[優(yōu)秀畢業(yè)論文]過(guò)欠壓電冰箱保護(hù)器設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）過(guò)欠壓電冰箱保護(hù)器的設(shè)計(jì)系 部： 機(jī)電系 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 06級(jí) 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)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(guó)內(nèi)外電機(jī)保護(hù)器的發(fā)展?fàn)顩r21.3 本課題的主要任務(wù)和研究?jī)?nèi)容51.3.1本課題的主要任務(wù)51.3.2本課題研究的內(nèi)容6第二章 壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)分析和保護(hù)方案82.1 壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)分析82.1.1過(guò)壓、欠壓運(yùn)行狀態(tài)分析82.1.2 斷相運(yùn)行狀態(tài)分析82.2 壓縮機(jī)的保護(hù)方案92.3 本章小結(jié)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(dāng)電網(wǎng)電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)123.1.2當(dāng)電網(wǎng)電壓240v時(shí)123.1.3 當(dāng)電網(wǎng)電壓180v時(shí)123.2 延時(shí)電路133.3 驅(qū)動(dòng)部分和直流穩(wěn)壓電源143.3.1驅(qū)動(dòng)部分143.3.2 直流穩(wěn)壓電源部分143.4 本章小結(jié)15第四章 電路元器件的選擇與計(jì)算164.1 ic的選擇164.2與非門(mén)的選擇184.3 電壓取樣單元元件選擇184.4 延時(shí)電路元件選擇194.5 驅(qū)動(dòng)單元元器件選擇和計(jì)算194.6 直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇和計(jì)算204.7 本章小結(jié)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(shí)電

3、路的仿真275.4本章小結(jié)28第六章 展望29總結(jié)30參考文獻(xiàn)31致謝32附表1：外購(gòu)件明細(xì)表33過(guò)欠壓電冰箱保護(hù)器的設(shè)計(jì)摘要隨著我國(guó)人們生活水平的提高，電冰箱已經(jīng)逐漸成為我國(guó)廣大居民家庭生活必備的一種家用電器。然而，電冰箱的驅(qū)動(dòng)電機(jī)在一定的電壓范圍內(nèi)才能正常工作，供電電壓過(guò)高或過(guò)低很容易導(dǎo)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(gè)問(wèn)題。究其原因，供電電壓波動(dòng)、瞬時(shí)斷電是電冰箱損壞或壽命縮短的主要原因之一。而對(duì)于絕大多數(shù)家用電冰箱來(lái)說(shuō)，瞬時(shí)斷電與電壓波動(dòng)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(shè)計(jì)了一種自動(dòng)穩(wěn)壓、自動(dòng)延時(shí)的電冰箱保護(hù)器，該多功能電冰箱保護(hù)器能夠根據(jù)

4、負(fù)載電流判斷線路中的各種故障并及時(shí)進(jìn)行保護(hù)，最大限度的降低對(duì)人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊?，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的電冰箱保護(hù)器。本文是在分析了目前國(guó)內(nèi)外電冰箱保護(hù)器的研究進(jìn)展與現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種集過(guò)壓、欠壓和延時(shí)保護(hù)于一體的多功能電冰箱保護(hù)器。文中首先探討了冰箱保護(hù)器的價(jià)值和發(fā)展?fàn)顩r，并提出了設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和內(nèi)容。然后分析了電網(wǎng)過(guò)、欠壓及突然斷電時(shí)，壓縮機(jī)受到的影響，并根據(jù)其工作原理，繪制電路原理圖，進(jìn)行元器件的選擇與計(jì)算，設(shè)計(jì)相應(yīng)的仿真。最后進(jìn)行分析總結(jié)，并寫(xiě)出該設(shè)計(jì)的參考文獻(xiàn)。關(guān)鍵詞：電冰箱保護(hù)器；綜合保護(hù)器；保護(hù)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(hù)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(jī)電產(chǎn)品。幾乎滲透到所有用電領(lǐng)域，是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國(guó)防建設(shè)及人民生活正常生產(chǎn)和安全工作的重要保證，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guó)家統(tǒng)計(jì)局的最新數(shù)據(jù)，2006年18月，我國(guó)實(shí)現(xiàn)冰箱累計(jì)產(chǎn)量1199.44萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)29.72，累計(jì)銷(xiāo)售額達(dá)到1

12、1.25億元，同比增長(zhǎng)高達(dá)55.36。2007年，中國(guó)電冰箱企業(yè)年銷(xiāo)售量合計(jì)達(dá)到3079萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)19.56%，其中，內(nèi)銷(xiāo)1427萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)了13.6個(gè)百分點(diǎn)，增長(zhǎng)率為5年來(lái)最高水平，冰箱產(chǎn)業(yè)再次進(jìn)入高速發(fā)展期。2008年前10個(gè)月冰箱總零售量344萬(wàn)臺(tái)，同比增加13.95%；冰箱總零售額88億元，同比增長(zhǎng)23.15%。來(lái)自中國(guó)家電行業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，目前中國(guó)冰箱、冰柜的總產(chǎn)能已經(jīng)超過(guò)3000萬(wàn)臺(tái)，而這兩種家電產(chǎn)品全球總產(chǎn)量不過(guò)7000萬(wàn)臺(tái)左右，中國(guó)冰箱業(yè)的產(chǎn)能已經(jīng)占了全球的“半壁江山”。外國(guó)巨頭在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的不斷擴(kuò)張和國(guó)內(nèi)企業(yè)持續(xù)不斷擴(kuò)大的產(chǎn)能，使中國(guó)冰箱市場(chǎng)的發(fā)展日趨成熟。但是，從我國(guó)目

13、前的供電情況來(lái)看，電網(wǎng)設(shè)備還不夠完善，供電電壓不太穩(wěn)定，電壓波動(dòng)值可能超出電冰箱的允許范圍（我國(guó)規(guī)定供電電壓穩(wěn)定度應(yīng)該在正負(fù)百分之十），而且局部斷電又時(shí)有發(fā)生，根據(jù)以上種種原因就應(yīng)運(yùn)而生了電冰箱的自動(dòng)保護(hù)器。電冰箱的驅(qū)動(dòng)電機(jī)在一定的電壓范圍內(nèi)才能正常工作，供電電壓過(guò)高或過(guò)低很容易導(dǎo)致繞組線圈燒毀；另外，當(dāng)電冰箱正在工作時(shí)突然斷電而又立即通電時(shí)，電冰箱的壓縮機(jī)所承受的啟動(dòng)電流要比正常啟動(dòng)電流大好幾倍，導(dǎo)致壓縮泵內(nèi)壓力很高，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)荷過(guò)載，也容易燒毀電機(jī)。因此，電冰箱需要一個(gè)保護(hù)器對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和保護(hù)。另外，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)運(yùn)行的1kw-320kw低壓電動(dòng)機(jī)數(shù)量為6000萬(wàn)臺(tái)，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(yīng)用最為廣泛的動(dòng)力設(shè)備。全國(guó)每年燒毀電動(dòng)機(jī)數(shù)量約300萬(wàn)臺(tái)，容量為10億千瓦，每年僅電動(dòng)機(jī)在燒毀過(guò)程中就耗電為數(shù)億萬(wàn)度，修理費(fèi)高達(dá)數(shù)100億元左右，造成停工停產(chǎn)損失竟達(dá)數(shù)100億元。僅上述費(fèi)用不算，還會(huì)造成電機(jī)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(guó)節(jié)約能源法也頒布了有關(guān)規(guī)定。綜上所述，電動(dòng)機(jī)保護(hù)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(jì)效益，而且在節(jié)能事業(yè)中也有著重要意義。1.2 國(guó)內(nèi)外電機(jī)保護(hù)器的發(fā)展?fàn)顩r電動(dòng)機(jī)故障診斷和保護(hù)技術(shù)的發(fā)展可劃分為保護(hù)理論的發(fā)展和保護(hù)器的發(fā)展。從時(shí)間上劃分，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的發(fā)展大致可劃分為三代:第

15、一代是以傳統(tǒng)的機(jī)電式繼電器為主，包括:熔斷器、熱繼電器、電動(dòng)機(jī)保護(hù)用自動(dòng)開(kāi)關(guān)及雙金屬片式溫度繼電器等。熔斷器是最古老、最簡(jiǎn)單、最廉價(jià)的保護(hù)電器。它的主要缺點(diǎn)在于只適用于電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)，而不能用于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。在保護(hù)三相異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，也常常由于某一相熔斷器熔體熔斷而造成三相異步電動(dòng)機(jī)斷相運(yùn)行。故iec國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定，凡安裝熔斷器的場(chǎng)合，必須加設(shè)斷相保護(hù)。熱繼電器作為傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置己有80多年歷史。在結(jié)構(gòu)和性能上經(jīng)歷了34代日臻完善的發(fā)展過(guò)程。它是利用電流流過(guò)熱元件時(shí)的熱效應(yīng)引起雙金屬片彎曲使機(jī)構(gòu)動(dòng)作的。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便、有較好的反時(shí)限特性。比較適合于恒定負(fù)載、

16、連續(xù)運(yùn)行情況下的過(guò)載保護(hù)。但是，若用來(lái)保護(hù)頻繁起動(dòng)或重載起動(dòng)以及發(fā)生過(guò)多次短時(shí)過(guò)載的電動(dòng)機(jī)，保護(hù)效果欠佳，另外，只能對(duì)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載實(shí)現(xiàn)保護(hù)，不具備短路保護(hù)功能（由于存在熱慣性)，斷相保護(hù)的可靠性要受異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載率的影響。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外不斷開(kāi)發(fā)出具有斷相保護(hù)功能的三極熱繼電器，在一定程度上改善了斷相保護(hù)的效果。熱繼電器保護(hù)的準(zhǔn)確度較差，一是由于保護(hù)特性有一定的分散性，且不太穩(wěn)定，二是對(duì)環(huán)境溫度、機(jī)械振動(dòng)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(jiǎn)便，目前在小型電動(dòng)機(jī)的保護(hù)中仍被廣泛地選用。電動(dòng)機(jī)保護(hù)用自動(dòng)開(kāi)關(guān)是一種具有過(guò)載和短路保護(hù)等保護(hù)功能的電動(dòng)機(jī)保護(hù)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(diǎn)是在進(jìn)行短路保護(hù)時(shí)不會(huì)成異步電動(dòng)機(jī)的斷相運(yùn)行，并且分?jǐn)嗪蟮耐C(jī)時(shí)間短。第一代電動(dòng)機(jī)保護(hù)用自動(dòng)開(kāi)關(guān)中的電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)仍采用雙金屬片結(jié)構(gòu)，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(dòng)機(jī)繞組中，直接反映電動(dòng)機(jī)溫度的保護(hù)裝置。從理論上講，溫度保護(hù)是提高電動(dòng)機(jī)可靠性最直接、最有效的方法，對(duì)任何原因造成的繞組溫度過(guò)高均能實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)。因此，特別適用于由于通風(fēng)不良、環(huán)境溫度過(guò)、起動(dòng)次數(shù)過(guò)于頻繁、變動(dòng)或沖擊性負(fù)載等原因引起的電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)。但是，由于體積較大，安裝工藝比較復(fù)雜，動(dòng)作緩慢、返回時(shí)間長(zhǎng)，不適合在小型電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)保護(hù)器。它包括電子式電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器及電子式溫度繼電器等等。電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置是隨著電子技術(shù)的速發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生。電子式電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置是由電子元器件組成，不存在機(jī)械誤差和磨損,因此，動(dòng)作速度快、精度和靈敏度高，壽命較長(zhǎng)，耐沖和振動(dòng)，整定簡(jiǎn)便。我國(guó)這種裝置的研制始于20世紀(jì)80年代，到20世紀(jì)90年代初期，一批保護(hù)原理各異、性能良好、價(jià)格較低廉的產(chǎn)品己陸續(xù)研制、生產(chǎn)并開(kāi)始推廣應(yīng)用。雖然各種電子式保護(hù)裝置的原理各不相同，但一般均具有過(guò)載、斷相、短路、三相不平衡等多種保護(hù)功能。電子式保護(hù)裝置從總體上來(lái)看，其性能價(jià)格比己接近或優(yōu)于傳統(tǒng)的機(jī)電式保護(hù)裝置。早期因價(jià)格

19、過(guò)于昂貴的束縛也隨著電子元器件價(jià)格的降低而逐漸消失。迄今為止，被保護(hù)的對(duì)象也從大、中型電機(jī)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詾閿?shù)眾多的中、小型電動(dòng)機(jī)為主?？梢灶A(yù)料它在中、小型電機(jī)保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用勢(shì)頭不會(huì)減弱。由于電子式電機(jī)綜合保護(hù)裝置屬于純硬件電路結(jié)構(gòu)，各種功能特別是它的保護(hù)特性都是由相應(yīng)的硬件電路實(shí)現(xiàn)的。所以，仍存在著擴(kuò)展功能不夠靈活，保護(hù)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(dòng)機(jī)運(yùn)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(jī)繞組內(nèi)，借助于電子裝置對(duì)電機(jī)繞組溫度進(jìn)行保護(hù)的一種電動(dòng)機(jī)保護(hù)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(kāi)關(guān)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(dòng)機(jī)內(nèi)部溫升較高的部位，直接反映電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的溫度。因此，從理論上講，電子式溫度繼電可以保護(hù)由各種原因引起的繞組溫度過(guò)高的電機(jī)。我國(guó)己于1993年4月1日頒布了旋轉(zhuǎn)電機(jī)裝入式熱保護(hù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。然而，由于溫度傳感器存在著慣性(盡管西門(mén)子公司宣稱(chēng)其生產(chǎn)的ptc熱敏電阻的時(shí)間常數(shù)已低于2秒，在起動(dòng)、堵轉(zhuǎn)及短路時(shí)存在著一定的保護(hù)滯后。另外，安裝位置的復(fù)雜性(至今未見(jiàn)有繞組溫度高點(diǎn)的確切描述)、保護(hù)溫度選擇的不確定性和傳感器維護(hù)的困難，使得其應(yīng)用受到一定的限制。第三代是采用微處理器的智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。進(jìn)入80年代以來(lái)，微電子技的發(fā)展和應(yīng)用對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)在原理上的概念更新、裝

21、置上的結(jié)構(gòu)變革、性能上的完善、功能上的擴(kuò)展等方面起著強(qiáng)大的推動(dòng)作用。微處理器技術(shù)進(jìn)入電動(dòng)機(jī)保護(hù)領(lǐng)域后，使基于微處理器的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置具有了優(yōu)異的保護(hù)特性、完善的功能擴(kuò)展和智能化的監(jiān)視與控制。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)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(jī)保護(hù)器。如:德國(guó)siemens公司的3ubi系列繼電器、日本fuji公司qa系列繼電器、美國(guó)abb公司的spem繼電器、英國(guó)cec-alshom公司的gemstart智能控制繼電器.國(guó)內(nèi)也有許多單位在進(jìn)行研制(如上海電器科學(xué)研究，南京自動(dòng)化研究所等)。各類(lèi)產(chǎn)品雖然型號(hào)各異、名稱(chēng)不同，但其核心功能是一致。除基本的保護(hù)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(lèi)型)的記憶、保護(hù)參數(shù)的整定(包括保護(hù)方式的選擇，保護(hù)特性的改變等)等多種功能。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，由于微機(jī)通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外一些公司又提出了兼有監(jiān)控、保護(hù)功能的智能化保護(hù)器。它能與中央控制系統(tǒng)進(jìn)行雙向通訊，形成監(jiān)控、保與信息網(wǎng)絡(luò);也能監(jiān)視電動(dòng)機(jī)各種運(yùn)行參數(shù)，不但能測(cè)量當(dāng)前數(shù)據(jù)，并能對(duì)過(guò)去的運(yùn)參數(shù)及故障情況做出統(tǒng)計(jì)，幫助操作人員做出決策定以減少線路和設(shè)備的停機(jī)和維修間。大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。電動(dòng)機(jī)的故障診斷和保護(hù)理論，多年來(lái)一直是學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。其發(fā)展過(guò)程可歸為四個(gè)方面。電動(dòng)機(jī)常規(guī)保護(hù)理論。電動(dòng)機(jī)常規(guī)保護(hù)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(yīng)對(duì)稱(chēng)故障，對(duì)非對(duì)稱(chēng)故障(如:斷相、接地、不平運(yùn)行等)不能及時(shí)有效地保護(hù)。究其原因，一是各類(lèi)非對(duì)稱(chēng)故障不一定出現(xiàn)明顯的過(guò)電流，只有電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率大于70%時(shí)，健全相才會(huì)出現(xiàn)過(guò)流;二是非對(duì)稱(chēng)故障對(duì)電動(dòng)的危害不只表現(xiàn)在過(guò)流引起的過(guò)熱效應(yīng)，更主要的是負(fù)序電流效應(yīng)，因此僅以過(guò)流來(lái)反映故障嚴(yán)重程度是不夠的?；趯?duì)稱(chēng)分量法的電動(dòng)機(jī)保護(hù)理論。非對(duì)稱(chēng)故障電流從理論上可將其分解為正序、負(fù)序和零序電流分量。其中正序分量可以反映電動(dòng)機(jī)過(guò)流程度，負(fù)序分量和零序分量則反應(yīng)非對(duì)稱(chēng)故障電流的程度。因此，通過(guò)檢測(cè)負(fù)序和零序電流分量來(lái)判別各類(lèi)非對(duì)稱(chēng)障具有很高的靈敏度及可靠性。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研制的

24、微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置大多基于對(duì)稱(chēng)分量法。然而，基于對(duì)稱(chēng)分量法對(duì)電機(jī)內(nèi)部故障的分析只能定性，不能定量?；谙冗M(jìn)信號(hào)處理方法的電動(dòng)機(jī)保護(hù)理論。fourier變換的頻譜分析技術(shù)是較早應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)故障診斷的信號(hào)處理方法。20世紀(jì)80年代提出的小波理論在電動(dòng)機(jī)故障診斷中也有不俗的表現(xiàn)。人工智能技術(shù)、模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)信號(hào)處理方法在電動(dòng)機(jī)故障診斷中也在進(jìn)行應(yīng)用研究?；诙嗷芈防碚摰碾妱?dòng)機(jī)保護(hù)理論。1987年由清華大學(xué)高景德教授、王祥晰教授等建立并發(fā)展起來(lái)的交流電機(jī)多回路理論為電機(jī)內(nèi)部故障的定量分析提供了一套新方法。多回路理論以每個(gè)電機(jī)繞組為研究對(duì)象，能夠考慮多種諧波及繞組不對(duì)稱(chēng)等特殊情況，特別適合于

25、研究電機(jī)內(nèi)部故障的機(jī)理和定量分析。在實(shí)際應(yīng)用中得到了較好的結(jié)果。交流電機(jī)多回路理論和各種先進(jìn)信號(hào)處理方法結(jié)合業(yè)已成熟的微機(jī)保護(hù)技術(shù)，可以電動(dòng)機(jī)的在線監(jiān)測(cè)、預(yù)防控制、缺陷報(bào)警、故障診斷、故障保護(hù)及事故后故障分析、故障定位等功能綜合于一體，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行全過(guò)程的在線監(jiān)測(cè)、診斷與綜合保護(hù)。這也是今后電機(jī)保護(hù)的發(fā)展方向。1.3 本課題的主要任務(wù)和研究?jī)?nèi)容1.3.1本課題的主要任務(wù)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(dòng)機(jī)處于啟動(dòng)、運(yùn)行、終止的反復(fù)循環(huán)過(guò)程。根據(jù)我國(guó)家用電冰箱技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，電冰箱的電源電壓應(yīng)在175235v范圍內(nèi)才能保證電冰箱的正常啟動(dòng)和運(yùn)行。這是由于電冰箱的壓縮機(jī)作為

26、電動(dòng)制冷器具的核心部件,其工作的安全性不僅關(guān)系到用戶(hù)的財(cái)產(chǎn)安全,而且關(guān)系到用戶(hù)的人身安全，并且壓縮機(jī)都是在負(fù)載條件下啟動(dòng)的。啟動(dòng)時(shí)要求電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，如果在電源電壓低于允許的下限值的情況下啟動(dòng)，會(huì)因啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足，造成電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難，勢(shì)必迫使電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流成倍增長(zhǎng)，超過(guò)設(shè)計(jì)的允許的限度。電冰箱內(nèi)設(shè)的熱保護(hù)裝置對(duì)這種瞬間大電流的反應(yīng)較差，因而極易造成電動(dòng)機(jī)繞組的燒毀。同理，如果電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期在低壓條件下工作，繞組的持續(xù)過(guò)熱會(huì)加速絕緣介質(zhì)的老化和變質(zhì)。當(dāng)電源電壓過(guò)高時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組因電流過(guò)載也同樣會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱而破壞絕緣的現(xiàn)象，對(duì)壓縮機(jī)的壽命都是有害的，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)燒毀電動(dòng)機(jī)。另一方面，在電冰箱的壓縮機(jī)處

27、于工作狀態(tài)時(shí)，不允許在電源突然中斷后的短時(shí)間內(nèi)重新接通電源。因?yàn)閴嚎s機(jī)工作時(shí)，壓縮泵一側(cè)自蒸發(fā)器將低壓制冷劑蒸發(fā)抽出，經(jīng)過(guò)壓縮成為高溫高壓蒸汽，自另一側(cè)送往冷凝器，實(shí)現(xiàn)向空間排熱。兩側(cè)壓力差最大時(shí)可達(dá)到十一個(gè)大氣壓，壓縮機(jī)中斷運(yùn)行后，須經(jīng)一定的時(shí)間才能恢復(fù)兩側(cè)的平衡，最好保持在五分鐘左右；倘若壓縮機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)斷電后又很快接通的情況，由于兩側(cè)存在很大的壓力差，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載很大，啟動(dòng)電流較正常值成倍增加，從而帶來(lái)燒毀電動(dòng)機(jī)的危險(xiǎn)。為了避免上述危險(xiǎn)的發(fā)生，我們應(yīng)該給電冰箱配備一個(gè)冰箱保護(hù)器，該保護(hù)器能夠在電網(wǎng)電壓過(guò)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(fù)正常后自動(dòng)恢復(fù)供電；當(dāng)電冰

28、箱正在工作時(shí)，一旦電源中斷立即又恢復(fù)供電，要使其在5分鐘之后才恢復(fù)供電。本保護(hù)器的設(shè)計(jì)需要考慮下面幾個(gè)方面的問(wèn)題:(1)合適性 由于保護(hù)器的種類(lèi)繁多，加之不同廠家生產(chǎn)的電機(jī)也有差別。因此，能型電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器應(yīng)該有較好的適應(yīng)性，即通過(guò)簡(jiǎn)單方便的設(shè)置就可使保護(hù)器不同的保護(hù)特性的要求。(2)正確性 為了充分發(fā)揮電機(jī)自身的過(guò)載能力，同時(shí)還要對(duì)電機(jī)進(jìn)行有效保護(hù)。要求保護(hù)器的動(dòng)作要準(zhǔn)確。不準(zhǔn)確的動(dòng)作或造成電機(jī)的損壞，或不能充分發(fā)揮的過(guò)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(hù)器在無(wú)故障時(shí)不能產(chǎn)生誤動(dòng)作，而在故障發(fā)生不能拒絕動(dòng)作，特別是在過(guò)壓、欠壓和突然斷電時(shí)。要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)

29、，準(zhǔn)確、可靠地完成規(guī)定的保護(hù)功能，并且，設(shè)計(jì)的合理性以及制造時(shí)的工藝保證是非常重要的。1.3.2本課題研究的內(nèi)容本課題研究的主要內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：（1） 正確設(shè)計(jì)電路圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)電冰箱過(guò)壓保護(hù)的設(shè)計(jì) 從目前我國(guó)供電情況來(lái)看，供電電壓還不太穩(wěn)定。當(dāng)電網(wǎng)電壓240v時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組會(huì)因電流過(guò)載而出現(xiàn)發(fā)熱導(dǎo)致破壞絕緣層的現(xiàn)象。（2） 正確設(shè)計(jì)電路圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)電冰箱欠壓保護(hù)的設(shè)計(jì) 當(dāng)電網(wǎng)電壓180v時(shí)，會(huì)因啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足，造成壓縮機(jī)啟動(dòng)困難，勢(shì)必迫使電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流成倍增長(zhǎng)，超過(guò)設(shè)計(jì)的允許的限度，使壓縮機(jī)受到損害。（3） 正確設(shè)計(jì)電路圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)電冰箱延時(shí)保護(hù)的設(shè)計(jì)由電冰箱的壓縮機(jī)的工作原理可知，在電冰

30、箱的壓縮機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)，不允許在電源突然中斷后的短時(shí)間內(nèi)重新接通電源，而應(yīng)使電冰箱必須經(jīng)過(guò)5分鐘后才能恢復(fù)供電，才不會(huì)影響電冰箱的正常工作和人們的日常生活。（4） 根據(jù)畫(huà)好的工作原理圖，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的pcb圖及仿真pcb圖是電路板的映射圖紙，它詳細(xì)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(lái)。第二章 壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)分析和保護(hù)方案2.1 壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)分析壓縮機(jī)是冰箱的心臟，一個(gè)冰箱制冷質(zhì)量的好壞主要看壓縮機(jī)的效果。壓縮機(jī)運(yùn)行中常常會(huì)出現(xiàn)不正常的運(yùn)行狀態(tài)，這些不正常的運(yùn)行狀態(tài)包括:過(guò)壓、欠壓、斷相等，這些異常的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)影響電冰箱的心臟

31、壓縮機(jī)的工作狀態(tài)。長(zhǎng)期在這種狀態(tài)運(yùn)行，輕者造成壓縮機(jī)絕緣老化、壽命降低，重者造成壓縮機(jī)嚴(yán)重?zé)龤?。因此，分析電?dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，找出各種異常情況下的電流特征，是進(jìn)行壓縮機(jī)故障判斷和有效保護(hù)的基礎(chǔ)。2.1.1過(guò)壓、欠壓運(yùn)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(dòng)機(jī)處于啟動(dòng)、運(yùn)行、終止的反復(fù)循環(huán)過(guò)程。根據(jù)我國(guó)家用電冰箱技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，電冰箱的電源電壓應(yīng)在175235v范圍內(nèi)才能保證電冰箱的正常啟動(dòng)和運(yùn)行。為什么要對(duì)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(jī)作為電動(dòng)制冷器具的核心部件,其工作的安全性不僅關(guān)系到用戶(hù)的財(cái)產(chǎn)安全,而且關(guān)系到用戶(hù)的人身安全，并且壓縮機(jī)都是在負(fù)載條

32、件下啟動(dòng)的。啟動(dòng)時(shí)要求電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，啟動(dòng)電流?？蛇_(dá)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(shí)間里，電網(wǎng)電壓會(huì)變得很低，但有時(shí)候，電網(wǎng)電壓又會(huì)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(dòng)，會(huì)因啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足，造成電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難，勢(shì)必迫使電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流成倍增長(zhǎng)，超過(guò)設(shè)計(jì)的允許的限度。電冰箱內(nèi)設(shè)的熱保護(hù)裝置對(duì)這種瞬間大電流的反應(yīng)較差，因而極易造成壓縮機(jī)繞組的燒毀。當(dāng)電源電壓高于允許的上限值的情況下啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組因電流過(guò)載也同樣會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱而破壞絕緣的現(xiàn)象，對(duì)壓縮機(jī)的壽命都是有害的，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)燒毀電動(dòng)機(jī)。過(guò)壓、欠壓保護(hù)器就是應(yīng)運(yùn)而生的一種輔助性電器。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)欠壓或過(guò)壓時(shí)，應(yīng)

33、用敏感于電網(wǎng)電壓的基本特性，過(guò)壓欠壓保護(hù)器及時(shí)將電冰箱的電源切斷，以保護(hù)電冰箱免受非常規(guī)電壓的破壞。2.1.2 斷相運(yùn)行狀態(tài)分析在電冰箱的壓縮機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)，不允許在電源突然中斷后的短時(shí)間內(nèi)重新接通電源。因?yàn)閴嚎s機(jī)工作時(shí)，壓縮泵一側(cè)自蒸發(fā)器將低壓制冷劑蒸發(fā)抽出，經(jīng)過(guò)壓縮成為高溫高壓蒸汽，自另一側(cè)送往冷凝器，實(shí)現(xiàn)向空間排熱。兩側(cè)壓力差最大時(shí)可達(dá)到十一個(gè)大氣壓，壓縮機(jī)中斷運(yùn)行后，須經(jīng)一定的時(shí)間才能恢復(fù)兩側(cè)的平衡，最好保持在五分鐘左右，確保了壓縮機(jī)在輕載狀態(tài)下起動(dòng)；倘若壓縮機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)斷電后又很快接通的情況，由于兩側(cè)存在很大的壓力差，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載很大，啟動(dòng)電流較正常值成倍增加，從而帶來(lái)燒毀電

34、動(dòng)機(jī)的危險(xiǎn)。電冰箱在出售時(shí)，生產(chǎn)廠家一般都不配備斷電保護(hù)器，市場(chǎng)上銷(xiāo)售的斷電保護(hù)器，一般也都不具備智能延遲作用。一般的斷電保護(hù)器，在電冰箱停電后復(fù)電，不管停電時(shí)間多久，它都要延遲5分鐘左右才能接通電源，顯得非常機(jī)械，人們希望在剛剛斷電的最近5分鐘之內(nèi)能對(duì)電冰箱進(jìn)行保護(hù)，不允許通電，而5分鐘之后，則要求一旦來(lái)電壓縮機(jī)能馬上通電起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，以便在電冰箱室內(nèi)的溫度下降的最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)制冷，既能保證食物不至于變質(zhì)，又可節(jié)約電能。2.2 壓縮機(jī)的保護(hù)方案電壓取樣鑒別單元延時(shí)電路驅(qū)動(dòng)單元直流電源 圖2.2.1 電冰箱保護(hù)器方塊圖根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，所設(shè)計(jì)的電冰箱保護(hù)器必須滿足：電網(wǎng)電壓在正常范圍時(shí)，保護(hù)器不

35、影響冰箱正常工作，而一旦電網(wǎng)電壓240v或180v時(shí)，保護(hù)器應(yīng)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(shí)準(zhǔn)確地按要求動(dòng)作。正在工作的電冰箱一旦斷電又恢復(fù)供電時(shí)，保護(hù)器應(yīng)延時(shí)5分鐘后再給冰箱接通電源，這就必須具有延時(shí)電路。延時(shí)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(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路為好。不論是保護(hù)器立即斷電還是延時(shí)通電，都需要由繼電器觸電開(kāi)關(guān)去控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，顯然該保護(hù)器還應(yīng)設(shè)有驅(qū)動(dòng)繼電器線圈的驅(qū)動(dòng)電路。此外，還應(yīng)該有供給整個(gè)保護(hù)器各部分工作的直流電源。綜上所述，電冰箱保護(hù)器組成方塊圖如圖1所示。它由電壓取樣鑒別單元、延時(shí)電路、驅(qū)動(dòng)單元和直流穩(wěn)壓電源四部分

36、組成。2.3 本章小結(jié)本章首先簡(jiǎn)單介紹了電冰箱最主要的制冷部分壓縮機(jī)，壓縮機(jī)對(duì)電冰箱的工作起著決定性作用。由于我國(guó)電網(wǎng)的原因?qū)е聣嚎s機(jī)經(jīng)常工作在過(guò)壓、欠壓、斷相等狀態(tài)下，為了避免壓縮機(jī)在上述狀態(tài)下運(yùn)行，我設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠保護(hù)電冰箱的方案。該保護(hù)方案中包含直流電源、取樣電路、延時(shí)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(zhuǎn)換成直流電，取樣電路是保護(hù)電冰箱在正常的電壓下工作，延時(shí)電路是在電路斷相時(shí)來(lái)保護(hù)電冰箱，控制部分是對(duì)上述三個(gè)部分正常運(yùn)行。第三章 電路組成和工作原理電冰箱保護(hù)器電路原理圖如下圖所示圖3.1.1電冰箱保護(hù)器原理圖3.1 電壓取樣鑒別單元該單元電路由與非門(mén)、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(dāng)電網(wǎng)電壓240v或180v時(shí)，向驅(qū)動(dòng)單元提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作，電冰箱斷電；當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，為延時(shí)電路輸入一個(gè)負(fù)脈沖，以便延時(shí)電路工作，使冰箱經(jīng)5分鐘才能通電。3.1.1當(dāng)電網(wǎng)電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)電源剛接通的瞬間，電容上的電壓不能突變，因而,所以門(mén)輸出（也是基本rs觸發(fā)器的輸出端q）“1”狀態(tài)，門(mén)、的輸出“0”狀態(tài)，三極管、截止，繼電器常閉觸點(diǎn)不打開(kāi)，電冰箱驅(qū)動(dòng)電機(jī)得以供電可以啟動(dòng)。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(mén)的轉(zhuǎn)折電壓，對(duì)于cmos門(mén)，閾值

38、電壓約等于直流電源電壓的一半，即), (與非門(mén)的轉(zhuǎn)折電壓)，故門(mén)輸出“1”電平，門(mén)輸出“0”電平，門(mén)輸出（rs觸發(fā)器的端）“1”電平；因?yàn)檩敵觥?”電平，這時(shí)給555定時(shí)器2腳送人一個(gè)負(fù)脈沖，其輸出端3腳輸出“1”電平，對(duì)充電，電壓上升，使門(mén)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(diǎn)仍閉合，電冰箱得以繼續(xù)工作。3.1.2當(dāng)電網(wǎng)電壓240v時(shí)由于電網(wǎng)電壓升高，使直流取樣電壓也相應(yīng)升高，因而使,故門(mén)輸出為“0”電平，門(mén)輸出為“1”電平，門(mén)輸出“0”電平，基本rs觸發(fā)器，而這時(shí)已充電，仍然保持，所以觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)成“0”狀態(tài)（門(mén)輸出為“0”電平），

39、導(dǎo)致門(mén)和輸出“1”電平，使和飽和導(dǎo)通，繼電器k吸合，常閉觸點(diǎn)及斷開(kāi)，電冰箱斷電而停止工作。3.1.3 當(dāng)電網(wǎng)電壓180v時(shí)由于電網(wǎng)電壓降低，使直流取樣電壓相應(yīng)降低，因而使（這時(shí)）,使門(mén)輸出“1”電平，門(mén)輸出為“0”電平，也同樣迫使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為“0”電平，使門(mén)及輸出為“1”電平，及飽和導(dǎo)通，繼電器k吸合，常閉觸點(diǎn)、斷開(kāi)，電冰箱停止工作。3.2 延時(shí)電路為防止因斷電后又立即通電而燒毀電機(jī)，因此要用延時(shí)電路。該延時(shí)電路由555定時(shí)器ic、電容、電阻等組成。由圖2可知，該電路是一個(gè)負(fù)脈沖觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)延時(shí)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(dāng)電網(wǎng)電壓從大于240v降至略小于24

40、0v時(shí)，由于,門(mén)的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，輸出為“1”電平，門(mén)由輸出“1”變?yōu)檩敵觥?”（這時(shí)有），通過(guò)給555定時(shí)器ic的2腳送入一個(gè)負(fù)脈沖，則3腳變?yōu)椤?”電平。同時(shí)放電管截止，直流電源經(jīng)電阻對(duì)電容充電，（）上升。經(jīng)5分鐘后，,555電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，3腳恢復(fù)為“0”電平，輸出一個(gè)負(fù)脈沖，經(jīng)電容送至rs觸發(fā)器，使 (這時(shí)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(mén)及輸出“0”狀態(tài)，及截止，繼電器常閉觸點(diǎn)閉合，電冰箱恢復(fù)工作。這里555定時(shí)器3腳“1”電平的保持時(shí)間（放電管的截止時(shí)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(wú)關(guān)。調(diào)整,可以延時(shí)5分鐘。單穩(wěn)態(tài)觸

41、發(fā)器的工作波型見(jiàn)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(shí)，（這時(shí)ub<uth1,門(mén)輸出“1”電平）,門(mén)輸出“0”電平，通過(guò)也為555定時(shí)器ic的2腳送入一個(gè)負(fù)脈沖，接下來(lái)的過(guò)程與上述過(guò)程相同，電冰箱又恢復(fù)工作。3.3 驅(qū)動(dòng)部分和直流穩(wěn)壓電源3.3.1驅(qū)動(dòng)部分該單元電路由三極管和、與非門(mén)和、二極管、繼電器k和電阻組成。該電路的主要功能是：通過(guò)rs觸發(fā)器的輸出端（q）的狀態(tài)，經(jīng)門(mén)、反相后控制、的飽和導(dǎo)通或截止，使繼電器線圈k中有電流或無(wú)電流，從而使其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)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(dāng)二極管

42、及由導(dǎo)通變截止時(shí)，繼電器線圈中的電流不會(huì)突然中斷，在其線圈兩端會(huì)產(chǎn)生上負(fù)下正的自感電壓，由于該電壓很高，可能會(huì)擊穿三極管和。有續(xù)流二極管時(shí)，自感電壓的極性使導(dǎo)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(chǎng)能量慢慢釋放，因而線圈兩端不會(huì)產(chǎn)生高的自感電壓，或者說(shuō)由于的導(dǎo)通使線圈兩端電壓被鉗制（大小為），和就不會(huì)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(diào)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(diǎn)輸出電壓=22v，供給驅(qū)動(dòng)單元；f點(diǎn)輸出電壓=11v,作為與非門(mén)和555定時(shí)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(dòng)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(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)，該電源所輸出的直流電壓基本穩(wěn)定，必須設(shè)有穩(wěn)壓電路。2.由、電容和、電阻和構(gòu)成了基本調(diào)整管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。其中和組成復(fù)合調(diào)整管，與，及電阻r15構(gòu)成第一級(jí)穩(wěn)壓電路，在e點(diǎn)輸出22v直流電壓。它的特點(diǎn)是與穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值是“跟隨”的關(guān)系，所以只要穩(wěn)壓管電壓、保持穩(wěn)定，則當(dāng)電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，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(fù)載能力增強(qiáng)了。同理，又組成了第二級(jí)穩(wěn)壓電路，在f點(diǎn)輸出11v的直流電壓。電容和是為了改進(jìn)穩(wěn)壓電路的暫態(tài)響應(yīng)而設(shè)置的，即瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)不至于引起輸出電壓有較大的波動(dòng)。3.4 本章小結(jié) 本章研究的主要內(nèi)容有： （1）在詳細(xì)的分析了壓縮機(jī)運(yùn)行中的幾種典型故障之后，我運(yùn)用所學(xué)知識(shí)得出相應(yīng)的保護(hù)方案，借此我使用protel99se軟件繪制了該冰箱保護(hù)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(shí)電路、控制電路四部分的功能以及各元件是如何工作。 (3)設(shè)計(jì)了電冰箱綜合保護(hù)器的整體結(jié)構(gòu)和功能，為硬件電路的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。第四章 電路元器件的選擇與計(jì)算4.1 ic的選擇55

45、5定時(shí)器ic選用cb555，其管腳外形圖如下圖所示。工作電壓=11v。定時(shí)器是一種產(chǎn)生時(shí)間延遲和多脈沖信號(hào)的控制電路，555定時(shí)器是用途極廣的精密定時(shí)電路。它的電源電壓范圍寬（518v），輸出電流最大值可達(dá)200ma，能直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載，最高工作頻率可達(dá)300khz。555定時(shí)器有兩個(gè)輸入端，分別稱(chēng)作閾值輸入端（th）和觸發(fā)輸入端（），有一個(gè)輸入端（q）。此外，還有一個(gè)放電開(kāi)關(guān)引出端（d），當(dāng)在兩個(gè)輸入端（th和）分別加入輸入電壓時(shí)，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(kāi)關(guān)d的狀態(tài)（是導(dǎo)通還是截止）。555定時(shí)器的所有應(yīng)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(dǎo)通1>2/3>1/3低電平導(dǎo)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(shí)器功能表555定時(shí)器ic的引腳功能圖如下： 圖4.1.1 555時(shí)基引腳功能圖555定時(shí)器的引腳排列圖如上圖所示。其中（4腳）是復(fù)位端,該端為低電平時(shí)，定時(shí)器輸出端q為低電平，應(yīng)用時(shí)該端應(yīng)接到+，co（5腳）為控制電壓端，通常與地之間接一個(gè)0.1的濾波電容，旁路除掉來(lái)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(lái)改變閾值電壓和觸發(fā)電壓的大小。555定時(shí)器ic的工作原理如下： 圖4.1.2

47、 555定時(shí)器內(nèi)部原理圖上圖為555時(shí)基集成電路的內(nèi)部方框圖，可以看出555時(shí)基電路由兩個(gè)比較器和，一個(gè)晶體管，三個(gè)分壓電阻，一個(gè)r-s觸發(fā)器和一個(gè)功率輸出電路構(gòu)成。上限比較器的同相輸入端6腳稱(chēng)為復(fù)位端r，當(dāng)r端的點(diǎn)位高于的反相輸入端的點(diǎn)位=（2/3）時(shí)，輸出為“1”，使后隨r-s觸發(fā)器復(fù)位，輸出端3腳vo為邏輯“0”，電路處于復(fù)位狀態(tài)。下限比較器的反相輸入端2腳稱(chēng)為置位觸發(fā)端，當(dāng)?shù)碾娢坏陀赼2同相端的電位=（1/3）時(shí)，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(shí)，vo=“1”，bg管截止， 7腳對(duì)地?cái)嚅_(kāi)，允許外部電容充電；當(dāng)r-s觸發(fā)器處于復(fù)位狀態(tài)時(shí)，vo=“0”，bg管導(dǎo)通

48、， 7腳對(duì)地相當(dāng)于短路，外部電容通過(guò)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(fù)位端，只要為“0”，實(shí)際上<0.7v時(shí)，無(wú)論r和s端處于什么點(diǎn)位,輸出端vo都為“0”，電路處于強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)。4.2 與非門(mén)的選擇與非門(mén)可分別選用四2輸入的cmos與非門(mén)，其型號(hào)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?yàn)槭前氩ㄕ麟娙轂V波，電容兩端的電壓： 設(shè)二極管 的工作電流：又要求： 可計(jì)算出： 可取。要求，因?yàn)閏mos與非門(mén)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(shí)電路元件選擇選，可以計(jì)算出的范圍，在圖3中，。當(dāng)時(shí) 可選用470的固定阻值與1.5的電位器串聯(lián)。 4.5 驅(qū)動(dòng)單元元器件選擇和計(jì)算：選,的npn型小功率硅管，型號(hào)3dg100b(舊型號(hào)3dg6b):選,的npn型中功率硅管，型號(hào)3dg130b(舊型號(hào)3dg12b):選2cz55b(舊型號(hào)2cz11k)。繼電器k:選用直流24v小型通用繼電器。的計(jì)算：設(shè)，繼電器k的直流電阻,則三極管的基極臨界飽和電流 當(dāng)門(mén)輸出高電平（）時(shí)，要使飽和導(dǎo)通，則故 ，取。4.6 直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇和計(jì)算穩(wěn)壓二極管的選擇電路要求f點(diǎn)輸出電壓 e點(diǎn)

50、輸出電壓 即 查手冊(cè)選用2cw59(就型號(hào)2cw18),其穩(wěn)壓電壓，最大工作電流。、的計(jì)算： ，可取由于 為了讓調(diào)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(jí)電壓 取.選電源變壓器為初級(jí)輸入220v交流電壓，次級(jí)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(jié)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(shí)器、與非門(mén)、電阻、電容

51、等等。（2）詳細(xì)介紹了555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)、封裝圖、工作原理，并且利用protel99se軟件繪制出該定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。（3）繪制了與非門(mén)cc4011的封裝圖。（4）根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求和元器件的特性對(duì)各元件進(jìn)行計(jì)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(shè)計(jì)與仿真方面的eda軟件。由于multisim10的最強(qiáng)大功能是用于電路的設(shè)計(jì)與仿真，因此稱(chēng)這種軟件叫做虛擬電子實(shí)驗(yàn)室或電子工作平臺(tái)。在任一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，利用multisim10均可以創(chuàng)建電子技術(shù)基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)室，從而改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，我們可把學(xué)到的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，應(yīng)用multisim10電路仿真軟件

52、進(jìn)行驗(yàn)證。過(guò)欠壓電冰箱保護(hù)器的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)是由直流電源、取樣電路、延時(shí)電路、控制電路四部分組成，本章節(jié)就是利用該軟件對(duì)這四部分進(jìn)行仿真。仿真的結(jié)果觀察電冰箱保護(hù)器是否具有過(guò)壓、欠壓、延時(shí)保護(hù)等功能，即電網(wǎng)電壓低于180v，高于240v要切斷電源實(shí)行保護(hù)，電網(wǎng)電壓在185v-235v之間時(shí)正常工作，并且斷電后再送電時(shí)至少要有5分鐘的延時(shí)。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?jiǎn)卧抡鎴D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(nèi)。5.2 取樣電路的模擬當(dāng)v=235v時(shí)仿真電路圖如下：圖5

53、.2.1 v=235v時(shí)仿真電路圖仿真結(jié)果為：圖5.2.2 v=235v時(shí)仿真結(jié)果當(dāng)v>240v時(shí)的結(jié)果：圖5.2.3 v=240v時(shí)仿真結(jié)果圖當(dāng)v=185v時(shí)的仿真原理圖圖5.2.4 v=185v時(shí)的電路仿真圖當(dāng)v=185v時(shí)的仿真結(jié)果圖5.2.5 v=185v時(shí)的電路結(jié)果圖當(dāng)v<180v時(shí)的仿真結(jié)果是圖5.2.6 v<180v時(shí)的仿真結(jié)果圖5.3 延時(shí)電路的仿真仿真原理圖如下：圖5.3.1 延時(shí)電路仿真原理圖仿真結(jié)果：圖5.3.2延時(shí)電路仿真結(jié)果5.4本章小結(jié)本章主要是結(jié)合前幾個(gè)章節(jié)的理論研究進(jìn)行仿真測(cè)試，進(jìn)而檢測(cè)我起初設(shè)計(jì)的電路的正確性。由于該保護(hù)器原理圖是由直流電源、取樣電路、延時(shí)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(gè)部分單獨(dú)進(jìn)行仿真。首先，對(duì)直流電源部分進(jìn)行仿真，觀察仿真結(jié)果的輸出電壓是否符合起初預(yù)設(shè)電壓；其次，對(duì)取樣電路進(jìn)行仿真，仿真時(shí)要按照論文的要求去分別仿真，起初分析過(guò)壓的情況，進(jìn)而分析欠壓的情況；最后，對(duì)延時(shí)部分的電路進(jìn)行仿真，調(diào)節(jié)電容和電阻的數(shù)值，使其延時(shí)的時(shí)間達(dá)到5分鐘以上。有于控制電路部分簡(jiǎn)單，屬于數(shù)字電路