1、山西大學課程設計報告課程名稱：系 部: 專業班級：學生姓名：指導教師：完成時間： 扌報告成績： 評閱意見:評閱教師 日期1. 概述31.1 過欠壓電路課程設計背景31.2 過欠壓電路課程設計目的31.3 設計任務與要求32. 設計內容42.1 分模塊電路設計思路42.2 電源模塊的設計42.3 比較模塊的設計52.4 報警模塊的設計63. 總電路圖83.1 圖像83.2 元件清單83.3 部分重要原件介紹84. 仿真與調試114.1仿真114.2調試124.3 結論145. 心得體會146. 參考文獻151. 概述1.1 過欠壓電路課程設計背景生活中，我們不可避免的要用到要用到各種各樣的電氣設

2、備。由于電網電壓的波動，在較高的電壓下很有可能使電氣設備受到損壞， 而在低壓時電氣設備不能正常工作。 那么，在這樣的情況下就需要有 一個電壓報警指示設備，它可以及時準確地對電網電壓進行分段指示 并且對過、欠壓進行指示報警，從而實現保護電器設備的目的。1.2 過欠壓電路課程設計目的1. 設計一過/欠電壓保護提示電路。2. 對給定的電路原理框圖進行原理圖設計， 分單元進行設計。對電路 參數進行必要的計算，選擇元器件參數。3. 畫出完整的電路原理圖。4. 對設計的電路進行仿真驗證。要求打印出仿真結果。1.3 設計任務與要求1. 設計一個過欠電壓保護電路，當電網交流電壓大于250V或小于180V時，經

3、34s本裝置將切斷用電設備的交流供電，并用 LED發 光警示。2. 在電網交流電壓恢復正常后，經本裝置延時 35分鐘后恢復用電設備的交流供電。3. 每一位學生對設計內容都應根據自己所學知識、水平及能力獨立完成，不得有雷同。4. 寫出完整的設計報告。2. 設計內容2.1 分模塊電路設計思路a. 電源模塊的設計；b. 比較模塊的設計；c. 報警延時模塊的設計；2.2 電源模塊的設計電源設計圖：仏 V SDHz&.D11B4B4247hF電源模塊采用10 TO 1的變壓器降壓，1A/ 50V橋式整流電路進行整流，RCn型濾波器進行濾波。當通以 220V的交流電壓時，經過變壓器降壓后，電壓測

4、量值為21.978V;通過由4個相同型號的二極管組成的橋式整流電路后，得到 14.725V直流電壓；再通過RC冗型濾波器的濾波、穩壓功能，并通過電阻分壓 采集到電壓比較器變化端,最終得到9.692V的直流電壓。2.3比較模塊的設計過壓比較器同相輸入端與欠壓比較器反相輸入端端接電源部分采集到的電 壓，過壓比較器的反相輸入端與欠壓比較器的同相輸入端則可以端接兩種電路， 這個部分經過查閱資料與討論，制定出兩套方案：方案一：可以通過電源部分分別將250v與180v所對應的電壓測試出來，分別為 11.158V與7.89v。然后分別在過壓與欠壓比較器的相應輸入端接入相同電壓值 的直流電源。方案二：從電源部

5、分的輸入端接并聯個單相橋式整流電容濾波電路，對其輸出電壓進行穩壓，使其電壓值高于或等于 250v所對應的電壓，這個電壓值為基準電 壓，經過測試后為11.77V，在過壓與欠壓比較器的相應輸入端接入一個滑動比 較器，起調節基準電壓的作用，然后將基準電壓與滑動變阻器連接， 這時便可以 通過滑動變阻器將基準電壓調節為兩個比較器的標準電壓。通過分析比較，第二種方案較第一種方案更加節省成本， 不需要更換直流電 源，并且，還可以對標準電壓進行調節，使其適用于不同的要求。因此我組決定所以整個比較電路設計:由于本設計要求實現欠電壓報警、保護的作用，故可以選擇簡單易于實現的 單門限電壓比較器來實現比較功能。單門限

6、電壓比較器采用簡單的運放OPAM，過壓比較器同相輸入端與欠壓比較器反相輸入端端接電源部分采集到的輸出電 壓；另外兩個輸入端采取上述方法從而實現電網電壓經變壓器、整流電路、濾波電路后與其基準值相比較的目的。輸入從同相端進，當電網電壓比基準電壓大時， 比較器輸出電壓 V。向正向跳變；當電網電壓比基準電壓小時，比較器輸出電壓2.4報警延時模塊的設計：過壓與欠壓的報警裝置基本相同，過壓狀態由一個 150Q的電阻和LED1發 光二極管組成，當電壓經比較器比較后，若確定為過壓，則二極管LED1發光（紅 光）；欠壓狀態由一個1kQ的電阻和LED2發光二級管組成，比較后，若確定為欠壓，則二極管LED2發光（綠

7、光）此電路的延時裝置為一個簡單的 RC充放電構成，當電路處于過/欠壓狀態 時，給電容進行充電，充電時間則為延遲時間，此時間可通過改變電容的參數進 行改變。計算公式為：T =1.2 X 2nRXC總的來說，過壓狀態時LED1發紅光，電磁繼電器吸合開關，用電設備工作 電路切斷。欠壓狀態時LED2發綠光，電磁繼電器吸合開關，用電設備工作電路 切斷。如圖所示：3總電路圖3.2元件清單名稱規格數量變壓器220 22V1整流橋1B4B421集成運放LM7812CT1電壓比較器0PAMP-3T-VIRTUAL1發光二極管LED11發光二極管LED21電阻、電容若干見圖導線若干見圖燈泡220v 2w13.3重

8、要部件介紹(1) 變壓器lit:r 口亡 v-變壓器是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構件是初級線 圈、次級線圈和鐵芯（磁芯）。王要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、 隔離、穩壓（磁飽和變壓器）等。按用途可以分為：配電變壓器、電力變壓器、 全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、油浸式變壓器、單相變壓器、電爐 變壓器、整流變壓器等。（2）單相橋式整流電路+V0整流電路在工作時，電路中的四只二極管都是作為開關運用， 根據電路圖可 知：當正半周時，二極管 D1、D3導通（D2 D4截止），在負載電阻上得到正弦 波的正半周； 當負半周時，二極管D2 D4導通（D1、D3截止），在負載

9、電阻 上得到正弦波的負半周。(3) LM7812L U4a :LM7112CTLM7812是指三段穩壓集成電路IC芯片元器件，適用于各種電源穩壓電路, 輸出穩定性好、使用方便、輸出過流、過熱自動保護。(4 )雙限比較器電路由兩個LM339組成一個窗口比較器。當被比較的信號電壓Uin位于門限 電壓之間時(UR<Ui*IR2)，輸出為高電位(UO=UOh)。當Uin不在門限電位范圍 之間時，(Uin>比或Uin<4)輸出為低電位(U=UOl),窗口電壓厶U=U.Uri。 它可用來判斷輸入信號電位是否位于指定門限電位之間。LM339LM339集成塊內部裝有四個獨立的電壓比較器， 該

10、電壓比較器的特點是：(1) 失調電壓小，典型值為2mV (2)電源電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電 壓為土 1V- ± 18V; (3)對比較信號源的內阻限制較寬；(4)共模范圍很大，為 0 ( Ucc-1.5V) Vo； (5)差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓； (6) 輸出端電位可靈活方便地選用。(5)繼電器繼電器是具有隔離功能的自動開關元件，廣泛應用于遙控 ，遙測，通訊，自 動控制，機電一體化及電力電子設備中， 是最重要的控制元件之一。繼電器實質 是一種傳遞信號的電器。電子開關與繼電器相比，不如繼電器。因為繼電器有以下好處：1. 與開關配合，實現了自動控制；2

11、. 實現了控制回路與主回路的電氣隔離；3. 觸點電壓電流都比較大。4.仿真與調試4.1調試在初步的設計完電路后，使用仿真軟件進行仿真，發現有很多問題，電路無 法運行過去，因此我組進行分區域排除。(1) 首先對電源部分，使用示波器與電壓表進行測試，并進行元件參數的改變，結果如下圖所示:” *TnOwnri 4UHii 1亠 * *lilt1越Y1a3 4M VOwwelASafe- S1 鳴4n- fl "JO畫g z川n氟* Q禹-tKt Rngger'回申* -整流后輸出波形變壓后輸出波形(2) 基準電壓的調試，它主要是靠穩壓二極管來穩定電壓，不管輸入電壓為多 少,其都為穩

12、壓二極管的電壓值，開始時發現穩壓二極管沒有起到應有的作用， 無法對電壓進行穩定，經過電壓表的測定后，發現其穩壓值太低，因此查閱相關 數據，選擇了 IN600B的穩壓二極管，可以滿足基準電壓的幅值。(3) 調試到電磁繼電器時，發現無論輸入電壓是多少，繼電器都是處于閉合 狀態，無法使其工作，將開關吸合住，也就無法起到過欠壓切斷電路的作用，經過小組討論與數據測試后發現，原因是電磁繼電器兩端電壓無法達到其工作電 壓，因此其始終不工作，在更換繼電器型號后，此問題也被解決。(4) 發光二極管的發光問題，在改變輸入電壓值后，發現其發光不可控，準確的 說是其發光不按照一開始設計的要求進行發光，在經過前面的問題

13、處理后，就先進行了發光二級管兩端電壓的測試， 發現根本無法達到工作電壓，經過測試，發 紅光二極管的工作電壓大概在1.6v左右，因此將與二極管串接的電阻值改小， 使二極管兩端電壓達到工作電壓，問題也就圓滿解決。4.2仿真(1)、欠電壓狀態為了模擬欠電壓狀態，我們人為的將輸入電壓改為150v，并且用電壓表測量了欠壓部分反相輸入端電壓Ui，得到如下圖所示結果：-CFAUIP VIRrUAL匸砂川BO；i -Rill-mb丄G.丁 屋D203 > u . .，U4 .A從圖中可以看出，電壓 Ui=6.476V小于基準電壓7.89V，報警電路LED2綠燈亮，表示此時電網欠電壓。可見，此時的仿真結果

14、與我們假設并改變的電網電 壓170V為欠電壓相一致。(2)、過電壓狀態人為的將輸入電壓改為 300V,模擬過電壓狀態，用電壓表測量過壓部分的同相輸入端電壓Ui，得到如下圖所示結果：據圖觀察，此時Ui=13.504V大于基準電壓11.158V，報警電路LED1紅燈亮，表示此時電網過電壓。可見，此時的仿真結果與我們假設并改變的電網電壓250V為過電壓相一致。(3)、正常狀態人為的將輸入電壓改為220V,模擬用電設備正常工作，結果如下圖從圖中看出,燈泡止常發光,兩個LED燈都不發光,表示此時電路止常丄作,可見，此時的仿真結果與我們假設并改變的電網電壓220V為正常電壓相一致。4.3結論通過以上兩次仿

15、真模擬，從中看出，盡管測量電壓值與理想值有一點點誤差， 但是基本上可以忽略。這個電路滿足設計要求，能夠在電網欠電壓時由正常狀態 燈泡正常放光變為LED2綠光亮起，過電壓時又LED1紅燈亮起，起到報警保護的 作用。5. 心得體會經過近7天時間的查找資料、設計、討論、仿真、總結一系列的工作，在考 試前，我們小組終于將電路仿真出來了。 面對自己的心血成果十分欣喜，有成就 感。在這里要感謝老師耐心指導，感謝小組同學齊心協力，共同克服難關，也讓 我感受到團隊合作的巨大力量，我十分享受這個探討研究的過程，可以說是樂在 其中。剛拿到這個課題時，作為組長的我來說是一頭霧水，不知從何做起。經過查 閱資料、討論和老師的幫助，我們基本確定了設計方案。開始，我們設計的電路 原理是正確的，但經過仿真運行發現，由于電路參數設置不正確，電路無法按照要求正確運行，無法達到預想效果。后來，我們查閱了許多資料，而且找到了一 些所需的電路設計，經過一些改動、仿真，發現此電路可以比較精確地表達出我 們想要的結果，那時高興極了。通過這次動手實踐，我發現光知道理論知識是不 能夠勝任這門功課，更別說是以后的工作了。所以，在今后的學習當中要理論與 實際相結合去學習，去探討，這樣才能精通掌握這門功課，才算不枉費這大好的 四年時光。最后，我覺得這次課程