过欠电压保护电路)

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传感器技术 课程设计
题目
过欠电压保护电路
摘要
当异动的电网电压高于或低于用电设备的正常工作电压范围时， 过欠电压报警装置能自动切断用电设备的电源，从而起到保护用电设 备的作用。当电网电压恢复到正常范围内后，当异动的电网电压高于 或低于用电设备的正常工作电压范围时，过欠电压报警装置能自动切 断用电设备的电源，从而起到保护用电设备的作用。
当电网电压恢复到正常范围内后。经过过欠电压报警装置电路的 延迟，将自动恢复电网电压对用电设备的供电，保证了用电设备正常 安全地运行。当电网交流电压≥250V 或≤180V 时，经本装置将切断 用电设备的交流供电。在电网交流电压恢复正常后，经过本装置恢复 用电设备的交流供电。
关键词：电压传感器，晶闸管，继电器。
目录
一 、设计目的 ------------------------- 1 二、设计任务与要求 --------------------- 1
2.1 设计任务 ------------------------- 1 2.2 设计要求 ------------------------- 1 三、设计步骤及原理分析 ----------------- 1 3.1 设计方法 ------------------------- 1 3.2 设计步骤 ------------------------- 2 3.3 设计原理分析 ---------------------- 5 四、课程设计小结与体会 ----------------- 6 五、参考文献-------------------------- 7
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一 、设计目的
当异动的电网电压高于或低于用电设备的正常工作电压范围时， 过欠电压报警装置能自动切断用电设备的电源，从而起到保护用电设 备的作用。当电网电压恢复到正常范围内后，经过过欠电压报警装置 电路的延迟，将自动恢复电网电压对用电设备的供电，保证了用电设 备正常安全地运行。
二、设计任务与要求
2.1 设计任务
1、查阅传感器有关方面的相关资料，了解此方面的发展状况。 2、掌握所用器件的特性。 3、采用合理的设计方案。 4、设计、实现该系统。
2.2 设计要求
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。
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
三、设计步骤及原理分析
3.1 设计方法
本例电源过欠电压保护电路采用电位器调节上下限保护电压，通过触
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发单向晶闸管的导通，驱动继电器来切断工作电源，实现对电路的保 护。 本电路的组成分过电压保护和欠电压保护两部分，均有单向晶 闸管，继电器和保护电压调节电位器组成。
3.2 设计步骤
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图 1 单相桥式整流电路
3.2.1 整流电路在工作时，电路中的四只二极管都是作为开关运用，
根据图 1 的电路图可知： 当正半周时，二极管 D1、D3 导通（D2、
D4 截止），在负载电阻上得到正弦波的正半周； 当负半周时，二极
管 D2、D4 导通（D1、D3 截止），在负载电阻上得到正弦波的负半周。
3.2.2 继电器的特性 继电器是一种电子控制器件，它具有控制
系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应
用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流
的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转
换电路等作用。
3.2.3 电磁继电器的工作原理和特性 电磁式继电器一般由铁芯、线
圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线
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圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸 引的用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静 触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔 铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点 （常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、 切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分： 继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处 于接通状态的静触点称为“常闭触点”。 3.2.4 继电器主要产品技术参数
1)额定工作电压 是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据 继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。
2）直流电阻 是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测 量。
3）吸合电流 是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常 使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工 作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的 1.5 倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。
4）释放电流 是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器 吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放 状态。这时的电流远远小于吸合电流。
5）触点切换电压和电流 是指继电器允许加载的电压和电流。 它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此
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值，否则很容易损坏继电器的触点。 3.2.5 继电器测试
1)测触点电阻 用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其 阻值应为 0；而常开触点与动点的阻值就为无穷大。由此可以区别出 那个是常闭触点，那个是常开触点。
2) 测线圈电阻 可用万能表 R×10Ω档测量继电器线圈的阻值， 从而判断该线圈是否存在着开路现象。
3)测量吸合电压和吸合电流 找来可调稳压电源和电流表，给继电 器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电 源电压，听到继电器吸合声时，记下该吸合电压和吸合电流。为求准 确，可以试多几次而求平均值。
4)测量释放电压和释放电流 也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电 压，当听到继电器再次发生释放声音时，记下此时的电压和电流，亦 可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。一般情况下，继电 器的释放电压约在吸合电压的 10~50％，如果释放电压太小（小于 1/10 的吸合电压），则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁， 工作不可靠。 3.2.6 晶闸管简介
晶体闸流管简称晶闸管，也称为可控硅整流元件(SCR)，是由三个 PN 结构成的一种大功率半导体器件。在性能上，晶闸管不仅具有单 向导电性，而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性，它只有导通
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和关断两种状态。 晶闸管的优点很多，例如：以小功率控制大功率， 功率放大倍数高达几十万倍，反应极快，在微秒级内开通、关断、无 触点运行，无火花、无噪声、效率高，成本低等。因此，特别是在大 功率 UPS 供电系统中，晶闸管在整流电路、静态旁路开关、无触点 输出开关等电路中得到广泛的应用。晶闸管的弱点：静态及动态的过 载能力较差，容易受干扰而误导通。晶闸管从外形上分类主要有：螺 栓形、平板形和平底形。 晶闸管的工作条件有如下几点： (1)晶闸 管承受反向阳极电压时，无论门极承受何种电压、晶闸管都处于关断 状态。 (2)晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情 况下晶闸管才导通。 通,即晶闸管导通后，门极失去作用。 (3) 晶 闸管在导通情况下，当主回路电压(或电流)减小到接近于零时,晶闸管 关断。
3.3 设计原理及分析
电路中，继电器 K1、晶闸管 VDH1 与 RP1 组成过电压保护电路， 继电器 K2、晶闸管 VDH2 与 RP2 组成欠电压保护电路。交流电源经 过降压变压器 T 降压、桥式全波整流，变为低压直流电压后，通过 R1、R2 的分压，输出电源电压变化的取样电压。一路通过调节电位 器 RP1 取出上限控制电压，加至晶闸管 VDH1 的触发端，当电源电 压超过最高限制电压后，VDH1 被触发导通，继电器 K1 通电吸合， 通过常闭触点将被控电源切断。 另一路通过 RP2 取出下限控制电 压，加至晶闸管 VDH2 的触发端，当电源电压在正常范围内时，晶闸 管 VDH2 被触发导通，继电器 K2 通电吸合，将被控电源接通，当电
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源电压为设定的最低电压时，晶闸管 VDH2 因触发电压降低而截止。 继电器 K2 断电释放，常开触点断开被控工作电源。与继电器 K1、 K2 并联的二极管 VD1、VD2 为单向晶闸管的续流二极管，用来保护 单向晶闸管，SB 为复位开关。
图 2 过欠电压保护电路 电压传感器是一种将被测电量参数转换成直流电流、直流电压并 隔离输出模拟信号或数字信号的装置。电压传感器用于测量电网中波 形畸变较严重的电压或电流信号，也可以测量方波，三角波等非正弦 波形。 电压传感器是一种利用霍尔效应，将原边电压通过外置或内置电 阻，将电流限制在 10mA,此电流经过多匝绕组之后，经过聚磁材料将 原边电流产生的磁场被气隙中的霍尔元件检测到，并感应出相应电动 势，该电动势经过电路调整后反馈给补偿线圈进而补偿，该补偿线圈 产生的磁通与原边电流（被测电压通过限流电阻产生）产生的磁通大
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小相等，方向相反，从而在磁芯中保持磁通为零。实际上霍尔电压传 感器利用的是和磁平衡闭环霍尔电流传感器一样的技术，即零磁通霍 尔电流传感器。电压传感器分直流电压传感器和交流电压传感器，交 流电压传感器是一种能将被测交流电流（交流电压）转换成按线性比 例输出直流电压或直流电流的仪器，广泛应用于电力、邮电、石油、 煤炭、冶金、铁道、市政等部门的电气装置、自动控制以及调度系统。 交流电压传感器具有单路、三路组合结构形式。直流电压传感器是一 种能将被测直流电压转换成按线性比例输出直流电压或直流电流的 仪器，也广泛应用在电力、远程监控、仪器仪表、医疗设备、工业自 控等各个需要电量隔离测控的行业。
四、课程设计小结与体会
中小型设备在电网电压出现异常的情况下往往会因无法正常工作 而损坏，本课题的内容是当异动的电网电压高于或低于用电设备的正 常工作电压范围时，过欠电压报警装置能自动切断用电设备的电源， 从而起到保护用电设备的作用。当电网电压恢复到正常范围内后，经 过过欠电压报警装置电路的延迟，将自动恢复电网电压对用电设备的 供电，保证了用电设备正常安全地运行。当电网交流电压≥250V 或 ≤180V 时，经本装置将切断用电设备的交流供电。在电网交流电压 恢复正常后，经过本装置恢复用电设备的交流供电。
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五、参考文献
1、王华奎 电子电路设计，电子工业出版社，2004，8 2、王恺 电子线路仿真设计，西安电子科技大学出版社，2006， 3、钱聪 电子线路分析与设计，陕西教育出版社，2000，5 4、肖景和 实用报警电路 300 例，中国电力出版社，2005 5、赵晶 电路设计与制版 Protel99 高级应用，人民邮电出版社，1999， 9
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