毕业设计（论文）-电冰箱保护器的设计.doc

贵州民族大学毕业论文（设计）贵州民族大学毕业论文（设计） 电冰箱保护器的设计电冰箱保护器的设计 系系 部：部： 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院 专专 业：业： 电子信息科学与技术电子信息科学与技术 班班 级：级： 20082008 级级 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 2012 年年 5 月月 27 日日 i 电冰箱保护器的设计电冰箱保护器的设计 杨胜林 摘要摘要： 随着我国人们生活水平的提高，电冰箱已经逐渐成为我国广大居民家庭生活必备的一 种家用电器。然而，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 或过低以及雷电袭击时很容易导致绕组线圈烧毁。因此，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、雷电袭击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，可以利用变压器，再配以控制电路设计了一种自动选压、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。 本设计是在分析了目前国内外电冰箱保护器的研究进展与现状的基础上，设计了一种 集过压欠压、延时、雷电保护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内容。然后分析了电网过、欠压、突然断 电和雷电袭击时，压缩机受到的影响，并根据其工作原理，绘制电路原理图，进行元器件 的选择与计算，设计相应的仿真。最后进行分析总结，并写出该设计的参考文献。 关键词：关键词：电冰箱保护器；过压；欠压；雷电；保护特性 ii study on integration protector of refrigerator yangshenglin abstract:along with our country people living standard enhancement, freezer has gradually become chinas vast household life necessary for a household appliance. however, the driving motor of refrigerator in certain voltage range to work properly, the supply voltage is too high or too low and the lightning attacks easily lead to a winding coil burning. therefore, the refrigerator is easy to be damaged or short life is that a question. investigate its reason, power supply voltage fluctuations, instantaneous power, thunder and lightning damage or shorten the life of the refrigerator is one of the main reasons. but for the vast majority of household refrigerators, instantaneous power and voltage fluctuation is almost inevitable. therefore, can make use of the transformer, coupled with the control circuit design of an automatic pressure selection, automatic delay protector for a refrigerator, the multifunctional protector for refrigerator according to the load current and judgment of line in various fault and timely protection, reducing the maximum effect on peoples daily life, is a kind of economical and practical protector for refrigerator. this design is in the analysis of the current domestic and foreign protector of the refrigerator and the research progress on the basis of the status quo, to design a set of over-voltage under- voltage, delay, lightning protection in one multi-functional protector for refrigerator. this paper first discusses the refrigerator protector value and development status, and put forward the design of the main tasks and contents. then it analyzes the network, undervoltage, a sudden power failure and lightning attacks, compressor affected, and according to its working principle, drawing the circuit diagram, components selection and calculation, design the corresponding simulation. finally, analyzed and summarized, and write the design reference. key words: protector of the refrigerator; overvoltage; undervoltage; lightning protection characteristic. iii 目录目录 第第 1 章章 绪绪 论论 .1 1.1 研究目的和意义：.1 1.2 国内外电冰箱的发展状况.2 1.3 本课题的主要任务和研究内容.3 1.3.1 本课题的主要任务3 1.3.2 本课题研究的内容4 第第 2 章章 电冰箱的组成及工作原理电冰箱的组成及工作原理 .5 2.1 电冰箱的结构组成.5 2.2 电冰箱工作原理：.6 2.3 电冰箱保护电路设计原理.6 第第 3 章章 电冰箱的运行条件分析电冰箱的运行条件分析 .7 3.1 欠压、过压运行状态分析.8 3.2 突然断电又即通电运行状态分析.9 3.3 强电流运行状态分析.9 第第 4 章章 电冰箱欠压、过压、延时保护器的设计电冰箱欠压、过压、延时保护器的设计 .10 4.1 电路设计思路.10 4.2 电路组成框图.10 4.3 工作电路原理.11 4.4 参数的选择计算.12 4.5 电路仿真及调试.12 4.6 各类元器件的认识.15 第第 5 章章 电冰箱雷电保护器设计电冰箱雷电保护器设计 .17 5.1 雷电的认知.17 5.2 防雷器的设计.18 5.2.1 交流电源口防雷设计.19 5.2.2 防雷器元件的认识.20 第第 6 章章 展望展望 .23 第第 7 章章 总结总结 .24 致谢致谢 .24 参考文献参考文献 .25 1 第第 1 章章 绪绪 论论 1.1 研究目的和意义：研究目的和意义： 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。 据不完全统计，2011 年中国冰箱、冰柜的总产量已经逼近一亿台。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10%） ，而且局 部断电又时有发生。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。因此，电冰箱 需要一个保护器对其进行检测和保护。 2 1.2 国内外电冰箱的发展状况国内外电冰箱的发展状况 第一台电冰箱是 1923 年，由瑞典两位工程师浦拉腾和孟德斯制成的。1956 年，国内第一台电冰箱在北京“雪花”冰箱厂研制成功。它不但可以储存剩饭 剩菜、发扬节约的传统美德,而且还可以保存新鲜食品，为“懒人”们腾出更多 的时间。不用多说，电冰箱的发展也是日新月异的，外形越发豪华美观，功能 趋向完善，如抗菌、节能 0保鲜等。目前电冰箱广泛应用于家庭、医药卫生、 商业和科研单位冷冻、冷藏设备。在日常生活中，人们对电冰箱的依赖性越来 越高，但由于我国电力系统的不稳定性，给电冰箱的使用和保护带来了许多不 便，不少电冰箱受到了不同程度的损坏，给家庭和社会带来了不小的损失。 电冰箱保护器是随着电冰箱的不断普及而派生的一种专用保护装置。它的 使用，大大延长的电冰箱的使用寿命，已经成为家庭必不可少的得力帮手。电 冰箱保护器的发展也成为多样化，也为电冰箱提供了有效的保护。 3 1.3 本课题的主要任务和研究内容本课题的主要任务和研究内容 1.3.1 本课题的主要任务本课题的主要任务 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 180260v 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。 还有一点，在雷电天气下使用电冰箱时，雷电虽然不会直接袭击到冰箱机 身上，但是雷电袭击附近的建筑物时，附近电线及一些金属物产生的感应电压 或电流时很高的，如果不阻止这种高电压电流进入冰箱，就会导致机子被超强 电流的袭击而损坏工作电路。所以在供电部门必须在在户外做一定的防雷措施， 在房子内部，冰箱的电源端口，都有必要设置相关的防雷器件，保证冰箱的正 常使用和寿命。 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 4 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。以及当有雷电袭击时，把雷电引到电 冰箱外部去消除。 1.3.2 本课题研究的内容本课题研究的内容 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 当电网电压260v 时，电动机绕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、正确设计雷电保护电路 当雷电袭击时，设计出一个电路，阻止雷电的超强电流流入电冰箱箱体内 部。 5、根据画好的工作原理图，做出设计电路的仿真 根据设计的原理图，对整个电路进行仿真实验，也可对局部的保护电路进 行仿真。对于无法仿真的电路做出详细的分析介绍。 5 第第 2 章章 电冰箱的组成及工作原理电冰箱的组成及工作原理 2.1 电冰箱的电冰箱的结构组成结构组成 电冰箱的种类很多，按不同分类方式可以得出不同的种类。按制冷方式来 分类，可以分为气体压缩式、吸收制冷式、半导体制冷式、太阳能制冷式、电 磁振动制冷式、辐射制冷式等种类；按冷却方式分类可分为直冷式、间冷式、 混冷式三种；按温度控制方式分类可以分为机械控制和电脑控制两种。还有有 氟电冰箱和无氟电冰箱之分，还有一到四星级等等级之分，也有按压缩机转速 来分类的定额型和变频型之分。总之，种类很多，我们家庭中常用的电冰箱一 般是蒸汽压缩式电冰箱。 蒸气压缩式电冰箱组成结构如图 2-1 所示，主要由压缩机、冷凝器、干燥 过滤器、毛细管、蒸发器等部件组成，其动力均来自压缩机，干燥过滤器用来 过滤赃物和干燥水分，毛细管用来节流降压，热交换器为冷凝器和蒸发器。制 冷压缩机吸入来自蒸发器的低温低压的气体制冷剂，经压缩后成为高温高压的 过热蒸气，排入冷凝器中，向周围的空气散热成为高压过冷液体，高压过冷液 体经干燥过滤器流入毛细管节流降压，成为低温低压液体状态，进入蒸发器中 汽化，吸收周围被冷却物品的热量，使温度降低到所需值，汽化后的气体制冷 剂又被压缩机吸入，至此，完成一个循环。压缩机冷循环周而复始的运行，保 证了制冷过程的连续性。 图 2-1 电冰箱制冷系统原理图 6 2.2 电冰箱工作原理：电冰箱工作原理： 液体由液态变为气态时，会吸收很多热量，简称为“液体汽化吸热”，电 冰箱就是利用了液体汽化的过程中需要吸热的原理来制冷的。 电冰箱的工作原理是根据蒸发器的温度控制制冷压缩机的启、停，使冰箱 内的温度保持在设定温度范围内。冷冻室用于冷冻食品通常用于冷冻的温度为 3c15c,冷藏室用于相对于冷冻室较高的温度下存放食品，要求有一定 的保鲜作用，不能冻伤食品，温度一般为 0c10c，当测得冷冻室温度高至 3c 0c 时或者是冷冻室温度高至 10c13c 时就会启动压缩机制冷，当冷 冻室温度低于15c18c 或都冷藏室温度低于 0c3c 时停止制冷，关 断压缩机。这个过程主要由一个温控器来完成对温度的监控和反馈调节的。 其中，电冰箱的正常工作都是建立在供电电压的正常提供基础上，如果 电压不稳定，过压或欠压，突然地断电又立刻来电，或者有雷电流袭击冰箱时， 就会使压缩机以及温度控制器都不能正常工作。所以重中之重就是要保证电冰 箱的电源保持在正常电压范围内工作，否则冰箱自动的断电进行自我保护。 2.3 电冰箱保护电路设计原理电冰箱保护电路设计原理 t 1 2 3 4 13 2 vv g nd ino ut 78l12 13 2 vv g nd ino ut d 1led c3 0.1u c5 0.1u r5 10k r6 10k r1 10k r2 4.7k v t1 9013 d 5 in 4001 d 4 in 4001 pr2 50k g nd trig 2 q 3 r 4 cvolt 5 thr 6 d is 7 vcc 8 gnd 1 n 1 n e555 r3 1.2m r4 4.7k c2 0.01u v t2 9013 pr3 50k g nd u 2u 1 +c4 47u + c6 220u + c1 220u 5 4 2 312 u 1a lm339 5 4 2 312 u 2a lm339 交交交 rvz5 rvz1 rvz3 rvz2 rvz4 rvz6 f1 f2 f3 f4 g 1 g 2 l1l2 l n 220v 交 a b a b + - mg 交交交交 图 2-2 电冰箱保护系统 本设计的电冰箱保护器分为三个部分，雷电保护、过压欠压保护、断电即 通电保护。电源端口的防雷保护器重点介绍户外发生雷电袭击线路或产生感应 电压（电流）时，雷电流及感应电流经过供电部门的 i 级和 ii 级保护泄流减压 7 后，对剩下的那一部分后续电流和电压进行重点保护的设计。 发生雷电袭击或者有雷电感应后，经过 ii 级保护后的电压最大也就是 4kv，这个电压由输电线传到室内，经过第 iii 级和第 iv 级的防护器再次泄流 减压，电压可减到几百福特左右。这样的电压，就算基本上可以使机器不受强 电流的烧毁了。如果第 iv 级过后的残压大于 260v，则由过压保护器 lm339 检 测到后，就会自动的使 vt2 截止，继电器常闭点断开，电冰箱停止工作。若防 雷器减压后的电压刚好在电动机的正常工作范围内（180v-260v） ，则电冰箱正 常工作而无需断电。 第第 3 章章 电冰箱的运行条件分析电冰箱的运行条件分析 电冰箱的工作原理我们已经知道，之所以电冰箱能够有序准确的保持正常 工作，是建立在外部客观的必备条件上的。如果外部的条件发生改变，电冰箱 的正常工作就可能受到破坏，甚至毁坏电冰箱。那么在普通的家用电冰箱中， 使电冰箱受到破坏的有哪些因素呢？我们做了分析，损坏电冰箱工作的因素很 多，其中最主要的是电冰箱的生产质量，维持电冰箱正常工作的动力源电 压（或电流）的异常波动，以及人为损坏等因素，质量问题是在生产商那决定 的，我们只能在购买时尽量选择牌子好、信誉好、声誉好的产品，对于人为损 坏原因，我们尽量爱护使用即可，而电压（或电流）的异常升高或降低，我们 使无法避免的事。因此，本文就电压（或电流）的升降设计一个保护方案，使 电冰箱免受不必要的损毁，减少不必要的资源浪费。 因为电流和电压二者是相互依存的，所以我们主要对电压问题做分析，电 流问题也就同样得已解决。我们可以设置电冰箱内部保护和外部保护的双重保 护方案，内部保护主要以市电的异常升高或降低，以及电源突然断电对电冰箱 的损毁进行保护的装置；外部保护主要是以雷雨天气时，雷电及雷电感应电压 的袭击而进行保护的装置。 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、断电即通电等，这些异常的运行状态会影响电冰箱的心脏压缩机的 8 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。 3.1 欠压、过压运行状态分析欠压、过压运行状态分析 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、断电即通电等，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。 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 180260v 范围内才能保证电冰箱的正常启动和运行。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对该问题而进行设计的保护器。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。 9 3.2 突然断电又即通电运行状态分析突然断电又即通电运行状态分析 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。 3.3 强电流运行状态分析强电流运行状态分析 雷电感应是在打雷过程中产生的强大瞬间 电磁场，这种强大的感应磁 场，可在地面金属网络中产生感应电荷。包括有线、无线通讯网络，电力输 电网络和其他 金属材料制成的线路系统。高强度的感应电荷会在这些金属网 络中形成强大的瞬间高压电场，从而形成对用电设备的高压弧光放电，最终 会导致电气设备烧毁。尤其对电子等弱电设备的破坏最为严重，如，家用 电器的电视机、电冰箱，电脑、通信设备、办公设备等等。当发生雷电感应时， 其中的雷电压和电流随着电源线传入机器内部，场强电流和电压会瞬间就把机 器烧毁，甚至引起火灾。另外在雷电产生的时候，电冰箱的机壳和内部的各部 10 分含有金属元件，都会发生静电场，如果不能及时排除这些电场，在机子内部 就会自己发生导电、放电情况，致使冰箱不能正常工作，或者烧坏电冰箱个部 分电路，甚至可能危及到人们的生命安全。 第第 4 章章 电冰箱欠压、过压、延时保护器的设计电冰箱欠压、过压、延时保护器的设计 4.1 电路设计思路电路设计思路 图 4-1 电冰箱内部保护设计思路 4.2 电路组成框图电路组成框图 设计的电路组成图如图 4-2 所示，该图主要由一个 lm339 电压比较器件、 一个 ne555 定时器和一个继电器构成整个电冰箱内部的保护系统： 交流电源 桥式整流电路 延时电路 正常电压范围过压大于 260v低压低于 180v 工作停止工作停止工作 11 图 4-2 电冰箱内部保护框图 4.3 工作电路原理工作电路原理 c3 0.1uf c5 0.1u gnd d2 10a02 c2 0.1uf q2 2n2222 r4 47k d3 10a02 r6 10k r5 10k vi 3 vo 1 gnd 2 u1 78l12 c4 2f c6 2f r1 1k r2 4.7k q1 2n2222 c1 50uf r3 1200k tr1 tran-2p2s br1 bridge 73% rv1 1k 57% rv2 1k r 4 dc 7 q 3 gnd 1 vcc 8 tr 2 th 6 cv 5 u4 ne555 3 2 1 411 u2:a lm339 5 6 7 411 u2:b lm339 1 2 3 u3:a 4081 d1 led-biby rl1 rly-spco motor 220v 图 4-3 电冰箱内部保护器线路原理图 其中由 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（180v260v） ，该灯 发亮，否则会熄灭；ne555 时基电路组成延迟记忆电路。 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 12 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。 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 78l12 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，经与门后也输出高电平，此时 vt1 导通，电压指示灯 led 保持发亮。 当市电电压升高到 260v 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，一个高电平一个低电平， 经过与门后输出低电平，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。 4.4 参数的选择计算参数的选择计算 设变压器的变压系数是 20：1，整流后的输出电压 u31.2u2, 当 u1 分 别为 220v、180v、280v 时，u2、u3、va 的计算如下： u1=220v u2=22020=11v u3=1.211=13.2v 则,va=6.6v u1=280v u2=28020=14v u3=1.214 =16.8v 则,va=8.4v u1=180v u2=18020=9v u3=1.29 =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 260vu1180v 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 由 ne555 的外围电路 c1 和 r3 决定：1.1r3c1 电路要求延时 5 分 钟（即 300 秒） ，设 c1=220f,则 r3 的阻值计算如下： r=300（1.1220 6 10 ）1.2 6 10 13 4.5 电路仿真及调试电路仿真及调试 根据电路原理图，用 proteus 软件对其进行仿真并作适当合理的调整。因 为在 proteus 中 lm339 不能进行仿真，可以用同样功能的 lm324 代替；因为三 端稳压电源会受到输入电压大小波动的影响，为了使 rv1、rv2 的电压保持稳定， 所以在稳压源添加一个 12v 的直流稳压电源。分别调节 urv1和 urv2,使 urv1=8.64v,urv2=6.00v。 当市电电压在【180v,260v】时候，电路工作如图 4-5-1 到图 4-5-4 所示： c3 0.1uf c5 0.1u gnd d2 10a02 c2 0.1uf q2 2n2222 r4 47k d3 10a02 r6 10k r5 10k vi 3 vo 1 gnd 2 u1 78l12 c4 2f c6 2f r1 1k r2 4.7k q1 2n2222 c1 50uf r3 1200k c3(1) v=11.8581 c6(+) v=12 tr1 tran-2p2s ac volts +180 ac volts +8.91 br1 bridge d2(k) v=9.87462 amps 0.00 72% rv1 1k 50% rv2 1k rv2(3) v=5.99998 rv1(3) v=8.63998 r 4 dc 7 q 3 gnd 1 vcc 8 tr 2 th 6 cv 5 u4 ne555 r6(1) v=5.92899 3 2 1 411 u2:a lm324 5 6 7 411 u2:b lm324 1 2 3 u3:a 4081 d1 led-biby d4 led-biby d3(a) v=12 rl1 rly-spco (+) rl1(no) v=-1.3855e-08 d1(a1) 图 4-5-1 市电降至 180v 时仿真效果图 市电为 180v,uv=5.93v，小于 urv2=6.00v，u2:b 输出低电平，u3 输出低电平， q1 截止。ne555 的 2、6 脚为高电平，3 脚为低电平，q2 截止，rl1 不导通，电 机不工作。 c3 0.1uf c5 0.1u gnd d2 10a02 c2 0.1uf q2 2n2222 r4 47k d3 10a02 r6 10k r5 10k vi 3 vo 1 gnd 2 u1 78l12 c4 2f c6 2f r1 1k r2 4.7k q1 2n2222 c1 50uf r3 1200k c3(1) v=12.2505 c6(+) v=12 tr1 tran-2p2s ac volts +185 ac volts +9.17 br1 bridge d2(k) v=3.54596 amps +0.03 72% rv1 1k 50% rv2 1k rv2(3) v=6 rv1(3) v=8.63998 r 4 dc 7 q 3 gnd 1 vcc 8 tr 2 th 6 cv 5 u4 ne555 r6(1) v=6.12482 3 2 1 411 u2:a lm324 5 6 7 411 u2:b lm324 1 2 3 u3:a 4081 d1 led-biby d4 led-biby d3(a) v=4.87096 rl1 rly-spco (+) rl1(no) v=-17.5421 d1(a1) 14 图 4-5-2 市电为 185v 时仿真效果图 市电为 185v,uv=6.12v，大于 urv2=6.00v，u2:b 输出高电平，u2:a 输出高电 平，则 u3 输出高电平，q1 导通。约 2 分钟后，ne555 的 2、6 脚为低电平，3 脚为高电平，q2 导通，rl1 导通，电机开始工作。 c3 0.1uf c5 0.1u gnd d2 10a02 c2 0.1uf q2 2n2222 r4 47k d3 10a02 r6 10k r5 10k vi 3 vo 1 gnd 2 u1 78l12 c4 2f c6 2f r1 1k r2 4.7k q1 2n2222 c1 50uf r3 1200k c3(1) v=17.0218 c6(+) v=12 tr1 tran-2p2s ac volts +255 ac volts +12.6 br1 bridge d2(k) v=5.56034 amps 0.00 72% rv1 1k 50% rv2 1k rv2(3) v=6 rv1(3) v=8.63998 r 4 dc 7 q 3 gnd 1 vcc 8 tr 2 th 6 cv 5 u4 ne555 r6(1) v=8.51043 3 2 1 411 u2:a lm324 5 6 7 411 u2:b lm324 1 2 3 u3:a 4081 d1 led-biby d4 led-biby d3(a) v=12 rl1 rly-spco (+) rl1(no) v=3.39784e-08 d1(a1) 图 4-5-3 市电为 255v 时仿真效果图 市电为 255v,uv=8.51v，小于 urv1=8.64v，u2:b 输出高电平，u2:a 输出高电 平，则 u3 输出高电平，q1 导通。约 2 分钟后，ne555 的 2、6 脚为低电平，3 脚为高电平，q2 导通，rl1 导通，电机工作。 c3 0.1uf c5 0.1u gnd d2 10a02 c2 0.1uf q2 2n2222 r4 47k d3 10a02 r6 10k r5 10k vi 3 vo 1 gnd 2 u1 78l12 c4 2f c6 2f r1 1k r2 4.7k q1 2n2222 c1 50uf r3 1200k c3(1) v=17.3606 c6(+) v=12 tr1 tran-2p2s ac volts +260 ac volts +12.8 br1 bridge d2(k) v=9.87462 amps 0.00 72% rv1 1k 50% rv2 1k rv2(3) v=6 rv1(3) v=8.64 r 4 dc 7 q 3 gnd 1 vcc 8 tr 2 th 6 cv 5 u4 ne555 r6(1) v=8.67951 3 2 1 411 u2:a lm324 5 6 7 411 u2:b lm324 1 2 3 u3:a 4081 d1 led-biby d4 led-biby d3(a) v=12 rl1 rly-spco (+) rl1(no) v=4.81573e-06 d1(a1) 图 4-5-4 市电为 185v 时仿真效果图 15 市电为 260v,uv=8.68v，大于 urv1=8.64v，u2:b 输出高电平，u2:a 输出低电 平，则 u3 输出低电平，q1 截止。约 5 分钟后，ne555 的 2、6 脚为高电平，3 脚为低电平，q2 截止，rl1 截止，电机停止工作。 4.6 各类元器件的认识各类元器件的认识 lm339lm339：lm339 应用电路图：lm339 集成块内部装有四个独立的电压比较器， 该电压比较器的特点是：失调电压小，典型值为 2mv；电源电压范围宽，单源 为 2-36v，双电源电压为1v-18v；对比较信号源的内阻限制较宽；共模范 围很大，为 0（ucc-1.5v）vo；差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电 压；输出端电位可灵活方便地选用。 lm339 集成块采用 c-14 型封装，图 4-4 为外型及管脚排列图。由于 lm339 使用灵活，应用广泛。 图 4-6-1 lm33 内部结构 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 16 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。 图 4-5 所示电路由两个 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（ur1ur2 或 uin1.8up。 式中 ufdc 直流击穿电压，min(ufdc)表示直流击穿电压的最小值。up 为线路正 常运行电压的峰值。 （4） 、气体放电管构成的防雷器长时间使用后存在维护及更换的问题。 与气体放电管比较，氧化锌压敏电阻最大的优点是当它吸收脉冲电压时因 25 残压高于工作电压，不会造成电源的瞬间短路，也不会产生续流。氧化锌压敏 电阻的响应时间比气体放电管快。气体放电管的击穿电压对脉冲电压的上升速 率十分敏感，电压上升速率越快，点火电压越高，响应时间越快。 气体放电管具有很强的承受大能量冲击的能力，但在具体使用时，由于气 体放电管在放电时残压极低，近似于短路状态，因此不能单独在电源避雷器中 使用，气体放电管的耐流能力与管径有关，管径越大，耐流能力越好。气体放 电管的质量问题主要表现为慢性漏气，长时间使用的可靠性问题（即遭受多次 雷电冲击后，直流击穿电压值发生偏移） ，光敏效应和离散性较大。 电源避雷器中的热熔保险丝的作用是当雷电流超过电源避雷器最大承受能 力时，由于过流作用，可使保险丝断开，同时由于过截使氧化锌压敏电阻温度 上升亦可使保险丝断开，起到过流和温度双重保护作用。由于电源避雷器常态 工作条件下，电流非常小，只是在雷电冲击或脉冲电压冲击时，在瞬态条件下 起保护作用，因此与常规热熔保险丝的使用条件有所区别，所以，电源避雷器 中的热熔保险丝应有独特性能，即在瞬态条件下的熔断特性。 第第 6 章章 展望展望 从目前冰箱市场来看，随着生活品质的进一步提高，人们对冰箱的消费需 求已经从只看重冰箱能否延长食物保质期，逐渐发展到大容量、保鲜、营养、 健康、环保等多方面并重。未来冰箱产品发展的方向必定代表着市场的需求， 也必然符合终端消费者的生活习惯、追求品味、价值观念，相信冰箱厂商在全 面了解分析市场的情况下，中国冰箱产业也定会向一个良性的方向发展。 电冰箱在我们的日常生活中的运用更加的广泛，但其高故障率给人们的日 常生活带来很多不便，还造成了很大的经济损失，因此在分析传统电冰箱保护 装置不尽完善的基础上，研制功能完善、可靠性高的电冰箱保护装置己经成为 必要。 进入二十一世纪以来，我国市场的规模和特点都出现了很大的变革，企业 的经营与管理也已经从过去单一的目标式发展开始向系统化、科学化管理转变。 如何从专业的眼光认识冰箱空调保护器行业的发展和市场的转变，如何用科学 26 的方法对企业的各个层面进行有效的管理，将成为企业未来生存和发展的首要 问题。 本报告以冰箱保护器行业作为切入点，通过对冰箱在现实生活中存在的不 足和缺点做了深入到分析，特别是由于无法保证当前市电不稳定而导致的电冰 箱无法正常工作或带来的危害，以及无法避免的自然现象可能带来的危害，做 出了详细的分析，并由此提出了一套比较完善的电冰箱保护装置，这套保护装 置可以给冰箱行业带来更大的改革，使电冰箱的使用安全系数和使用寿命得到 更大的提高，这也就更好的保证社会资源的价值可以得到最大的开发和利用。 第第 7 章章 总结总结 本设计是在葛老师的耐心指导下，加以本人以查阅图书，网上查找资料等 综合学习后做出的设计方案并写成论文形式来描述自己的设计过程。在这次论 文的设计中，我不仅扩充了很多知识，还提高了我自学的能力，比如许多软件 都得到更加熟练的应用，例如：protel99se，对于处理问题的能力也有很大的 提升。 课题设计过程中主要完成的工作有以下几个方面： 1、论文的开端就介绍了点冰箱保护器的重要性，其在国内外的发展历史， 设计提出的原因等等。 2、应用 protel99se 绘制出电冰箱保护器的原理图。 3、对该设计中使用的主要元器件进行系统的分析，讲解。 4、详细的分析了电冰箱在运行中可能出现的过压、欠压等故障情况的特点。 并针对以上故障的特点进行分析总结，得出相应的保护措施。 致谢致谢 本设计的论文的终于写完了，在这个即将毕业时节期间，这次设计首先完 成了我大学四年最后的学习任务，使我顺利的完成我的学业。其次是在这次设 计中，我确实学到了很多东西，包括对以前知识的稳固，对课专业更神认识， 也有对专业之外的很多学问的获取等等。但是我之所以能够如此顺利，我知道 除了自己的认真努力，更重要的是我有我指导老师的悉心指导，有同学的批评 27 指正，有学院和学校领导的真心关怀，以及在家里有我的父母的默默支持和奉 献。在此，我对所有曾经或正在帮助我、支持我的老师、家人、同学和朋友表 示衷心的感谢! 我最衷心地感谢葛老师。葛老师平易近人的风格、严谨的治学态度、丰富 的知识、对工作孜孜不倦的追求以及对学生充满关怀不仅让我在学业上跃上了 一个新的台阶，更加让我懂得了人生的许多道理，将让我受益终生。本论文的 产出过程自始至终都得到了葛老师的悉心指导，从论文的选题到科研课题的确 定，从论文的整理到文章结构的定型无不倾注了葛老师的努力。其次，还要感 谢所有关心我、帮助我、支持我，但这里还没有提及的人们，谢谢你们!所有这 些都将会使我在今后的人生道路上更加信心百倍的挑战自我、挑战人生、追求 卓越、创造辉煌! 参考文献参考文献 1 康华光.电子技术基础(数字部分)m.高等教育出版社，2006 2 康华光.电子技术基础(模拟部分)m.高等教育出版社，2006 3 郭国法. .直冷式电冰箱的自动控制系统设计j西北轻工业学院学报 2000 4 张钟津.简易型冰箱保护器改进j家