截止，直流电源DDV经电阻13R对电容7C充电，DU（7CU）上升。经5分钟后，DDDV32U,555电路状态翻转，3脚恢复为“0”电平，输出一个负脉冲，经电容9C送至RS触发器，使0SD(这时因2G输出“0”电平，3G输出为“1”电平，即1RD),迫使RS触发器翻为“1”状态（Q=1），门6G及7G输出“0”状态，1T及2T截止，继电器常闭触点闭合，电冰箱恢复工作。这里555定时器3脚“1”电平的保持时间（放电管DT的截止时间）仅与电阻13R和电容7C的乘积成正比，而与直流电源电压DDV的大小无关。调整13R,可以延时5分钟。单稳态触发器的工作波型见图5所示。其中D为2脚电压，O为3脚电压，D为7脚电压的波形。2.若电网电压从小于180V上升到大于180V时，1THCUU（这时UBUTH1,门1G输出“1”电平）,门2G输出“0”电平，通过5G