家電延時保護器

1、武漢理工大學模擬電子技術基礎課程設計課程設計任務書學生姓名：_ 專業(yè)班級：_電信09_指導教師：_劉運茍_ 工作單位：_信息工程學院_題 目：家電延時保護器初始條件：具備模擬電子電路的理論知識；具備模擬電路基本電路的設計能力；具備模擬電路的基本調試手段；自選相關電子器件；可以使用實驗室儀器調試。要求完成的主要任務：（包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、輸入電壓198240v時，給負載正常供電，顯示2、輸入電壓，及時，對負載斷電，并作高低超壓顯示3、電壓恢復正常后，延時5秒，恢復供電4、25w燈泡作負載5、安裝調試并完成符合學校要求的設計說明書6、設計電源；7、焊接：采

2、用實驗板完成，不得使用面包板。時間安排： 十八周一周，其中3天硬件設計，2天硬件調試指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目 錄摘要·····································

3、;···························I1 課題的提出依據和意義····················

4、3;·······················12 本課題的主要任務和研究內容························

5、··············12.1 本課題的主要任務··································

6、;·········12.2 本課題研究的主要內容······································&#

7、183;23 電路組成和工作原理··············································33.1 直流穩(wěn)

8、壓電流部分···········································43.2 延時電路····

9、3;··············································44 電路元器件的選擇與計算·&#

10、183;········································64.1 定時器IC的選擇·······&

11、#183;····································64.2 電壓取樣單元元件選擇··········

12、3;····························74.3 延時電路元件選擇···················

13、83;·······················84.4 直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇·······················

14、3;···········85 電路的仿真·····································&#

15、183;················96 設計心得體會································

16、;···················13參考文獻······························

17、;·····························14摘 要隨著我國人們生活水平的提高，電冰箱已經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，

18、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，是一種經濟實用的電冰箱保護器。電冰箱延時保護器，它可以在電冰箱起動過程中，在突然停電后，又立即恢復供電的情況下自動延時38分種，從而使電冰箱毛細管進、出二端的壓差得到消除，防止冰箱電動機因過載起動或其他部件因過載起動而造成的損壞，有效地保證電冰箱的正常使用。本實用新型由直流電源、繼電器

19、和延時電路構成，具有結構簡單，工作可靠，成本低廉等優(yōu)點，它可以安裝在電冰箱內和電冰箱控制電路構成一體，也可單獨成立，作為電冰箱使用時的一個配件。關鍵詞：電冰箱保護器；綜合保護器；保護特性；仿真1 課題的提出依據和意義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。2 本課題的主要任務和研究內容2.1本課題的主要任務電冰箱是一種間歇工作的家庭電器，在

20、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，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。另一方面，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

21、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，電網電壓恢復正常后自動恢復供電；當電冰箱正在工作時，一旦電源中斷立即又恢復供電，要使其在

22、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。(3)保障性 這一方面要求保護器在無故障時不能產生誤動作，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，準確、可靠地完成規(guī)定的保護功能，并且，設計的合理

23、性以及制造時的工藝保證是非常重要的。2.2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

24、間內重新接通電源，而應使電冰箱必須經過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） 根據畫好的工作原理圖，設計出相應的仿真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。3 電路組成和工作原理電冰箱保護器電路原理圖如下圖所圖3.0.1原理圖該電路的主要功能是當電網電壓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5分鐘才能通電圖3.0.2工作設計框圖設計原理：電網電壓采樣樣本通過

25、比較器進行比較，然后通過比較器控制555時基電路，然后通過555時基電路來控制三極管和繼電器的工作，從而實現(xiàn)對負載即用電器的控制。3.1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的交流電壓經降壓變壓器降壓后，又經組成的整流橋，輸出脈動的電壓，再經的濾波，便在其兩端（即穩(wěn)壓電路的輸入端）獲得直流電壓。為了能在電網電壓波

26、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。3.2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

27、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.當電網電壓從大于240V降至略小于240V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，直流電源經電阻對電容充電，（）上升。經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

28、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。4 電路元器件的選擇與計算4.1定時器IC的選擇555定時器IC選用CB555，其管腳外形圖如下圖所示。工作電壓=

29、11V。定時器是一種產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。圖4.1.1 555時基引腳功能圖555定時器IC的工作原理如下：圖4.1.2 555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

30、“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，當的電位低于A2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， 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

31、）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的F端供給，即,所以，以此為據，可選擇，的電位器。選,。4.3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)。，。4.4直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇選。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。5 電路的仿真此次仿真使用的是pretuse仿真軟件，電路的仿真總圖如下. 此次仿真電路中沒有接入電燈泡，而是用兩個發(fā)光二極管來做指示燈，通過發(fā)光二極管的發(fā)光或熄滅來指示繼電器的工作狀態(tài)。圖5.1 仿真電路