过欠压电冰箱保护器的设计过欠压电冰箱保护器的Word文件下载.docx
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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175~235v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,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。
1.2.2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。
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
为什么要对电冰箱的电源条件做出规定呢?
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。
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;
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
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组成。
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、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),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240V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。
第四章电路元器件的选择与计算
4.1IC的选择
555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(5~18v),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