电冰箱保护器设计毕业设计(编辑修改稿)

电冰箱保护器设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

5定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。 D为钳位二极管，稳态时NE555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号（由电压取样鉴别电路提供）加到Vi端。 并使2端电位瞬时低于1/3Vcc，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。 当Vc充电到2/3Vcc时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。 波形图如图37所示。 图37 单稳态触发器工作波形图暂稳态的持续时间Tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C的大小。 公式 （33）通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。 555构成的单稳态触发器工作波形图如图37所示。 驱动单元的设计该单元电路由三极管和、与非门、二极管、继电器K和电阻组成。 该电路的主要功能是：通过RS触发器的输出端（Q）的状态，经门反相后控制、的饱和导通或截止，使继电器线圈K中有电流或无电流，从而使其常闭触点断开或闭合，电冰箱处于停止或工作状态。 是续流二极管，其作用是：当二极管及由导通变截止时，继电器线圈中的电流不会突然中断，在其线圈两端会产生上负下正的自感电压，由于该电压很高，可能会击穿三极管和。 有续流二极管时，自感电压的极性使导通，给继电器线圈中的电流（电感中的电流不能突变）提供了通路（续流），使线圈中的磁场能量慢慢释放，因而线圈两端不会产生高的自感电压，或者说由于的导通使线圈两端电压被钳制（大小为），和就不会被击穿了。 直流电源的设计直流稳压电源提供整个保护器各部分工作的直流电压。 电网电压经电源变压器降压，桥式整流，电容器滤波，稳压电路Ⅰ得到约为24V的直流电压提供给驱动电路和直流继电器工作电压，再经稳压电路Ⅱ得到约为10V的电压供给基本RS触发器和延时电路。 它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。 电源变压器图38所示为一降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路。 该电源变压器降压电路的工作原理是：在开关S1闭合时，220V交流市电经S1（图中未闭合）加到电源变压器T1的一次绕组两端，交流电流经S1从一次绕组的上端流入，从一次绕组的下端流出。 由于变压器绕组的互感作用，在变压器的二次绕组两端输出一个较低的交流电压。 图38 电源变压器降压电路 整流电路整流就是利用二极管的单向导电性将交流电压变换成脉动的直流电压。 单相桥式整流电路是工程上最常用的电箱整流电路。 整流电路在工作时，电路中的四只二极管都是作为开关运用，由图如图39可知：当正半周时，二极管DD3导通（DD4截止），在负载电阻上得到正弦波的正半周；当负半周时，二极管DD4导通（DD3截止），在负载电阻上得到正弦波的负半周。 在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。 （a） 电路图 （b） 波形图图 39桥式整流电路及波形图 滤波电路通常利用电容或电感元件的电抗特性，将整流电路输出的脉动直流电压中的大部分交流成分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。 在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。 充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。 这种电容带两端电压不能突变的特性，正好可以用来承担滤波的任务。 图310（a）是最简单的电容滤波电路，电容器与负载电阻并联，接在桥式整流整流电路后面。 在二极管DD3导通期间，E2向负载电阻Rfz提供电流的同时，向电容器C充电，一直充到最大值。 E2达到最大值以后逐渐下降；而电容器两端电压不能突然变化，仍然保持较高电压。 这时，二极管DD3受反向电压，不能导通，于是Uc便通过负载电阻Rfz放电。 由于C和Rfz较大，放电速度很慢，在E2下降期间里，电容器C上的电压降得不多。 当E2负半周经桥式整流后来到并升高到大于Uc时，又再次对电容器充电。 如此重复，电容器C两端（即负载电阻Rfz两端）便保持了一个较平稳的电压，在波形图上呈现出比较平滑的波形。 图310（b）所示为全波整流时电容滤波前后的输出波形。 （a） 电路图 (b) 波形图图 310 电容滤波电路及工作波形图 直流电源电路设计及工作原理该电源由变压器T、整流二极管、稳压管、调整管、电容及电阻与组成。 该电路的主要功能是产生两种大小不同的直流电压：E点输出电压=22V，供给驱动单元；F点输出电压=11V,作为与非门和555定时器IC的电源电压。 直流稳压电源电路的工作原理如下：、整流管、电容组成全波桥式整流电容滤波电路。 220V的交流电压经降压变压器降压后，又经组成的整流桥，输出脉动的电压，再经的滤波，便在其两端（即稳压电路的输入端）获得直流电压。 为了能在电网电压波动或负载电流变化时，该电源所输出的直流电压基本稳定，必须设有稳压电路。 、电容和、电阻和构成了基本调整管串联型稳压电路。 其中和组成复合调整管，与，及电阻R15构成第一级稳压电路，在E点输出22V直流电压。 它的特点是与稳压管稳压值是“跟随”的关系，所以只要稳压管电压、保持稳定，则当电网电压和负载电流在一定范围内变化时，UE也能基本稳定。 由于加了射极跟随器，使稳压电路带负载能力增强了。 同理，又组成了第二级稳压电路，在F点输出11v的直流电压。 电容和是为了改进稳压电路的暂态响应而设置的，即瞬时增减负载电流时不至于引起输出电压有较大的波动。 本章小结本章主要对各单元电路模块的设计、电路实现原理以及实现各部分电路所用的元器件进行介绍，在具体电路中，实现每个技术指标都会有不同的方案，但根据实际情况，则需选择最适合的。 实验证明本设计中各单元电路设计方案正确可行，各项指标稳定可靠。 第4章 整机工作原理电冰箱保护器的整机电路原理图详见附录3。 、欠压、断电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。 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3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3分钟之内能对电冰箱进行保护，不允许通电，而3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。 整机工作原理 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，的输出“0”状态，三极管、截止，继电器常闭触点不打开，电冰箱得以供电可以启动。 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=(10～13) V, (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D端）“1”电平；因为输出“0”电平，这时555定时器2脚始终为低电平，其输出端3脚输出仍为“0”电平，电容两端电压仍为零，使门输入（RS触发器的D端）为“1”电平，所以RS触发器端保持初始“0”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。 ≥250V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D=0，而这时仍未充电，仍然保持“0”，所以触发器的输出翻转成“1”状态，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。 ≤170V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。 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脚送入一个脉冲下降沿，则555定时器3脚变为“1”电平（=1），门输出为“1”电平（=1），使基本RS触发器端输出“1”电平，三极管、饱和导通，继电器常闭触点断开，家用电器仍停止供电。 555定时器3脚变为“1”电平的同时放电管截止，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，经电容送至RS触发器，使=0 ,这时因输出“0”电平，输出为“1”电平，即=1,迫使RS触发器端翻为 “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37所示。 其中Vi为2脚电压，Vc为3脚电压，Vo为7脚电压的波形。 由于电网电压升高，使直流取样电压相应上升，因而使（这时）, 输出为“1”电平，门输出为“0”电平，也同样迫使触发器端翻转为“1”电平，使及饱和导通，继电器K吸合，常闭触点、断开，电冰箱停止工作。 经过555定时器延时3～5分钟后，RS触发器状态翻转，及截止，继电器常闭触点闭合，电冰箱恢复工作。 ，门的输出端状态由“1”电平翻转为“0”电平，输出。