电冰箱保护器的设计

电冰箱保护器的设计1.概述2.电路设计3.元器件介绍4.电路板的仿真调试及结果分析5.安装调试6.小结7.参考文献8.附录摘要：电冰箱对电源的波动范围有一定的要求，而供电电源，其波动幅度有时会超过电冰箱的允许波动范围。当电冰箱压缩机在运转时，如遇到电网意外断电又迅速恢复供电，会使压缩机承受压力过高而受损。为了保证电冰箱能安全工作于规定的电源范围内，并且防止压缩机受损，在其的供电电源端介入保护电路是非常必要的。本次做的电冰箱保护器主要使用到的元件有：电压比较器LM339、NE555、小型变压器、继电器及其一些元件构成。关键词：保护；比较；延时ProtectForRefrigeratorDesignAbstract：Refrigeratortosupplythefluctuationrangeofcertainrequirements,whilethepowersupply,itsfluctuationssometimesexceedstheallowedrangeofrefrigerator.Whentherefrigeratorcompressorinoperation,suchasencounteredinPowerGridAccidentpower-offandrestorepowersupplyquickly,canmakecompressorunderhighpressureandimpaired.Inordertoensuretherefrigeratorcansafetyworkinspecifiedpowerrange,andpreventcompressordamage,inthepowersupplyendinterventionalprotectivecircuitisverynecessary.Thistimeintherefrigeratorprotectorismainlyusedtothecomponentsare:voltagecomparatorsLM339,NE555,smalltransformers,relaysandsomeofitscomponents.Keywords:protection,comparison,timedelay1概述1.1电冰箱保护器的必要性电冰箱是一种常用的电器，目前已被广泛应用于家用、车间、厂房等各个领域。但目前为止，电冰箱的使用寿命不高，使用过程中可能出现这样或者那样的问题，导致出现上述情况的原因有很多。市电电压的不稳定，过高、过低。电网的断电都会影响电冰箱的使用。电冰箱对电源的波动范围有一定的要求，而供电电源，其波动幅度有时会超过电冰箱的允许波动范围。当电冰箱压缩机在运转时，如遇到电网意外断电又迅速恢复供电，会使压缩机承受压力过高而受损。为了保证电冰箱能安全工作于规定的电源范围内，并且防止压缩机受损，在其的供电电源端接入保护电路是非常必要的。1.2电冰箱保护器使用到的主要元件本次做的电冰箱保护器主要使用到的元件有：电压比较器LM339、NE555、小型变压器、继电器及其一些元件构成。2电路设计2.1电冰箱保护器的电路原理本设计的电路原理如下图2所示，其中LM339的两个比较器和R2、R3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为指示灯，当电压在市电正常范围内，该灯发亮，否则会熄灭；NE555时基电路组成延迟记忆电路。组成框图如下图1所示：工作原理：1.接通电源之后：220V经过降压、整流、稳压之后，可获得12直流稳压，根据电位器的调节，使之电压在正常范围内，此时指示灯保持发亮，由于电容两端开始为0V，555时基电路复位，VT2截止，继电器K1吸合，电冰箱电源被切断，然后向C1充电，约经过5min，使555时基电路置位，使继电器K1出点断开，电冰箱通电工作。2.当外网断电：C1储存电荷通过电位器R2、D5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，从而确保压缩机不受损坏。过压、欠压：当过压时，上比较器输出低电平；过低时，下比较器输出低电平，只要两者之一输出低电平，VT1就截止，LED熄灭。使时基电路复位，输出端为低电平，电冰箱电源切断，从而使其在过压、欠压状态下制动，当电压恢复正常时，电路又要延迟5min左右正常工作。3.过压、欠压：当过压时，上比较器输出低电平；过低时，下比较器输出低电平，只要两者之一输出低电平，VT1就截止，LED熄灭。使时基电路复位，输出端为低电平，电冰箱电源切断，从而使其在过压、欠压状态下制动，当电压恢复正常时，电路又要延迟5min左右正常工作。2.2电冰箱保护器参数的选择计算设变压器的变压系数为20:1，整流后的输出电压u3≈1.2*u2，当u1分别为220、180、280v时，u2、u3、Va的计算如下：①．u1=220vu2=220/20=11vu3=1.2*11=13.2vVa=6.6v②．u1=180vu2=180/20=9vu3=1.2*9=10.8vVa=5.4v③．u1=280vu2=280/20=14vu3=1.2*14=16.8vVa=8.4v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引脚电压为8.4v，8引脚电压为5.4v，使电压在180v≤u1≤280v范围内能正常工作。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恢复使用，此延迟时间τ由NE555的外围电路C1和R3决定：τ≈1.1*R3*C1电路要求延迟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*10^6Ω3元器件介绍3.1元件NE555简介NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。如下图3、4所示：图3NE555引脚图图4NE555内部功能框图

Pin1(接地)-地线(或共同接地)，通常被连接到电路共同接地。Pin2(触发点)-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。Pin3(输出)-当时间周期开始NE555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到0伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200mA。Pin4(重置)-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。Pin5(控制)-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。Pin6(重置锁定)-Pin6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。Pin7(放电)-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。Pin8(V+)-这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。3.2元件LM339简介LM339芯片内部装有四个独立的电压比较器，是很常见的集成电路。利用lm339可以方便的组成各种电压比较器电路和振荡器电路，如下图5所示：LM339电压比较器的特点和一些参数：1）电压失调小，一般是2mV；2）共模范围非常大，为0v到电源电压减1.5v；3）他对比较信号源的内阻限制很宽；4）LM339vcc电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；5）输出端电位可灵活方便地选用。6）差动输入电压范围很大，甚至能等于vcc；4电路的仿真调试及结果分析4.1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.4.2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，仿真如下图6所示：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