课设电冰箱交流电源的设计.docx
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课设电冰箱交流电源的设计
一、概述
1、课题的提出依据和意义
中国人喜欢大摆筵席招呼亲朋好友,可是太多的食物往往无法消受,电冰箱就成了最好的帮手。
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°C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。
2、设计任务及技术指标
设计一个电冰箱多功能保护器,具有延时通电和过电压、欠电压保护功能。
电冰箱多功能保护器在停电后有来电时,延时5秒再接通电冰箱的电源,可防止压缩机启动时负载过重而损坏;当市电低于185V或高于240V时,该保护器能自动切断电冰箱的工作电源,避免了电冰箱在非正常的电压范围内工作而损坏。
1、方案论证
经过分析设计要求,共有二个设计方案满足要求。
方案一:
先进行电压延迟输出,再进行电压比较,由比较电路连接显示单元。
方案一的原理框图如图
(1)所示
图
(1)方案一的原理框图
方案二:
电压比较和电压延迟输出同时进行,二者的输出连接一个与门,再有与门连接显示单元。
方案二的原理框图如图
(2)所示
图
(2)方案二的原理框图
经过比较俩个方案的成本、稳定性等特点,以及对电路的了解和应用,选择第二个方案。
由于第二个方案在Multisim里仿真较为繁琐、不方便,而在protues里仿真相对简单得多,所以决定用protues仿真。
2、电路设计
1.直流稳压电源:
电源转换原理框图如图(3)所示
交流220V电源
整流、滤波
稳压元件
后续电路
图(3)电源转换原理框
电路图如图(4)所示
图(4)直流稳压电源电路图
选用220V50Hz正弦电压作为源电压,经过变压器、单相桥式整流电路和电容滤波电路输出U=50V电压,在经过7805三端稳压器,输出5V的直流电压,
2、比较电路:
比较电路原理框图如图图(5)所示
图(5)比较电路原理框图
连接和另一个输入端端为延时电路的与门
电路图如图(6)所示
图(6)比较电路电路图
当220V变压成3.6V时,240V所对应的电压U1满足下面的等式:
UI/3.6=240/220;
所以U1=240*3.6/220=4.0V。
同理可得,185V所对应的电压为3.0V。
设计原理:
当电压不处于220~240V之间时,根据集成运放的特性,肯定有一个运放输出电压为0,经过后面的与门,输出电压为低电平,不能驱动后续电路。
当电压处于220~240V之间时,根据集成运放的特性,俩个运放输出电压为高电平,经过后面的与门,输出电压为1,可以驱动后续电路。
3、延时电路
延时电路原理框图如图(7)所示
图(7)延时电路原理框图
电路图如图(8)所示
图(8)延时电路电路图
因为延时时间t=5s,根据单稳态触发器的特性,1.1*R1*C2=5s,可设定R1=450KΩ,C2=10uf。
设计原理:
停电时单稳态触发器的输入为高电平,输出为低电平,所以D触发器的时钟信号为高电平、没有高电平脉冲,输出为低电平,通过后面的与门,输出电压为低电平,不能驱动后续电路。
来电时单稳态触发器的初始输入为高电平,初始输出为高电平,所以D触发器的初始时钟信号为低电平、没有高电平脉冲,初始输出不反转、仍为低电平,通过后面的与门,初始输出电压为低电平,不能驱动后续电路;经过单稳态触发器的延时作用,5秒钟后输出改为低电平,所以D触发器的时钟信号改为高电平,时钟信号出现高电平脉冲,输出反转、改为高电平,通过后面的与门,输出电压改为高电平,可以驱动后续电路。
4、控制电路
控制电路原理框图如图(9)所示
图(9)控制电路原理框图
电路图如图(10)所示
图(10)控制电路电路图
设计原理:
当目前有电且电压值在185~220V之间时,与门俩个输入端均为高电平,输出也为高电平,可以驱动后续电路使LED灯亮起来。
目前有电和电压值在185~220V之间,这俩个条件只要有一个不满足条件或者两个条件都不满足时,就无法驱动后续电路使LED灯亮起来。
3、性能测试
1、电源测试,将电源接入电压表得到读数(电压值为5.02V)
表1电源电路测试数据表
输出电压(V)
C1值(μF)
C2值
C3值
5.02
100uF
0.33uF
1uF
直流稳压电源的仿真测试结果图:
图(11)电源电路测试图
2、比较电路测试
(1)当电压小于185V时,由LED灯没有亮起得到输出低电平的结果:
图(12)比较电路测试一
(2)当电压大于185V且小于240V时,由LED灯亮着得到输出高电平的结果:
图(13)比较电路测试二
(3)当电压大于240V时,由LED灯没有亮起得到输出低电平的结果:
图(14)比较电路测试三
3、延时电路测试
(1)当停电时,由LED灯没有亮起得到输出低电平的结果:
图(15)延时电路测试一
(2)当停电后有来电时,由LED灯亮着得到输出高电平的结果:
图(16)延时电路测试二
图(17)示波器显示输出结果(下面第一行左边第一个旋钮为时间刻度)
4、整体测试
(1)当停电后有来电且电压大于185V且小于240V时,由LED亮着得到电冰箱正在工作的结果:
图(18)整体电路测试一
图(19)示波器显示高低电平(下面第一行左边第一个旋钮为时间刻度)
(2)当停电时或者电压值不在185~240V之间时,由LED没有亮起得到电冰箱没有正在工作的结果:
图(20)整体电路测试二
4、结论
设计电路成功实现了延时供电和过电压、欠电压保护功能;在电压大于240V或小于185V时,自动切断电源;停电后有来电,延时5秒后再接通电冰箱电源。
5、性价比
该保护器电路元器件少,电路相对简单,而且和其他一些保护器相比较,可以实现更多的功能。
6、课设体会及合理化建议
这次电子课程设计,它加深与巩固了我们所学的专业基础课程,例如数电和模电,并将其综合运用,提高了我们综合运用知识的能力。
这次课设的设计流程我采用分块的设计顺序,优化了设计流程使之更符合逻辑性。
但是在将各个分电路整合时,不能使各个分电路同时运行,只能满足部分电路的运行条件,所以每个环节必须认真进行,如果某模块电路没有设计好,或者存在错误,则总的电路都会受到影响。
但由于之前没有设计类似复杂的电路,所以有些电路参数设置出现问题而导致电路运行不了,这次课设也增加了我对实际电路的认识。
通过这次课程设计,我基本掌握了用Protues软件仿真电路图并进行仿真分析,且初步掌握了电子电路的设计方法,在以后的学习中还需多加练习,熟练掌握,为以后的工作作准备。
回顾这次课程设计,从理论到实践,我懂得了理论与实践相结合的重要性。
而对于处理复杂的电路图,更需要的是我们的耐心和信心。
我认为对于电子课设来说,其中做实物的环节可以删去,而改成以一种实验的形式达到目的,电子课设电路本身有一定的复杂度,焊接电路过程难免出现错误,这不仅浪费材料,还费时费力,如果能以一种实验的形式来替代自己焊接实物,可以解决很多问题。
参考文献
[1]童诗白.模拟电子技术基础(第四版).[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]康光华.电子技术基础.[M]北京:
高等教育出版社
[4]黄永定.电子实验综合实训教程.[M]北京:
机械工程出版社
附录一总电路图
图(21)总电路图
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
RV1、RV3、RV11
滑动变阻器
1K
3
2
U2、U21
运放
EL2045
2
3
R2、R3、R4、R41
电阻
10K
4
4
R7
电阻
1K
1
5
R8
电阻
100
1
6
R1
电阻
450K
1
7
U3:
A、U3:
B
与门
74LS08
2
8
Q1
三极管
NPN
1
9
U5:
A
非门
74LS04
1
10
U4:
A
D触发器
74LS74
1
11
D3
发光二极管
LED-RED
1
12
C1
电容
10nf
1
13
C2
电容
10uf
1
14
C3
电容
1uf
1
15
U1
555定时器
555
1
16
C7
电容
470uf
1
17
U9
稳压单元
7805
1
18
R5
电阻
500K
1
19
C8
电解电容
1000u
1
20
BR1
整流元件
2W08G
1
21
TR1
变压器
TRAN-2P5S
1
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