1、精品基于电流互感器干衣机抽气扇启动开关的设计毕业论文设计广州大学松田学院毕业论文（设计）题 目 基于电流互感器干衣机抽气扇启动开关的设计 基于电流互感器的干衣机抽气扇启动开关的设计摘要：在现代科技的高速发展中，我们的生活对电器的依赖也越来越重。尤其是家用电器。随着时代的进步，干衣机也渐渐地进入了人们的视线范围。越来越多的家庭和商业机构开始热充于使用干衣机。在使用干衣机的过程中，也会遇到一些问题，其中最大的问题是干衣机运作的过程中会排出的废气和产生的高温。为了将干衣机在工作时的废气排出，本设计采用电流互感开关对排气扇进行控制。然后将交流继电器和电流互感开关组合成本设计。原理是：当干衣机启动的时候
2、，就有电流穿过电流互感器，然后交流继电器的线圈得电，进而继电器的常开触点闭合。排气扇开始工作。而本设计采用对比调试法，对电流互感开关进行调试和整机调试，经过焊接调试后，本设计能成功完成设计目标。最终达到了自动抽出有害气体和高温的良好效果。关键词：电流互感器，交流继电器，排气扇Abstract：In the rapid development of modern science and technology, our life has become increasingly dependent on electrical appliances weight. In particular, hou
3、sehold appliances. With the progress of the times, dryers drifted out of sight range. More and more families and businesses began to hot filling dryers. Dryers, will encounter some problems, the biggest problem is the the exhausts heat generated by the process of the operation of the dryers.Order to
4、 discharge the exhaust of the dryers at work, the design uses a current transformer switch to control exhaust fan. AC relay and current transformer and switch combination cost design. The principle is that When dryers start, there is current through the current transformer and AC relay coil is energ
5、ized, and then relay normally open contact closure. The exhaust fan starts to work. This design uses contrast debugging method, the current transformer switch for debugging and overall debugging, after welding debugging, the design of the successful completion of the design goals.Keywords： Current t
6、ransformers, AC relay, exhaust fan目 录1. 绪 论 11.1 研究背景和意义 11.1.1 研究背景 11.1.2 本课题的研究意义 22. 系统分析与设计 32.1 电流互感器介绍 53. 硬件设计 73.1 整流电路分析和设计 73.2 驱动电路 83.3 稳压电路 103.4 电磁继电器 103.5 整机安装与说明 114. 实物制作与系统调试 124.1 实物制作 124.2 系统调试 144.2.1 电流传感器调试 144.2.2 整机调试 154.2.3 调试问题 165. 结论 17参考文献： 18致谢 19附录一：PCB制作流程图 20附录二
7、：系统电路图 211. 绪 论一.1 研究背景和意义一.1.1 研究背景干衣机的特点是高性价比和能耗低。比较适用于各大商业机构和广大家庭。可以说拥有比较光明的前景。干衣机的市场是很复杂而且巨大的。对于大部分的发展中国家来说，干衣机还只是奢侈品，没有太大的市场，销售状况不可以说是乐观。销售业绩一直是各大家电公司的老问题。然而，在欧洲和美国等发达国家，情况正好相反。烘干机是在美国非常流行，可以说，几乎每个人都有。烘干机在美国主导耗能家电。第二只冰箱（没有空调）。干衣机的原因，在美国的普及，主要有四点：1.大部分私人社区、出租公寓为了保持美丽的外观，都严禁室外晾衣服。即使允许在室外晾衣服，也会受到鸟
8、类的滋扰。2.干衣机具有省时、省力、蓬松等优点，还具有杀菌、防尘、保色功能。3.住房宽阔，大部分有洗衣房，安装干衣机没有问题。4.衣服绝大部分可以在干衣机中烘干。其他高级衣服则用干洗。美国是直排滚筒式干衣机，能源，主要是电力和天然气。燃气机使用更复杂，价格高出约30，但便宜得多，美国的天然气比电，省电，节能，它是主要手段之一。近年来，美国天然气价格上涨很快，有许多开支。不能垂直滚筒式干衣机的能源消耗最低效率为70，但它是很难进一步提高废热利用。从大量的吸入室内空气，增加能量消耗的空调的干燥机，实际能耗高。使用的一个主要问题是需要一个排气管。许多家庭一个较长的排气管，转了几个弯，造成排气不畅，影
9、响机工作，特别是容易堵塞排气管是很难清洗。空气冷凝滚筒式干衣机和滚筒式洗衣/烘干一体机无排气管，能耗大，容量小，干燥时间长，所以很少使用。机柜机很少，刚开始出现高端干衣机，设有一个简单的，但高昂的价格（800美元）。这个市场主要是由新的和更换，每年的需求量约800万台，市场容量大，消费能力强。欧洲国家与美国一样，生活水平高，干衣机普及率大约30%到40%。但欧洲国家住房条件不如美国，老房子多，面积不大，所以空气冷凝滚筒式干衣机和滚筒式洗衣/干衣一体机有一定的市场。柜式干衣机在北欧有一定的需要(烘干厚重的滑雪衣物)。由于气候温和，在使用干衣机的同时，也用室外晾晒以节约能源。这个市场即有新旧更替需
10、求，未开发的消费市场也很大。一.1.2 本课题的研究意义本设计的核心是电流传感开关，电流传感开关节省硬件成本、人力成本、时间成本。系统不用通过单片机就可以实现对排气扇的自动控制。至于干衣机的市场前景，2010年欧美干衣机产品市场研究及企业战略分析报告依托多年对干衣机行业的系统观察，结合干衣机行业历年供需关系变化规律，对干衣机行业内的企业群体进行了深入的调查与研究，通过对干衣机行业环境、干衣机产业链、干衣机市场供需、干衣机价格、干衣机生产企业的详尽分析，以使企业和投资者达到对 干衣机产品市场发展现状的全面、深入掌握；同时为使企业和投资者把握干衣机未来的市场发展趋势，公司还对干衣机行业未来在欧美市
11、场发展趋势和市场前景进行科学、严谨的分析与预测；另外在投资分析部分，针对企业投资决策依据进行了重点分析，并综合给出投资建议。本研究报告由项目研究小组及市场调研等相关部门共同完成，数据主要采用欧美国家统计数据，海关总署，发改委、年鉴、报刊、杂志、网络等公开资料及问卷调查等多方渠道。系统分析与设计客户的设计环境要求是：干衣机的工作电压是120VAC，最大工作电流是15A，而排气扇工作电压是220VAC，额定工作电流是5A，本设计所实现的目标是当干衣机运行的时候，抽气扇也会随之开启。反之，抽气扇也会随之关闭；当干衣机关闭的时候，测试按键被按下时，抽气扇也会随着开启。测试按键被弹上去时，抽气扇会随着关
12、闭。本设计是通过干衣机的启动来控制排气扇的开启与关闭。如何在不拆开干衣机的情况下，得知它正在工作还是不在工作。有以下几种方法：用人的眼睛和大脑来检测干衣机是否工作，手动来进行开启或者关闭排气扇。显示这是不智能的，而且浪费人力的方法。通过干衣机排出来气体来启动排气扇。在干衣机里排出来的气体热量高，容易把检测仪器氧化。所以明智地不选择这种方法。干衣机内有电机，当通电的时候，有电流通过。因此本人们控制检测电流的电流传感器来启动排气机。这种方法既可以减少和干衣机里排出来的热气接触，把氧化时间减到最慢。又可以自动控制，是最佳方案。每当干衣机的开启,电流就会通过电源线,从而可以选择电流检测开关对其他用电器
13、进行控制。又因为排气扇的工作电流是5A，为了电流检测开关避免发热问题，所以选用电磁继电器对排气扇进行驱动。在客户的设计要求可以看出,对方使用的干衣机的额定工作电流大概有10A左右。所以在检测电流的时候,电流检测部分只需要选用穿心式电流互感线圈。干衣机电源线的电流检测到1A左右就可以证明干衣机在启动了,而当电流传感器穿心电流低于1A的时候,干衣机就停止工作了。因此选择好的线圈和设计出色的处理电路是本设计的重点和难点。本设计系统是开环系统。它由这几部分组成的：检测电流模块，处理信号模块，和执行器模块。由下图可以得知其相互关系。当干衣机开启的时候,电流通过电源线图2-1 总体方案框图电流互感器介绍电
14、力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器(以下简称电流互感器),它的工作原理和变压器相似。电流互感器的特点是: (1) 一次线圈串联在电路中,并且匝数很少,因此,一次线圈中的电流完全取决于被测电路 的负荷电流。而与二次电流无关; (2) 电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小。电流互感器一、二次额定电流之比,称为电流互感器的额定互感比: （2-1）因为一次线圈额定电流In1己标准化,二次线圈额定电流In2统一 为5(1或0。5)安,所以电流互感器额定互感比亦已标准化。kn还可以近似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比,即 （2-2）式中N1、N2为一、二线圈的匝数。电流互感器的作用就
15、是用于测量比较大的电流。电流互感器是电力系统中很重要的一个一次设备,其原理是根据电磁感应原理而制造的。它的一次线圈匝数很少,通常采用单匝线圈,即一根铜棒或一根铜排。二次线圈主要接测量仪表或继电器的线圈。电流互感器的二次侧不能开路运行,当二次侧开路时,一次侧的电流主要用于激磁,这样会在二次侧感应出很高的电压,从而危及二次设备和人身的安全,也会造成电流互感器烧毁。它的主要作用是: 1、将很大的一次电流转变为标准的5安培; 2、为测量装置和继电保护的线圈提供电流; 3、对一次设备和二次设备进行隔离。1. 普通电流互感器结构原理 电流互感器的结构较为简单,由相互绝缘的一次绕组、二次 绕组、铁心以及构架
16、、壳体、接线端子等组成。其工作原理与变压器基本相同,一次绕组的匝数(N1)较少,直接串联于电源 线路中,一次负荷电流()通过一次绕组时,产生的交变磁通感应产生按比例减小的二 次电流;二次绕组的匝数较多,与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路。穿心式电流互感器结构原理 穿心式电流互感器其本身结构不设一次绕组,载流(负荷电流)导线由L1至L2穿过由硅钢片擀卷制成的圆形(或其他形状)铁心起一次绕组作用。二次绕组直接均匀地缠绕在圆形铁心上,与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路。由于穿心式电流互感器不设一次绕组,其变比根据一次绕组穿过互感器铁心中的匝数确定,穿心
17、匝数越多,变比越小;反之,穿心匝数越少,变比越大,额定电流比I1/n。式中I1穿心一匝时一次额定电流;n穿心匝数。本设计的电流互感器是采用穿心式的。穿心式电流互感器是一种常见的电工器件，其接线简单，安装方便，广泛应用于计量、检测及保护线路中。使用中如果稍不注意，会引起极大误差而造成计量不准，保护失灵，而发生电气事故，因此要注意使用方法。电流互感器的变流比要满足负荷电流的需要，正常负荷电流应为电流互感器一次额定电流的1/32/3。最好选用准确度等级为0.2S或0.5S的电流互感器。穿心时，一次回路标有“L1”或“+”的接线柱应接电源进线，标有“L2”或“”的接线柱应接出线。二次回路标有“K1”或
18、“+”的接线柱要与电能表电流线圈的进线端连接，标有“K2”或“”的接线柱要与电能表的出线端连接。穿心式电流互感器使用的关键是穿心匝数必须正确，不但要看铭牌上标明的变流比，还要看穿心的匝数。穿心匝数等于穿心一匝时的一次侧电流与采用变流比对应的一次侧电流之比。电流互感器二次回路的“K2”或“”的接线柱、外壳和铁芯都必须可靠接地。硬件设计 因为干衣机的电流最大能到15A，而且市场上只有2000匝和4000匝可以选用，因此本设计选用了2000匝硅钢片的电流互感线圈。电流互感线圈输出是交流信号，要准确控制其他交流用电器需要将交流信号进行整流。为了整个系统的简洁性，所以驱动排气扇选用的是交流电磁继电器。因
19、而设计一个电流互感器驱动交流电磁继电器的电路。因此电路可以分为这几部分：1. 整流电路；2. 稳压电路；3. 驱动电路。4. 电磁继电器整流电路分析和设计整流电路是一种将交流电转换成直流电的电路。而整流电路可以分为半波整流和全波整流。本设计为了准确控制继电器，因此使用了全波整流电路。 由图3-1可看出，电路中采用四个二极管，互相接成桥式结构。利用二极管的电流导向作用，在交流输入电压U2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，在负载RL上得到上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反，D1、D3截止，D2、D4导通，流过负载RL的电流方向与正半周一致。因此，利用电流互感器的一个副边绕组和
20、四个二极管，使得在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。桥式整流的名称只是说明电路连接方法是桥式的接法，桥式整流二极管：大家常用的一般是由4只单个二极管封装在一起的元件，取名桥式整流二极管,整流桥或全桥二极管。 关于整流二极管的选用，应该选用那些流过二极管电流平均值和它所承受的最大反向电压来选择二极管型号。本设计采用了二极管1N4007。它是低的反向漏电流的普通塑封整流二极管，具有较强的正向浪涌承受能力。它的最大正向平均整流电流：1.0A，最高反向耐压：1000V，工作温度：50+150。又因为本设计的电流互感器是2000匝的线圈，所以当穿心电流为15A的时
21、候，次级线圈的电流为7.5mA左右。因此选择1N4007是比较合适的。驱动电路为了能驱动继电器和选择和适合的稳压电路，作者先选择驱动电路。继电器是交流继电器，因此可以选择场效应管来进行对交流电流进行通断。场效应晶体管是一种通过电场效应控制电流的电子元件。它依靠电场去控制导电沟道形状，因此能控制半导体材料中某种类型载流子的沟道的导电性。N沟道MOSFET看作带“人工智能开关”的水龙头。相对应情况同JFET。与JFET不同的的是，MOSFET刚开始人工开关是关着的，水流流不出来。当在栅源之间加vGS0，N型感生沟道（反型层）产生后，人工开关逐渐打开，水流（iD）也就越来越大。iD的大小受“人工开关
22、”vGS的控制，vGS由零往正向增大时，则栅极和P型硅片相当于以二氧化硅为介质的平板电容器，在正的栅源电压作用下，介质中便产生了一个垂直于半导体表面的由栅极指向P型衬底的电场，这个电场排斥空穴而吸引电子，P型衬底中的少子电子被吸引到衬底表面，这些电子在栅极附近的P型硅表面便形成了一个N型薄层，即导通源极和漏极间的N型导电沟道。栅源电压vGS越大则半导体表面的电场就越强，吸引到P型硅表面的电子就越多，感生沟道将越厚，沟道电阻将越小。相当于人工开关越接近于打开，流出的水（iD）肯定越来越多了，当你把开关开到一定程度的时候水流就达到最大了。3-2场效应管结构图本设计选择N沟道MOS管，采用的是双MO
23、S管来对交流电进行控制。如图3-2所示，3-3开关电路图中的AD是接线端子，Q4和Q3是N沟道的MOS管，里面镶嵌了一个二极管。D7和D8是用来保护MOS管的。本设计采用的是BSP297，它的漏源电压可以达到200V，漏极电流可以达到650mA，开启电压可以低到0。8V。又因为本设计的继电器采用的是220VAC的电磁继电器，因此给MOS管所分出来的电压是非常小，导通后的电阻只有2欧姆，可以视为短路。而D7和D8的作用是：当强大的脉动电流时能通过D7和D8引向地线，防止损坏MOS管。 稳压电路稳压二极管工作原理一种用于稳定电压的单结二极管。它的伏安特性，稳压二极管符号如图XX所示。结构同整流二极
24、管。加在稳压二极管的 反向电压增加到一定数值时，将可能有大量载流子隧穿伪结的位垒，形成大的反向电流，此时电压基本不变，称为隧道击穿。当反向电压比较高时，在位垒区内将可 能产生大量载流子，受强电场作用形成大的反向电流，而电压亦基本不变，为雪崩击穿。因此，反向电压临近击穿电压时，反向电流迅速增加，而反向电压几乎不变。从而达到稳压的目的。如图3-4所示本设计的BSP297的的导通电压只需要6V，因此选择合适的稳压二极管合适的阻容电路就可以使得MOS管导通和闭合。3-5稳压管电路电磁继电器 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，
25、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”。 整机安装与说明再根据图3-5，对电流传感开关，按键，继电器，插座，进行接线，试验开关进行接线。当干衣机启动的时候，电流传感开关检测到电流的时候，电磁继电器的线圈就会得电，从而干衣机辅助抽风机与继电器的常开触点就会闭合，抽风机就会运行工作。而当干衣机不工作的时候，测试开关按下去的时候，继电器会得电，抽风机会启动工作。这个测试开关的作用是不用开启干衣机的时候，也可以知道抽风机有没有坏。3-6整机安装图实物制作与系统调试实物制作大家都知道电路板对于电子电路来说都相当重要，可以说没有电路板就没有电子电路。因为只有安装在电路板上面，才能实现电路设
26、计的各种功能。在本设计里面，电路板也充当着一个非同寻常的角色。然而，印制电路板（下面简称PCB）却使作者遇到了很多困难。在这里，作者想简单介绍PCB：PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。在一般的专业工厂里面，PCB的方法是丝网印刷工艺流程：第一步，设计版图；第二步，描图；第三步，晒板；第四步，印刷；第五步，化学腐蚀；第六步，清洗和表面处理；第七步，印刷助焊、标识、阻焊等层；第八步，切割、打孔及其他机械加工；最
27、后就可以得到成品电路板。选用正规的制版和印刷工序并不是明智之举，原因很简单，就是成本太高。除了这么专业的丝网印刷工艺，作者还可以选择其他PCB的非印刷或者亚印刷的方法，例如：雕刻法、手工描绘法、贴图法、油印法、热熔塑膜制版法、使用预涂布感光敷铜板还有热转印法。由于缺乏专业的仪器而且要考虑到成本等问题。经过多方面利弊的权衡，作者决定尝试预涂布感光敷铜板还有热转印法这两种方法。经过第一种尝试的失败，让作者在热转印法的尝试更加小心和大胆。材料：电脑一台，装有EDA软件。激光打印机一台，型号：兄弟HL2140;价格：820元；价格实惠而且足够胜任热转印制板中打印图纸。PCB热转印机一台，型号：“快易转
28、”PCB热转印机 KH320A；价格：268元；转印速度快，150MM的板只需要5min。还具有容易操作、高成功率、转印效果好、进板顺利、升温迅速、互锁功能、安全保护措施齐全、强大的技术支持等优势。手电钻一台，型号：1010D铝体电钻；价格：210元；电压：220V；频率：50-60Hz；输入频率：250W；空载转速：2600 r/min。配0.5mm3mm的钻头。本来想买高速微型台钻，由于考虑到控制成本的需要，所以最后选择了普通手电钻。腐蚀机一台，型号：金属打标机 HNW-300电腐蚀打标机；价格：800元；热转印纸、钻头、蓝色环保腐蚀剂、细砂纸、油性记号笔、双面覆铜板、钢锯条、美工刀、透明
29、胶等若干。制作步骤：1. EDA自动布线；2. 把PCB图打印在热转印纸上；3. 通过钢锯条裁剪覆铜板到合适大小；4. 用单面胶把打印好的转印纸固定好一个边；5. 转印纸上墨粉通过高温和一定的压力转移到覆铜板上形成高精度的抗覆层；6. 用蓝色环保腐蚀剂进行腐蚀；7. 钻孔；8. 清理和焊接工作。系统调试电流传感器调试为了本设计的核心模块电流传感开关能够正常运行，作者采用了电压测试法来经验电流传感开关能否正常工作。如图4-1所指示，本设计可以采用检测每个节点的电压来检测电流传感开关是否正常。4-1电流传感器节点电压表穿心电流（A）节点电压0.10.511.522.5AC（VAC）47.17.76
30、8.188.228.45DC2.775.445.795.885.915.95SIGN2.124.174.444.514.534.56如表可以得知，当穿心电流为0.1A的时候，MOS管处于微导通状态，而负载电压就会一大部分加载到MOS管中，这样会使得MOS管导通阻抗很大，使得MOS管烧掉。因此穿心电流为0.1A的时候，此电流传感开关不适合的启动电流。当穿心电流大于0.5A的时候，MOS管就会处于导通状态，因此电流传感开关处于开状态。整机调试电流传感器经过测试正常后，把电流互感开关、交流继电器，测试按钮和接线端子连接好后，如图4-2，在插座中插上一个数控焊台，然后可以看看排气扇是否启动。4-2整机
31、功能测试表穿心电流（A）排气扇是否开启？继电器是否鸣叫0.1否是0.5是否1是否1.5是否2是否2.5是否从表格可以看到，当穿心为0.1A的时候，由于给电磁继电器的电压不够，因此电磁继电器的触点没有闭合。当穿心电流大于等于0.5A的时候，排气扇就会启动工作。调试问题 调试问题在调试当中遇到了一些问题。当完成整个设计之后，作者开始寻找用电器来代替干衣机马达。但是启动电流至少是0.5A，功率大约1500瓦。所以尝试了很多在家里的家用电器，都没能成功启动电风扇。然后以一些用电功率较大的用电器为目标。例如：风筒、热吹风、空调、烫斗等等。毫无疑问，上述的这些电器都符合条件。考虑到携带的方便性，最终只能选择风筒。然而问题并没有就此结束，风筒一共有两档，分别为高低档。由于功率有限，所以只有风筒在高档的情况下，才可以启动排气扇。结论以上为作者毕业期间的毕业设计基于电流互感器干衣机抽气扇启动开关的设计。本设计经过反复修改和调试，基本满足设计的要求。当干衣机启动时抽气扇也会随之开启。反之，抽气扇也会随之关闭；当干衣机关闭的时候，测试按键被按下时，抽气扇也会随着开启。测试按键被弹上去时，抽气扇会随着关闭。在设计中必须首先熟悉和掌握电流传感器的结构及工作原理，以电流传感器为核心的电路设计和技术了解。了解整流电
