过欠电压提示保护电路课程设计

山西大学课程设计报告

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目录

1.概述 (3)

1.1 过欠压电路课程设计背景 (3)

1.2 过欠压电路课程设计目的 (3)

1.3 设计任务与要求 (3)

2.设计内容 (4)

2.1 分模块电路设计思路 (4)

2.2 电源模块的设计 (4)

2.3 比较模块的设计 (5)

2.4 报警模块的设计 (6)

3.总电路图 (8)

3.1 图像 (8)

3.2 元件清单 (8)

3.3 部分重要原件介绍 (8)

4.仿真与调试 (11)

4.1仿真 (11)

4.2调试 (12)

4.3结论 (14)

5.心得体会 (14)

6.参考文献 (15)

1.概述

1.1 过欠压电路课程设计背景

生活中，我们不可避免的要用到要用到各种各样的电气设备。由于电网电压的波动，在较高的电压下很有可能使电气设备受到损坏，而在低压时电气设备不能正常工作。那么，在这样的情况下就需要有一个电压报警指示设备，它可以及时准确地对电网电压进行分段指示并且对过、欠压进行指示报警，从而实现保护电器设备的目的。

1.2 过欠压电路课程设计目的

1.设计一过/欠电压保护提示电路。

2.对给定的电路原理框图进行原理图设计，分单元进行设计。对电路参数进行必要的计算，选择元器件参数。

3.画出完整的电路原理图。

4.对设计的电路进行仿真验证。要求打印出仿真结果。

1.3 设计任务与要求

1.设计一个过欠电压保护电路，当电网交流电压大于250V或小于180V时，经3～4s本装置将切断用电设备的交流供电，并用LED发光警示。

2.在电网交流电压恢复正常后，经本装置延时3～5分钟后恢复用电

设备的交流供电。

3.每一位学生对设计内容都应根据自己所学知识、水平及能力独立完成，不得有雷同。

4.写出完整的设计报告。

2.设计内容

2.1 分模块电路设计思路

a.电源模块的设计；

b.比较模块的设计；

c.报警延时模块的设计；

2.2 电源模块的设计

电源设计图：

电源模块采用10 TO 1 的变压器降压，1A／50V桥式整流电路进行整流，RC π型滤波器进行滤波。当通以220V的交流电压时，经过变压器降压后，电压测量值为21.978V；通过由4个相同型号的二极管组成的桥式整流电路后，得到14.725V直流电压；再通过RCπ型滤波器的滤波、稳压功能，并通过电阻分压,采集到电压比较器变化端,最终得到9.692V的直流电压。

2.3 比较模块的设计

过压比较器同相输入端与欠压比较器反相输入端端接电源部分采集到的电压，过压比较器的反相输入端与欠压比较器的同相输入端则可以端接两种电路，这个部分经过查阅资料与讨论，制定出两套方案：

方案一：可以通过电源部分分别将250v与180v所对应的电压测试出来，分别为11.158v与7.89v。然后分别在过压与欠压比较器的相应输入端接入相同电压值的直流电源。

方案二：从电源部分的输入端接并联个单相桥式整流电容滤波电路，对其输出电压进行稳压，使其电压值高于或等于250v所对应的电压，这个电压值为基准电压，经过测试后为11.77v，在过压与欠压比较器的相应输入端接入一个滑动比较器，起调节基准电压的作用，然后将基准电压与滑动变阻器连接，这时便可以通过滑动变阻器将基准电压调节为两个比较器的标准电压。

通过分析比较，第二种方案较第一种方案更加节省成本，不需要更换直流电源，并且，还可以对标准电压进行调节，使其适用于不同的要求。因此我组决定采用第二种方案。如图所示：

所以整个比较电路设计：

由于本设计要求实现欠电压报警、保护的作用，故可以选择简单易于实现的单门限电压比较器来实现比较功能。单门限电压比较器采用简单的运放OPAMP，过压比较器同相输入端与欠压比较器反相输入端端接电源部分采集到的输出电压；另外两个输入端采取上述方法从而实现电网电压经变压器、整流电路、滤波电路后与其基准值相比较的目的。输入从同相端进，当电网电压比基准电压大时，向正向跳变；当电网电压比基准电压小时，比较器输出电压比较器输出电压V

o

V

向负向跳变。如图所示：

o

2.4报警延时模块的设计：

过压与欠压的报警装置基本相同，过压状态由一个150Ω的电阻和LED1发光二极管组成，当电压经比较器比较后，若确定为过压，则二极管LED1发光（红光）；欠压状态由一个1kΩ的电阻和LED2发光二级管组成，比较后，若确定为

欠压，则二极管LED2发光（绿光）。

此电路的延时装置为一个简单的RC充放电构成，当电路处于过/欠压状态时，给电容进行充电，充电时间则为延迟时间，此时间可通过改变电容的参数进行改变。计算公式为：Ｔ=1.2×2ｎＲ×Ｃ

总的来说，过压状态时LED1发红光，电磁继电器吸合开关，用电设备工作电路切断。欠压状态时LED2发绿光，电磁继电器吸合开关，用电设备工作电路切断。如图所示：

3. 总电路图

3.1图像

3.2元件清单

名称规格数量

变压器220－22V 1

整流桥1B4B42 1

集成运放LM7812CT 1

电压比较器OPAMP-3T-VIRTUAL 1

发光二极管LED1 1

发光二极管LED2 1

电阻、电容若干见图导线若干见图

灯泡220v 2w 1