【正文】 最 重要的是這還讓我親 身感受到一個(gè)電子產(chǎn)品是如何從一個(gè)思維概念變成一個(gè)躍然紙上的一個(gè)方案 的過程 。 本設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn) 本設(shè)計(jì)采用 NE555 芯片對(duì)水 位的高低進(jìn)行檢測(cè)，并通過中間繼電器對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制， 通過 Multisim 軟件仿真通過。正常時(shí)，三相的電流之和為零，無電流流過 KA， KA 在電機(jī)控制電路中的常閉觸 點(diǎn)保持閉合狀態(tài)，當(dāng)三相缺相時(shí)，不平衡的電流流經(jīng) KA，使得常閉觸點(diǎn)斷開，電機(jī)停機(jī)，從而防止電機(jī)缺相運(yùn)行。 （ 2） M M2電機(jī)控制電路 M M2 電機(jī)為水塔的主電機(jī)，擔(dān)負(fù)著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行重任。 主要元器件參數(shù)選擇 （ 1） NE555 芯片參數(shù)功能特性： ① 供應(yīng)電壓 ② 供應(yīng)電 流 36 mA ③ 輸出電 流 225mA (max) ④ 上升 /下 降 時(shí)間 100 ns （ 2）中間繼電器參數(shù)選擇 為了滿足控制電路的要求，本設(shè)計(jì)在綜合考慮了控制電路的電壓等級(jí)、觸點(diǎn)數(shù)量、種類等因素后，選擇封閉式小功率小型繼電器，具體型號(hào)參數(shù)如表 24所示。所以為了避免出現(xiàn)此類情況，本設(shè)計(jì)采用繼電器實(shí)現(xiàn) IC2 的 4 腳電位鎖定。 Pin 6 （鎖定） 當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從 1/3 VCC 電壓以下移至 2/3 VCC 以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。 ，可與 TTL， CMOS 等邏輯電路配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。電路中構(gòu)成 Es、 Dl、 U D3通電回路，在 U1 ，上形成上正下負(fù)的半波整 流 電壓 。 （ 4） 電機(jī)故障檢測(cè)與備用電機(jī)啟動(dòng)電路：此部分并結(jié)合幾個(gè)繼電器和延時(shí)繼電器的互相配合實(shí)現(xiàn)備用電機(jī)的投入和故障電機(jī)的指示。并用四個(gè) 1N4002 二極管，一個(gè)電容組成 電容濾波電路對(duì)低壓交流電進(jìn)行整流 和濾波 。其中降壓整流電路為整個(gè)控制電路提供直流電壓，觸發(fā)電路 NE555 根據(jù)其觸發(fā)特性 對(duì) 水塔所處的水位進(jìn)行檢測(cè)。 控制要求 （ 1）水位檢測(cè)，要求不受長(zhǎng)期水泡工作環(huán)境影響； （ 2）當(dāng)水位低于 H1 時(shí)， M1與 M2 同時(shí)工作；當(dāng)水位高于 H4 時(shí)， M1 與 M2同時(shí)停機(jī)； （ 3）當(dāng)水位由 H1 上升到 H3 時(shí)，關(guān)掉 M1； （ 4）當(dāng)水位由 H4 下降到 H2 時(shí)，打開 M1； 備用泵控制要求 當(dāng)兩臺(tái)工作電機(jī)任一臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)能檢測(cè)出故障，并使備用電機(jī)投入工作，備用電機(jī)投入后，對(duì)故障電機(jī)有相應(yīng)指示。本課程要求運(yùn)用數(shù)字電子技術(shù)等知識(shí)設(shè)計(jì)一臺(tái)水位控制器。故 采用 金屬不銹鋼等抗腐蝕材料， 和 利用浮力原理 控制 導(dǎo)線閉合的低壓器件作為檢測(cè)端口。 （ 3） 電機(jī)控制電路：此部分電路中配置熔斷器開關(guān)和交流接觸器線圈來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)其他電路對(duì)所控制電機(jī)的啟動(dòng)與停機(jī)以及備用電機(jī)的啟動(dòng)。電路圖如圖 21所示。 （ 1） NE555 系列芯片簡(jiǎn)介 NE555 是屬于 555 系列的計(jì)時(shí) IC 的其中的一種型號(hào)， 555 系列 IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號(hào)不同的因其價(jià)格不同其穩(wěn)定度、省 電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而 555 是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí) IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈沖信號(hào)。它通常被接到正電源或忽略不用。由 表 23 可知此時(shí) 555 的輸出端 3 腳的電位為 Vcc。 在輸出端和地線之間配置一個(gè)小功率中間繼電器（ KA KA2）。其主要由無回復(fù)開關(guān)（旋鈕開關(guān)）、中間繼電器觸點(diǎn)、交流接觸器、電流互感器、電流繼電器、熔斷絲、降壓變壓器、斷路器、三相異步電機(jī)等構(gòu)成。本設(shè)計(jì)針對(duì)這三個(gè)典型故障對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。 表 28所選斷路器主要參數(shù)表 型號(hào) EA9AN 小型斷路器 符合標(biāo)準(zhǔn) GB10963 / IEC 60898 額定電壓 230/400 V AC 額定電流 663 A 分?jǐn)嗄芰? 6 kA 脫鉤特性 C/D 第 16 頁 整體元器件清單 “弱電”部分元器件清單 其元器件清單如表 29所示。而對(duì)于沒學(xué)過但卻是方案需要的知識(shí)，也通過自學(xué)和老師的指導(dǎo)下，有所掌 握。此設(shè)計(jì)可能仍舊隱藏著一些缺陷。 目前市面上有許多功能完善的水位控制器，各自有各自的特點(diǎn)，但是其中利用NE555 芯片來實(shí)現(xiàn)的占大多數(shù) ，選用 NE555 來實(shí)現(xiàn)的控制電路的穩(wěn)定性都比較高，成本也較低，所以在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力也比較強(qiáng)。其主觸點(diǎn)電流應(yīng)大于或等于負(fù)載電流，線圈額定電壓應(yīng)與控制回路電壓相等。利用交流接觸器的原理，本設(shè)計(jì)將其線圈串聯(lián)在控制電路中，對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)兩端分別接電網(wǎng)和電機(jī)。浮力開關(guān)的原理是：水位淹沒浮力開關(guān)→浮球上翹→帶動(dòng)內(nèi)部連桿使得導(dǎo)線閉 合→電路接通。 3） 水位由 H1 上升到 H3 的過程中 ① M1 電機(jī)：當(dāng)水位從 H1 上升到 H3 的過程中 IC1 的管腳 2 的電位始終為 ： 12V（ 31 Vcc）；管腳 6的電位為： 6V（ 32 Vcc） 。供應(yīng)電壓的范圍是+ 伏特（最小值）至 +16 伏特（最大值）。 ② NE555 引腳圖 和功能表 NE555 芯片管腳圖如圖 24所示。 由于 整流后的直流實(shí)際是脈動(dòng)的，也就是直流的波形不是平直的， 因此使用 大容量電容并聯(lián)在電路中，在電壓的波峰時(shí)儲(chǔ)能，在波谷時(shí)放能，使脈動(dòng)的直流電壓波形接近平直 。為了敘述方便，以下 6腳呈高電位是指輸入電壓呈 31 Vcc和 32 Vcc。其信號(hào)端與水位 開關(guān) 電路相連，輸出端與繼電器線圈相連。水位控制器是運(yùn)用電力電子相關(guān)技術(shù)完成水位的檢測(cè)和控制電機(jī)的啟動(dòng)與關(guān)閉，以及故 障電機(jī)的保護(hù)和備用電機(jī)的投入等一系列自動(dòng)化工作。格式（另附）參考論文。 在本課題的設(shè)計(jì)中，由于考慮到 設(shè)計(jì) 周期等限制，以及 任務(wù)要求的 局限性，僅僅設(shè)計(jì)了一個(gè)原始系統(tǒng)來達(dá)到題目要求 ，在設(shè)計(jì)中使用 Multisim仿真軟件對(duì)系統(tǒng)可行性進(jìn)行分析，并盡可能考慮到在實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題，保證設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品能夠正常運(yùn)行 。 第 3 頁 此外， 控制部分還必須對(duì)電機(jī)拖動(dòng)部分進(jìn)行控制，那么可以使用 中間 繼電器做強(qiáng)弱電的橋梁來實(shí)現(xiàn)弱電對(duì)強(qiáng) 電部分的控制。在每個(gè)部分電路與電源直接相接處串聯(lián)保險(xiǎn)絲以保護(hù)設(shè)備。當(dāng)任何一個(gè) 電流 繼電器 得電 ，使得串聯(lián)在電機(jī)控制電路的常開觸點(diǎn)斷開；串聯(lián)在備用電機(jī)啟動(dòng)電路的常閉觸點(diǎn)閉合（原來線圈帶 電 時(shí)是斷開的），導(dǎo)致同樣在一條支路的繼電器（ KM）線圈失電，導(dǎo)致與電機(jī)與電網(wǎng)相連的繼電器觸點(diǎn)斷開，故障電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了故障的指示和備用電機(jī)的啟動(dòng)功能。 控制電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的控制電路由兩個(gè) NE555 芯片、兩個(gè)電容、兩個(gè) NPN 型三極管、兩個(gè)1N4002 型的二極管、四個(gè)接觸器和 14 個(gè)電阻構(gòu)成。周期的結(jié)束輸出回到 0伏左右的低電位。 1）水位低于 H1 時(shí) ① M1 電機(jī)：當(dāng)水位低于最低水位 H1 時(shí)，所有的浮力開關(guān)都是斷開的，此時(shí) IC1的管腳 2的電位為 ： （ 31 Vcc）；管腳 6 的電位為： 6V（ 32 Vcc） 。 5）水位由 H4 下降到 H2 的過程 此過程與水位 H2 上升到 H4時(shí) IC1 芯片的管腳電位情況一致， M1電機(jī)的狀態(tài)也相同 。 圖 26 SCF 系列浮力開關(guān)實(shí)物外觀圖 第 12 頁 SCF系列浮力開關(guān)工作原理是：側(cè)裝浮球液位開關(guān)側(cè)裝式浮球開關(guān)是利用液體浮力原理，當(dāng)浮球因浮力作用而上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，接線盒內(nèi)的磁簧開關(guān)（或微動(dòng)開關(guān)）受到臂端磁鐵影響，而作“ NC”接點(diǎn)與“ NO”接點(diǎn)之互換。 這里使用延時(shí)繼電器是為了防止因主電機(jī)停止后立即投入備用電機(jī)而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響。 表 27 所選的熔斷器參數(shù) 型號(hào) 額定電壓 額定電流 熔體額定電流 RL160 交流 380V 60A 20， 25， 30， 40， 50， 60 （ 3） 斷路器參數(shù)選擇 本設(shè)計(jì)中的水泵額定功率為 10KW，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式： Iset,t =k 2Sn 式中： Iset,t—— 斷路器瞬時(shí)脫扣器整定， Sn—— 電動(dòng)機(jī)容量， k—— 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取~。例如，是該采用什么元件作為電路的核心控制單元，如何實(shí)現(xiàn)弱點(diǎn)控制強(qiáng)電，如何確保水位監(jiān)測(cè)能夠準(zhǔn)確執(zhí)行，怎樣實(shí)現(xiàn)備用電機(jī)在主電機(jī)出現(xiàn)故障的時(shí)候啟動(dòng)，而電機(jī)出現(xiàn)故障具體會(huì)有什么體現(xiàn)，怎樣針對(duì)某種故障設(shè)置監(jiān)測(cè)電路并且與控制電路相接等等問題。顯然