【文章內(nèi)容簡介】 條件 分析 電冰箱的工作原理我們已經(jīng)知道，之所以電冰箱能夠有序準確的保持正常工作，是建立在外部客觀的必備條件上的。如果外部的條件發(fā)生改變，電冰箱的正常工作就可能受到破壞，甚至毀壞電冰箱。那么在普通的家用電冰箱中，使電冰箱受到破壞的有哪些因素呢？我們做了分析，損壞電冰箱工作的因素很多，其中最主要的是電冰箱的生產(chǎn)質(zhì)量，維持電冰箱正常工作的動力源 —— 電壓（或電流）的異常波動，以及人為損壞等因素，質(zhì)量問題是在生產(chǎn)商那決定的，我們只能在購 買時盡量選擇牌子好、信譽好、聲譽好的產(chǎn)品，對于人為損壞原因，我們盡量愛護使用即可，而電壓（或電流）的異常升高或降低，我們使無法避免的事。因此，本文就電壓（或電流）的升降設(shè)計一個保護方案，使電冰箱免受不必要的損毀，減少不必要的資源浪費。 因為電流和電壓二者是相互依存的，所以我們主要對電壓問題做分析，電流問題也就同樣得已解決。我們可以設(shè)置電冰箱內(nèi)部保護和外部保護的雙重保護方案，內(nèi)部保護主要以市電的異常升高或降低，以及電源突然斷電對電冰箱的損毀進行保護的裝置；外部保護主要是以雷雨天氣時，雷電及雷電感應(yīng)電壓的襲擊而進行保護的裝置。 壓縮機是冰箱的心臟，一個冰箱制冷質(zhì)量的好壞主要看壓縮機的效果。壓縮機運行中常常會出現(xiàn)不正常的運行狀態(tài)，這些不正常的運行狀態(tài)包括 :過壓、欠壓、斷電即通電等，這些異常的運行狀態(tài)會影響電冰箱的心臟 —— 壓縮機的工作8 狀態(tài)。長期在這種狀態(tài)運行，輕者造成壓縮機絕緣老化、壽命降低，重者造成壓縮機嚴重?zé)龤?。因此，分析電動機的運行狀態(tài)，找出各種異常情況下的電流特征，是進行壓縮機故障判斷和有效保護的基礎(chǔ)。 欠壓、過壓 運行狀態(tài)分析 壓縮機是冰箱的心臟，一個冰箱制冷質(zhì)量的好壞主要看壓縮機的效果。壓縮機 運行中常常會出現(xiàn)不正常的運行狀態(tài)，這些不正常的運行狀態(tài)包括 :過壓、欠壓、斷電即通電等，這些異常的運行狀態(tài)會影響電冰箱的心臟 —— 壓縮機的工作狀態(tài)。長期在這種狀態(tài)運行，輕者造成壓縮機絕緣老化、壽命降低，重者造成壓縮機嚴重?zé)龤А? 電冰箱是一種間歇工作的家庭電器，在接通電源后，其壓縮電動機處于啟動、運行、終止的反復(fù)循環(huán)過程。根據(jù)我國家用電冰箱技術(shù)標準的規(guī)定，電冰箱的電源電壓應(yīng)在 180～ 260v 范圍內(nèi)才能保證電冰箱的正常啟動和運行。啟動時要求電動機啟動轉(zhuǎn)矩較大，啟動電流常可達到額定工作電流的三至七倍。在供電緊張地區(qū)或 用電高峰時間里，電網(wǎng)電壓會變得很低，但有時候，電網(wǎng)電壓又會變得很高。 如果在電源電壓低于允許的下限值的情況下啟動，會因啟動轉(zhuǎn)矩不足，造成電動機啟動困難，勢必迫使電動機的啟動電流成倍增長，超過設(shè)計的允許的限度。電冰箱內(nèi)設(shè)的熱保護裝置對這種瞬間大電流的反應(yīng)較差，因而極易造成壓縮機繞組的燒毀。當(dāng)電源電壓高于允許的上限值的情況下啟動時，電動機繞組因電流過載也同樣會出現(xiàn)發(fā)熱而破壞絕緣的現(xiàn)象，對壓縮機的壽命都是有害的，嚴重時也會燒毀電動機。 過壓、欠壓保護器就是應(yīng)運而生的一種對該問題而進行設(shè)計的保護器。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)欠壓或 過壓時，應(yīng)用敏感于電網(wǎng)電壓的基本特性，過壓欠壓保護器及時將電冰箱的電源切斷，以保護電冰箱免受非常規(guī)電壓的破壞。 9 突然斷電 又即 通電運行狀態(tài)分析 在電冰箱的壓縮機處于工作狀態(tài)時，不允許在電源突然中斷后的短時間內(nèi)重新接通電源。因為壓縮機工作時，壓縮泵一側(cè)自蒸發(fā)器將低壓制冷劑蒸發(fā)抽出，經(jīng)過壓縮成為高溫高壓蒸汽，自另一側(cè)送往冷凝器，實現(xiàn)向空間排熱。兩側(cè)壓力差最大時可達到十一個大氣壓，壓縮機中斷運行后，須經(jīng)一定的時間才能恢復(fù)兩側(cè)的平衡，最好保持在五分鐘左右，確保了壓縮機在輕載狀態(tài)下起動；倘若壓縮機運 行中出現(xiàn)斷電后又很快接通的情況，由于兩側(cè)存在很大的壓力差，電動機啟動時的負載很大，啟動電流較正常值成倍增加，從而帶來燒毀電動機的危險。 電冰箱在出售時，生產(chǎn)廠家一般都不配備斷電保護器，市場上銷售的斷電保護器，一般也都不具備智能延遲作用。一般的斷電保護器，在電冰箱停電后復(fù)電，不管停電時間多久，它都要延遲 5分鐘左右才能接通電源，顯得非常機械，人們希望在剛剛斷電的最近 5分鐘之內(nèi)能對電冰箱進行保護，不允許通電，而 5分鐘之后，則要求一旦來電壓縮機能馬上通電起動運轉(zhuǎn)，以便在電冰箱室內(nèi)的溫度下降的最短時間內(nèi)恢復(fù)制冷，既能 保證食物不至于變質(zhì)，又可節(jié)約電能。 強電流 運行狀態(tài)分析 雷電感應(yīng) 是在打雷 過程中產(chǎn)生的強大瞬間 電磁場 ，這種強大的感應(yīng)磁場，可在地面金屬網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生感應(yīng)電荷。包括有線、無線通訊網(wǎng)絡(luò)，電力輸電網(wǎng)絡(luò)和其他 金屬材料 制成的線路系統(tǒng)。高強度的感應(yīng)電 荷會在這些金屬網(wǎng)絡(luò)中形成強大的瞬間高壓電場，從而形成對用電設(shè)備的高壓弧光放電，最終會導(dǎo)致電氣設(shè)備燒毀。尤其對電子等弱電設(shè)備的破壞最為嚴重，如， 家用電器的電視機、 電冰箱， 電腦、通信設(shè)備、辦公設(shè)備等等。 當(dāng)發(fā)生雷電感應(yīng)時，其中的雷電壓和電流隨著電源線傳入機器內(nèi)部，場強電流和電壓會瞬間就把機器燒毀，甚至引起火災(zāi)。另外在雷電產(chǎn)生的時候，電冰箱的機殼和內(nèi)部的各部分含有金屬元件，都會發(fā)生靜電場，如果不能及時排除這些電場，在機子內(nèi)部就會自己發(fā)生導(dǎo)電、放電情況，致使冰箱不能正常工作，或者燒壞電冰箱個部分電路，甚至可能危及到人 們的生命安全。 10 第 4 章 電冰箱 欠壓、過壓、延時 保護器的設(shè)計 電路設(shè)計思路 圖 41電冰箱內(nèi)部保護設(shè)計思路 電路組成框圖 設(shè)計的電路組成圖如圖 42 所示，該圖主要由一個 LM339 電壓比較器件、一個 NE555 定時器和一個繼電器構(gòu)成整個電冰箱內(nèi)部的保護系統(tǒng)： 圖 42 電冰箱內(nèi)部保護框圖 交流電源 橋式整流電路 延時電路 正常電壓范圍 過壓大于 260V 低壓低于 180V 工作 停止工作 停止工作 11 工作電路原理 C30 .1 u FC50 .1 uG NDD21 0 A 0 2C20 .1 u FQ22 N22 2 2R44 7 kD31 0 A 0 2R61 0 kR51 0 kVI3VO1GND2U1 7 8 L 1 2C42FC62FR11kR24 .7 kQ12 N22 2 2C150uFR31 2 0 0 kT R 1T RA N 2 P 2 SB R 1B RI DG E73%R V 11k57%R V 21kR4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U4NE 5 5 5321411U 2 : AL M 3 3 9567411U 2 : BL M 3 3 9123U 3 : A4 0 8 1D1L E D B I B YR L 1RLY S P C OM O T O R2 2 0 V 圖 43 電冰箱內(nèi)部保護器線路原理圖 其中由 LM339 的兩個比較器和 RP RP3 等組成過電壓、欠電壓 檢測電路，其中 L1A 比較器用于過電壓檢測， L1C 比較器用于欠電壓檢測； VT1 構(gòu)成電子開關(guān)，其中 LED 為電壓指示燈，當(dāng)電壓在市電正常范圍內(nèi)（ 180V— 260V），該燈發(fā)亮，否則會熄滅； NE555 時基電路組成延遲記憶電路。 因為 C1 兩端初始電壓為 0V， 555 時基電路的閾值端 6 腳為高電平， 555 時基電路復(fù)位，三極管 VT2 截止，繼電器 K1 的常閉觸點保持吸合，電冰箱電源被切斷。然后電源向 C1 充電，使 6 兩腳電位不斷下降，約經(jīng)過 5min，可使電位降至 12V 電壓的 1/3， 555 時基電路才置位， 3腳輸出高電平， VT2導(dǎo)通，繼電器 K1 通電吸合，其常閉合觸點 K1 斷開，電冰箱通電工作。當(dāng)交流電網(wǎng)意外斷電時， C1 儲存電荷通過 R D5 迅速泄放，當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電時，電路又要延遲5min 左右才向電冰箱供電，從而確保電冰箱壓縮機不受損壞。 接通電源后， 220V 交流電經(jīng)變壓器的降壓、整流橋的整流、穩(wěn)壓器 78L12的穩(wěn)壓后，在 RP2 和 RP3 兩端可獲得約 12V 直流工作電壓。根據(jù)變壓器的變壓系數(shù)，調(diào)整電位器 RP2 和 RP3，使市電電壓在正常范圍內(nèi)，上、下比較器都輸出高電平， 經(jīng)與門后也輸出高電平， 此時 VT1 導(dǎo)通，電壓指示燈 LED保持發(fā)亮。當(dāng)市電電壓升高到 260V 以上，上比較器輸出低電平；市電電壓下降到 180V 以下，下12 比較器輸出低電平只要兩者之一輸出低電平， 一個高電平一個低電平，經(jīng)過與門后輸出低電平， VT1 截止， LED 熄滅。此時 6 腳為高電平， 555 時基電路復(fù)位，輸出端 3 腳為低電平，電冰箱電源被切斷，從而使電冰箱在電壓過高或過低的情況下自動停止工作，保證了電冰箱能安全工作于規(guī)定的電源范圍內(nèi)。當(dāng)電壓恢復(fù)正常時，電路要延遲 5min 左右才向電冰箱供電。 參數(shù)的選擇計算 設(shè)變壓器的變壓系數(shù)是 20： 1，整流后的輸出電壓 u3≈ u2, 當(dāng) u1 分別為 220V、 180V、 280V 時， u u Va 的計算如下： u1=220V u2=220247。 20=11V u3= 11= 則 ,Va= u1=280V u2=280247。 20=14V u3= 14 = 則 ,Va= u1=180V u2=180247。 20=9V u3= 9 = 則 ,Va= 因此可得，比較器的上限電壓為 ,下限電壓為 。調(diào)節(jié)電 位器 RP2 和 RP3，使 LM339 的 5 腳電壓為 ， 8 腳電壓為 ，使電路在 260V≤ u1≤ 180V范圍能正常工作。 電網(wǎng)由斷電到恢復(fù)供電后，電冰箱要延遲一段時間才能正常工作，此延時時間τ由 NE555 的外圍電路 C1和 R3 決定：τ≈ R3 C1 電路要求延時 5分鐘（即300 秒），設(shè) C1=220μ F,則 R3的阻值計算如下： R=300247。（ 220 610? ）≈ 610 ? 電路仿真及調(diào)試 根據(jù) 電路原理圖，用 proteus 軟件對其進行仿真并作適當(dāng)合理的調(diào)整。因為在 proteus 中 LM339 不能進行仿真，可以用同樣功能的 LM324 代替； 因為三端穩(wěn)壓電源會受到輸入電壓大小波動的影響，為了使 Rv Rv2 的電壓保持穩(wěn)定 ， 所以在穩(wěn)壓源添加一個 12V 的直流穩(wěn)壓電源。 分別調(diào)節(jié) URV1 和 URV2,使URV1=,URV2=。 當(dāng)市電電壓在 【 180V,260V】 時候，電路工作如圖 451 到圖 454所示： 13 C30 .1 u FC50 .1 uG NDD21 0 A 0 2C20 .1 u FQ22 N22 2 2R44 7 kD31 0 A 0 2R61 0 kR51 0 kVI3VO1GND2U1 7 8 L 1 2C42FC62FR11kR24 .7 kQ12 N22 2 2C150uFR31 2 0 0 kC3( 1 )V = 1 1 .8 5 8 1C6( + )V = 1 2T R 1T RA N 2 P 2 SA C V o l t s+ 1 8 0A C V o l t s+ 8 . 9 1B R 1B RI DG ED2( K )V = 9 .8 7 4 6 2A m p s 0 .0 072%R V 11k50%R V 21kRV 2 ( 3 )V = 5 .9 9 9 9 8RV 1 ( 3 )V = 8 .6 3 9 9 8R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U4NE 5 5 5R6( 1 )V = 5 .9 2 8 9 9321411U 2 : AL M 3 2 4567411U 2 : BL M 3 2 4123U 3 : A4 0 8 1D1L E D B I B YD4L E D B I B YD3( A )V = 1 2R L 1RLY S P C O( + )RL1 ( NO )V = 1 .3 8 5 5 e 0 8D1( A 1 ) 圖 451 市電降至 180V 時仿真效果 圖 市電為 180V,UV=，小于 URV2=， U2:B 輸出低電平， U3 輸出低電平，Q1 截止。 NE555 的 6 腳為高電平， 3 腳為低電平， Q2 截止， RL1 不導(dǎo)通，電機不工作。 C30 .1 u FC50 .1 uG ND