1、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： 061401410070 学生姓名： 孔德斌 指导教师： 唐红老师 2010 年 05 月 17 日贵阳学院毕业论文（设计）I目录摘 要 IIIAbstract .IV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、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 71G的选择 .18贵阳学院毕业论文（设计）II4.3 电压取样单元元件选择 .184.4 延时电路
3、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贵阳学院毕业论文（设计）III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
4、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。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
5、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；仿真贵阳学院毕业论文（设计）IVStudy on integration protector of refrigeratorAbstractWith the improvement of living standards of our people, refrigerators in China have gradually become a large of household appliances
6、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 to winding the coil burnt. Therefore, the refrigerator is easy to damage or short life troubled by peoples a problem. The reason, instantaneous powe
7、r failure, power supply voltage fluctuation is a refrigerator damaged or one of the main reasons for shortened life expectancy. For the vast majority of household refrigerators, the instantaneous power and voltage fluctuation is almost inevitable. To the end, we use 50VA transformer to control the c
8、ircuit design matched with an automatic voltage regulator, automatic delay refrigerator protector, the intelligent refrigerator Protector can be judged according to the load current in the various fault lines and timely protection, reducing the maximum impact on peoples daily lives is an economical
9、and practical refrigerator protector. This article is the analysis of the refrigerator at home and abroad protector of progress and status, based 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
10、refrigerator to protect the value and development of devices and put forward the main tasks of design and content. Then analyzes the power-off, 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
11、 the choice of components and calculation of the corresponding PCB design and simulation plan. Finally, analyzed and summarized, and write the reference design.Key words: Refrigerator Prot，Integrated Protector，Protection Features，Simulation贵阳学院毕业论文（设计）第 1 页，共 40 页第一章 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
12、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 11.25 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
13、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
14、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 70%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
15、竟贵阳学院毕业论文（设计）第 2 页，共 40 页达数 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
16、。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、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
17、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。第一贵阳学院
18、毕业论文（设计）第 3 页，共 40 页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
19、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
20、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（PIC）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
21、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贵阳学院毕业论文（设计）第 4 页，共 40 页的电机。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
22、、装置上的结构变革、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。
23、除基本的保护功能外，一般还具有自检、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
24、动机常规保护理论的基本原理是以电流幅值的增加作为故判据的。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，更主要的是负序贵阳学院毕业论文（设计）第 5 页，共 40 页电流效应，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
25、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
26、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
27、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贵阳学院毕业论文（设计）第 6 页，共 40 页动电流成倍增长，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
28、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
29、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，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
30、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。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：贵阳学院毕业论文（设计）第 7 页，共 40 页（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
31、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 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。贵阳学院毕业论文（设计
32、）第 8 页，共 40 页第二章 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
33、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
34、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。贵阳学院毕业论文（设计）第 9 页，共 40 页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
35、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
36、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，保护器不影响冰箱正常工作，而一旦电网电压 240V 或 180V 时，保电压取样鉴别单元 延时电路 驱动单元直流电源贵阳学院毕业论文（设计）第 10 页，共 40 页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
37、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
38、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。贵阳学院毕业论文（设计）第 11 页，共 40 页第三章 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 、电位器 和51G61C10R1W贵阳学院毕业论文（设计）第 12 页，共 40 页、二极管 组成。2WR1D该部分电路的主要功能是
39、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6C06CU输出（也是基本 RS 触发器的输出端 Q） “1”状态，门 、 的输出“0”5G G7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1T2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1R232R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
40、压,使1D,C4图中 (与非门 的转折电压，对于 CMOS 门，阈值电压,310THBAUVU1G约等于直流电源电压的一半，即 ), (与非门 的转折DV5.02THCU2G电压)，故门 输出“1”电平，门 输出“0”电平，门 输出（RS 触发器1G2 3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DR2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6C5G（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DS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
41、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2THC1THBU, 1G2G输出“0”电平，基本 RS 触发器 ，而这时 已充电，仍然保持3G0RD6C，所以触发器翻转成“0”状态（门 输出为“0”电平） ，导致门 和SD 5 6G输出“1”电平，使 和 饱和导通，继电器 K 吸合，常闭触点 及 断7 1T2 1K2贵阳学院毕业论文（设计）第 13 页，共 40 页开，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1THCU）,使门 输出“1”电平，门 输出为“0”电平，也同样
42、迫使触1THBU2G3G发器翻转为“0”电平，使门 及 输出为“1”电平， 及 饱和导通，继67 12电器 K 吸合，常闭触点 、 断开，电冰箱停止工作。1K23.2 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107C142R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 240V 时，由于 ,门 的状1THBUG态翻转，输出为“1”电平，门 由输出“1”变为输出“0” （这时有2G） ，通过 给 555 定时器
43、 IC 的 2 脚送入一个负脉冲，则 3 脚变为2THCU5C“1”电平。同时放电管截止，直流电源 经电阻 对电容 充电， （DV13R7CDU）上升。经 5 分钟后， ,555 电路状态翻转，3 脚恢复为“0”电7CDU贵阳学院毕业论文（设计）第 14 页，共 40 页平，输出一个负脉冲，经电容 送至 RS 触发器，使 (这时因 输出9C0SD2G“0”电平， 输出为“1”电平，即 ),迫使 RS 触发器翻为“1”状态3G1RD（Q=1） ，门 及 输出“0”状态， 及 截止，继电器常闭触点闭合，电冰67T2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DT间
44、）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。13R7CV调整 ,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 为 213 D脚电压， 为 3 脚电压， 为 7 脚电压的波形。OD2. 若电网电压从小于 180V 上升到大于 180V 时， （这时1THCUUB2/3 CV1/3 C低电平 导通1 1/3 C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R电平时，定时器输出端 Q 为低电平，应用时
45、该端应接到+ ，CO（5 脚）为控CV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F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。贵阳学院毕业论文（设计）第 18 页，共 40 页555 定时器 IC 的工作原理如下： 图 4.1.2 555 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1A2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1 1A相输入端的点位 =（2/3） 时， 输出为“1” ，使后随 R-S 触发器复位，aVC1A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 S的电位低于 A2 同相端的电位 =（1/3） 时，bVC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” ，2ABG 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， 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MP要 为“0” ，实际上 240V 时的结果：
