过欠压电冰箱保护器的设计过欠压电冰箱保护器的.docx

过欠压电冰箱保护器的设计过欠压电冰箱保护器的.docx

《过欠压电冰箱保护器的设计过欠压电冰箱保护器的.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过欠压电冰箱保护器的设计过欠压电冰箱保护器的.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

过欠压电冰箱保护器的设计过欠压电冰箱保护器的

过欠压电冰箱保护器的设计

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。

1.2本课题的主要任务和研究内容

1.2.1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

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。

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。

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

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

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