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模电课设家电延时保护器.doc
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1、武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书课程设计任务书学生姓名: 专业班级: 指导教师: 工作单位: 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198240v时,给负载正常供电,显示2、输入电压Vi240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时间安排:一周,其中3天硬件设计,2天硬件调试指
2、导教师签名: 年 月 日系主任(或责任教师)签名: 年 月 日目 录摘要11 课题的提出依据和意义22 本课题的主要任务和研究内容22.1 本课题的主要任务22.2 本课题研究的主要内容33 电路组成和工作原理43.1 直流稳压电流部分53.2 窗口比较器53.3 555时基电路63.4 电磁继电器74 电路元器件的选择与计算84.1 定时器IC的选择84.2 电压取样单元元件选择104.3 延时电路元件选择104.4 直流稳压电源元器件的选择105 电路的仿真106 实物安装与调试146.1装配图的设计146.2装配焊接与调试156.3实物图167 元件清单表178 设计心得体会18参考文献
3、19本科生课程设计成绩评定表20摘 要电器是生产和生活中重要的一部分,而目前由于各种大型用电设备的增加,使得供电电压时常出现浪涌、电压不稳、电压突变等问题,由此造成的电器烧毁已是屡见不鲜。电冰箱是人们最常使用的电器之一。因此,电冰箱易损坏或寿命短是困扰人们的一个问题。瞬时断电、供电电压波动是电冰箱易损坏的主要原因之一。而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
4、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38秒钟,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。201 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
5、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
6、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
7、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,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
8、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
9、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。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示图3.1原理图该电路的主要功能是当电网电压240V或198V时,在电位
10、计R3上的分压大于窗口比较器高压VH或低于低压VL,在窗口比较器输出端输出低电平,低电平小于输入NE555的VCC要求电压,NE555输出端电压降低,电磁继电器开关断开,电冰箱电路断电。当电网电压在198220V时,窗口比较器输入电压在VL与VH之间,输出高电平至NE555的VCC,使NE555延时电路延时五秒钟后,输出高电压使三极管Q2处于放大区,输出较大电流使电磁继电器闭合,电路开始正常工作。图3.2工作设计框图设计原理:电网电压通过变压器,整流桥,滤波电容输出直流,通过电位计调节电压,输入窗口比较器取样,输出高电平至555时基电路,555时基电路有延时作用,延时后输出较大电流使电磁继电器
11、闭合,负载开始正常工作。 3.1直流稳压电源部分 图3.1.1如图3.1.1所示,该电源由变压器T、1B4B42整流桥D4、滤波电容C1,C4、LM7812CT集成稳压管、电容C1,C4组成。通过整流,滤波产生两种大小不同的直流电压:输入端输入电压U1=30V,输出电压U2=12V。直流稳压电源电路的工作原理如下:(1)该电路由变压器,整流桥,滤波电容组成。电网电压经过变压器,副边幅值变为原边的1/15,经过整流桥正弦电压变为直流脉动电压,经过滤波电容,因为滤波电容足够大,电压变为幅度不变的直流。直流电压输入集成稳压管,在输出端输出12V直流电压。3.2窗口比较器 图3.2.1输入电压过大时电
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