[优秀毕业论文]过欠压电冰箱保护器设计

1、毕业论文（设计）本科毕业论文（设计）过欠压电冰箱保护器的设计系 部： 机电系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 06级 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2010 年 05 月 17 日2目录摘要iiiabstractiv第一章 绪论11.1 课题的提出依据和意义11.2 国内外电机保护器的发展状况21.3 本课题的主要任务和研究内容51.3.1本课题的主要任务51.3.2本课题研究的内容6第二章 压缩机的运行状态分析和保护方案82.1 压缩机运行状态分析82.1.1过压、欠压运行状态分析82.1.2 断相运行状态分析82.2 压缩机的保护方案92.3 本章小结10第三章 电路组成和

2、工作原理113.1 电压取样鉴别单元113.1.1当电网电压在正常范围内时123.1.2当电网电压240v时123.1.3 当电网电压180v时123.2 延时电路133.3 驱动部分和直流稳压电源143.3.1驱动部分143.3.2 直流稳压电源部分143.4 本章小结15第四章 电路元器件的选择与计算164.1 ic的选择164.2与非门的选择184.3 电压取样单元元件选择184.4 延时电路元件选择194.5 驱动单元元器件选择和计算194.6 直流稳压电源元器件的选择和计算204.7 本章小结21第五章 电路的仿真235.1 直流电源的仿真235.2 取样电路的模拟245.3 延时电

3、路的仿真275.4本章小结28第六章 展望29总结30参考文献31致谢32附表1：外购件明细表33过欠压电冰箱保护器的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

4、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。本文是在分析了目前国内外电冰箱保护器的研究进展与现状的基础上，设计了一种集过压、欠压和延时保护于一体的多功能电冰箱保护器。文中首先探讨了冰箱保护器的价值和发展状况，并提出了设计的主要任务和内容。然后分析了电网过、欠压及突然断电时，压缩机受到的影响，并根据其工作原理，绘制电路原理图，进行元器件的选择与计算，设计相应的仿真。最后进行分析总结，并写出该设计的参考文献。关键词：电冰箱保护器；综合保护器；保护特性；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 绪论1.1 课题的提出依据和意义家用电器保护器是发电、供电、用电系统的重要器件。它是跨行业、量大面广、节能效果显著的节能机电产品。几乎渗透到所有用电领域，是工业、农业和国防建设及人民生活正常生产和安全工作的重要保证，在国民经济和节能事业中有着不可替代的重要地位和作用。 根据国家统计局的最新数据，2006年18月，我国实现冰箱累计产量1199.44万台，同比增长29.72，累计销售额达到1

12、1.25亿元，同比增长高达55.36。2007年，中国电冰箱企业年销售量合计达到3079万台，同比增长19.56%，其中，内销1427万台，同比增长了13.6个百分点，增长率为5年来最高水平，冰箱产业再次进入高速发展期。2008年前10个月冰箱总零售量344万台，同比增加13.95%；冰箱总零售额88亿元，同比增长23.15%。来自中国家电行业协会的数据，目前中国冰箱、冰柜的总产能已经超过3000万台，而这两种家电产品全球总产量不过7000万台左右，中国冰箱业的产能已经占了全球的“半壁江山”。外国巨头在国内市场的不断扩张和国内企业持续不断扩大的产能，使中国冰箱市场的发展日趋成熟。但是，从我国目

13、前的供电情况来看，电网设备还不够完善，供电电压不太稳定，电压波动值可能超出电冰箱的允许范围（我国规定供电电压稳定度应该在正负百分之十），而且局部断电又时有发生，根据以上种种原因就应运而生了电冰箱的自动保护器。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。另外，据不完全统计，全国运行的1kw-320kw低压电动机数量为6000万台，占电网用电量的7

14、0%以上，是工农业及商业系统中应用最为广泛的动力设备。全国每年烧毁电动机数量约300万台，容量为10亿千瓦，每年仅电动机在烧毁过程中就耗电为数亿万度，修理费高达数100亿元左右，造成停工停产损失竟达数100亿元。仅上述费用不算，还会造成电机修理后功率下降，耗电量大，性能变差直接影响企业正常生产。并且中华人民共和国节约能源法也颁布了有关规定。综上所述，电动机保护器不仅能保证工农业正常生产，提高生产效率和经济效益，而且在节能事业中也有着重要意义。1.2 国内外电机保护器的发展状况电动机故障诊断和保护技术的发展可划分为保护理论的发展和保护器的发展。从时间上划分，电动机保护器的发展大致可划分为三代:第

15、一代是以传统的机电式继电器为主，包括:熔断器、热继电器、电动机保护用自动开关及双金属片式温度继电器等。熔断器是最古老、最简单、最廉价的保护电器。它的主要缺点在于只适用于电动机的短路保护，而不能用于电动机的过载保护。在保护三相异步电动机时，也常常由于某一相熔断器熔体熔断而造成三相异步电动机断相运行。故iec国际电工委员会规定，凡安装熔断器的场合，必须加设断相保护。热继电器作为传统的电动机保护装置己有80多年历史。在结构和性能上经历了34代日臻完善的发展过程。它是利用电流流过热元件时的热效应引起双金属片弯曲使机构动作的。其优点是结构简单、价格低廉、使用方便、有较好的反时限特性。比较适合于恒定负载、

16、连续运行情况下的过载保护。但是，若用来保护频繁起动或重载起动以及发生过多次短时过载的电动机，保护效果欠佳，另外，只能对电动机的过载实现保护，不具备短路保护功能（由于存在热惯性)，断相保护的可靠性要受异步电动机负载率的影响。近年来，国内外不断开发出具有断相保护功能的三极热继电器，在一定程度上改善了断相保护的效果。热继电器保护的准确度较差，一是由于保护特性有一定的分散性，且不太稳定，二是对环境温度、机械振动等环境因素比较敏感。热继电器尽管存在着许多不足之处，但由于其成本低，使用简便，目前在小型电动机的保护中仍被广泛地选用。电动机保护用自动开关是一种具有过载和短路保护等保护功能的电动机保护装置，一定

17、程度上可取代熔断器和热继电器的组合。它最突出的特点是在进行短路保护时不会成异步电动机的断相运行，并且分断后的停机时间短。第一代电动机保护用自动开关中的电动机过载保护仍采用双金属片结构，存在着与热继电器相同的弊端。双金属片式温度继电器是一种埋置在电动机绕组中，直接反映电动机温度的保护装置。从理论上讲，温度保护是提高电动机可靠性最直接、最有效的方法，对任何原因造成的绕组温度过高均能实现有效的保护。因此，特别适用于由于通风不良、环境温度过、起动次数过于频繁、变动或冲击性负载等原因引起的电动机过热保护。但是，由于体积较大，安装工艺比较复杂，动作缓慢、返回时间长，不适合在小型电动机中使用。第二代是采用电

18、子元件和中小规模集成电路的电子式电动机保护器。它包括电子式电动机综合保护器及电子式温度继电器等等。电子式电动机保护装置是随着电子技术的速发展应运而生。电子式电动机综合保护装置是由电子元器件组成，不存在机械误差和磨损,因此，动作速度快、精度和灵敏度高，寿命较长，耐冲和振动，整定简便。我国这种装置的研制始于20世纪80年代，到20世纪90年代初期，一批保护原理各异、性能良好、价格较低廉的产品己陆续研制、生产并开始推广应用。虽然各种电子式保护装置的原理各不相同，但一般均具有过载、断相、短路、三相不平衡等多种保护功能。电子式保护装置从总体上来看，其性能价格比己接近或优于传统的机电式保护装置。早期因价格

19、过于昂贵的束缚也随着电子元器件价格的降低而逐渐消失。迄今为止，被保护的对象也从大、中型电机为主转变为以为数众多的中、小型电动机为主。可以预料它在中、小型电机保护领域的应用势头不会减弱。由于电子式电机综合保护装置属于纯硬件电路结构，各种功能特别是它的保护特性都是由相应的硬件电路实现的。所以，仍存在着扩展功能不够灵活，保护特性不易改变，灵敏度及电流的整定范围受到硬件的限制和电动机运行状态的监控不够完善等一些缺陷。电子式温度继电器是一种将温度传感器埋置于电机绕组内，借助于电子装置对电机绕组温度进行保护的一种电动机保护电器。温度传感器多采用温度系数大、灵敏度高、体积小和具有明显的开关特性正温度系数（p

20、ic）热敏电阻。由于传感器安置在电动机内部温升较高的部位，直接反映电动机内部的温度。因此，从理论上讲，电子式温度继电可以保护由各种原因引起的绕组温度过高的电机。我国己于1993年4月1日颁布了旋转电机装入式热保护国家标准。然而，由于温度传感器存在着惯性(尽管西门子公司宣称其生产的ptc热敏电阻的时间常数已低于2秒，在起动、堵转及短路时存在着一定的保护滞后。另外，安装位置的复杂性(至今未见有绕组温度高点的确切描述)、保护温度选择的不确定性和传感器维护的困难，使得其应用受到一定的限制。第三代是采用微处理器的智能型电动机保护器。进入80年代以来，微电子技的发展和应用对电动机保护在原理上的概念更新、装

21、置上的结构变革、性能上的完善、功能上的扩展等方面起着强大的推动作用。微处理器技术进入电动机保护领域后，使基于微处理器的电动机保护装置具有了优异的保护特性、完善的功能扩展和智能化的监视与控制。经过多年的发展，国外一些著名的电器公司纷纷推出以微处理器为核心智能化电机保护器。如:德国siemens公司的3ubi系列继电器、日本fuji公司qa系列继电器、美国abb公司的spem继电器、英国cec-alshom公司的gemstart智能控制继电器.国内也有许多单位在进行研制(如上海电器科学研究，南京自动化研究所等)。各类产品虽然型号各异、名称不同，但其核心功能是一致。除基本的保护功能外，一般还具有自检

22、、自诊断、故障参数(如故障值、故障类型)的记忆、保护参数的整定(包括保护方式的选择，保护特性的改变等)等多种功能。进入20世纪90年代以来，由于微机通讯技术和网络技术的发展，国外一些公司又提出了兼有监控、保护功能的智能化保护器。它能与中央控制系统进行双向通讯，形成监控、保与信息网络;也能监视电动机各种运行参数，不但能测量当前数据，并能对过去的运参数及故障情况做出统计，帮助操作人员做出决策定以减少线路和设备的停机和维修间。大大提高了整个系统的可靠性。电动机的故障诊断和保护理论，多年来一直是学术界研究的热点。其发展过程可归为四个方面。电动机常规保护理论。电动机常规保护理论的基本原理是以电流幅值的增

23、加作为故判据的。从原理上讲，它只能反应对称故障，对非对称故障(如:断相、接地、不平运行等)不能及时有效地保护。究其原因，一是各类非对称故障不一定出现明显的过电流，只有电动机负荷率大于70%时，健全相才会出现过流;二是非对称故障对电动的危害不只表现在过流引起的过热效应，更主要的是负序电流效应，因此仅以过流来反映故障严重程度是不够的。基于对称分量法的电动机保护理论。非对称故障电流从理论上可将其分解为正序、负序和零序电流分量。其中正序分量可以反映电动机过流程度，负序分量和零序分量则反应非对称故障电流的程度。因此，通过检测负序和零序电流分量来判别各类非对称障具有很高的灵敏度及可靠性。近年来国内外研制的

24、微机型电动机保护装置大多基于对称分量法。然而，基于对称分量法对电机内部故障的分析只能定性，不能定量。基于先进信号处理方法的电动机保护理论。fourier变换的频谱分析技术是较早应用于电动机故障诊断的信号处理方法。20世纪80年代提出的小波理论在电动机故障诊断中也有不俗的表现。人工智能技术、模糊数学、神经网络等先进信号处理方法在电动机故障诊断中也在进行应用研究。基于多回路理论的电动机保护理论。1987年由清华大学高景德教授、王祥晰教授等建立并发展起来的交流电机多回路理论为电机内部故障的定量分析提供了一套新方法。多回路理论以每个电机绕组为研究对象，能够考虑多种谐波及绕组不对称等特殊情况，特别适合于

25、研究电机内部故障的机理和定量分析。在实际应用中得到了较好的结果。交流电机多回路理论和各种先进信号处理方法结合业已成熟的微机保护技术，可以电动机的在线监测、预防控制、缺陷报警、故障诊断、故障保护及事故后故障分析、故障定位等功能综合于一体，实现电动机运行全过程的在线监测、诊断与综合保护。这也是今后电机保护的发展方向。1.3 本课题的主要任务和研究内容1.3.1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175235v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

26、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启动，会因启动转矩不足，造成电动机启动困难，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。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。同理，如果电动机长期在低压条件下工作，绕组的持续过热会加速绝缘介质的老化和变质。当电源电压过高时，电动机绕组因电流过载也同样会出现发热而破坏绝缘的现象，对压缩机的寿命都是有害的，严重时也会烧毁电动机。另一方面，在电冰箱的压缩机处

27、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

28、箱正在工作时，一旦电源中断立即又恢复供电，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

29、，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。1.3.2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

30、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pcb图及仿真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。第二章 压缩机的运行状态分析和保护方案2.1 压缩机运行状态分析压缩机是冰箱的心脏，一个冰箱制冷质量的好坏主要看压缩机的效果。压缩机运行中常常会出现不正常的运行状态，这些不正常的运行状态包括:过压、欠压、断相等，这些异常的运行状态会影响电冰箱的心脏

31、压缩机的工作状态。长期在这种状态运行，轻者造成压缩机绝缘老化、寿命降低，重者造成压缩机严重烧毁。因此，分析电动机的运行状态，找出各种异常情况下的电流特征，是进行压缩机故障判断和有效保护的基础。2.1.1过压、欠压运行状态分析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175235v范围内才能保证电冰箱的正常启动和运行。为什么要对电冰箱的电源条件做出规定呢？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

32、件下启动的。启动时要求电动机启动转矩较大，启动电流常可达到额定工作电流的三至七倍。在供电紧张地区或用电高峰时间里，电网电压会变得很低，但有时候，电网电压又会变得很高。如果在电源电压低于允许的下限值的情况下启动，会因启动转矩不足，造成电动机启动困难，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。电冰箱内设的热保护装置对这种瞬间大电流的反应较差，因而极易造成压缩机绕组的烧毁。当电源电压高于允许的上限值的情况下启动时，电动机绕组因电流过载也同样会出现发热而破坏绝缘的现象，对压缩机的寿命都是有害的，严重时也会烧毁电动机。过压、欠压保护器就是应运而生的一种辅助性电器。当电网出现欠压或过压时，应

33、用敏感于电网电压的基本特性，过压欠压保护器及时将电冰箱的电源切断，以保护电冰箱免受非常规电压的破坏。2.1.2 断相运行状态分析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，确保了压缩机在轻载状态下起动；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

34、动机的危险。电冰箱在出售时，生产厂家一般都不配备断电保护器，市场上销售的断电保护器，一般也都不具备智能延迟作用。一般的断电保护器，在电冰箱停电后复电，不管停电时间多久，它都要延迟5分钟左右才能接通电源，显得非常机械，人们希望在刚刚断电的最近5分钟之内能对电冰箱进行保护，不允许通电，而5分钟之后，则要求一旦来电压缩机能马上通电起动运转，以便在电冰箱室内的温度下降的最短时间内恢复制冷，既能保证食物不至于变质，又可节约电能。2.2 压缩机的保护方案电压取样鉴别单元延时电路驱动单元直流电源 图2.2.1 电冰箱保护器方块图根据设计任务及要求，所设计的电冰箱保护器必须满足：电网电压在正常范围时，保护器不

35、影响冰箱正常工作，而一旦电网电压240v或180v时，保护器应立即切断冰箱电源。为此，必须具有电压取样鉴别电路，以便能及时准确地按要求动作。正在工作的电冰箱一旦断电又恢复供电时，保护器应延时5分钟后再给冰箱接通电源，这就必须具有延时电路。延时电路可采用单稳态触发器，为了减小体积，性能稳定，采用555定时器构成的单稳态电路为好。不论是保护器立即断电还是延时通电，都需要由继电器触电开关去控制驱动电机，显然该保护器还应设有驱动继电器线圈的驱动电路。此外，还应该有供给整个保护器各部分工作的直流电源。综上所述，电冰箱保护器组成方块图如图1所示。它由电压取样鉴别单元、延时电路、驱动单元和直流稳压电源四部分

36、组成。2.3 本章小结本章首先简单介绍了电冰箱最主要的制冷部分压缩机，压缩机对电冰箱的工作起着决定性作用。由于我国电网的原因导致压缩机经常工作在过压、欠压、断相等状态下，为了避免压缩机在上述状态下运行，我设计了一个能够保护电冰箱的方案。该保护方案中包含直流电源、取样电路、延时电路、控制电路四部分。其中直流电源部分主要是把交流电转换成直流电，取样电路是保护电冰箱在正常的电压下工作，延时电路是在电路断相时来保护电冰箱，控制部分是对上述三个部分正常运行。第三章 电路组成和工作原理电冰箱保护器电路原理图如下图所示图3.1.1电冰箱保护器原理图3.1 电压取样鉴别单元该单元电路由与非门、电容、电阻、电位

37、器和、二极管组成。该部分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。3.1.1当电网电压在正常范围内时电源刚接通的瞬间，电容上的电压不能突变，因而,所以门输出（也是基本rs触发器的输出端q）“1”状态，门、的输出“0”状态，三极管、截止，继电器常闭触点不打开，电冰箱驱动电机得以供电可以启动。电源接通之后,正常的电网电压经电阻，和分压后,由两端取出约40v的交流电压,经半波整流再经及滤波后成为直流取样电压,使图中 (与非门的转折电压，对于cmos门，阈值

38、电压约等于直流电源电压的一半，即), (与非门的转折电压)，故门输出“1”电平，门输出“0”电平，门输出（rs触发器的端）“1”电平；因为输出“0”电平，这时给555定时器2脚送人一个负脉冲，其输出端3脚输出“1”电平，对充电，电压上升，使门输入（rs触发器的端）为“1”电平，所以rs触发器保持初始“1”状态，继电器k仍不吸合，其常闭触点仍闭合，电冰箱得以继续工作。3.1.2当电网电压240v时由于电网电压升高，使直流取样电压也相应升高，因而使,故门输出为“0”电平，门输出为“1”电平，门输出“0”电平，基本rs触发器，而这时已充电，仍然保持，所以触发器翻转成“0”状态（门输出为“0”电平），

39、导致门和输出“1”电平，使和饱和导通，继电器k吸合，常闭触点及断开，电冰箱断电而停止工作。3.1.3 当电网电压180v时由于电网电压降低，使直流取样电压相应降低，因而使（这时）,使门输出“1”电平，门输出为“0”电平，也同样迫使触发器翻转为“0”电平，使门及输出为“1”电平，及饱和导通，继电器k吸合，常闭触点、断开，电冰箱停止工作。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、电阻等组成。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：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24

40、0v时，由于,门的状态翻转，输出为“1”电平，门由输出“1”变为输出“0”（这时有），通过给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，直流电源经电阻对电容充电，（）上升。经5分钟后，,555电路状态翻转，3脚恢复为“0”电平，输出一个负脉冲，经电容送至rs触发器，使 (这时因输出“0”电平，输出为“1”电平，即),迫使rs触发器翻为“1”状态（q=1），门及输出“0”状态，及截止，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（放电管的截止时间）仅与电阻和电容的乘积成正比，而与直流电源电压的大小无关。调整,可以延时5分钟。单稳态触

41、发器的工作波型见图5所示。其中为2脚电压，为3脚电压，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，（这时ub<uth1,门输出“1”电平）,门输出“0”电平，通过也为555定时器ic的2脚送入一个负脉冲，接下来的过程与上述过程相同，电冰箱又恢复工作。3.3 驱动部分和直流稳压电源3.3.1驱动部分该单元电路由三极管和、与非门和、二极管、继电器k和电阻组成。该电路的主要功能是：通过rs触发器的输出端（q）的状态，经门、反相后控制、的饱和导通或截止，使继电器线圈k中有电流或无电流，从而使其常闭触点断开或闭合，电冰箱处于停止或工作状态。是续流二极管，其作用是：当二极管

42、及由导通变截止时，继电器线圈中的电流不会突然中断，在其线圈两端会产生上负下正的自感电压，由于该电压很高，可能会击穿三极管和。有续流二极管时，自感电压的极性使导通，给继电器线圈中的电流（电感中的电流不能突变）提供了通路（续流），使线圈中的磁场能量慢慢释放，因而线圈两端不会产生高的自感电压，或者说由于的导通使线圈两端电压被钳制（大小为），和就不会被击穿了。3.3.2 直流稳压电源部分该电源由变压器t、整流二极管、稳压管、调整管、电容及电阻与组成。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=22v，供给驱动单元；f点输出电压=11v,作为与非门和555定时器ic的电源电压。直流稳压电

43、源电路的工作原理如下：1. 由变压器t、整流管、电容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，又经组成的整流桥，输出脉动的电压，再经的滤波，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、电容和、电阻和构成了基本调整管串联型稳压电路。其中和组成复合调整管，与，及电阻r15构成第一级稳压电路，在e点输出22v直流电压。它的特点是与稳压管稳压值是“跟随”的关系，所以只要稳压管电压、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

44、带负载能力增强了。同理，又组成了第二级稳压电路，在f点输出11v的直流电压。电容和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。3.4 本章小结 本章研究的主要内容有： （1）在详细的分析了压缩机运行中的几种典型故障之后，我运用所学知识得出相应的保护方案，借此我使用protel99se软件绘制了该冰箱保护器的电路原理图。 （2）具体分析了电路原理图中直流电源、取样电路、延时电路、控制电路四部分的功能以及各元件是如何工作。 (3)设计了电冰箱综合保护器的整体结构和功能，为硬件电路的设计提供了参考依据。第四章 电路元器件的选择与计算4.1 ic的选择55

45、5定时器ic选用cb555，其管脚外形图如下图所示。工作电压=11v。定时器是一种产生时间延迟和多脉冲信号的控制电路，555定时器是用途极广的精密定时电路。它的电源电压范围宽（518v），输出电流最大值可达200ma，能直接驱动大电流负载，最高工作频率可达300khz。555定时器有两个输入端，分别称作阈值输入端（th）和触发输入端（），有一个输入端（q）。此外，还有一个放电开关引出端（d），当在两个输入端（th和）分别加入输入电压时，根据二输入电压值的不同情况，就可以控制输出端q的状态（为低电平或高电平）以及放电开关d的状态（是导通还是截止）。555定时器的所有应用都是基于这一特性，它的功能

46、表如下表所示。输入输出thqd0xx低电平导通1>2/3>1/3低电平导通1<2/3<1/3高电平截止1<2/3>1/3保持原状态保持原状态表4.1.1 555定时器功能表555定时器ic的引脚功能图如下： 图4.1.1 555时基引脚功能图555定时器的引脚排列图如上图所示。其中（4脚）是复位端,该端为低电平时，定时器输出端q为低电平，应用时该端应接到+，co（5脚）为控制电压端，通常与地之间接一个0.1的滤波电容，旁路除掉来自电源的纹波电压或噪声；该控制端也可以外接固定电压，用来改变阈值电压和触发电压的大小。555定时器ic的工作原理如下： 图4.1.2

47、 555定时器内部原理图上图为555时基集成电路的内部方框图，可以看出555时基电路由两个比较器和，一个晶体管，三个分压电阻，一个r-s触发器和一个功率输出电路构成。上限比较器的同相输入端6脚称为复位端r，当r端的点位高于的反相输入端的点位=（2/3）时，输出为“1”，使后随r-s触发器复位，输出端3脚vo为逻辑“0”，电路处于复位状态。下限比较器的反相输入端2脚称为置位触发端，当的电位低于a2同相端的电位=（1/3）时，输出为“1”，电路处于置位状态。r-s触发器处于置位状态时，vo=“1”，bg管截止， 7脚对地断开，允许外部电容充电；当r-s触发器处于复位状态时，vo=“0”，bg管导通

48、， 7脚对地相当于短路，外部电容通过bg管放电。5脚为外部电压控制端，用于施加控制电压。4脚是r-s触发器的优先复位端，只要为“0”，实际上<0.7v时，无论r和s端处于什么点位,输出端vo都为“0”，电路处于强制复位状态。4.2 与非门的选择与非门可分别选用四2输入的cmos与非门，其型号选cc4011bd4.3 电压取样单元元件选择要求在r2两端取出约40v的交流电压，占供电电压（220v）的十一分之二，故选:整流二极管选用2cz55b,滤波电容: 因为是半波整流电容滤波，电容两端的电压： 设二极管 的工作电流：又要求： 可计算出： 可取。要求，因为cmos与非门的电源电压由直流电源

49、的f端供给，即,所以，以此为据，可选择，的电位器。选,。4.4 延时电路元件选择选，可以计算出的范围，在图3中，。当时 可选用470的固定阻值与1.5的电位器串联。 4.5 驱动单元元器件选择和计算：选,的npn型小功率硅管，型号3dg100b(旧型号3dg6b):选,的npn型中功率硅管，型号3dg130b(旧型号3dg12b):选2cz55b(旧型号2cz11k)。继电器k:选用直流24v小型通用继电器。的计算：设，继电器k的直流电阻,则三极管的基极临界饱和电流 当门输出高电平（）时，要使饱和导通，则故 ，取。4.6 直流稳压电源元器件的选择和计算稳压二极管的选择电路要求f点输出电压 e点

50、输出电压 即 查手册选用2cw59(就型号2cw18),其稳压电压，最大工作电流。、的计算： ，可取由于 为了让调整管可靠地工作在放大区，必须使其管压降，取,则 故选 。变压器t的选择： 因整流滤波电路为全波桥式且电容滤波，所以变压器次级电压 取.选电源变压器为初级输入220v交流电压，次级电压为30v、电流为0.1a。二极管选用2cz55b.电容的选择： 三极管的选择：选3dg100b,和选3dg130b.以上电阻均选用rj0.25w的金属膜电阻，电位器均选用稳定性较好的小型电位器。4.7 本章小结本章节我主要的工作有：（1）是分析了如何选择该电路原件，例如：555定时器、与非门、电阻、电容

51、等等。（2）详细介绍了555定时器的结构、封装图、工作原理，并且利用protel99se软件绘制出该定时器的内部结构。（3）绘制了与非门cc4011的封装图。（4）根据本设计的要求和元器件的特性对各元件进行计算，选择它们的数值，为下章的仿真做铺垫。第五章 电路的仿真multisim10是电子电路设计与仿真方面的eda软件。由于multisim10的最强大功能是用于电路的设计与仿真，因此称这种软件叫做虚拟电子实验室或电子工作平台。在任一台计算机上，利用multisim10均可以创建电子技术基础虚拟实验室，从而改变传统的教学模式，我们可把学到的电子技术基础知识，应用multisim10电路仿真软件

52、进行验证。过欠压电冰箱保护器的设计，该系统是由直流电源、取样电路、延时电路、控制电路四部分组成，本章节就是利用该软件对这四部分进行仿真。仿真的结果观察电冰箱保护器是否具有过压、欠压、延时保护等功能，即电网电压低于180v，高于240v要切断电源实行保护，电网电压在185v-235v之间时正常工作，并且断电后再送电时至少要有5分钟的延时。5.1 直流电源的仿真仿真电路图如下：图5.1.1 直流稳压单元仿真图图中上面电压表所示的电压是原理图中ue的电压，下面电压表是原理图中uf的电压值，由上可知ue=22v,uf=11v，误差在允许范围内。5.2 取样电路的模拟当v=235v时仿真电路图如下：图5

53、.2.1 v=235v时仿真电路图仿真结果为：图5.2.2 v=235v时仿真结果当v>240v时的结果：图5.2.3 v=240v时仿真结果图当v=185v时的仿真原理图图5.2.4 v=185v时的电路仿真图当v=185v时的仿真结果图5.2.5 v=185v时的电路结果图当v<180v时的仿真结果是图5.2.6 v<180v时的仿真结果图5.3 延时电路的仿真仿真原理图如下：图5.3.1 延时电路仿真原理图仿真结果：图5.3.2延时电路仿真结果5.4本章小结本章主要是结合前几个章节的理论研究进行仿真测试，进而检测我起初设计的电路的正确性。由于该保护器原理图是由直流电源、取样电路、延时电路、控制电路四部分组成，且总体仿真不容易成功，因此，我必须把每个部分单独进行仿真。首先，对直流电源部分进行仿真，观察仿真结果的输出电压是否符合起初预设电压；其次，对取样电路进行仿真，仿真时要按照论文的要求去分别仿真，起初分析过压的情况，进而分析欠压的情况；最后，对延时部分的电路进行仿真，调节电容和电阻的数值，使其延时的时间达到5分钟以上。有于控制电路部分简单，属于数字电路