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1、哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）摘 要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、双延时保护及漏电提醒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要求。然后分析了电网过、欠压或突然断电时，压缩机受到的影响，并根据其工作原理，绘制电路原理图，并且进行元器件的选择和计算以及电路的调试。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；过压；欠压；延时Abstract This article is the analysis of the refrigerator at home
2、 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 refrigerator to protect the value and development of devices and put forward the main tasks of
3、 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 the choice of components and calculation of the corresponding PCB design. Finally, analyzed a
4、nd summarized, and write the reference design.Keywords: Refrigerator；Protector；power-off voltage; under voltage；Simulati-34-目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外保护器的发展状况21.3 设计任务与要求21.3.1 设计任务21.3.2 本课题研究的技术要求3本章小结3第2章 方案论证42.1 系统基本方案选择和论证42.1.1 整流电路的选择方案和论证42.1.2 滤波电路的选择方案和论证42.1.3 取样电路的选择方案和论证5
5、2.1.4 延时电路的选择方案和论证52.2 电路设计最终方案确定52.2.1 方框原理图5本章小结7第3章 系统单元电路的设计与分析83.1 整流电路83.1.1 单相桥式整流电路83.1.2 主要性能指标93.2 滤波电路93.3 稳压电路103.3.1 稳压二极管103.3.2 7809稳压器113.4 电压取样鉴别电路113.5 驱动电路123.6 延时电路13本章小结14第4章 整机工作原理154.1 过压、欠压、断电运行状态分析154.2 整机工作原理分析164.3 电路各元器件的作用174.4 各元器件的选择与计算18本章小结21第5章 系统的安装与调试225.1 系统的安装22
6、5.1.1 辨认与测量元器件225.1.2 焊接体会225.2 电路的调试225.3 调试中的问题235.4 使用CMOS芯片注意事项23本章小结24结 论25致 谢26参考文献27附录1 中文参考资料28附录2 英文参考资料30附录3 整机原理图33附录4 元器件表34第1章 绪论1.1 课题背景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。 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
7、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
8、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，
9、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 国内外保护器的发展状况从时间上划分，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。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。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
10、。但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。第三代是采用微处理器的智能型电动机保护器。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。1.3 设计任务与要求1.3.1 设计任务传统人们在用电时会因技术故障、人为故障、设备老化、质
11、量低劣、自然灾害等引起的电压过高过低、停电再来电而烧毁电器，甚至因此发生火灾的问题，造成了人身的危害和资金的浪费。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；当电冰箱正在工作时，一旦电源中断立即又恢复供电，要使其在3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
12、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，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 本课题研究的技术要求1、当电网电压高于240V和低于180V时，自动切断电源。2、具有瞬间断电保护,瞬间超压保护，瞬间欠压保护功能。3、具有延时3分钟再通电功能。4、具有箱体漏电显示功能。本章小结本章为绪论，主要介绍电冰箱保
13、护器的课题背景，简介家用电器保护器是发电、供电、用电系统的重要器件以及良好的商业前景。其次介绍国内外发展状况，列举电动机保护器三代的发展，最后介绍本课题的主要任务和需要完成的技术要求。第2章 方案论证2.1 系统基本方案选择和论证2.1.1 整流电路的选择方案和论证方案一采用单向半波整流电路，是利用二极管的单向导电性，使变压器二次交流电压变换成负载两端的单向脉动电压，达到了整流的目的。因为这种电路只有在交流电压的半个周期内才有电流流过负载，所以成为单向半波整流电路。半波整流电路的优点是结构简单，使用元器件少。但也有明显的缺点：输出波形脉动大；直流成分比较低；变压器有半个周期不导电，利用率低；变
14、压器电流含直流成分，容易饱和。所以只能用在电流较小，要求不高的场合。方案二 针对半波整流的缺点，下面介绍单相桥式整流电路。桥式整流电路在同样的变压器二次电压作用之下，输出的波形所包含的面积是半波整流电路的两倍，因此其平均值也是半波整流电路的两倍，桥式整流电路输出电压的脉动成分也比整流时下降了。所以选择了单相桥式整流电路。2.1.2 滤波电路的选择方案和论证方案一采用电感滤波电路，是由于电感有阻止其电流变化的特点，因此，在负载回路中串联一个电感，将使负载上的电流波形比较平滑。但是由于电感滤波输出电压较低，另外，由于采用电感，会比较笨重，通常用于功率比较大的电源中。方案二采用电容滤波电路，因其适用
15、小电流负载，而且外特性比较软，结构简单，因而常常被采用。所以在本设计种采用电容滤波电路。2.1.3 取样电路的选择方案和论证方案一直接采用非门电容、电阻、电位器和二极管组成的采样电路虽然是最简单的采样电路，但是它所用元器件比较多，电路比较复杂，调节电路也比较麻烦。方案二采用由比较器组成的差分比较电路电路结构简单，方便调试，克服了方案一采样电路的缺点。所以本设计中采用差分比较电路。2.1.4 延时电路的选择方案和论证方案一采用由555定时器构成的施密特触发器，具有很稳定的延时作用，精度也比较高。很适合用做延时器件。但是本设计中由于采用了差分比较电路，而且每部分延时都要用LED灯显示出来，用555定时器会在硬件连接上很有困难。方案二采用最简单的RC延时电路，有很大的灵活性，电路简单，原理容易理解。而且能够克服方案一中所提到的不足。所以本设计中RC延时电路。2.2 电路设计最终方案确定根据上面的分析，我们设计的硬件系统的总体结构框图如图2-1所示。2.2.1 方框原理
