电冰箱保护器的大学学位论文Word文档格式.docx
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3.4继电器12
3.4.1继电器的选用12
第4章设计电路工作原理及参数计算13
4.1电路的工作原理13
4.2电路元件参数的选择计算13
4.3 电路整机电路图14
第5章仿真调试过程及结果分析17
5.1继电器仿真的预期结果17
5.2电路的仿真17
5.3总结18
第6章PCB图的制作19
6.1protel的简介19
6.1.1protel99SE的系统组成19
6.1.2电路仿真与PLD部分19
6.1.3protel99SE的功能特性20
6.2生成原理图和PCB版图的步骤20
6.2.1Protel设计电路图的步骤20
6.2.2Protel原理图设计步骤20
6.3PCB电路图21
6.4安装调试23
6.5总结24
第7章收音机的焊接25
7.1焊接的目的25
7.2焊接器材及介绍25
7.3原理简述25
7.4焊接事项27
7.4.1焊接27
7.4.2焊接注意事项28
7.5收音机的组装28
7.6收音机的调试29
7.7收音机小结及心得29
致谢31
参考文献32
附录1电冰箱保护器元器件清单33
附录2电冰箱保护电路设计实物电路图34
附录3PCB图35
附录4收音机原理图36
电冰箱保护器的设计
摘要本文是在分析了目前国内电冰箱保护器研究的现状的基础上，设计的一种集过压、欠压、延时保护集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，最后得出结论。
该电冰箱保护器具有电路结构简单、硬件调试方便、工作性能稳定等优点。
关键词：
电冰箱保护器；
过压；
欠压；
延时
Refrigeratorprotector
AbstractThispaperistheanalysisofthecurrentdomesticrefrigeratorprotectorresearchpresentsituationinthefoundation,designasetofover-voltage,under-voltage,delayprotectionsetinoneofthemultifunctionalprotectorforrefrigerator.Thispaperfirstdiscussestherefrigeratorprotectorvalueanddevelopmentstatus,andputforwardthedesignofthemaintasksandrequirements.Thenitanalyzesthenetwork,undervoltageorpowerfailuresuddenlyoccurs,thecompressorisaffectedby,andaccordingtoitsworkingprinciple,drawingthecircuitdiagram,andthechoiceofcomponentsandcalculationandcircuitdebugging,finallydrawstheconclusion.Therefrigeratorprotectorhassimplecircuitstructure,hardwaredebuggingconvenience,theadvantagesofstableperformance.
Keywords：
refrigeratorprotector;
over-voltage;
short;
timedelay
第1章绪论
1.1课题背景
随着科技的发展，社会的进步和人们生活水平的不断提高。
家用电器的应用几乎遍及我们生活。
而家用电器保护，则是发电、供电、用电系统的重要器件。
它几乎渗透到所有用电领域，是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。
说到家用电器，让我们不难想到电冰箱。
在冰箱出现以前，我们一直在为食品存放时间一久就会变得不再新鲜甚至腐败而烦恼。
真正的电冰箱发明于20年代，1920年，纽约布鲁克林一家平板印刷厂的一位名叫威利斯·
H.卡里尔的工程师，设计出一种能控制温度和湿度的系统。
而我国电冰箱行业是从50年代起步的，期间迅速发展壮大。
从改革开放前只有雪花一家，到80年代开始，海尔，海信，长虹，新飞等冰箱生产企业相继崛起，从而奠定了我国制冷行业的基础。
电冰箱行业的迅速发展，极大的提高了我国城乡居民生活的质量。
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。
电冰箱易损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。
1.2课题的目的和意义
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。
从目前我国供电情况来看，供电电压还不够稳定，而且局不断电时有发生，所以电冰箱保护器具有重要的使用价值。
电动机保护器不仅能保证电冰箱的稳定工作，而且在工农业正常生产，提高生产效率和经济效益和在节能事业中也有着重要意义。
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。
该保护器的功能是：
当电网电压过压或欠压情况下，使家用电器的供电系统停止供电，当电网电压恢复正常后使家用电器自动恢复供电；
当家电正在工作时，一旦电源断电而又立即供电时，本设计要使家用电器必须断电3～5min后才能恢复供电。
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。
1.3.2本课题研究的技术要求
1、当电网电压≥280V或≤180V时，能自动切断电源；
2、当电网电压恢复正常后3到5分钟自动接通电源。
1.4本章小结
本章为绪论，主要介绍电冰箱保护器的课题背景和该设计的实用价值，以及介绍家用电器保护器在发电、供电、用电系统的重要器件以及良好的商业前景。
最后介绍本课题的主要任务和需要完成的技术要求。
第2章方案的论证与选择
根据设计任务及要求，所设计的电冰箱自保护器的基本思想为：
电网电压在正常范围时，保护器不影响电冰箱的正常工作，而一旦电网电压≥280V或≤180V时，保护器应立即切断用电器电源。
正在工作的电冰箱一旦断电又恢复供电时，保护器应延时3～5min后再给电冰箱接通电源。
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。
为此，本电路可以有两种方法：
方法一：
主要由以下几部分组成：
电压取样鉴别单元、延时电路、驱动单元、直流供电电源等。
其主体方案示意图如图2-1所示。
图2-1方案示意图
方法二：
本设计的总体结构框图主要部分，包括LM339的两个比较器和RP2、RP3等组成过电压、欠电压检测电路，其中L1A比较器用于过电压检测，L1C比较器用于欠电压检测；
VT1构成电子开关，其中LED为电压指示灯，当电压在市电正常范围内（180V—280V），该灯发亮，否则会熄灭；
NE555时基电路组成延迟记忆电路，组成框图如图2-2所示。
图2-2系统总体框图
综上所述：
方法二简单易操作，555定时器会在硬件连接上更方便以及继电器的添加是的电冰箱在断电的情况下可以及时的供电，这种方案就显得更方便。
第3章单元电路的设计
3.1电源部分
接通电源后，220V交流电经变压器的降压、整流桥的整流、稳压器7812的稳压后，用电压表可测得约12V直流工作电压，电源图如图3-1所示。
图3-1电源图
3.2比较器
本设计采用内部具有四个比较器的集成块LM339，该电压比较器的特点是：
1.失调电压小，典型值为2mV。
2.电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±
1V-±
18V。
3.对比较信号源的内阻限制较宽。
4.共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo。
5.差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压。
6.输出端电位可灵活方便地选用。
LM339集成块采用C-14型封装，。
由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。
图3-2LM339的引脚图
LM339类似于增益不可调的运算放大器，每个比较器有两个输入端和一个输出端。
两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。
用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。
当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。
当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。
两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。
LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。
选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。
因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。
另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。
本设计电路由两个LM339组成一个窗口比较器。
当被比较的信号电压Uin位于门限电压之间时（UR1<
Uin<
UR2），输出为高电位（UO=UOH）。
当Uin不在门限电位范围之间时，（Uin>
UR2或Uin<
UR1）输出为低电位（UO=UOL），窗口电压ΔU=UR2-UR1。
它可用来判断输入信号电位是否位于指定门限电位之间。
双限比较器及波形图如图3-3所示：
图3-3双限比较器及波形图
双限比较器仿真图如图3-4所示：
图3-4双限比较器仿真图
3.3控制电路（555定时器）
本设计采用NE555集成块作为控制电路，NE555为8脚时基集成电路，各脚主要功能如表3-1所示。
NE555引脚功能表
引脚
引脚功能
引脚
1脚
接地GND
5脚
控制电压
2脚
触发
6脚
门限（阈值）
3脚
输出
7脚
放电
4脚
复位
8脚
电源电压Vcc、
表3-1
NE555集成块引脚图如图3-5所示：
图3-5NE555集成块引脚图
应用十分广泛，包括如下几种电路：
1．单稳类-----作用：
定延时，消抖动，分（倍）频，脉冲输出，速率检测等。
2．双稳类-----作用：
比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等。
3．无稳类-----作用：
方波输出，电源变换，音响报警，玩具，电控测量，定时
等。
555电路在应用和工作方式上一般可归纳为三类。
每类工作方式又有很多个不同的电路。
在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：
多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。
本设计选用双稳类电路，用NE555构成一个施密特触发器，施密特触发器图如图3-6所示。
图3-6施密特触发器
3.4继电器
当输入量（如电压、电流、温度等）达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。
可分为电气量（如电流、电压、频率、功率等）继电器及非电气量（如温度、压力、速度等）继电器两大类。
具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。
广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。
继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
3.4.1继电器的选用
1.先了解必要的条件
①控制电路的电源电压，能提供的最大电流。
②被控制电路中的电压和电流。
③被控电路需要几组、什么形式的触点。
选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。
控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。
2.查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。
若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。
最后考虑尺寸是否合适。
3.注意器具的容积。
若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。
对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。
第4章设计电路工作原理及参数计算
4.1电路的工作原理
本设计电路的工作原理：
接通电源后，220V交流电经变压器的降压、整流桥的整流、稳压器7812的稳压后，在RP2和RP3两端可获得约12V直流工作电压。
根据变压器的变压系数，调整电位器RP2和RP3，使市电电压在正常范围内，上、下比较器都输出高电平，此时VT1导通，电压指示灯LED保持发亮。
因为C1两端初始电压为0V，555时基电路的阈值端6脚为高电平，555时基电路复位，三极管VT2截止，继电器K1的常闭触点保持吸合，电冰箱电源被切断。
然后电源向C1充电，使2、6两脚电位不断下降，约经过5min，可使电位降至12V电压的1/3，555时基电路才置位，3脚输出高电平，VT2导通，继电器K1通电吸合，其常闭合触点K-1断开，电冰箱通电工作。
当交流电网意外断电时，C1储存电荷通过R2、D5迅速泄放，当电网恢复供电时，电路又要延迟5min左右才向电冰箱供电，从而确保电冰箱压缩机不受损坏。
当市电电压升高到280V以上，上比较器输出低电平；
市电电压下降到180V以下，下比较器输出低电平只要两者之一输出低电平，VT1截止，LED熄灭。
此时6脚为高电平，555时基电路复复位，输出端3脚为低电平，电冰箱电源被切断，从而使电冰箱在电压过高或过低的情况下自动停止工作，保证了电冰箱能安全工作于规定的电源范围内。
当电压恢复正常时，电路要延迟5min左右才向电冰箱供电。
4.2电路元件参数的选择计算
设变压器的变压系数是20：
1，整流后的输出电压u3≈1.2×
u2,当u1分别为220V、
180V、280V时，u2、u3、Va的计算如下：
u1=220Vu2=220÷
20=11Vu3=1.2×
11=13.2V则,Va=6.6V
u1=280Vu2=280÷
20=14Vu3=1.2×
14=16.8V则,Va=8.4V
u1=180Vu2=180÷
20=9Vu3=1.2×
9=10.8V则,Va=5.4V
因此可得，比较器的上限电压为8.4V,下限电压为5.4V。
调节电位器RP2和RP3，使LM339的5脚电压为8.4V，8脚电压为5.4V，使电路在280V≤u1≤180V范围能正常工作。
电网由断电到恢复供电后，电冰箱要延迟一段时间才能正常工作，此延时时间τ由NE555的外围电路C1和R3决定：
τ≈1.1×
R3×
C1
电路要求延时5分钟（即300秒），设C1=220μF,则R3的阻值计算如下：
R3=300÷
（1.1×
220×
0.000001）≈1.2MΩ
4.3 电路整机电路图
本设计的整机电路图如图4-1所示：
图4-1设计整机电路图
第5章仿真调试过程及结果分析
5.1仿真的预期结果
①当输入电压由0跳到正常电压的范围内,此时,D1（绿色）发光,D2（绿色,负载）仍不工作,大约经过5min的时间才开始工作（发光）,D3（红色）则与D2相反;
②当输入电压在范围外恢复到正常电压范围内时,工作情况与①相同;
③当输入电压在正常范围内跳到电压范围外,D1,D2立即熄灭,D3发光,说明负载停止工作;
④当输入电压在正常范围内突然停电,所有的发光二极管都熄灭.
5.2电路的仿真
由于该方案在Multisim软件中无法正常仿真，因此在Protel99SE软件中对其放真，仿真图如下：
图5-1Protel99SE仿真图
1）设置电源电压U1为50V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V；
2）设置电源电压U1为100V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V；
3）设置电源电压U1为170V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V；
4）设置电源电压U1为200V，输出OUT1、OUT2值加的电压差约为10V；
5）设置电源电压U1为220V，输出OUT1、OUT2值加的电压差约为10V；
6）设置电源电压U1为240V，输出OUT1、OUT2值加的电压差约为10V；
7）设置电源电压U1为280V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V；
8）设置电源电压U1为300V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V；
9）设置电源电压U1为350V，输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V；
从上图的仿真结果中看出该电冰箱保护器保护器作性能良好，输入电压U1取什么值，输出OUT1、OUT2值加的电压差都浮动不大，在过压、欠压的情况下能很好的保护电冰箱，从而使之在无人监控情况下正常工作。
与此同时实现了上电的延迟从而更好的保护了电冰箱。
5.3总结
在已度过的两年大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。
我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种电子设计？
如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？
我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。
本次设计充分调动我的主动性，以我为主体，在其能力所及范围内，反复思考，大量参阅文献和资料，充分发挥，结合实际情况，独立、创造性地进行逻辑电路的设计，然后确定方案，设计出电路图。
在这次设计中，从电路器件，方案的选定、各部分功能的实现，都是分步完成的。
先是把各部分功能一一实现，然后再接好总电路，实现整体功能，这样做可以化繁为简，减少出错的机会，即使出错了也比较容易发现，从而可以进行修改处理。
加强了我的动手能力。
更重要的是学会如何分析电路问题，查找并改正电路中的错误。
第6章PCB制图
6.1protel的简介
随着计算机技术的发展，电路设计中的很多工作都可以交给计算机来完成，这样就大大减轻了设计人员的劳动强度，并且保证了设计的规范性。
因此，电路设计自动化（EDA）已经成为不可逆转的时代潮流。
Protel99SE是Protel公司（现已更名为Altium公司）于2000年推出的一款EDA设计软件，是Protel家族中性能较为稳定的一个版本。
Protel99SE的功能十分强大，集原理图设计、可编程逻辑器件的建立、电路混合信号仿真、印制电路板（PCB）设计与布线、信号完整性检查以及设计规则分析等功能于一身，在电子电路设计领域占有极其重要的地位，获得广大硬件设计人员的青睐，是目前众多电路板EDA设计软件中用户最多的产品。
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6.1.1Protel99SE的系统组成
1电路原理设计部分（AdvancedSchematic99）
电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。
本系统的主要功能是：
绘制、修改和编辑电路原理图；
更新和修改电路图零件库；
查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。
2印刷电路板设计系统（AdvancedPCB99）
印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。
绘制、修改和编辑电路板；
更新和修改零件封装；
管理电路板组件。
3自动布线系统（AdvancedRoute99）
本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。
6.1.2电路仿真与PLD部分
1.电路模拟仿真系统（AdvancedSIM99）电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。
2.可编程逻辑设计系统（AdvancedPLD99）可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。
本系统的主要功能是；
对逻辑电路进行分析、综合；
观察信号的波形。
利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使
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