电网电压异常报警器
电网电压异常报警器[20200128195451]
摘要
电能作为人们生活和工作的主要能源，已成为人们开门七件事之后的第八件事。我设计的电网电压异常报警器，用于监控有利于加强电资源的合理使用，减少电资源的流失，减少精密机械由于电网电压异常处于非正常工作状态下所产生的不必要损失。
本设计是通过合理运用整流电路、滤波电路、稳压电路、采样比较电路及其报警电路等来实现对电网电压异常报警器的控制。电网电压异常报警器的基本功能就是对实际运行电压与规定的电压进行比较，并根据比较判断是否在正常运行电压范围内并作出相应的反应。所以，电网电压异常报警器能辨识实际运行电压是否处于正常运行状态，并形成正常的信息反馈。当实际运行电压超过或低于规定电压时，电网电压异常报警器将会报警。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机,电能
一、引言 1
二、电网电压事故的定义 1
三、电网电压异常报警电路的设计 1
（一）任务技术指标 1
（二）总体设计思想 1
1.降压电路 1
2.整流电路 1
3.滤波电路 2
4.稳压电路 2
5.采样电路 2
6.比较电路 2
7.报警电路 2
(三)具体电路设计： 3
1．电源电路 3
2．比较电路 4
3．报警发声电路： 5
4.电路仿真调试 6
四、报警后续处理 7
（一）电网电压过低处理 7
（二）电网电压过高处理 7
五、总结 8
六、致谢 9
七、参考文献 10
八、附录 11
一、引言
背景意义:
当今社会科技日新月异发展迅猛，步入科技时代人们的生活水平来越好同时电的使用也越来越广范与频繁。
电的来源也非常之多，有水力发电、火力发电、风力发电、核电等，虽然来源丰富但依然供不应求；然而由于电的来源非常广泛容易形成电网不平衡，加上用电种类繁多，容易形成客户端电网电压使用不稳定；电网电压使用不稳定对于高精度应用机械及其产品将带来不必要的伤害，为了减少电网电压异常流失及其带来的异常灾害与伤害，因此我设计了电网电压异常报警器。
二、电网电压事故的定义
事故处理规程对电网电压事故的规定:
电压是电能质量的重要指标，事故处理规程规定：系统中枢点（即省调规定的电压监测母线，下同）电压超过规定的电压曲线数值±5%且持续时间超过1小时为构成障碍，超过2小时算作事故；若超过电压曲线规定值的±10%，并且持续时间超过30分钟也构成障碍，超过1小时也算作事故。
三、电网电压异常报警电路的设计
（一）任务技术指标
1．用压电陶瓷蜂鸣片作为电声元件。
2.将电网电压的正常工作交流电有效值值定为190～250V，在此范围内，报警器不报警。
3.当电网电压高于额定250V（误差不超过±5V）电压时，报警器将会发出两种频率交替的“滴—嘟、滴—嘟”声响。
4.当电网电压低于额定190V（误差不超过±5V）电压时，报警器将会发出滴滴滴间歇式声响。
（二）总体设计思想
1.降压电路
降压电路是通过采用变压器直接变压从而输出12V交流电。也曾考虑使用电容降压，但考虑到电容降压比较危险，最后采用变压器变压。变压器选用转换效率高，漏磁少的，从而减少整机功耗。
2.整流电路
整流电路一般分为半波和全波整流两种。全波整流电路同半波整流电路相比，在相同变压器的副边电压下，两种整流电路对二极管的参数要求是一样的，全波整流还具有输出电压高、变压器整流电路具有利用率高、脉动小等优点，因此变压器整流电路获得了广泛的使用，鉴于以上优点，本设计采用了全波桥式整流电路。
3.滤波电路
电容滤波电路是使用普遍同时也是较为简单的滤波电路，将整流电路的输出端（即负载电阻的两端），并联一个电容即可以构成电容滤波电路。滤波电容容量较大，利用电容的充放电作用，使电路输出电压趋向于平滑。在本设计中我采用了RCπ型滤波器进行滤波，并配合后级的电解电容和瓷片电容从而使得输出的直流电压更加平滑，纹波电压更小。
4.稳压电路
稳压电路使用稳压二极管进行电路稳压、稳压电路包含串联型稳压电路和集成稳压器电路等类型。为了使本设计电路简单、高效、稳定，本设计采用集成稳压器电路进行电路稳压，为集成运放提供工作电压和比较器提供稳定的基准电压，保证了电网电压报警的准确性可靠性。
5.采样电路
采样电路是通过电网电压分压后进行当前电压采样，然后将采样电压送至比较器进行比较，从而检测电压是否异常。本设计是通过两个电阻分压进行采样。
6.比较电路
本设计电路的核心部分是比较电路。比较电路是通过两组运放组成的，上下限比较电路。由两组电阻降压后的6V电压送给比较器提供基准电压，通过改变此基准电压将可以改变报警上下限电压（本设计电压上下限设定为190V－250V），使本设计更加通用。将采样电路采样到的电压与两个基准电压分别进行比较，将可检测出电网电压是否异常，并输出相应信号从而驱动后级报警系统。设计时应当注意尽量使得运放电路的两输入端电压低于其电源电压。
7.报警电路
555时基电路是一种多用途的数字模拟混合集成电路，555时基电路能极方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器等。因为555时基电路使用方便，所以本电路使用它组成报警电路。本报警电路能发出“嘀嘟”和“嘀——嘀”两种声音进行报警。由比较电路的输出信号来控制其发声类型，从而区别电压异常是过压或欠压。
过压欠压的产生：
1、电网电压偏低的原因
（1）供电网络
（2）电网无功功率电源不足或无功补偿设备管理不善，年久失修、停用平繁等，无功平衡破损，这是电网电压水平普遍下降的原因之一。
（3）变压器的分接头位置放置未合理安排。
（4）电网接线未合理安排，负荷电压过重，负荷电压功率因数较低，电力设备未及时检修等线路故障，均有可能使得电网电压下降。
2、电网电压偏高的原因
随着现代
构成框图：
12V～ 12V 6V－
220V～ 波动电压
图1 电网电压异常报警系统组成框图
(三)具体电路设计：
1．电源电路
当今的电子产品中电源电路种类繁多，有最为通用的变压器式电源，也有比较为先进的开关电源，还有一些较为简单价格便宜的阻容降压式电源和最为普通的干电池电源等。各种电源优缺点各不相同，应用的场合也因此不同。变压器式电源使用普遍，制作简单，使用也很安全，可是其体积较为笨重，转换效率也较低；开关电源输出功率较大，体积和重量也较小，但是其制作较复杂，成本也相对高一些；阻容降压式电源电路制作简单，简单便宜，其直接与电网相接，使用比较危险；干电池电源最为常用，但其使用时间较短，提供电压也较为有限，受其体积的限制。加上成本的考虑以及使用率等综合考虑后本设计采用变压器式电源。
本电路后级要由稳压芯片稳压后给集成运放供电（供电电压为6V）以及给比较器提供基准电压，并且要在稳压前取样电压的变化，为了方便起见，选择稳压值的二分之一作为采样电路在电网电压为220V时的电压。
摘要
电能作为人们生活和工作的主要能源，已成为人们开门七件事之后的第八件事。我设计的电网电压异常报警器，用于监控有利于加强电资源的合理使用，减少电资源的流失，减少精密机械由于电网电压异常处于非正常工作状态下所产生的不必要损失。
本设计是通过合理运用整流电路、滤波电路、稳压电路、采样比较电路及其报警电路等来实现对电网电压异常报警器的控制。电网电压异常报警器的基本功能就是对实际运行电压与规定的电压进行比较，并根据比较判断是否在正常运行电压范围内并作出相应的反应。所以，电网电压异常报警器能辨识实际运行电压是否处于正常运行状态，并形成正常的信息反馈。当实际运行电压超过或低于规定电压时，电网电压异常报警器将会报警。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机,电能
一、引言 1
二、电网电压事故的定义 1
三、电网电压异常报警电路的设计 1
（一）任务技术指标 1
（二）总体设计思想 1
1.降压电路 1
2.整流电路 1
3.滤波电路 2
4.稳压电路 2
5.采样电路 2
6.比较电路 2
7.报警电路 2
(三)具体电路设计： 3
1．电源电路 3
2．比较电路 4
3．报警发声电路： 5
4.电路仿真调试 6
四、报警后续处理 7
（一）电网电压过低处理 7
（二）电网电压过高处理 7
五、总结 8
六、致谢 9
七、参考文献 10
八、附录 11
一、引言
背景意义:
当今社会科技日新月异发展迅猛，步入科技时代人们的生活水平来越好同时电的使用也越来越广范与频繁。
电的来源也非常之多，有水力发电、火力发电、风力发电、核电等，虽然来源丰富但依然供不应求；然而由于电的来源非常广泛容易形成电网不平衡，加上用电种类繁多，容易形成客户端电网电压使用不稳定；电网电压使用不稳定对于高精度应用机械及其产品将带来不必要的伤害，为了减少电网电压异常流失及其带来的异常灾害与伤害，因此我设计了电网电压异常报警器。
二、电网电压事故的定义
事故处理规程对电网电压事故的规定:
电压是电能质量的重要指标，事故处理规程规定：系统中枢点（即省调规定的电压监测母线，下同）电压超过规定的电压曲线数值±5%且持续时间超过1小时为构成障碍，超过2小时算作事故；若超过电压曲线规定值的±10%，并且持续时间超过30分钟也构成障碍，超过1小时也算作事故。
三、电网电压异常报警电路的设计
（一）任务技术指标
1．用压电陶瓷蜂鸣片作为电声元件。
2.将电网电压的正常工作交流电有效值值定为190～250V，在此范围内，报警器不报警。
3.当电网电压高于额定250V（误差不超过±5V）电压时，报警器将会发出两种频率交替的“滴—嘟、滴—嘟”声响。
4.当电网电压低于额定190V（误差不超过±5V）电压时，报警器将会发出滴滴滴间歇式声响。
（二）总体设计思想
1.降压电路
降压电路是通过采用变压器直接变压从而输出12V交流电。也曾考虑使用电容降压，但考虑到电容降压比较危险，最后采用变压器变压。变压器选用转换效率高，漏磁少的，从而减少整机功耗。
2.整流电路
整流电路一般分为半波和全波整流两种。全波整流电路同半波整流电路相比，在相同变压器的副边电压下，两种整流电路对二极管的参数要求是一样的，全波整流还具有输出电压高、变压器整流电路具有利用率高、脉动小等优点，因此变压器整流电路获得了广泛的使用，鉴于以上优点，本设计采用了全波桥式整流电路。
3.滤波电路
电容滤波电路是使用普遍同时也是较为简单的滤波电路，将整流电路的输出端（即负载电阻的两端），并联一个电容即可以构成电容滤波电路。滤波电容容量较大，利用电容的充放电作用，使电路输出电压趋向于平滑。在本设计中我采用了RCπ型滤波器进行滤波，并配合后级的电解电容和瓷片电容从而使得输出的直流电压更加平滑，纹波电压更小。
4.稳压电路
稳压电路使用稳压二极管进行电路稳压、稳压电路包含串联型稳压电路和集成稳压器电路等类型。为了使本设计电路简单、高效、稳定，本设计采用集成稳压器电路进行电路稳压，为集成运放提供工作电压和比较器提供稳定的基准电压，保证了电网电压报警的准确性可靠性。
5.采样电路
采样电路是通过电网电压分压后进行当前电压采样，然后将采样电压送至比较器进行比较，从而检测电压是否异常。本设计是通过两个电阻分压进行采样。
6.比较电路
本设计电路的核心部分是比较电路。比较电路是通过两组运放组成的，上下限比较电路。由两组电阻降压后的6V电压送给比较器提供基准电压，通过改变此基准电压将可以改变报警上下限电压（本设计电压上下限设定为190V－250V），使本设计更加通用。将采样电路采样到的电压与两个基准电压分别进行比较，将可检测出电网电压是否异常，并输出相应信号从而驱动后级报警系统。设计时应当注意尽量使得运放电路的两输入端电压低于其电源电压。
7.报警电路
555时基电路是一种多用途的数字模拟混合集成电路，555时基电路能极方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器等。因为555时基电路使用方便，所以本电路使用它组成报警电路。本报警电路能发出“嘀嘟”和“嘀——嘀”两种声音进行报警。由比较电路的输出信号来控制其发声类型，从而区别电压异常是过压或欠压。
过压欠压的产生：
1、电网电压偏低的原因
（1）供电网络
（2）电网无功功率电源不足或无功补偿设备管理不善，年久失修、停用平繁等，无功平衡破损，这是电网电压水平普遍下降的原因之一。
（3）变压器的分接头位置放置未合理安排。
（4）电网接线未合理安排，负荷电压过重，负荷电压功率因数较低，电力设备未及时检修等线路故障，均有可能使得电网电压下降。
2、电网电压偏高的原因
随着现代
构成框图：
12V～ 12V 6V－
220V～ 波动电压
图1 电网电压异常报警系统组成框图
(三)具体电路设计：
1．电源电路
当今的电子产品中电源电路种类繁多，有最为通用的变压器式电源，也有比较为先进的开关电源，还有一些较为简单价格便宜的阻容降压式电源和最为普通的干电池电源等。各种电源优缺点各不相同，应用的场合也因此不同。变压器式电源使用普遍，制作简单，使用也很安全，可是其体积较为笨重，转换效率也较低；开关电源输出功率较大，体积和重量也较小，但是其制作较复杂，成本也相对高一些；阻容降压式电源电路制作简单，简单便宜，其直接与电网相接，使用比较危险；干电池电源最为常用，但其使用时间较短，提供电压也较为有限，受其体积的限制。加上成本的考虑以及使用率等综合考虑后本设计采用变压器式电源。
本电路后级要由稳压芯片稳压后给集成运放供电（供电电压为6V）以及给比较器提供基准电压，并且要在稳压前取样电压的变化，为了方便起见，选择稳压值的二分之一作为采样电路在电网电压为220V时的电压。
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