家用电器过压保护器.docx

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家用电器过压保护器

成绩评定：

传感器技术

课程设计

题目家用电器过压保护器

摘要 

电是现代经济的命脉，它与工农业生产以及人们日常生活密切相关，是一种便于传输、使用方便最为洁净的能源。

自从电的发明与使用以来，电不仅给人类带来了很多便捷，也能给人类带来无法想象的灾难。

随着我们的生活水平越来越高，各种各样的家用电器也随之出现、功能也越来越多，家用电器的安全、正确使用也越来越受到了人们的高度重视。

与此同时对家庭用电保护器的要求也越来越高，于是产生了各种各样的家庭用电保护器。

家庭用电保护器的功能就是保护人们使用家用电器，防止因家用电器漏电、使用功率过大对人们造成不必要的伤害，以此来保证人们的正常生活及需要。

 家用多功能用电保护器的作用就是保护家庭中所用的各种用电器能够正常的使用，不因随时发生的漏电、断电造成家用电器的损坏。

目前，市场上的用电保护器功能过于单一，卖的最多的就是一般的漏电保护器。

只有很少的家庭用的多功能用电保护器，随着家用电器的功能越来越多，用电保护器的功能也应该越来越强，以此来保护家用电器的安全。

因此要对现在的用电保护器进行合理的改造，使之能适应现在以及未来家庭的需要。

因此自动复位式多功能用电保护器通常包括直流稳压电源电路，欠、过压保护电路，触、漏电保护电路等部分组成。

关键词：

能源用电保护器电器的损坏  

目录

一、设计目的1

二、设计任务与要求1

2.1设计任务1

2.2设计要求1

三、设计步骤及原理分析2

3.1设计方法2

3.2设计步骤2

3.3设计原理分析3

四、课程设计小结与体会5

五、参考文献6

一设计目的

现在，家用电器种类越来越丰富，而家用电器的安全是人民正常生产和安全工作的重要保证。

而电冰箱是最常用的家用电器之一，电冰箱易损坏或寿命短是困扰人们的一个问题。

而本次设计的保护器就是要尽量避免电冰箱损坏，延长使用寿命。

我们知道日常使用的市电是在不停的变化的，当电网电压突然升高时，会使正在运行的冰箱、洗衣机、电视机、音响、电脑等家用电器遭受不同程度的损坏，严重时还会因此而发生火灾，造成很大的经济损失。

因此一种简易的过电压保护装置，一旦电压超过允许范围即可自动断电，电压恢复正常又可自动接通，对家电起到保护作用。

二设计任务与要求

2.1设计任务

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。

2.2设计要求  

（1）设计电冰箱保护器，具有过、欠压保护，上电延时等功能。

（2）电压在180-250V范围内，正常供电时绿灯亮。

（3）过压保护：

当电压高于250V时，自动切断电源，且红灯亮。

（4）欠压保护：

当电压低于180V时，自动切断电源，且红灯亮。

（5）延时保护：

在上电、欠压、过压保护切断电源时，延时一段时间3 ～5min才可接通电源。

三设计步骤及原理分析

3.1设计方法 

本文介绍的是如何利用内部具有四个比较器的集成块LM339，定时器NE555，继电器等元器件设计一个电冰箱保护器，使电冰箱压缩机在运转时就算遇电网意外断电又迅速恢复供电，能起到延时供电的作用，从而防止压缩机受损。

电冰箱对电源的波动范围有一定要求，而供电源其波动幅度常常超出电冰箱的允许波动范围。

为了保证电冰箱能安全工作于规定的电源范围，在其的供电源端接入保护电路非常必要。

3.2设计步骤  

在制作前，首先根据设计方案用面包版进行连线，目的是为了检验设计的线路是否正确，避免用感光板做成实物后要不断修改电路。

连线完成后，确认连线以及各元器件的正负没有错误后（应当特别注意集成块的地线和电源线），就开始调试了。

调试的步骤如下：

先调试比较电路这一部分，在调试前要把三极管 VT1的集电极与二极管D5相连的线断开。

然后接上12V的直流电压，通过调节电位器RP2 、RP3，利用电压表可以确定比较器的上限电压（LM339的5脚电压）和下限电压（LM339的8脚电压），并且要求上限电压高于下限电压。

这时，如果线路正确的话，通过调节RP1的阻值，可以使发光二极管D1发光或者熄灭，其中D1发光代表输入的电压（LM339的4或9脚电压）在上限和下限之间的范围内，D1熄灭代表输入电压在范围外。

如果该部分电路不正常工作的话，就要检查线路是否连接正确，确定连线正确后再调试，如果仍有问题，则检查LM339的2脚是否接上了上拉电阻，因为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个电阻，该电阻的大小会影响输出端高电位的值，电阻一般选3—15K。

其次，还要检查集成块LM339的3脚和12脚是否接上了电源的正极和负极。

当比较电路调试完毕后，就可以进行整机的调试。

调试前还是要检查一遍电路的连线，然后接通电源，看电路是否正常工作，是否满足设计的要求。

该电路正常工作的现象如下：

①当输入电压由0跳到正常电压的范围内，此时，D1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时，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。

调试完成后就可以印制电路版了，因为这次是用感光板来制作，所以在制作前要利用Protel 99SE软件进行电脑布线，布线时最好把电源线和地线加粗，这样可以减少电源对电路的干扰，布线完成后，就可以开始制作感光版了，步骤如下：

① 把PCB图打印在硫酸纸上； 

② 把打印出来的硫酸纸用透明玻璃压在感光板的感光面上，然后用日光灯照射进行曝光，曝光的时间要根据电路版的大小和光线的强弱来决定，大约是12～20分钟。

③ 曝光完成后，将感光版放进显影液中（显影液是由显影剂与水质量比为1：

20配成），约5秒即可看见被溶解的光敏剂呈绿黑色雾状漂浮起。

此时轻摇容器直到全部的线路圆滑饱满，清晰可见，且非线路部分完全显现金黄色时，表示显像已经完成。

再等5～10秒即可取出冲水，然后用风微吹干，全过程大约1.5～2分钟。

④ 对电路版进行钻孔。

⑤ 把电路版放入腐蚀液中进行腐蚀。

 最后把各元器件焊接到电路版上。

3.2 电路原理分析 

其工作原理：

该装置工作原理见图1（点击下载原理图）。

电容器C1将220V交流市电降压限流后，由二极管VD1、VD2整流，电容器C2担任滤波，得到12V左右的直流电压。

当电网电压正常时，稳压二极管VDW不能被击穿导通，此时三极管VT处于截止状态，双向可控硅VS受到电压触发面导通，插在插座XS中的家电通电工作。

   如通，VDW导通后，又使得三极管VT导通，VT导通后，其集电极—发射极的压降很小，不足以触发VS，又导致VS截止，因此插座XS中的家电断电停止工作，因而起到了保护的目的。

一旦电网电压下降，VT又截止，VT的集电极电位升高，又触发VS导通，家电得电继续工作。

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=220V     u2=220÷20=11V      u3=1.2×11=13.2V     则,Va=6.6V u1=280V     u2=280÷20=14V      u3=1.2×14 =16.8V    则,Va=8.4V u1=180V     u2=180÷20=9V       u3=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 ÷ （ 1.1×220×10-6 ） ≈1.2×106  Ω

3.4 电路的PCB

由于是用直流电进行测试，在制作电路版的过程中，我们把电路的变压器、整流电路及稳压电路三部分除去，然后用绿色的发光二极管代替电冰箱作为负载，具体的电路如下。

绿色的LED发光表示负载正常工作，红色的LED发光表示负载不工作，其工作原理和上图一样。

则该原理图的PCB图如下所示

四课程设计小结与体会 

通过这次课程设计使我了解到了自动复位式多功能用电保护器，功能强大，使用方便，实现了对家庭各种家用电器的保护，对我们的用电有很好的保护作用。

在课程设计过程中不仅巩固了我的基础理论知识， 而且使我各个方面的能力都有很大的提高。

从一开始的无从下手，资料的整理，在到老师的帮助下，无疑是对我查阅资料的能力、设计报告的能力、电脑绘图等能力的进一步提高。

很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合，开发、设计产品的能力的进一步在课程设计中使我学会了很多，也对自己的能力有了进一步的提高，为以后的学习和工作加强。

在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。

有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。

为以后的工作积累了经验，增强了信心。

既让我懂得了怎样把理论应用于实际，又让我懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决，它更是自己综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节。

 在这次设计中，从电路方案的选定、成品的制作、以至各部分功能的实现，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。

由于是我第一次使用感光板来制作电路版，所以遇到了不少困难。

经过了屡次的失败，使我积累了不少感光板的制版经验。

同时，加强了我对Protel 99SE软件的应用。

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。

五参考文献

[1]童诗白、华成英.模拟电子技术基础[M].北京：

高等教育出版社，

[2]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：

高等教育出版社，   

[3]卢胜利主编,智能仪器设计与实现:

重庆大学出版社. 

[4]王兆安、黄俊主编,电力电子技术（第四版）[M].北京:

机械工业出版社 

[5]郭永贞主编,数字电子技术[M].陕西:

西安电子科技大学出版社

[6]藤松林，杨校生，触电漏电保护电器及其应用[M].北京:

机械工业出版社