專利名稱：全自動電冰箱過壓、低壓、過流保護裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種全自動電冰箱過壓、低壓、過流保護裝置。它是對目前已有同類裝置、專利、專利公告電路作分析后針對存在的某些不足而作的完善化設計。
在本實用新型專利提出前，有關電冰箱類電器的保護裝置、專利、專利公告電路不少。歸類大體可分為電壓型保護(過電壓、低電壓)，電流型保護(過電流)或以上兩者兼顧的保護。也有斷電保護(電壓電流型保護均具備斷電保護功能)。它們無論屬于以上那種類型的保護，在作為高檔電器的電冰箱類電器保護上，在保護精度、裝置應有的“繼電特性”及保證正確動作選擇性的時限特性上，均程度不同的存在某些不足或根本不具備以上某些要求。如對保護精度有直接影響的電壓或電流采樣電路、往往還提供采樣以外的其它負載。這些負載工作狀態的改變又使采樣值大小改變。對保證裝置具有“繼電特性”的保護觸發電路、已有技術不具有或不太具有突出的“繼電特性”。它們的構成電路幾乎均是利用采樣值變化來改變晶體管工作狀態、利用非門(集成反相器)的電壓傳輸特性使非門翻轉或者是集成運算放大器(簡稱運放)接成電壓比較器形式，由比較采樣值與基準值大小而使運放輸出狀態改變。同時，由于無“繼電特性”或“繼電特性”不好、不僅使裝置在保護動作時可能出現出口元件(如繼電器)動作不干脆、也使得裝置動作整定啟動值與動作返回值相等或很接近(無繼電特性時也就無回差電壓，也就是無啟動值與返回值的差值)。這樣供電電壓(電流)在該啟動值附近波動時、會引起保護頻繁的動作返回。這在以使用運放比較器為觸發單元構成的裝置尤為明顯。在時限特性上，已有技術僅僅限制在裝置躲過啟動時由于大的啟動電流引起的低壓過流上，對正常運行時不危及主機壓縮機運行的瞬間電壓電流波動則沒有時限特性限制，往往造成這時保護不必要的動作。另外對裝置本身在發生事故過電壓380V下運行的承受能力與否也未充分考慮。存在或部分存在以上所述不足的已有裝置文獻有《電子報》1988年7月10日刊的“用LM324電路的冰箱保護器”。《電子世界》1987年第二期和第九期兩次刊文的“電冰箱失壓、過壓、過流自動保護器”和“電冰箱多功能保護器”。授予了的中國專利有中國專利CN85204183U“電冰箱壓縮機電源欠壓超壓自動保護器”。中國專利CN86200183U“電冰箱類電器瞬時斷電和欠壓自動保護器”。中國專利CN87206118U“全自動電冰箱節電保護器”。中國專利申請公告有CN87203013U“插座式電冰箱保護”專利申請，CN87204357U“集成電路四功能電冰箱保護”專利申請及CN88211180U“全自動電冰箱空調兩用保護”專利申請等。它們基本構成了現有技術的主體。
本實用新型的目的是提出一個與現有技術相比有高的保護精度、良好的“繼電特性”及時限特性，并且能隨時指示冰箱運行工作狀況，裝置本身可長期在事故過電壓380V下運行而不損壞的“全自動電冰箱過壓、低壓、過流保護裝置”。
圖1為本實用新型所提供的“全自動電冰箱過壓、低壓、過流保護裝置”的電氣原理方框圖。它由變壓整流濾波電路，穩壓電路，恒流及裝置運行指示電路，過壓、低壓、過流、運行工況指示采樣電路。過壓、低壓、過流觸發電路，或門邏輯電路，保護動作指示電路，保護動作時限電路，延時電路，驅動及繼電器電路及壓縮機運行工況指示電路等組成。變壓整流濾波電路為整個保護裝置提供低壓直流電源。穩壓電路為給除過壓、低壓、過流、運行工況指示采樣電路及驅動及繼電器以外的所有電路提供穩定的＋5伏電壓。恒流及裝置運行指示電路除對裝置運行狀態與否作出指示外，恒流電路產生的恒定電流在電阻上形成的恒定電壓分別向過壓、低壓、過流觸發電路提供不可調(H點)及可調(I點)的恒定電壓，也向壓縮機運行工況指示電路提供用作比較的基準電壓(j點電壓)。過壓、低壓、過流觸發電路則完成判斷電壓電流是否超過整定值并作出是否輸出對應動作信號判斷(E、F、G點輸出)。過壓、低壓、過流及運行工況指示采樣電路分別提供給過壓、低壓、過流各對應觸發單元輸入的電壓電流采樣信號，也向壓縮機運行工況指示電路提供一個反映壓縮機運行與否的信號電壓。或門邏輯電路則完成對過壓、低壓、過流觸發電路輸出信號的控制和閉鎖，使以上過壓、低壓、過流各觸發單元在任何一個單元輸出加到它的輸入端時，由它的輸出端輸出信號。它的輸入信號和輸出信號有“或邏輯”關系。對于電網發生的不危及主機壓縮機運行的短時或瞬時過壓、低壓及由各種其它原因引起的壓縮機瞬間短時過流均可能使保護啟動并作用于跳閘，而保護動作時限電路所具有的動作延時則對由以上原因所引起的跳閘信號給予躲過，從而使壓縮機不跳閘繼續運行。同時，對非瞬間過壓、低壓、過流則經過一個時限(時間)后保護動作。另外，對次數頻繁的瞬間波動，時限電路不僅可保證裝置動作跳閘，而且還會加速動作跳閘(動作時限較正常時限為短)即具有“次數”反時限特征。延時電路使得壓縮機在供電中斷又來電時壓縮機啟動要經過5－10分鐘延時。這是根據壓縮機類電器對電源的特殊要求而設計的。可以看出，它對由保護動作使壓縮機跳閘及以后保護動作信號返回壓縮機自啟動這樣一個現象也同樣具有延時作用。保護動作指示電路提供保護動作信號指示。壓縮機運行工況指示電路對壓縮機運行與否隨時作出指示。驅動及繼電器電路的作用是完成跳閘信號的功率放大并驅動繼電器動作。
圖2為本實用新型“全自動電冰箱過壓、低壓、過流保護裝置”的實施電路圖。該電路包括一個由變壓器T(用線間變壓器一次可長期在380伏電壓下運行，正常運行電壓220伏)，整流二極管D2－D5，電容C4組成的變壓整流濾波電路由三端集成穩壓塊7805及電容C5組成的穩壓電路由電阻R2、R3、R4、R5，晶體管BG1，微調電位器W3，二極管D6，發光二極管LED1組成的恒流及裝置運行指示電路由電阻R6、R7、R8、R9、R10、R11，微調電阻W4、W5、W6，二極管D7、D8，運放集成塊1／4IC1A、1／4IC1B、1／4IC1C(IC1為集成四運放，包括1／4IC1A、1／4IC1B、1／4IC1C、1／4IC1D四塊獨立運放)，非門反相器集成塊1／4IC2A、1／4IC2B(IC2為四反相集成塊，包括1／4IC2A、1／4IC2B、1／4IC2C、1／4IC2D)組成的過壓、低壓、過流觸發電路由電阻R0、R1，微調電位器W1、W2、W7，電容C1、C2、C3、C6、C7，二極管D1、D12組成的過壓、低壓、過流、運行工況指示采樣電路由二極管D13、D14、D15組成的或門邏輯電路由晶體管BG3，電阻R17、R18，二極管D16，電容C8組成的保護動作時限電路由電阻R19、電容C8、C9，集成塊IC3(時基集成塊)組成的延時電路由非門集成塊1／4IC2C，電阻R20、R21，電容C10，二極管D17，晶體管BG4，繼電器J組成的驅動及繼電器電路由電阻R14、R16，發光二極管LED3，晶體管BG2組成的保護動作指示電路及由二極管D9、D10、D11，發光二極管LED2，電阻R12、R13，運放集成塊1／4IC1D組成的壓縮機運行工況指示電路等。
在變壓整流濾波電路中，輸入的220V交流供電電壓經過變壓器T后變為低壓交流電壓輸入到由二極管D2－D5組成的單相橋式整流電路進行橋式整流，整流輸出經C4濾波，在C4兩端輸出一個未經穩壓的低壓直流電壓。該電壓一路直接接到裝置驅動及繼電器電路作為出口級晶體管BG4的電源，另一路則作為穩壓電路輸入。在穩壓電路中，三端集成穩壓塊輸入端接以上經變壓整流濾波電路輸出的未穩輸出直流電壓，輸出端與電容C5并聯提供給除過壓、低壓、過流、運行工況指示采樣電路及驅動及繼電器電路以外所有電路的穩定＋5伏電壓。在恒流及裝置運行指示電路中，電阻R2、裝置運行指示發光二極管LED1、二極管D6相串聯后接在＋5伏電源與地之間。LED1除提供裝置運行指示信號外，同時在R2與LED1的連接點上輸出一個基準直流電壓作為恒流晶體管BG1的“b”極電壓。該電壓使BG1產生恒定的集電極及發射極電流Ic、Ie并在微調電位器W3滑動端(I點)、BG1發射極(H點)、及R4與R5串聯連接點(J點)上輸出大小不等的恒定電壓分別提供給過壓、低壓過流觸發電路中過流觸發單元施密特觸發器電路微調電阻W6一端、過壓低壓觸發單元施密特觸發器電路微調電阻W4、W5一端及壓縮機運行工況指示電路運放集成塊1／4IC1D反相端(－)端。在過壓、低壓、過流、運行工況指示采樣電路中，過電壓、低電壓采樣由整流二極管D1，降壓電阻R1，采樣濾波電容C1，過壓整定微調電位器W1，低壓整定微調電位器W2及電容C2、C3完成。其中電容C1與電位器W1、W2并聯后再與降壓電阻R1，整流二極管D1串聯接于輸入220V交流市電輸入一端與經過采樣電阻R0的交流市電輸入另一端(地端)。由于R0阻值很小，加之主機壓縮機電流不大，所以，流過R0電流不大，該電流在R0上形成的交流電壓也很小約為1－2V，故以上所述電壓采樣串聯支路兩端電壓大小也就反映了輸入交流220V供電電壓值大小。該電壓經過D1半波整流后、在D1與R1連接點上形成有效值為0.45倍交流電壓有效值大小的半波脈動直流電壓，該電壓再經R1與W1、W2并聯值分壓，在W1、W2兩端形成一個經過較大電阻R1降壓的半波脈動低壓直流電。該脈動電壓再經C1濾波，使波形變得較為平坦，在W1、W2滑動頭(A)、(B)點上輸出的將為一個幅值大小與輸入交流電壓有效值大小成正比例的低壓直流采樣電壓。它作為過壓、低壓采樣輸出進入到過壓、低壓、過流觸發電路中過壓低壓觸發單元施密特觸發電路輸入端(R6、R8各一端)。接于(A)、(B)兩點與地之間的電容C2、C3的作用是除對由W1、W2滑動端輸出的電壓采樣值進行二次濾波外，亦另有利用電容兩端電壓不能突變原理防止由于供電電壓瞬間波動使采樣值波動引起觸發器不必要的動作。可以看出由于該電壓采樣電路直接反映的是交流220V供電電壓大小，且除采樣負載外再無其它負載，故(A)、(B)兩點輸出的采樣值將直接反映220V供電電壓的變化。故裝置具有高的保護精度。對于過流及運行工況指示采樣則由接于壓縮機主回路的電流采樣電阻R0及半波整流二極管D12，電流采樣濾波電容C6，過電流整定微調電位器W7及電容C7組成。D12與C6相串聯后跨接在R0兩端、并對壓縮機主機電流在R0上所產生的低壓交流電整流濾波。在二極管D12與電容C6連接點(D)上輸出一個幅值大小正比例對應于壓縮機電機電流的低壓直流采樣電壓，該電壓一路直接由(D)點輸出進入壓縮機運行工況指示電路中電阻R12一端作為壓縮機運行與否的信號電壓輸入，另一端則從跨接于(D)點與地之間的微調電位器滑動端(C)輸出進入過壓、低壓、過流觸發電路中過流觸發單元施密特觸發器電路輸入端(電阻R10一端)。該(C)點輸出的電壓大小亦同樣反映主機壓縮機電流大小。接于(C)點與地之間的電容C7作用同C2與C3即對W7滑動端輸出的采樣值進行二次濾波，對主機壓縮機電流瞬間波動引起的采樣值瞬間波動由它吸收。同樣可以看出以上該采樣電路由于是對主機壓縮機電流直接采樣，而且除對(C)、(D)兩點進行采樣輸出外再無與采樣無關的其它負載，故使裝置同樣具有高的保護精度。
對過壓、低壓、過流觸發電路則分別由過壓觸發單元、低壓觸發單元、過流觸發單元三部分所組成。在過壓觸發單元電路中，來自采樣電路的過電壓采樣由(A)點經電阻R6進入由集成運放1／4IC1A、集成非門1／4IC2A、電阻R7、微調電阻W4組成的施密特觸發電路。電阻R6一端接過壓采樣輸出(A)點、另一端進入1／4IC1A反相端(－)端，集成運放1／4IC1A輸出接集成非門1／4IC2A輸入。微調電阻W4與電阻R7相串聯跨接在運放1／4IC1A輸出與恒流及裝置運行指示電路輸出的(H)端之間，它們的串聯連接點則進入運放1／4IC1A同相端(＋)端。這樣通過R7、W4分壓使運放1／4IC1A的輸出電壓與(H)點恒壓通過它們的串聯連接點進入該運放同相端使該運放具有強烈的正反饋特性。從而有助于電路在輸入的采樣量變化到觸發器整定啟動值時由一種輸出狀態迅速翻轉到另一種狀態。當電網供電電壓升高時，經該過壓觸發單元，裝置的動作形為分兩種情況AI對供電電壓正常發生的過電壓現象，當供電電壓升高時，采樣電路中過壓整定微調電位器W1滑動端(A)點電壓也升高。該(A)點電壓通過R6進入運放1／4IC1A反相端(－)端。由于W1輸出端(A點)電壓預先調到與正常電壓過壓整定啟動值相對應的施密特觸發器臨界啟動電壓上，也就是說，只要供電電壓升高到過壓整定值及以上時，將使該施密特觸發器輸出瞬間翻轉變態，并由電壓低于過壓整定啟動值以前的高電位“1”態翻轉到現在電壓升高至整定啟動值及以上的低電位“0”態。經過非門反相器1／4IC2A反相，使(E)點電位由低電位“0”態翻轉到高電位“1”態。(E)點高電位“1”態進入由二極管D13、D14、D15等組成的或門邏輯電路并使D13由截止變為導通，D13負極即或門邏輯電路輸出也為該高電位“1”態。該“1”態信號經電阻R15進入由晶體管BG3，二極管D16，電阻R15、R17、R18，電容C8等組成的保護動作時限電路并使BG3立即導通。C8上原先充有的電壓通過R18、D16、BG3放電，放電支路為C8正極→R18→D16正極→D16負極(BG3的“C”極)→BG3的e極(地)。隨著放電的進行，C8上電壓即時基集成塊IC3的6、2腳電壓也逐漸下降，經預定的時間后，當該電壓下降到電源電壓(5伏)的三分之一及以下時IC3輸出端3腳電位由低電位“0”態變為高電位“1”態。經非門反相器1／4IC2C反相，1／4IC2C輸出為低電位“0”態信號，該“0”態經電阻R20、R21使晶體管BG4由導通變為截止，繼電器J失磁。J接點斷開并切斷供向壓縮機的電源。同時上述或門邏輯電路輸出的高電位“1”態信號也進入由電阻R14、R16，晶體管BG2，發光二極管LED3組成的保護動作指示電路并使BG2導通，LED3點亮指示保護動作。當電網電壓恢復即動作后由高電壓值開始下降時，通過采樣電路，(A)點電壓也下降。當電網電壓下降到過壓整定啟動值時，(A)點采樣電壓大小也對應下降在原來供電電壓由正常電壓升高到過壓整定啟動值時，引起該觸發器翻轉的臨界啟動電壓上。但這時由于運放1／4IC1A輸出端電位已由原來過電壓動作前的高電位“1”態翻轉為現在動作后的低電位“0”態，故通過R7、W4分壓使加到運放同相端(＋)端的電位由原來過壓動作前的高電位“1”態與基準電壓(H)點分壓變為現在過壓動作后的低電位“0”態與基準電壓(H)點分壓，而且前者的分壓結果要大于后者。所以，這時雖供電網電壓下降到原整定啟動值水平，(A)點電壓也對應在原整定啟動值水平，但由于這時運放1／4IC1A同相端(＋)端電壓較過壓動作前為低，因而使得這時運放1／4IC1A反相端(－)端電壓高于同相端(＋)端電壓，故觸發器不會翻轉，即(E)點還為高電位“1”態，該單元并不復歸。只有當供電電壓繼續下降即(A)點采樣電壓繼續下降一直到與運放同相端(＋)端電壓相等再稍低一點時，觸發器才翻轉。運放1／4IC1A輸出由過壓動作后的低電位“0”態翻轉為現在電壓恢復后的高電位“1”態，經反相(E)點亦由高電位“1”態變為低電位“0”態。保護復歸，D13截止，BG3截止，D16截止，時限電路瞬時返回。C8通過電阻R19開始充電，經過一定延時(約5分鐘以后)C8正極上電壓即IC3的6、2腳電壓達到三分之二電源電壓時，IC3輸出端3腳電位由過壓動作后的高電位“1”態變為返回后現在的低電位“0”態。該“0”態低電位經1／4IC2C反相輸出為高電位“1”態，通過R20、R21、BG4由截止變為導通，J勵磁吸合，壓縮機恢復供電。同時，保護動作指示電路也因(E)點變為低電位“0”態，或門邏輯電路輸出變為低電位“0”態使BG2截止，保護動作指示發光二極管LED3熄滅。BI對不危極主機壓縮機運行的供電電壓瞬間或短時過電壓如電壓升高波動且電壓升高值達到過壓整定啟動值及以上時，通過采樣電路，(A)點電壓也升高并達到過壓觸發單元施密特觸發器臨界啟動電平及以上。與以上AI情況相同，該觸發器也立即翻轉，使(E)點電位由電壓升高波動前的低電位“0”態變為電壓升高波動后的高電位“1”態。D13導通，BG3導通，C8通過R18、D16、BG3放電，C8正極也即IC3的6、2腳電壓逐漸下降。但由于以上電壓升高波動屬瞬間或短時的電壓升高波動，是不足以對主機壓縮機構成威脅的電壓升高，故不等IC3的6、2腳電位下降到三分之一電源電壓，由于以上瞬間或短時電壓升高波動已過，供電電壓值恢復到使該過壓單元施密特觸發器返回(返回時原理及過程與以上AI情況中電壓下降使觸發器恢復完全相同)，(E)點由高電位“1”態變為低電位“0”態，D13截止，BG3截止，D16截止，C8放電停止隨后又充電。也就是說，只要供電電壓屬瞬間或短時(不超過時限延時時間)升高，保護裝置就不會動作跳閘。
在低壓觸發單元電路中，來自采樣電路的低電壓采樣電壓由(B)點經電阻R8進入由集成運放1／4IC1B，電阻R9，微調W5組成的施密特觸發器電路。電阻R8一端接低壓采樣輸出(B)點，另一端進入1／4IC1B反相端(－)端。電阻R9，微調W5相串聯跨接在運放1／4IC1B輸出與恒流及裝置運行指示電路輸出的(H)端之間，它們的串聯連接點則進入運放1／4IC1B同相端(＋)端。與過壓觸發單元電路相同，這樣的接法同樣使該電路具有強烈的正反饋特性。當供電電壓降低時，經該低壓觸發單元、裝置的動作形為也分兩種情況AⅡ對電網正常發生的低電壓現象，當供電電壓降低時，采樣電路中低壓整定微調電位器W2滑動端(B)點電壓也降低，該(B)點電壓通過電阻R8進入運放1／4IC1B反相端(－)端，由于W2滑動端(B)點電壓預先調到與正常電壓整定啟動值相對應的施密特觸發器臨界啟動電壓上。也就是說，只要供電電壓降低到該低壓整定啟動值及以下時，將使該施密特觸發器輸出瞬間翻轉變態并由電壓高于低壓整定啟動值以前的低電位“0”態翻轉到現在的電壓低于低壓整定啟動值及以下的高電位“1”態。即(F)點電位由動作前的低電位“0”態變為現在動作后的高電位“1”態。(F)點高電位“1”態使或門邏輯電路二極管D14導通，D14負極即或門邏輯電路輸出為高電位“1”態。這時，裝置動作情況與過電壓單元動作后(E)點為高電位“1”態所引起或門邏輯電路輸出為高電位“1”態完全一樣，即經預定延時后(時限電路延時)，J失磁，切斷供向壓縮機的電源，同時保護動作指示發光二極管LED3亮。當供電電壓恢復即由動作后的低電壓值開始上升時，通過采樣電路，(B)點電壓也上升。當供電電壓上升到低壓整定啟動值時，(B)點電壓大小也對應上升到原來供電電壓由正常電壓降到低壓整定啟動值引起該觸發器翻轉的臨界啟動電壓上。但這時由于運放1／4IC1B輸出端電位已由原來低壓單元動作前的低電位“0”態翻轉為現在動作后的高電位“1”態，故通過R9、W5分壓，使加到運放1／4IC1B同相端(＋)端的電位也由原來低壓觸發單元動作前的低電位“0”態與基準電壓(H點電壓)分壓變為現在低壓觸發單元動作后的高電位“1”態與基準電壓(H點電壓)分壓，而且前者的分壓結果要小于后者，因而使得這時運放1／4IC1B反相端(－)端電壓低于同相端(＋)端電壓，故觸發器不會翻轉，即(F)點還為高電位，保護也不復歸。只有當供電電壓繼續上升即(B)點采樣電壓繼續上升，一直到運放1／4IC1B反相端(－)端電壓與同相端(＋)端電壓相等再稍高一點時，觸發器輸出也即(F)點電位立即由低壓單元動作后的高電位“1”態變為電壓上升恢復后的低電位“0”態。這時，D14截止，或門邏輯電路輸出為低電位“0”態。后邊電路的動作情況與過壓單元電壓恢復使(E)點電位由高電位“1”態變為低電位“0”態使或門邏輯電路輸出為低電位“0”態完全一樣，BG3截止，D16截止，R19向C8充電經最小5分鐘延時后，IC3輸出變為低電位“0”態，非門1／4IC2C輸出為高電位“1”態。BG4導通，J勵磁恢復向壓縮機供電。同時保護動作指示發光二極管LED3熄滅。BⅡ對不危主機壓縮機運行的供電電壓瞬間或短時低電壓如電壓降低波動等現象當供電電壓發生瞬間短時低電壓如電壓降低且降低值達到低壓整定啟動值及以下時，通過采樣電路，(B)點電壓也降低并達到低壓觸發單元施密特觸發器臨界啟動電平，同以上AⅡ情況相同，該觸發器也立即翻轉，(F)點電位由波動前的低電位“0”態變為波動后電壓降低時的高電位“1”態。同時，D14導通，BG3導通，C8通過R18、R16、BG3放電。C8正極也即IC3的6、2腳電位逐漸下降。但由于以上電壓降低波動屬瞬間或短時的不足以對主機壓縮機構成威脅的電壓降低(持續時間短)，故不等IC3的6、2腳電位降到三分之一電源電壓時，由于以上電壓降低波動已過，電網電壓恢復升高到使該低壓單元施密特觸發器返回(返回時的原理及過程與以上AⅡ情況中電壓上升恢復該觸發器返回相同)，(F)點由高電位“1”態變為低電位“0”態。D14截止，BG3也瞬時截止，D16截止，C8放電停止隨后又充電。IC3的輸出端3腳電位就不會變態，BG4也就不會截止，J繼續勵磁，壓縮機供電不中斷。也就是說，只要電網電壓屬瞬時或短時(時間小于時限延時)的波動降低，裝置就不會動作。
在過流觸發單元電路中，來自采樣電路的電流采樣電壓由(C)點經電阻R10進入由集成運放1／4IC1C、集成非門1／4IC2B、電阻R11、微調電阻W6組成的施密特觸發器電路。電阻R10一端接電流采樣輸出端(C點)，另一端進入運放1／4IC1C反相端(－)端。運放1／4IC1C輸出端接非門1／4IC2B輸入端，電阻R11，微調電阻W6相串聯跨在運放輸出與恒流及裝置運行指示電路微調電位器滑動端(I)端之間，它們的串聯連接點則進入運放1／4IC1C同相端(＋)端。與過壓低壓觸發單元電路相同，這樣的接法也同樣使電路具有強烈的正反饋特性。當主機壓縮機回路電流增大時，經該過流觸發單元，裝置的動作形為也可分以下兩種情況AⅢ對壓縮機主回路正常發生的過電流現象。當壓縮機卡住轉不動或壓縮機引線脫落，冰堵、臟堵等使主機壓縮機電流增大時，電流采樣電路過電流整定微調電位器滑動端(C點)電壓升高。該(C)點電壓通過R10進入運放1／4IC1C反相輸入端。由于W7輸出端(C)點電壓預先調到與壓縮機正常電流過流整定啟動電壓上，也就是說，只要壓縮機電流升高到過流整定啟動值及以上時，將使該施密特觸發器輸出瞬間翻轉變態，并由電流低于過流整定啟動值以前的高電位“1”態翻轉到現在電流超過整定啟動值及以上的低電位“0”態，經過非門反相器1／4IC2B反相，使(G)點電位由低電位“0”態翻轉為高電位“1”態，(G)點的高電位使或門邏輯電路中二極管D15導通，D15負極即或門邏輯電路輸出為高電位“1”態。這時裝置的動作情況與過壓、低壓單元動作后使(E)、(F)點為高電位所引起的或門邏輯電路輸出為高電位“1”態完全一樣。即經予定的延時(時間值大小為時限電路延時)，J失磁、斷開供向壓縮機的電源。BⅢ對不危極主機壓縮運行的壓縮機回路瞬間或短時過電流如電流波動等現象。當壓縮機回路發生瞬間或短時超過電流整定值的過電流波動如供電電壓瞬間或短時過高或過低所引起過電流，壓縮機啟動所引起的短時啟動大電流。通過采樣電路，(C)點電壓也升高并達到過流觸發單元施密特觸發器臨界啟動電平及以上。同以上AⅢ情況一樣，該觸發器也立即翻轉，輸出端(G)點電位由動作前的低電位“0”態變為動作后的高電位“1”態。該“1”態電位使D15導通，BG3導通，C8通過R18、D16、BG3放電，C8正極也即IC3的6、2腳電壓逐漸下降。但由于以上電流升高波動屬瞬間或短時的(對應啟動時大啟動電流也為短時的、持續時間不超過0.3秒)，它不足于對主機壓縮機構成威脅，故不等IC3的6、2腳電位降到三分之一電源電壓時，由于以上電流升高波動已過(或啟動已過)，壓縮機電流恢復到正常值，過流觸發單元施密特觸發器也翻轉返回(這時，過流觸發單元返回時，所對應的返回電流值與引起該觸發器啟動翻轉的啟動值大小同樣不等，而且返回值小于啟動值，原因及分析方法同過壓單元中過壓啟動值與電壓恢復后過壓返回值大小不一樣完全相同)。過流觸發器返回后，(G)點由高電位“1”態變為低電位“0”態，D15截止，BG3也瞬間截止，D16截止，C8放電停止隨后又充電，IC3輸出也就不會變態。BG4也不截止，J繼續勵磁，裝置繼續運行向壓縮機供電。也就是說，對于壓縮機主回路電流瞬間或短時升高波動及其啟動時對應的大啟動電流，裝置同樣閉鎖不動。
在以上過壓、低壓、過流觸發電路中，過壓、低壓、過流各觸發單元由于采用了以運放為主的施密特觸發器電路，因而使各動作觸發單元的動作具有突出的“繼電特性”。同時，該類觸發器具有的回差特性使得裝置的動作啟動值與動作返回值不同。動作啟動值通過整定確立后，返回值的大小可通過調節W4、W5、W6完成。裝置的這一特性(啟動值不等于返回值)不但可防止電壓電流在啟動值(整定值)附近波動所引起對應觸發器的頻繁動作，而且也使得在電壓電流恢復后壓縮機在更為合理的電壓下啟動。如過電壓整定啟動值為245伏，當電壓為245伏時裝置動作跳閘，當電壓升高后又恢復下降至245伏時裝置具有的回差特性使裝置并不返回，只有當電壓下降到比245伏低一個值(該值大小通過W4調節)才能恢復。也就是壓縮機這時在比245伏低一個回差電壓值的電壓下恢復啟動。同樣對低電壓而言，電壓降低使保護動作，待電壓回升比低壓動作整定值高一個值(該值大小通過W5調節)時，裝置恢復啟動送電。
對于由二極管D13、D14、D15組成的或門邏輯電路，由過壓、低壓、過流觸發單元輸出頭(E)、(F)、(G)輸出的高電位“1”態動作信號分別加于二極管D13、D14、D15的陽極，它們的陰極連在一起作為或門邏輯電路輸出，輸入頭(E)、(F)、(G)任一個為高電位“1”態時，輸出為高電位“1”態。(E)、(F)、(G)二個同時或三個同時為高電位“1”態時輸出也為高電位“1”態。當或門邏輯電路輸出為高電位“1”態時，時限電路的動作情況如前面所述(同觸發電路中過壓、低壓、過流觸發單元動作時時限電路動作情況)，即經過一定延時后，J失磁跳閘。時限電路所具有的延時時間為電容C8上電壓從原先充有的電壓放電到三分之一電源電壓值時所需的時間。時間的大小視C8、R18值的不同而不同。由于壓縮機啟動時存在大的啟動電流(達6－8安)及會引起電壓的瞬間降低，它的持續時間達0.25－0.3秒，故時限電路延時正常整定為0.6秒。顯然，對電壓電流超過整定值的瞬間短時波動，只要波動持續時間小于0.6秒，裝置就閉鎖不動。時限電路所具有的延時除可躲過啟動狀態，對不危及主機壓縮機的超過整定值的電壓電流波動使裝置閉鎖外，另外還具有“次數”反時限特性，即當電壓電流超過整定值的波動次數頻繁時，裝置不但會動作跳閘，而且還會加速動作即動作時間較0.6秒為短。具體動作時間隨波動持續時間及波動次數而變化。當波動持續時間一定時，裝置動作時間隨波動次數增加而減少。如對電壓超過整定啟動值的頻繁波動(電壓低也同)，第一次波動時過壓觸發單元輸出端(E)為高電位“1”態，BG3導通，C8通過R18，D16等放電。隨著該電壓高瞬時波動的結束，過壓觸發單元復歸，(E)為低電位“0”態，BG3瞬時截止，C8也停止放電。由于波動屬瞬間性質，持續時間短(小于0.6秒)，故C8上電壓放電未到三分之一電源電壓及以下，裝置不動。同時，BG3截止后，C8馬上由原來的放電變為通過電阻R19的充電。由于R19＞＞R18，故充電時間常數大大于放電時間常數(一般大于1000倍以上)。所以，充電速度較放電速度慢得多，C8上的電壓也就緩緩上升。當第一次波動過后不久又來第二次波動時(即波動屬頻繁的)，電路動作情況與以上第一次波動相似，只不過這時C8開始放電的起始放電電壓不是從電路正常時原充有的電壓開始(如第一次波動時開始放電時的電壓)，而是大致從第一次波動放電后C8上剩有的電壓(該電壓大于三分之一電源電壓)開始繼續放電使C8上電壓繼續下降(應該說，第一次波動過后又來第二次波動時，C8放電的起始放電電壓為原第一次波動后C8上剩有的電壓再加上第一第二兩次波動之間R19充到C8上的電壓值。但如前述，R19＞＞R18，充電時間常數比放電時間常大得多，且由于電壓波動屬頻繁性質，兩次波動之間的時間也較短，故兩次波動之間R19充到C8上的電壓值與放電使C8上電壓值下降相比可忽略不計)。同樣，若第二次波動過后C8上的電壓值還未降到三分之一電源電壓及以下時，裝置還閉鎖不動。之后若又有第三、第四……第n次波動時，對第n次波動，C8上的電壓值從第n－1波動后剩有的電壓值開始繼續下降直到三分之一電源電壓及以下使裝置動作，J失磁跳閘。這時，對于第n次波動來講(第n次以前波動裝置不動)，由于C8上電壓值是從第n－1次波動后剩有的電壓開始下降的，而不是正常電壓升高時從C8上原充有的電壓值上開始下降，所以這時裝置動作延時將不是0.6秒而是比0.6秒小得多。具體裝置在第幾次波動時動作跳閘視電壓高波動波形持續時間長短而定。若持續時間短如屬于瞬間消失的電壓高波動，相對主機壓縮機構成的威脅也小。這時過壓單元動作(E)為高電位“1”態的時間也短，BG3導通使C8放電的時間也短，C8上電壓的下降也就少距三分之一電源電壓相差較多，對應這樣的波動需次數多些裝置才動作。反之若電壓高波動波形持續時間較長，(若持續時間大于0.6秒，不等第二次波動來第一次波動就使裝置動作)，這時相對主機壓縮機構成的威脅也大，波動使過壓單元動作(E)為高電位“1”態的時間也較長，BG3導通使C8放電的時間也較長，C8上電壓下降也就多。距三分之一電源電壓相差就少，對應這樣的電壓高波動裝置最后動作需波動次數就較以上少。以上這樣的時限特性使裝置的動作行為更趨合理，是已有技術所無法比擬的。
對延時電路，主要由時基集成塊IC3(NE555、5G1555等)配合少量的電阻電容構成。如前所述，在過壓、低壓、過流單元動作、BG3導通使C8放電至C8正極即IC3的6、2腳電壓至三分之一電源電壓及以下時，IC3的輸出3腳電位由高電位“1”態變為低電位“0”態，經反相器1／4IC2C反相使BG4截止，J失磁壓縮機斷電。在過壓、低壓或過流觸發單元恢復后，以上各單元輸出端電位變為低電位“0”態，BG3截止，C8通過R19充電，當C8上電壓上升至三分之二電源電壓及以上時，IC3輸出3腳電位由高電位“1”態變為低電位“0”態，經反相器1／4IC2C反相，1／4IC2C輸出的高電位“1”態信號使BG4導通，J勵磁恢復向壓縮機供電。這里延時時間對應于C8上的電壓從小于三分之一電源電壓(實際已接近0伏)開始充電到三分之二電源電壓時的電容充電時間。通過R19的不同選擇(待C8確定后)可以調節于不同的延時時間。一般要求達到5－10分鐘。同樣在突然斷電后又恢復供電時，R19亦同樣對C8充電，經5－10分鐘延時，J勵磁接通供向壓縮機的電源。
在驅動及繼電器電路中，反相器1／4IC2C的輸出通過電阻R20、R21接到出口三極管BG4的基極，電容C10接到R20、R21串聯連接點與地之間。C10在這里起抗干擾作用，同時它也對由反相器1／4IC2C輸出的跳閘動作信號有微小的延時作用。接在出口繼電器J兩端的二極管D17起釋放J線圈反向電勢的作用。
另外，本裝置還增加有壓縮機運行工況指示電路。它是利用電壓比較器原理通過比較給定電壓值(j點電壓)與壓縮機運行時電流采樣電路輸出的電壓值來實現的。給定電壓來自恒流及裝置運行指示電路中(j)點的輸出恒壓，它接至運放1／4IC1D反相端(－)端。而反映壓縮機運行與否來自電流采樣電路的(D)點輸出電壓則通過電阻R12接到該運放1／4IC1D的同相端(＋)端，同時，該1／4IC1D同相端與地間正向串聯接入的二極管D9、D10、D11可防止壓縮機啟動時大的啟動電流使(D)點電壓升高造成對1／4IC1D同相端(＋)端的損壞。運放1／4IC1D輸出端與地之間串聯接入運行工況指示發光二極管LED2及限流電阻R13。當壓縮機不運行時，壓縮機回路無電流，采樣電路中電阻R0兩端無電壓，(D)點無電壓輸出，1／4IC1D同相端(＋)端無電壓。而這時1／4IC1D反相端(－)端有一給定恒壓(j)點電壓，故1／4IC1D輸出為低電位“0”態，LED2不亮。當壓縮機運行時，壓縮機回路有電流流過，R0兩端有電壓，(D)點有電壓輸出，預先調整使恒流電路輸出(j)點電壓小于壓縮機運行時(D)點輸出電壓，這時運放1／4IC1D同相端(＋)端電位高于反相端(－)端電位，運放1／4IC1D輸出為高電位“1”態，LED2亮，指示壓縮機運行。
本保護裝置的調試可按下列步驟進行根據一般冰箱壓縮機可在175伏－245伏之間工作的特點，確定過壓整定啟動值為245伏，低壓整定啟動值為175伏，過流整定啟動值以冰箱壓縮機額定電流加上0.25－0.3安為準。首先裝置輸出端開路不接負載，通電測三端集成穩壓塊7805輸出＋5伏電壓。這時恒流及裝置運行指示電路發光二極管LED1亮，(H)點電壓為2伏左右，(j)點電壓為0.1－0.15伏左右(可通過配用阻值不同的R4、R5調整)。其次分別將過壓整定微凋電位器W1滑動端調到最下端(阻值最小)，低壓整定微調電位器W2滑動端調到最上端(阻值最大)，過流整定微調電位器W7滑動端調到靠近地端電位(阻值最小)，觸發電路過壓、低壓、過流觸發單元施密特觸發器回差值微調電阻W4、W5、W6調到適當阻值(一般調到400歐左右，這時對應回差電壓為4－5伏，即動作啟動值與返回值相差4－5伏)，當然，也可根據不同的要求分別調整不同阻值使之有不同的回差值。恒流及裝置運行指示電路微調電位器W3待調。過壓、低壓整定啟動值的調整是調節加入裝置輸入端的220伏電壓，當電壓升高到245伏時，調W1使之阻值增大直至保護動作指示發光二極管LED3亮或過壓觸發單元(E)點電位由低電位“0”態變為高電位“1”態。再逐漸減小輸入電壓值到比245伏低一個回差值時，LED3滅，(E)點電位由高電位“1”態變為低電位“0”態。以上回差值可根據要求調W4來調整，W4阻值越大回差值越大。低壓單元調整是降低輸入的220伏電壓至175伏時，調W2使之阻值減小，直至LED3亮或該低壓觸發單元輸出(F)點電位由低電位“0”態變為高電位“1”態。之后再逐漸增加輸入電壓到比175伏高一個回差值時LED3滅，(F)由高電位“1”態變為低電位“0”態。 回差值大小同樣可調W5完成，且W5越大回差值越大。對過流部分及裝置運行工況指示的調整是待過壓、低壓調試完后，裝置輸出端接一個功率較大的可調電阻負載(200瓦左右)，通電調節負載阻值使流過R0電流(也等效為壓縮機回路電流)變化，當調整使流過R0電流等于冰箱負載額定電流時，測出(D)點電壓值VD，調恒流及裝置運行指示電路微調電位器W3使(I)點電壓近似等于VD。再增大流過R0電流至比冰箱額定電流大0.25－0.3安時，調W7使W7阻值增大至LED3亮或過流單元輸出(G)點由低電位“0”態變為高電位“1”態。當減少流過R0的電流到比整定啟動值小一個值(此值大小為電流回差值，同樣可通過調節W6大小來調整、W6越大，回差值越大)時，LED3滅，(G)點由高電位“1”變為低電位“0”態。對運行工況指示電路的調整是當調整使流過R0的電流為冰箱額定電流時，測出VD值，通過對恒流及裝置運行指示電路中電阻R4、R5的不同選用使(j)點輸出電壓低VD0.2－0.3伏，這時，運行工況指示電路發光二極管LED2亮，指示冰箱運行。斷開接在裝置輸出的負載電阻使流過R0的電流為零時，LED2滅，指示冰箱停運。裝置動作時限電路的調整待C8確定后，通電使C8充滿電，出口繼電器J勵磁，然后使過壓、低壓或過流單元任一個動作，LED3馬上亮，從LED3亮開始計時至J失磁跳開為時限電路延時。一般通過R18的調節整定時間為0.6秒。延時電路的調整是待C8確定后，調節電阻R19，使從裝置通電直到J勵磁這段時間為5－10分鐘。
由于本實用新型所述電路主體以集成電路為主，故可靠性相對較高，功能齊全。與已有裝置、專利技術相比還具有保護精度高，動作“繼電”特性突出，啟動返回值雙可調等優點。同時，動作時限電路的加入，使得裝置對正常電壓電流變化及瞬間短時波動變化這兩者的動作行為作出判斷，從而使動作更趨合理。裝置過流采樣不用電流互感器而用接于壓縮機主回路的小阻值電阻(2.5－3Ω)進行電流采樣，從而使得在裝置成本，省電等方面較用電流互感器優越。同時，該采樣輸出又作為本保護裝置特有的壓縮機運行工況指示電路的輸入。另外，本保護裝置電源變壓器由于選用能承受380伏電壓的線間小型變壓器，線路中部分元器件極限參數的選用也充分考慮到在輸入高達380伏時的情況，因而使得裝置在電網發生事故過電壓380伏時裝置本身首先可長期運行而不損壞。本實用型能獨立成為一種產品，可廣泛應用在各類進口、國產電冰箱電器上作為該類電器的理想保護。同時，若對本實用新型電路稍作改動(如延時電路部分取掉，過流電路部分根據情況保留或取掉)，它又可成為家用電源系統或其它高檔家電的保護裝置。
權利要求1.一種由變壓整流濾波電路、穩壓電路、或門邏輯電路、保護動作指示電路、延時電路、驅動及繼電器電路所組成的全自動電冰箱過壓、低電、過流保護裝置。其特征在于該保護裝置在穩壓電路與或門邏輯電路之間設置有恒流及裝置運行指示電路，壓縮機運行工況指示電路，過壓、低壓、過流觸發電路，在市電輸入端與過壓、低壓、過流觸發電路之間設置有過壓、低壓、過流及運行工況指示采樣電路。在或門邏輯電路與延時電路之間設置有保護動作時限電路。
2.根據權利要求1所述的保護裝置，其特征在于恒流及裝置運行指示電路由電阻R2、R3、R4、R5、晶體管BG1、微調電位器W3、二極管D6、裝置運行指示發光二極管LED1組成，R2、LED1、D6相串聯接在＋5V電源與地端，BG1的“b”極接在R2與LED1的連接點上，R4與R5串聯后再與W3兩端并聯接在BG1的“e”極與地之間。
3.根據權利要求1所述的保護裝置、其特征在于過壓、低壓、過流觸發電路分別由過壓觸發單元、低壓觸發單元、過流觸發單元三部分組成，其中過壓觸發單元由電阻R6、R7微調電阻W4、集成運放1／4IC1A、集成非門1／4IC2A組成，R6一端接(A)點、另一端接運放1／4IC1A的反相端(－)端、W4接成可調電阻形式與R7串聯、串聯電阻連接點同時接運放1／4IC1A的同相端(＋)端，它的兩端一端接恒流及裝置運行指示電路BG1的“e”極(H)點，另一端與運放1／4IC1A輸出端(非門1／4IC2A輸入端)連在一起，非門1／4IC2A輸出端接到(E)點上，低壓觸發單元由電阻R8、R9、微調電阻W5、集成運放1／4IC1B組成，R8一端接(B)點、另一端接運放1／4IC1B的反相端(－)端，W5接成可調電阻形式與R9串聯、串聯電阻連接點同時接運放1／4IC1B同相端(＋)端，它的兩端一端接恒流及裝置運行指示電路BG1的“e”極(H)點，另一端接運放1／4IC1B輸出端即(F)點，過流觸發單元由電阻R10、R11、微調電阻W6、集成運放輸入保護二極管D7、D8、集成運放1／4IC1C、集成非門1／4IC2B所組成，R10一端接(C)點、另一端接運放1／4IC1C反相端(－)端，D7、D8串聯正向接入運放1／4IC1C反相端(－)端與地之間，W6接成可調電阻形式與R11串聯，串聯電阻連接點也同時接到運放1／4IC1C的同相端(＋)端，它的兩端一端接恒流及裝置運行指示電路W3的滑動端(I)點，另一端與運放1／4IC1C輸出端(非門1／4IC2B輸入端)連在一起，非門1／4IC2B輸出端接到(G)點。
4.根據權利要求1所述的保護裝置、其特征在于過壓、低壓、過流、運行工況指示采樣電路由電壓采樣及電流采樣兩部分組成，電壓采樣部分由半波整流二極管D1、電阻R1、電容C1、C2、C3，過壓整定微調電位器W1、低壓整定微調電位器W2組成，其中，D1正極接220V市電輸入一端，負極與R1的一端相連、R1的另一端與采樣濾波電容C1正極、W1、W2各一端相連，W1、W2另一端及C1負極與地相連，W1滑動端接(A)點，W2滑動端接(B)點，電流及運行工況指示采樣由接入冰箱一次主回路的小阻值電阻R0、半波整流二極管D12、濾波電容C6、過流整定微調電位器W7、電容C7組成，R0一端與D12正極相連接到220V市電輸入一端、另一端接地，C6正極與D12負極相連接到(D)點、另一端接地，W7兩端接在(D)點與地之間，滑動端接(C)點。
5.根據權利要求1所述的保護裝置，其特征在于壓縮機運行工況指示電路由電阻R12、R13、集成運放1／4IC1D、運放輸入保護二極管D9、D10、D11，運行工況指示發光二極管LED2組成，R12一端接(D)點、另一端接運放1／4IC1D同相端(＋)端，D9、D10、D11串聯后正向接入運放1／4IC1D同相端(＋)端與地端間，運放1／4IC1D反相端(－)端接在恒流及裝置運行指示電路電阻R4、R5串聯連接點上(j點)，LED2與R13串聯接在運放1／4IC1D輸出端與地端之間。
6.根據權利要求1所述的保護裝置，其特征在于保護動作時限電路由電阻R17、R18、晶體管BG3、二極管D16、電容C8所組成，R17為BG3的集電極電阻，D16負極接BG3的“C”極，正極與R18一端相連，R18另一端與C8正極、時基集成塊IC3的6、2腳、R19的一端共連一起，BG3的“e”極與C8負極接地。
專利摘要本實用新型屬電冰箱類電器的自動保護裝置。可對電冰箱壓縮機提供過電壓、低電壓、過電流保護。在裝置動作后或瞬時斷電的一定時間后電壓恢復正常時能自動供電。同時，與同類已有裝置、專利、專利公告電路相比還有如下優點采樣精度高、過壓、低壓、過流觸發電路有突出的“繼電特性”。不但動作值可調，返回值同樣可調。時限特性電路對不同情況下電壓電流瞬間波動可作出裝置動作與否及加速動作的判斷。另外有壓縮機運行工況指示電路，可作為進口，國產電冰箱類電器的理想保護。
文檔編號H02H3/08GK2057041SQ89217248
公開日1990年5月9日 申請日期1989年9月21日 優先權日1989年9月21日
發明者巨爭號 申請人:巨爭號