模电课程设计电冰箱保护器的设计.docx
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模电课程设计电冰箱保护器的设计
目 录
一、设计任务和指标要求.....................................................2
二、设计框图及整机概述....................................................3
三、各单元电路的设计方案及原理说明.........................................3
四、仿真调试过程及结果分析.................................................6
五、设计、安装及调试中的体会...............................................9
六、对本次课程设计的意见及建议.............................................10
七、参考资料...............................................................10
八、附录...................................................................11
附件1整机逻辑电路图...................................................11
附件2元器件清单.......................................................12
一、设计任务书
1、设计时间:
2010.7.5~2010.7.9
2、地点:
I404
3、课程设计题目:
电冰箱保护器的设计
4、设计内容及要求:
1)设计内容:
1、设计电冰箱保护器,使其具有过压,欠压,上电延迟功能.
2、电压在180V~250V范围内正常供电,绿灯指示,正常范围可根据需要进行调节.
3、过压,欠压保护:
当电压低于设计允许最低电压或高于设定允许最高电压时,自动切断电源,且红灯指示.
2)设计参数
1、上电,过压,欠压保护或瞬时断电时,延迟3~5min才允许接通电源.
2、负载功率>200W.
3)设计要求:
1、选取单元电路及元件;
2、设计总体电路原理图;
3、整体电路的联调(完成全电路理论设计、仿真、调试);4、撰写设计报告。
二、设计框图及整机概述
本电路的电源由220V交流电经过变压器变压、整流电桥整流,并经过7812稳压后提供。
其中,U1从整流电桥的输出端取样,当市电电压在正常范围(180V~250V)内时,电路各部分正常工作;当市电电压超出正常范围时,控制电路控制继电器停止工作。
555时基电路起控制延时作用。
电路组成框图如下:
图1电路设计框图
三、各单元电路的设计方案及原理说明
1.电路设计方案
1)变压、整流、稳压
本电路先经过变压器变压T1,变压系数为16:
1,再经过整流电桥D1整流,最后经过LM7812稳
2)比较器设计
电路中LM339的两个比较器和RP2,RP3等组成过电压,欠电压检测电路。
3)控制电路
控制电路主要由BJTQ1、Q2和555时基电路组成。
其中LED1为电压指示灯,D2防止电容反相放电,D3对继电器稳压
图2电冰箱保护器原理图
2.电路工作原理
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0,555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.电路原理图如图2所示。
3.参数计算
设变压器的变压系数是16:
1,整流后的输出电压u3≈1.2×u2,当u1分别为220V,180V,250V时,u2,u3,Va的计算如下:
u1=220Vu2=220÷16=13.75V
u3=1.2×13.75=16.5V
Va=8.25V
u1’=250Vu2=250÷16=15.6V
u3’=1.2×17.50=18.75V
Va’=9.85V
u1”=180Vu2=180÷16=11.25V
u3”=1.2×11.25=13.5V
Va”=6.75V
所以,比较器的上限电压为10.5V,下限电压为6.75V.调节电位器RP2和RP3,使LM339的5脚电压为10.5V,8脚电压为6.75V,从而设置好比较器的上限和下限电压值,使电路在280V≤u1≤180V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,此段延时时间Tp由NE555的外围电路C1和R3决定:
Tp≈1.1×R3×C1
因为电路要求延时5分钟(300秒),设C1=220μF,则R3的阻值计算如下:
R3=300÷(1.1×220×10-6)≈1.2×106Ω
四、仿真调试过程及结果分析
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.
2.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3Protel99SE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;
8)设置电源电压U1为350V,输出OUT1、OUT2值加的电压差几乎为0V;
3.用Multisim软件对令乙方按进行仿真,结果如下
①通220v电压,上电延迟中
图4
②如下图所示输入220v电压正常工作中
图5
③如下图输入250v过压电压断电保护中
图5
④如下图输入180v低压断电保护中
图6
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,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。
五、设计、安装及调试中的体会
作为一名自动化专业的学生,我觉得能做这样的课程设计是十分有意义。
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。
在做本次课程设计的过程中,我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书,以及大量的网络资料。
为了让自己的设计更加完善,更加符合设计标准,一次次翻阅指导书是十分必要的,同时也是必不可少的。
通过这次课程设计,我了解和学会了如何使用Multisim软件,并复习了对Protel99SE软件的使用。
尤其是Multisim这个软件,在以前根本没听过,通过学习,逐渐学会了Multisim软件基本的使用方法,也认识到其在电路仿真方面的强大功能。
另外,课堂上也有部分知识不太清楚,于是我又不得不边学边用,时刻巩固所学知识,这也是我作本次课程设计的第二大收获。
通过查资料,我们对电冰箱保护器这一器件有了深刻的了解,把理论应用到了实践当中。
整个设计我基本上还满意,由于水平有限,难免会有错误,还望老师批评指正。
希望答辩时,老师多提些问题,由此我可用更好地了解到自己的不足,以便课后加以弥补。
六、对本次课程设计的意见及建议
由于只有一周的课程设计时间,我们对很多东西都还没掌握。
尤其是对Multisim软件的使用之掌握到皮毛,因此我建议加长课程设计的时间,能够让学生的知识和技能更扎实,稳固。
另外,我建议实验室的电脑能够上网,一边学生在时间的过程中能够随时查找资料。
七、参考资料
1.任国燕.模拟电子技术实验指导书.重庆科技学院.2008年11月.
2.康华光.模拟电子技术基础.北京:
高等教育出版社.2006年12月.
3.陈有卿.《实用555时基电路300例》.中国电力出版社.2005月.
4.庄俊华,何伟良,张俊红.Multisim9入门及应用.机械工业出版社.2008年3月.
八、附录
附录1
附录2:
元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
变压器
1
2
整流桥
1
3
D4、D5
二极管
1N4004
2
4
R1、R5、R6
电阻
10K
3
5
VT1/VT2
三极管(NPN)
9013
1
6
RP2、RP3
可变电阻
50K
2
7
C3、C5
电容
0.1uF
2
8
7812
稳压器
7812
1
9
LIA、LIC
比较器
LM339
1
10
555
延时器
NE555
1
11
R2、R4
电阻
4.7K
2
12
C4
电解电容
47uF
1
13
C5
电解电容
0.1uF
1
14
C6、C1
电解电容
220uF
1
15
R3
电阻
1.2MΩ
1
16
D1
发光二极管
LED
1
17
C2
电容
0.01uF
1
18
K1
继电器
1