过欠电压保护电路综述.docx

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过欠电压保护电路综述

成绩评定：

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。

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

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

\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。

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