电器设计

关键词：

电器设计（精选十篇）

电器设计 篇1

iF中国设计大奖是德国iF设计大奖的子赛事。德国i F设计大奖与美国I D E A、德国Reddot红点设计大奖一起是目前全球前三大最具权威的国际设计竞赛, 素有“国际工业设计奥斯卡”之称。

特有的烹饪方式成就了中国美食。作为国内厨电行业的领军品牌, 德意电器一直将设计符合中国人烹饪方式的厨房电器作为己任, 致力于为国人创造高品质的厨房生活。而此次的获奖, 毫无疑问是充分体现了国际工业设计领域对德意的肯定。在今年“i F中国设计大奖”的评审中, “俊辉”2 5 1 9灶具, 汲取西式生活精髓, 以俊朗有形的设计, 赢得了评委们的一致认可。

德意俊辉2519, 以简洁明朗的设计, 令厨房生活焕然一新, 诠释一丝不苟的生活细节, 引领生活质感的生活风尚;严谨精湛的工艺, 将高效的燃烧性能演绎得炉火纯青, 让每一刻的厨房生活都熠熠生辉。

据德意设计师介绍, 一直以来, 德意都把“原创设计”作为企业理念之一, 也在践行“经典厨房”的品牌定位。从设计到模型, 再到真实的产品, 每一个环节都凝聚了德意设计师的心血。根据国内权威市场调研公司的数据表明:“俊辉”2 5 1 9灶具一上市, 即获得了消费者的热捧, 一直位于灶具畅销型号前列, 而2519获得设计大奖无疑为其所在的俊辉系列增加了更多的畅销理由。

设计不单是设计, 更多的是融进消费者的需求, “曲高不再和寡”, 是设计更是生活, 德意将“原创设计”定位企业理念的同时, 也在收获着由此带来的德意知名度的迅速提升。

据悉, 这款产品将于2008年10月15日至21日期间在2 0 0 8上海国际创意产业活动周中展出。

iF设计大奖简介:

电器广告设计 篇2

第一张、设计说明：

1、广告图片的字体，背景及颜色搭配协调。

2、淡黄色的背景和字体可刺激人得食欲，再加上饭煲旁边的美味佳肴，更让人垂涎不止。

3、广告语“不同的食物不同的压力”侧面表明了饭煲独特的性能，可以随着食物的不同来自行调节压力。

4、广告整体采用典雅的风格，韵味雅致而独特。

第二张

设计说明：

1、以绿叶为主的绿色背景与“冰爽盛夏”广告语相得益彰，并与“会呼吸的空间相互呼应”。

2、图片的绿叶给人一种活力、清新、优雅的感觉，让人心情顿感舒畅。

3、“冰爽盛夏”几个字独具设计美感，体现了夏日的热情与活力。

4、“空调”与“呼吸”相互呼应，比喻形象而贴切。

第三张

设计说明：

1、蓝天绿草的背景以及绿色的字体与广告语“绿色环保”相呼应，并体现了家具绿色温馨的特点。

2、蓝天绿草以及绚丽的阳光给人以美好的遐想，勾起人们对美好家庭的梦幻。

3、家具在太阳的衬托下显得很耀眼，也突出了家具的温馨。

第四张：

设计说明：

1、图片整体设计简单却不单调，干净而充满童趣。

2、在压榨机旁边对放水果和正在流出的果汁，形象而生动。

3、广告语简单明了，贴近生活，符合大众消费心理。

第五张：

设计说明：

1、图片的整体设计和谐，温馨，雅致，展现了一个美丽的家庭空间。

2、图片通过场景和绿色的背景渲染了一种安静祥和的气氛，与广告语“静音”相互融合呼应，更从侧面突出了空调“会静音”的特异功能。

3、场景摆设错落有致，井然而不死板。

第六张、设计说明：

1、黑色与紫色相互融合，浑然一体，衬托了“奢华”，叙述了“经典与华丽”。

2、将钢琴作为背景衬托电器，周围再渲染朦胧的音符，体现了图片的音符动感，冲击了人们的听觉感官，让人情绪洋溢，过目难忘。

3、广告语“拒绝平庸，缔造奢华”两句精炼整齐，相互对称，意蕴丰富。

4、朦胧的背景与清晰的电器形成鲜明的对比，从侧面突显了广告主体。

煤矿防爆电器外壳设计及分析 篇3

【关键词】煤矿；防爆电器；外壳设计

一、前言

通常防爆型电气设备是通过隔爆外壳来实现防爆安全的。隔爆型电气设备的防爆原理是：将电气设备的带电部件放在特制的外壳内，而该外壳具有将壳内电气部件可能产生的火花和电弧，与壳外爆炸性混合物隔离开的作用。并且此外壳应能承受进入壳内的爆炸性混合物被壳内电气设备的火花、电弧引爆时所产生的爆炸压力，在该压力条件下，确保外壳不被破坏；同时能防止壳内爆炸生成物向壳外爆炸性混合物传爆，不会引起壳外爆炸性混合物燃烧和爆炸。这种特殊的外壳叫“隔爆外壳”。隔爆型电气设备因为具有良好的隔爆和耐爆性能，而被广泛的用于爆炸性环境工作场所。

二、煤矿防爆电器外壳性能分析

隔爆型外壳必须能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力，并且要阻止内部的爆炸向外壳周围的爆炸性混合物传播。因此，要满足隔爆性能的要求，设计上必须具有下列特殊要求：（1）耐爆性能。要求外壳体有足够的强度和刚度来承受内腔的爆炸压力。因此，设计时要选择适当的材质和壁厚，保证外壳不损坏，也不允许产生永久性变形，同时，隔爆接合面参数必须符合相关规定。（2）隔爆功能。在设计隔爆外壳时，必须严格按照规定，选用适当的隔爆接合面结构参数、电缆引入装置的方式、观察窗透明件的密封结构形式、接线腔的电气间隙和爬电距离，以便有效地阻止内部爆炸压力向外壳周围爆炸性混合物传播。（3）压力重叠。当设计的隔爆外壳包含有几个空腔时，设计时要避免小孔联通，并且壳体内电气元件布置要尽量紧凑，使之占用空间均匀分布，以免在试验时产生压力重叠（迭爆）现象。（4）联锁功能和警告。隔爆外壳上必须设计有联锁装置，并且用一般工具不能解除其联锁功能，以防止在未断开电源时开盖，出现电气事故，从而引起爆炸危险，危及人身安全和矿井安全。在某些情况下，用警告牌来代替联锁，也能认为保证了使用方面的安全。（5）标志。隔爆外壳上必须有清晰永久的防爆标志和安全标志。

三、煤矿防爆电器外壳设计要点

（一）外壳材料设计。防爆电器外壳对材质的基本要求是：具有抗撞击强度，不易氧化锈蚀，导热系数高，表面无静电，加工性能优越等。目前，国外一些先进国家在制造小型电器防爆外壳时所使用的材质主要是黄铜。由于我国铜资源稀缺，所以生产这类电器外壳所使用的材料一般有：铝合金、铸铁、铸钢、以及工程塑料等。在国家标准GB 3836-2010中，对工程塑料的防静电、防火花功能以及其化学成分的组成方面提出了更高要求，在防爆电器外壳制造中不提倡使用该类材料。铸钢、铸铁材料因其存在体积大、质量大易锈蚀等缺陷，小型防爆电器外壳目前很少使用。因此，以低镁铝合金和无镁铝合金作为生产小型防爆电器的外壳的材料是我国今后发展的方向。

（二）紧固件。对保证防爆型式或用于防止触及裸露带电零件所必须的紧固件，只允许用工具才能松开或拆除。固定含轻金属的外壳，其使用的紧固螺钉允许用轻金属或塑料材质制成，只要紧固件材料适用于外壳材料和满足防火要求即可。当采用可拆卸螺钉或螺栓紧固隔爆外壳的任何部件时，这些螺钉或螺栓孔不应穿透外壳壁。螺栓孔周围的金属厚度应不小于孔径的三分之一，且至少为3mm。

（三）连接件和接线空腔。电气设备应有连接件与外部电路相连，但电气设备在制造中有永久引入电缆者除外。电缆的自由端应做适当保护。接线空腔和出线口应留有足够空间和适宜的尺寸，使之满足在工作现场进行安装维护时的导线连接要求。接线空腔应使用符合系统工作条件要求的防爆型式。接线空腔的设计，应满足使导线按规定连接后，爬电距离和电气间隙符合相应防爆型式标准的规定。

（四）接地连接件。电气设备应在接线空腔内的电路连接件旁边，设置肉眼可清晰分辨识别的接地连接件。电气设备的金属外壳应设置辅助功能的外接地连接件，外接地连接件与内部电路接地连接件之间，应有可靠的电气连接。移动式电气设备可不设外接地连接件，但应使用具有接地芯线或等效接地芯线的电缆。不必接地的电气设备或不必附加接地的电气设备，则可不设内接地和外接地连接件。

（五）电缆和导管引入装置。电缆和导管引入装置装配到电气设备上时，它们的结构和固定都不应损害电气设备的防爆特性。当选用引入装置时，设备预留接口应适合电缆引入装置制造厂规定的全部电缆尺寸范围。电缆引入装置应有夹紧装置，用以防止电缆在现场安装和使用过程中的转动传递到连接件。导管的引入，可以通过螺纹旋到设备预制的螺纹孔中或利用紧固件，将其紧固在光孔中。

四、煤矿防爆电器外壳加工工艺

不同防爆电器外壳有着不同的加工工艺，以最常用的铝合金材料外壳而言，通常加工工艺有金属型铸造以及压力铸造等方式。

（一）压力铸造是一种在压铸机柱塞的高压作用下，使合金溶液高速进入金属型模具型腔、充型并凝固冷却的快速铸造方法。压力铸造的优点是：铸件的尺寸精度和表面粗糙度高，组织致密，晶粒较细，机械性能好。但压力铸造也存在明显的缺点：不适宜生产结构形状复杂的铸件，设备投资大，对于小批量或中批量生产不适用。此外，由于压铸速度高，内部组织中易存在气孔和针孔。而根据我国国家标准要求，防爆结合面必须进行车削加工。根据实践经验，采用压铸方式生產制造的防爆外壳，其防爆结合面经车削加工后出现针孔、气孔等缺陷的比例较大。

（二）金属型浇铸是介于砂型铸造和压力铸造之间的一种铸造方法，其优点是设备投资小，铸造精度较高，能够很好的细化铸造晶粒。但存在以下缺点：传统的钢模铸造不易生产结构复杂的铸件，浇铸系统、排气系统效果不如砂型，对浇铸温度比较敏感，要求有较高的操作技能，从而降低了生产效率。因此，人们一直在努力探索、研究，以金属芯型代替砂型，内外纯钢模结构的铸造形式，既提高铸造效率，又确保铸件的品质。

总之，防爆电器是一种特殊的电气产品，任何防爆电器产品的失效，都有可能造成人身及财产方面的重大损失。因此，针对防爆电器产品的设计必须严格参照产品设计标准并作为防爆电气产品设计、生产、检验的重要依据。

参考文献：

[1]李双会，关于隔爆外壳形状和尺寸统一标准的建议，煤炭科学技术，2007（3）

[2]晏才松.正压外壳型防爆异步电机中防护等级的实现，电气防爆，2008（3）

电器控制设计要诀 篇4

电器控制是指用电动机拖动生产机械的工作机构使之运转的一种方法。由于电力在生产、传输、分配、使用和控制等方面的优越性，使电力拖动获得了广泛的应用。目前在生产中大量使用的各式各样的生产机械，如车床、钻床、铣床、造纸机、轧钢机等，都采用电力拖动。

电器系统控制，一般由四个子系统组成，如图1所示。

1.1 电源

电源是电动机和控制设备的能源，分为交流电源和直流电源。

1.2 电动机

电动机是生产机械的原动机,其作用是将电能转换成机械能。电动机可分为交流电动机和直流电动机。

1.3 控制设备

控制设备用来控制电动机的运转，由各种控制电动机、电器、自动化元件及工业控制计算机等组成。

1.4 传动机构

传动机构是在电动机与生产机械的工作机构之间传递力的装置，如减速箱、传动带、联轴器等。

2 电器控制设计招招鲜

由于各种生产机械的工作性质和加工工艺不同，使得它们对电动机的控制要求不同。要使电动机按照生产机械的要求正常安全地运转，必须以常用的低压电器按照一定的控制要求设计组成控制线路，才能达到目的。在生产实践中，一台生产机械的控制线路可以比较简单，也可能相当复杂，但任何复杂的控制线路总是由一些基本控制线路有机组合起来的。

电动机常见的基本控制线路有以下七种：

(1)点动控制线路；

(2)连续控制线路；

(3)点动与连续控制混合线路；

(4)正反转控制线路；

(5)位置控制及自动往返行程控制线路；

(6)顺序控制线路。

(7)星形——三角形降压启动。

2.1 一触即发：点动控制线路图

2.1.1 原理图

点动控制线路的原理图见图2。

2.1.2 使用场合

常用于电动葫芦等起重电动机控制和车床拖板箱的快速移动电动机控制。

2.2 一劳永逸：连续控制线路图

2.2.1 原理图

连续控制线路见图3。

2.2.2 使用场合

用于要求电动机在启动后能连续运转的场合。图3为接触器自锁的三相异步电动机正转控制线路。

2.3 一触即发与一劳永逸:点动与连续控制混合线路图

图4是将点动功能与连续功能混合进行控制的两种电路图，常应用于机床设备的电气控制线路中。

2.4 你死我活、势不两立：正反转控制线路图

2.4.1 原理图

电动机正反转控制线路见图5。

2.4.2 使用场合

用于运动部件能向正反两个方向运动的生产机械。如机床工作台的前进与后退；万能铣床主轴的正转与反转；起重机的上升与下降等等，这些生产机械要求电动机能实现正、反转控制。

2.5 不撞南墙不回头：位置控制及自动往返行程控制线路。

2.5.1 原理图（图6)

2.5.2 使用场合

用于生产机械运动部件的行程或位置受限制，或者需要其运动部件在一定范围内自动往返循环等场合。如摇臂钻床、万能铣床、镗床、桥式起重机及各种自动或半自动控制机床设备中经常遇到这种控制要求。实现这种控制要求所依靠的主要电器是位置开关（又称限制开关）。

2.6 大门不入,二门不迈(不入大门,进不了内门。

不出内门也出不了大门):顺序控制线路图图7为两台电动机的顺序启动、逆序停止控制线路。

2.7 过河拆桥与一箭双雕(在由星形到三角形的转换过程中,时间继电器只起到桥梁作用,一旦转换完成即断电停止工作。

控制星形的接触器断电时,一方面常闭复位使控制三角形的接触器工作,同时常开断开禁止控制星形的接触器与时间继电器械不能再动作):星形——三角形降压启动,如图8。

星形——三角形降压启动是指电动机启动时，把定子绕组接成星形，以降低启动电压，限制启动电流；待电动机启动后，再把定子绕组改接成三角形，使电动机全压运行。

总之，教与学是一门艺术。如何让不同的学生学好同一门学科或掌握同一项技能，必须用不同的手法地整理出不同的教案，我认为这就是因材施教。

参考文献

[1]林蒿,金建伟等.维修电考级取证宝典.电力出版,2008.10.

[2]孙平.电气控制与PLC.高教出版,2005.8.

《买电器》教学设计[定稿] 篇5

第五小学

韩惠梅

教材分析：

《买电器》是北师大版数学二年级下册第五单元"加与减”的第一课时。整百、整十数的加减是第六单元加与减的第一个要学习的新内容。一年级学习的20以内的加减法，既作为本节课学习的必要基础，又适合对学生学习本节课进行有效的学法渗透和迁移，教材通过学生熟悉的买电器活动，创设问题情境，使学生提出用加减法解答的问题，产生计算的需要，从而产生学习动机和兴趣。在学生尝试计算的过程中，让学生在动手操作中自主地感受、发现和交流，从而获得良好的情感体验。由此，我制定了本节课的教学目标：

1、探索并掌握整十整百数的加减口算方法,并能正确计算.2、结合具体情境,发展学生提出问题和解决问题能力,体会到数学与生活的密切联系.3、初步培养学生探索,交流和合作的能力.重点：掌握整百、整十数的加减口算方法.难点：对”相同数位的数相加减”这一算理的理解.教学环节

一、创设情境，提出问题。

我们的好朋友淘气最近搬新家了，家里需要添置一些家用电器，你们谁愿意当小参谋陪淘气一起去家用商店看一看？那我们一起陪他去看看吧.（出示电器商店的图）这里电器可真多！我们边看边做个猜数游戏，猜猜每种电器的价格是多少？

1.电风扇的价格是由二个百组成的。（200元）

2.电冰箱的价格是一个三位数，是由九个百和六个十组成的。

（960元）

3.电视机的价格一个整百数，在500~1000之间。(800元)

4.洗衣机的价格也是一个整百数，它是1000的一半。（500元）(出示主题图)看着这些信息，你能提出什么数学问题吗？ 学生提出问题：

买1台洗衣机和1台电视机一共多少元？

买1台洗衣机比买1台电视机少花多少元？ 买1台冰箱和1台电扇一共要花多少元？ 买1台电扇比1台冰箱便宜多少元？

……

……

以问题情境方式引入，让学生提出问题，可以激发学生的求知欲和学习积极性，同时真正体现把课堂还给学生。

二、自主探究，解决问题。

教师：既然同学们提出了这么多的问题，下面我们就来解决问题。(板书课题)

（一）买一台洗衣机和一台电视机一共多少元？ 请同学们一起读两次，注意关键词重读。谁会列算式？（500+800）

学生独立计算，并在小组交流算法。展示算法的多样化。

生1：可以这样想：5个百加8个百是13个百，也就是1300。生2：还可以算5+8=13，500+800=1300。

生3：一百一百地数，600、700、800、900、1000、100、1200、1300.生4：我是在计数器上画的，先在百位上画5个珠子，表示500，再在百位上画8个珠子，表示加800，百位上满十去掉10个珠子，向千位进一，合起来就是1300，所以500+800=1300.让学生独立思考，在活动中感受、发现和交流，在操作中丰富经验，促进学生思考 通过在计数器上拨数等活动，引导学生思考、观察，从而领悟到算理。

（二）买1台洗衣机比买1台电视机少花多少元？ 请同学们一起读一次，注意关键词重读。谁会列算式？（800-500）选择你喜欢的一种方式计算。展示算法的多样化。

生1：8个百减5个百是3个百，也就是300。生2：还可以算8-5=3，所以800-500=300。生3：一百一百地减，700、600、500、400、300.生4：我是在计数器上画的，先在百位上画8个珠子，表示800，再在百位上去掉5个珠子，剩下3个珠子，表示300，所以800-500=300.（三）买1台冰箱和1台电扇一共要花多少元？ 生独立完成，选择一种你喜欢的一种计算方法。（960+200）汇报计算方法：

生1：一百一百地加，1060、1160.生2： 画计数器，在百位上画9个珠子，十位上画6个珠子，再在百位上画2个珠子，百位满十去掉10珠子向千位进一，合起来就是1160.生3：把960分成900和60，先算900+200=1100，再加上60，就是1160.（四）买1台电扇比1台冰箱便宜多少元？

生独立完成，集体汇报算法。生1：一百一百地减，860、760.生2： 画计数器，在百位上画9个珠子，十位上画6个珠子，再在百位上去掉2个珠子，就是760.生3：把960分成900和60，先算900-200=700，再加上60，就是760..三、巩固练习：

1.口算 ：（说出口算的方法）

340+90= 670-600= 730+500= 1800+1200= 340-90=

670-60=

730-500=

1800-1200= 2.提高题： 书51页第3题，填什么数才能打中？ 学生独立计算，集体订正反馈.基本练习巩固本科所学知识 培养学生计算认真的良好习惯 提高学生能力

四、总结：

今天我们学习了什么内容，你有什么收获？ 指名回答。通过总结本课所学知识是学生进一步构建学习网络。

五、板书设计（需要一直留在黑板上主板书）

买电器

——整百、整十数的口算加减法 500+800=1300 5个百+8个百=13个百 800-500=300

8个百-5个百=3个百 960+200=1160 900+200=1100,1100+60=1160 960-200=760

用PLC代替继电器系统的设计方法 篇6

【摘 要】随着PLC 应用技术的日益普及推广,PLC已经成为工业控制领域推广速度最快、应用范围最广的一种控制设备,于是各高校机电类专业都开设了与此相关的课程。由于PLC 采用梯形图的编程语言是以继电器梯形图为基础的形象编程语言,所以很多工厂,在用PLC 进行系统改造时,常常将原有的继电器图直接翻译成PLC梯形图。本文针对用PLC代替继电器系统的设计方法进行总结,并进行案例解析。

【关键词】继电器控制系统PLC梯形图

【中图分类号】C94【文献标识码】A【文章编号】1673-8209(2009)11-0-01

用PLC代替继电器控制系统是PLC产生的基础,其目的是采用PLC的软件结构代替原来的继电器控制结构,是在继电器控制结构的基础上进行PLC程序设计。为了适应社会要求,对“将继电器图翻译成PLC 梯形图”成了高校PLC教学的重要课题。

1 PLC改造继电器控制系统的基本步骤

用PLC改造继电器控制系统的基本步骤如图1所示。主要步骤包括:(1)分析原继电器控制系统的工作原理和各元件的作用,分离出输入信号和输出控制对象。统计所需要的I/O点数,选择合适的PLC类型。(2)对所有的输入信号及输出控制对象分配PLC的输入/输出地址, 编制出输入/输出分配表或者画出输入/输出端子的接线图, 必要时,也可列出中间信号的地址分配表。(3)写出继电器电路图的逻辑函数关系式, 并根据地址分配表, 用PLC的地址代替电器元件符号, 得到的逻辑函数关系式, 画出梯形图。(4)将程序输入到PLC, 并进行测试, 以排除程序中的错误有仿真软件的, 可先在仿真软件上测试。(5)在PLC软硬件设计和现场施工完成后, 就可以进行整个系统的联机调试, 调试中发现的问题要逐一排除, 直至调试成功。

2 用PLC改造继电器控制系统的注意事项

用PLC改造继电器控制系统应注意以下几点:(1)线圈必须放在梯形图的最右边;(2)串联电路中的单个触点放在关系式右边, 并联电路中的单个触点放在并联的下面;(3)合理设置中间单元以简化电路;(4)时间继电器的触点出现了种状态时, 须采用一中间继电器来处理瞬动触点;(5)原来为常闭的输入信号, 在进入PLC前, 要改成常开或将内部的逻辑取反;(6)外部硬件联锁电路必须保留;(7)PLC的外部负载最大只能为AC220V或DC24V,如负载超出此范围,应将接触器线圈换成以下的或设置外部中间继电器。

3 用PLC改造一个带点动的继电器控制电路

但是,由于继电器控制系统和PLC控制系统工作方式的不同, 参照原有的继电器控制系统翻译过来的电路有时会有与继电器接触控制系统不同的动作结果,甚至有时候会造成按转化过来的梯形图没办法进行硬件连接的情况。

继电器控制系统是以“并行”方式工作的, 即同一电路的各组触点同步动作, 其逻辑运算过程是并行的。继电器线圈从通电到触点的闭合或打开, 有一段吸合时间;而线圈断电时, 从线圈断电到触点打开, 有一段释放时间。(通常触点的通断时间为15ms/ 次)正是因为这些时间,造成了某些继电器控制电路中存在了“触点竞争”问题。“触点竞争”是继电接触器控制电路设计时应该避免的。有时甚至会因操作时用不用力把按钮按到底都会导致控制结果不一样。而在PLC控制系统中,是不能同时去执行多个操作的,它只能按分时工作的原理,每一时刻执行一个操作,随着时间的延伸,一个动作接一个动作顺序地进行。这种分时操作过程,称为扫描过程。它是分三个阶段——输入刷新阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段“串行”工作的,以扫描的方式,循环地、连续地、顺序地逐条执行程序。并且PLC中软触点的动作可以认为是瞬间的(扫描速度为1.6us/步)并能将本次动作的结果记忆到下次扫描运算为止。也就是说它有记忆功能。这种运行方式当然不存在“触点竞争”问题、也不存在操作用不用力的问题。所以按实际继电器控制线路转化为PLC梯形图,有时会出现相反的结果,即控制效果会随之改变。下图2为一例,一个带点动的继电器控制电路,在转化为PLC梯形图后出现了不同的结果。

照原继电器控制系统并遵循PLC的编程原则,按照表1的输入点分配表得到图3所示的梯形图电路。

在图3中,点动时,PLC的扫描过程如表2示。由表2可知:按下SB3,对应的X2闭合,执行程序使Y0为“1”,该结果被放入输出映象器中,一方面驱动KM,另一方面用于下一次扫描程序运算。当点动结束,松开SB3后,则X2常闭触点闭合,这时,由于Y0仍保持通电状态,使得程序执行的结果Y0仍然是“1”,达不到目的。因此,上述电路转化为PLC梯形图后控制效果也随之改变了。

解决方案图4:按下SB2,对应的X2闭合,虽然执行程序使Y0为“1”,该结果被放入输出映象器中,但同时内部继电器R0的线圈得电,R0的常闭触点切断Y0的自锁回路,从而实现了点动。

4 结语

PLC的功能强大、可靠性高、使用方便,是当代工业自动化的主要设备之一;用PLC取代旧的继电器控制系统,可有效地提高控制系统的可靠性和经济效益。利用逻辑函数将继电器电路图转换为梯形图的设计方法,一方面不用改动控制面板,保持了系统原有的外部特性,操作人员不用改变长期形成的操作习惯另一方面基本不用重新设计控制程序,缩短了设计、安装和调试时间。但在改造比较复杂的、特殊的继电器控制系统,只要掌握好内在的规律,就能更好地运用梯形图完成各种控制,在编程中就会避免一些不应有的错误,能快捷、准确地编出功能更强、更好的程序。

参考文献

[1] 廖常初.PLC编程及应用[M],北京:机械工业出版社,2002.

充电器保护电路设计 篇7

现在的电源主要由线性稳压电源与开关稳压电源两大类组成。开关稳压电源的主要优点有:效率高;可靠性与稳定性好;体积小, 重量轻;对供电电网电压的波动不敏感, 在电网电压波动较大的情况下, 仍能保持较稳定的输出。开关稳压电源的这些优点更能满足现代电子设备的要求, 从20世纪中期以来, 在计算机, 通信, 航天, 办公和家用电器等方面得到了广泛的应用, 大有取代线性稳压电源之势。

但是, 由于开关稳压电源中的功率开关管处于开/关状态, 使其存在输出纹波电压较高, 瞬变相应较差, 对电网和外部电子设备有电磁干扰等缺点, 因此, 开关电源充电器电路的设计对克服上述缺点将有极大的帮助。

1 充电器保护电路设计概述

1.1 开关电源的基本原理开关电源主要包括输入电网滤波

器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。它们的功能是:

(1) 输入电网滤波器:消除来自电网, 如电动机的启动、电器的开关、雷击等产生的干扰, 同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。

(2) 输入整流滤波器:将电网输入电压进行整流滤波, 为变换器提供直流电压。

(3) 变换器:是开关电源的关键部分。它把直流电压变换成高频交流电压, 并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。

(4) 输出整流滤波器:将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压, 同时还防止高频噪声对负载的干扰。

(5) 控制电路:检测输出直流电压, 并将其与基准电压比较, 进行放大。调制振荡器的脉冲宽度, 从而控制变换器以保持输出电压的稳定。

(6) 保护电路:当开关电源发生过电压、过电流短路时, 保护电路使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。

1.2 本次设计主要以电池充电及保护电路为重点。

(1) Li+电池保护电路

馊离子 (Li+) 电池虽然具有能量密度高、使用寿命长、无记忆效应、自放电量较低及单节电池电压高等诸多优点, 但在使用时需严格注意过压保护、过放电保护和过流保护, 而且对保护电路的精度要求也较高, 其中包括:过充电保护、过放电保护、电池失配保护以及过流保护。

(2) 结构紧凑的Li+电池充电器

锂离子电池 (Li+) 以其高能量密度和高性能被广泛应用于手机、PDA、笔记本电脑等产品中。充电电路主要是把输入的交流量转化为符合电路要求的支流量, 即使输入的交流信号经整流电路, 滤波电路得到响应的支流量, 该直流量经变换器后成为符合要求的输入量, 作为后面电路的输入。

充电保护电路的工作是应对来自外界条件和自身发生的故障, 能对电源提供及时的保护以免电源的损坏, 影响整个电子系统的正常工作。保护电路分为以下四种:过电压保护电路, 过电流保护电路, 欠压保护电路以及软启动电路, 用于解决电流过大, 电流过大, 电压不够, 冲击电流过大等情况, 避免电源的损坏。

2 充电器保护电路设计要求和总体方案

2.1 设计要求

开关电源充电器电路由充电电路和保护电路两部分组成。对于充电器电路参数的要求, 也分别从这两部分考虑。

充电电路:将交流输入量转化为符合电路要求的直流量 (包括滤波电路和变压器) , 要求输出电流在15~18V的范围内, Ioc=1A, 实现AC-》DC的功能。

保护电路:通过过压, 欠压, 过流, 软启动四个保护电路, 实现对开关电源充电部分电路的保护, 参数要求:最大输出18V供给电源, 主要指标:4.2V~3.6V, DC-》DC。

整个充电器电路的参数要求:输入220V

输出18V, 1A

2.2 总体方案

根据技术指标, 工作参数以及充电, 保护电路所要实现的不同功能, 进行电路设计, 对已设计的电路进行电路分析及测试, 确保电路符合各项指标。

技术指标—→电路设计—→制作PCB—→测试—→提交报告

3 充电器保护电路工作原理和设计过程

3.1 工作原理

充电保护电路工作原理:

(1) 交流电源输入经整流滤波成直流;

(2) 将得到的直流加到开关变压器初级上;

(3) 开关变压器次级感应出高频电压, 经整流滤波供给负载

3.1.1 充电电路 (如图3-1)

当交流信号从输入端经保险, 进入充电电路部分, 首先通过整流电路, 将交流信号变为直流信号, 再经滤波电路, 滤出干扰信号, 得到较为平整的直流量, 此时交流信号已变为平整的直流量, 该直流量通过变换器, 输出为升压及变频后的直流量, 由于变换器外加一个反馈电路, 故输出值始终保持在一定的范围内。

3.2.2保护电路 (如图3-2)

保护电路分为过电压保护电路, 欠压保护电路, 过流保护电路, 软启动保护电路。本电路采用的是过电压保护电路。

当交流量经充电电路后, 输出为稳定地直流量, 并送入保护电路了。保护电路如上图所示, 从右开始, 首先是发光二极管, 当直流量进入保护电路时, 二极管发亮, 表示已经充电, 随后是滤波, 在保护电路部分, 采用了LM317及LM3420两种芯片。LM317是一个稳压芯片, 他又一个反馈信号, 可以调节输出端的值。LM3420的用处在于他的COMP端口, 当该芯片工作时, 它的输出值会自动与COMP的值进行比较, 如果小于COMP的值, Q3截止, 若果大于COMP的值, Q3导通, 将有反馈信号送入LM317, 调节控制LM 317的输出值, 确保保护电路的输出在一个稳定的范围内。

3.2设计过程

技术指标—→电路设计—→制作PCB—→测试—→提交报告 (实物, 论文)

本次充电电路与保护电路是以技术指标和实现功能为基础进行设计的, 在充电电路部分, 为达到各项参数的要求, 主要采用的电路包括整流电路, 滤波电路, 变压器, 整流电路实现交流到直流的变换, 滤波电路实现对直流信号的过滤, 变压器则完成变频及升压的功能, 同时电路中还带有反馈电路, 反馈信号送入变压器的初级, 以稳定变压器的次级输出。

在保护电路部分, 为了起到稳压的作用, 采用了稳压芯片和反馈电路, 以实现保护电路的功能, 输出一个稳定的信号。

4 充电器保护电路硬件制作与调试

4.1 硬件静态调试

调试的步骤:

(1) 仔细检查制作好的PCB板, 防止有因为没有腐蚀好而连在一起的线或焊盘。

(2) 按元件大小由低到高的顺序焊接元件。

(3) 检查电源是否有短路, 先不加芯片, 测量各个芯片等的电源电压是否正常, 正常后再上芯片测量。

调试结果:

由于在原理图和PCB版图设计时进行了比较仔细的设计和校对, 版图没有出现布线错误的问题。硬件静态调试正常。

注意:

在插芯片及其他元器件的时候注意电源和地的针脚不能接反以免烧坏元件。

4.2 调试结论

通过调试, 充电电路输出电压在15~18V的范围内, Ioc=1A实现了AC'DC;保护电路最大输出达到18V, 满足4.2~3.6V;对整个充电器电路的指标, 电路已经达到要求 (Vin=220VVout=18V, Iout=1A) 。

设计总结:设计充电保护电路具有以下现实意义:给出更具实用性的开关电源电路, 改进开关电源电路在准确度, 稳定性和抗干扰性的不足。同时本电路还具有较高的抗干扰能力和较高的性能价格比。

参考文献

[1]何希才.新型开关电源设计与制作.科学出版社.

智能电器定时控制电路的设计 篇8

人类最早使用的定时工具是沙漏。自从钟诞生发展成熟之后, 人们开始尝试使用这种全新的计时工具来改进定时器, 达到准确控制时间的目的。

1876年, 国外外科医生索加取得一项定时装置的专利, 用来控制煤气街灯的开关。它利用机械钟带动开关来控制煤气阀门。

20世纪末, 电子技术获得了飞速的发展。在其推动下, 现代电子产品几乎渗透到社会的各个领域, 有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高, 同时也使现代电子产品性能进一步提高, 产品更新换代的节奏也越来越快。

时间对我们来说总是那么宝贵, 工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间, 忘记了要做的事情。如果事情不是很重要, 则遗忘无伤大雅, 但是, 对于重要事情, 一时的耽误可能酿成大祸。例如, 许多火灾都是由于人们忘记了关闭煤气或是忘记充电时间。在医院, 每次护士都会给病人做皮试, 测试病人是否对药物过敏, 注射后, 一般等待5分钟, 一旦超时, 所做的皮试试验就会无效。手表当然是一个好的选择, 但是, 随着接受皮试的人数增多, 到底是哪个人的皮试到时间却难以判断。所以, 制作一个定时系统是非常重要的。

1 电路设计方案

1.1 设计思路 (见图一)

如图一所示, 定时电路在本次设计中起到了控制的作用, 由石英晶体振荡器产生的时标信号送到分频器, 分频电路将时标信号分成每秒一次的方波信号。秒信号送入计数器进行计数, 并把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的数字通过LED显示出来。到了设定的时间, 接触器动作, 开关闭合, 就起到了定时的作用。

1.2 设计的具体方案 (见图二)

振荡器选用石英晶体振荡器, 石英晶体振荡器产生的时标信号送到分频器, 分频电路将时标信号分成每秒一次的方波信号。秒信号送入计数器进行计数, 并把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“秒”的显示由两级计数器和译码器组成的60进制计数电路实现;“分”的显示电路与“秒”相同;“时”的显示由两级计数器和译码器组成的24进制计数电路来实现。所有计时结果由6位数码管显示。定时电路为控制电路, 当预先设定的时间到达, 则接触器动作, 开关动作, 起到了定时的功能。校时电路是用来对“时”、“分”的数字进行校对调整的。

2 电路介绍

2.1 振荡电路

本文选用的是石英晶体振荡器, 振荡器是数字时钟的核心, 用它产生标准频率信号, 再由分频器分秒脉冲, 因此, 振荡器的振荡频率的精度和稳定度基本上决定了时钟的准确度。

石英振荡器的特点是振荡频率准确, 电路结构简单, 频率易调整。它有压电效应, 在晶体某一方向加以电场, 则在与此垂直的方向产生机械震动。有了机械振动, 就会在相应的垂直面上产生电场, 从而机械振动和电场互为因果, 这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限止时, 才达到最后稳定。这种压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。一般来说, 振荡器的频率越高, 计时精度越高。本次设计选用的是32768Hz的石英振荡器。因为频率f=215Hz=32768Hz方波的频率进行15次二分频后, 在输出端刚好可得到频率为1Hz的脉冲信号, f=1Hz, T=1s, 可以保证数字钟走时的准确与稳定。本次设计是通过CMOS非门构成的电路, 如图三所示。在这个电路中, 非门U1与晶体, 电容和电阻构成晶体振荡器电路, 它的输出为近似正弦波。为得到较好的方波, 使用非门U2实现整形的功能, 将输出波形转换为较理想的方波信号。输出反馈电阻R为非门提供偏置, 使电路工作于放大区域, 等于非门的功能近似于一个反相放大器, 电容C1、C2与晶体构成一个谐振网络, 完成对振荡频率的控制功能, 同时提供了一个180度相移, 从而和非门构成一个正反馈网络, 实现了振荡器的功能。其中, C1=20 p F, C2=30 p F, C1、C2作为校正电容可以对温度进行补偿, 提高频率准确度和稳定度。因为电路的输入阻抗极高, 所以R选用10MΩ, 较高的反馈电阻有利于提高振荡频率的稳定性。因此, 选用32768Hz的石英振荡器具有较高的频率稳定性和准确性, 可以保证输出频率的稳定和准确。

2.2 分频电路 (见图四)

由于数字钟的石英晶体振荡器输出频率较高, 为了得到1Hz的秒信号输入, 需要对振荡器的输出信号进行分频, 实现分频器的电路是计数器电路, 一般采用多级2进制计数器来实现。将32768Hz的振荡信号分频为1Hz的分频, 倍数为32768 (2的15次方) , 就是实现该分频功能的计数器相当于15级2进制计数器。本设计采用CD4060来构成分频电路。CD4060在数字集成电路中可实现的分频次数最高, 而且CD4060还包含振荡电路所需的非门, 使用更为方便。CD4060计数为14级2进制计数器, 可以将32768Hz的信号分频为2Hz, 其次CD4060的时钟输入端两个串接的非门, 因此可以直接实现振荡和分频的功能。CD4060是14位2进制串行计数器分频器, 采用DIP—16封装, 工作电压+5V, 它的内部有14级二分频器, 但外部只有10个输出端, 即Q14~Q10, Q12~Q14, 其他4脚没有引出, 因此CD4060只能得到10种分频系数, 最小值为24, 最大为214。是外接晶振, CP0是晶体振荡输出端, CP1是晶体停振。这个设计中, 使用的是32768Hz (215) 进行214分频, 从Q14引脚输出, 剩余一个2Hz的信号。

脉冲发生器是数字钟的核心部分, 它的精度和稳定度决定了数字钟的质量, 通常用晶体振荡器产生标准频率信号经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。我采用74LS74元件, 实现对2Hz的分频, 得到1Hz的频率。

2.3 计数译码显示电路

2.3.1 计数器

秒脉冲信号经过6级计数器, 分别得到“秒”个位、十位, “分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时。“秒”“分”计数器为60进制, 小时为12进制。实现这两种规模的计数器都是采用中规模集成计数器74LS90构成。

2.3.2 60进制计数

由分频器来的秒脉冲信号, 首先送到“秒”计数器进行累加计数, 秒计数器应完成1分钟之内数目的累加, 并达到60秒时产生一个进位信号, 由74LS90构成的60进制计数器, 所以, 将一片74LS90设计成10进制计数器, 另一片74LS90设置6进制加法计数器。两片74LS90采用反馈归零的方法串接而成, 来实现60进制计数。秒计数器的十位和个位, 输出脉冲除用做自身清零外, 同时还作为分计数器的输入脉冲CP1。如图五所示。

2.3.3 24进制计数

由74LS90构成的20进制计数器, 将一片74LS90设计成4进制加法计数器, 另一片设置2进制加法计数器, 即个位计数状态为QDQC-QBQA=0100, 十位计数状态为QDQCQBQA=0010时, 要求计数器归零。通过把个位QC、十位QB相与后的信号送到个位、十位计数器的清零端, 使计数器清零, 从而构成24进制计数器。电路图如图六所示。

2.4 控制电路

假设利用电子钟定时, 17:00准时启动, 让电饭煲通电, 则控制电路如图七所示。

在本设计中, 17是由0001, 0111组成的, 所以在电路中, 74LS48 (2) 中的A0与74LS48 (1) 中的A2、A1、A0都是高电平, 通过与门传输, 因为信号太小, 所以用三极管放大电路, 经过电磁继电器的线圈, 触点动作, 电饭煲开始工作。

2.4.1 电磁继电器的原理

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。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作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, 衔铁就会在弹簧反作用力的作用下返回原来的位置, 使动触点与原来的静触点 (常闭触点) 吸合。这样吸合、释放, 从而达到在电路中导通、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”。

它实质是一种传递信号的电器, 是一种根据特定形式的输入信号转变为其触点开合状态的电器元件。一般来说。继电器由承受机构、中间机构和执行机构三部分组成。承受机构反映继电器的输入量, 并传递给中间机构, 与预定的量 (整定量) 进行比较。当达到整定量时, 中间机构就使执行机构动作, 其触点闭合或断开, 从而实现某种控制目的。如图八所示。

电磁机构 (承受机构与中间机构) 是其核心部分, 它将电磁能转换为机械能, 带动触点系统 (执行机构) 使之闭合或断开。电磁机构由吸引线圈和磁路两部分组成。吸引线圈可分为直流线圈和交流线圈两种, 并有各种电压等级。

2.4.2 电磁继电器的选型

因为是高电平输出, 所以我选用电磁继电器JQC_3F (T73) 12VDC:电流性质是直流, 型号是T73, 额定工作电压为5V, 线圈功率是0.36W, 接点负荷电流为10A, 触点形式是转换型。

3 补充电路 (校时电路)

实际的数字钟电路由于秒信号的精确性和稳定性不可能做到完全 (绝对) 准确无误, 加之电路中其他原因, 数字定时钟总会产生走时误差的现象。因此, 电路中就应该设计有校准时间功能的电路。

以“分计时器”的校时电路为例, 如图八, 与非门1、2构成的双稳态触发器, 可以将1Hz的“秒”信号和“秒计数器的进位信号”送至“分计数器的CP端”。两个信号中, 究竟哪个送入开关K控制, 它的工作过程是这样的:当开关K置“B”端时, 与非门1输出低电平, 门2输出高电平。“秒计数器进位信号”通过门4和门5送至“分计数器的CP端”, 使“分计数器”正常工作;需要校正“分计数器”时, 将开关K置“A”端, 与非门1输出高电平, 门2输出低电平, 门4封锁“秒计数器进位信号”, 而门3将1Hz的CP信号通过门3和门5送至“分计数器”在“秒”信号的控制下“快速”计数, 直至得到正确的时间, 再将开关置“B”端, 以达到校准时间的目的。

4 总电路图

总电路图如图十所示。

5 结束语

本次设计主要是设计一个智能电器控制部分的电路, 包括计时部分、显示部分和控制部分。计时部分主要是分时 (20进制) 计数器, 分、秒 (60进制) 计数器, 另外还补充了校时电路。控制部分主要采用了到时间控制继电器线圈通电, 常开触点闭合。

参考文献

[1]陈松.数字逻辑电路[M].南京:东南大学出版社, 2006.

[2]赵玉铃, 周莉萍, 李晓松.模拟电子技术及应用[M].杭州:浙江大学出版, 2007.

[3]卢胜利, 胡建和.可编程的多功能定时控制器[J].新技术应用, 1991, (01) :42-45.

一种多路电器遥控器设计 篇9

近年来, 随着经济的迅猛发展和科学技术的突飞猛进, 人们的生活水平得到了极大的提高。空调、电视机、电冰箱、洗衣机、微波炉等作为普通的家用电器早已铺天盖地地进入了寻常百姓家。这些家电随着技术的进步, 其质量和性能的提高从没有停止过。然而, 人们对家电的要求并不仅限于此, 操作简便是人们追求的另一目标。带遥控器的家电给我们的生活带来极大的方便, 但家中的遥控器多了很容易弄混, 如果有一种集多路电器开关于一体的家庭室内开关遥控装置, 可以方便地达到让人们用遥控器随意操纵各种电器之目的, 可解决黑暗中摸索墙壁上安装的照明开关的麻烦, 又可消除房间重新布置时由于电器开关位置固定所带来的烦恼。

2、系统硬件框架

本设计的总体方案包括红外发射和红外接收两部分。其中红外发射部分选用成品遥控器作为红外遥控输出。红外遥控器原理框图如图1所示。

接收部分包括接收电路和控制电路, 原理框图如图2所示。AT89S51单片机的P1.0~P1.3口作为数码管二进制数据的输入/输出, 显示数字0~9, 代表不同的亮度, 可采用4511集成块硬件译码显示数字;P0.0~P0.5作为多个电器的电源控制输出, P3.0口用于接收红外遥控码输出。当红外接收器接收到红外脉冲信号时, 将接收的脉冲信号解码, 通过单片机对各个电器进行控制, 达到遥控对多路电器开关及一路电灯亮度的控制。

3、系统软件设计

主程序功能框图如图3所示。当遥控器无按键按下时, 红外发射二极管不发出信号, 红外接收头输出为1。有键按下时, 0和1编码的高低电平经红外接收头倒相后会输出0。单接收到遥控的按键信号后, 对按键信号进行解码。由于红外接收头与单片机的中断脚相连, 将引起单片机中断 (单片机预先设定为下降沿产生中断) 。然后判断遥控的脉冲宽度信号, 由单片机对应的控制电路, 达到遥控功能的实现。

4、系统调试

本设计的硬件测试主要包括单片机小系统电路的调试、开关电路的调试、显示电路的调试、调光电路的调试、红外发射系统测试。

单片机小系统电路的调试:单片机小系统由复位电路和晶振电路构成。当单片机接+5V的电源时, 测试复位电路, 用万用表分别测单片机第9和第31脚。第9脚显示为低电平, 第31脚显示高电平, 在按下复位键后, 第9脚的电平会变成高电平, 31脚仍为高电平, 则说明复位电路正常工作。晶振电路也是在单片机接+5V电源时, 首先用万用表测第18和19脚的电压, 其电压在2V左右。再用示波器观察第18脚的波形, 若为正弦波, 则说明单片机正常工作。

开关电路调试:开关电路是由继电器来控制电器的通与断。控制端的一端接单片机的P1口, 另一端接要控制的电器指示灯。当继电器接通电源后, 给P1口高低脉冲来测试继电器的工作情况。给继电器的控制端输入高电平时, 继电器通, 相应的指示灯亮。反之, 指示灯灭。

显示电路的调试:数码管的显示有CD4511来驱动, 通过给CD4511的ABCD以二进制的数, 判断数码管是否显示相应的十进制数字。

调光电路的测试:调光电路中, 通过过零触发晶闸管导通与关断的时间比来调节灯具的功率, 从调节灯光的亮度变化。

5、结语

本设计综合应用了电子技术、单片机技术、计算机技术及红外遥控技术等多方面的理论知识来进行设计和制作的。

本设计采用成品遥控器作为发射器, 通过单片机红外接收电路解码, 然后实现控制电路的功能, 即开关电路、调光电路以及显示电路的控制。本系统能实现如下功能:

(1) 能够分别控制各路电器的通断;

(2) 能够通过遥控器的电源键同时关闭所有的电器;

(3) 对一路电灯进行亮度调节, 可调节九个等级的亮度;

(4) 电灯亮度等级可由数码管显示;

(5) 遥控的距离可达到2m左右;

(6) 遥控的角度可达到90度以上。

无线充电器的研究与设计 篇10

1 无线电能传输基本原理

无线电能传输技术由物理学家尼古拉·特斯拉于1890年提出。按照电能传输原理的不同, 无线电能传输可划分为电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式3种方式[2]。

1.1 电磁感应式无线电能传输原理

电磁感应式无线电能传输系统, 通常采用非接触变压器耦合的方式来进行无线电能传输。即将系统的变压器紧密型耦合磁路分开, 变压器原边绕组流过的是高频交流电, 通过原、副边绕组的电磁感应, 将电能传输到副边绕组给用电设备供电, 实现了电能在电源和用电设备之间进行无线传输[2]。

1.2 电磁共振式无线电能传输原理

电磁共振式无线电能传输系统, 通常采用两个相同频率的谐振体来产生很强的相互耦合, 利用线圈及放置两端的平板电容器, 共同组成谐振电路, 实现能量的无线传输。2007年6月, 麻省理工大学的物理学助理教授马林·索尔贾希克和他的研究团队做了一个实验, 给一个直径60 cm的线圈通电, 结果1.9 m之外连接在另一个线圈上的60 W灯泡被点亮了。这个实验说明发送端和接收端的线圈组成一个磁共振系统, 当发送端的磁场振荡频率和接收端线圈的固有频率相同时, 接收端产生共振, 从而实现了能量的无线传输。其消耗的电能只有传统电磁感应供电技术的百万分之一, 有效传输距离为几十厘米到几米, 所以这种传输形式适用于中程无线电能传输。

1.3 电磁辐射式无线电能传输原理

电磁辐射式无线电能传输系统, 采用微波波段进行电能的无线传输。由电源发出电能, 通过微波转换器将工频交流电变换成微波, 再通过发射站的微波发射天线送到空间, 然后传输到地面微波接收站, 接收到的微波通过转换器将微波变换成工频交流电, 供用户使用。微波是波长介于无线电波和红外线之间的电磁波, 由于频率较高, 能顺利通过电离层而不反射, 宇宙空间对微波传输十分理想, 几乎没有能量损耗, 通过大气层时的损耗约为2%, 因此电磁辐射式无线电能传输系统具有更高的电能传输效率, 适合远距离无线电能传输。

2 电磁感应式无线充电器整体设计

典型的电磁感应式无线电能传输系统原理框图如图1所示[3]。

电磁感应式电能传输系统主要由能量变换部分、能量发射部分和能量接收部分组成。输入的交流电经过整流、滤波、稳压变为直流电, 通过高频逆变器进行逆变, 逆变所产生的高频交变电流输入分离式变压器的初级线圈, 与次级线圈耦合, 从而产生感应电动势, 然后通过高频整流滤波后为负载供电。本文利用电磁感应式电能传输原理设计的无线充电器主体硬件电路如图2所示[4,5]。

2.1 发射电路设计

发射电路原理如图3所示。电路主要由振荡信号发生器和谐振功率放大器两部分组成。利用NE555构成振荡频率约为400 k Hz的信号发生器, 为功放电路提供激励信号;谐振功率放大器由LC并联谐振回路和开关管Q1构成。当功率放大器的选频回路的谐振频率与激励信号频率相同时, 功率放大器发生谐振, 此时线圈中的电压和电流达到最大值, 从而产生最大的交变电磁场[6]。

2.2 接收电路设计

接收电路原理如图4所示。当接收线圈与发射线圈靠近时, 在接收线圈中产生感应电动势。当接收线圈回路的谐振频率与发射线圈的谐振频率相同时, 感应电压达到最大值。当发射线圈回路与接收线圈回路均处于谐振状态时, 系统具有最好的能量传输效率[7]。

2.3 充电电路设计

本文利用电源管理芯片3717设计了具有涓流、恒流、过充电和浮充电4种工作模式的充电电路, 充电电路原理如图5所示。

电路处于恒流充电模式时, 充电电流的大小由连接于CSP管脚和BAT管脚之间的电流检测电阻来设置;电路处于过充电和浮充电模式时, 由外部电阻构成的分压网络设置充电电压。当输入电压过低时充电电路进入睡眠状态。当输入电压大于启动电压6 V时, 充电电路开始对蓄电池充电。分压电阻R6和R7将蓄电池端的电压反馈到芯片的FB管脚, 芯片根据FB管脚反馈回来的电压值来确定进入何种充电模式。当FB管脚的电压接近3.6 V时, 芯片工作于过充电状态。如果蓄电池电压低于所设置的过充电电压的81.8%时, 充电电路自动进入涓流充电模式, 此时充电电流为所设置的恒流充电电流的13%。当蓄电池电压大于所设置的过充电电压的81.8%时, 充电电路进入恒流充电模式。本文设计的充电电路设置的充电压为5 V, 可以为生活中常用的大多数电子设备进行充电[8]。

3 测试结果

输入电压为220 V/50 Hz, 当谐振频率为510 k Hz时, 测试得到的充电器输出性能参数如表1所示。

4 结论

本文利用电磁感应式无线电能传输原理设计了一种无线充电器。通过测试表明, 该充电器在短距离内, 可以实现电能的高效率传输。而且该充电器的充电电路与文献中给出的电路相比, 具有比较大的优越性和先进性。后续需要在如何对电能加密和解密方面以及基于无线充放电技术的电动汽车与智能电网的互动技术等方面进行深入研究, 以期能够在技术上创造新的突破。

参考文献

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