三相交流電相序、缺相檢測保護(hù)電路設(shè)計(jì)_圖文

1、第36卷第1期 湖南農(nóng)機(jī) 2009年1月 Y21:踅!12:! 螋堂笪繾咝垡業(yè)墜k坐堂匿叢 生璺Q:蘭Q塑三相交流電相序、缺相檢測保護(hù)電路設(shè)計(jì)陳柱峰(湖南現(xiàn)代物流職業(yè)技術(shù)學(xué)院物流工程系,湖南長沙410131摘要:設(shè)計(jì)了一種新穎的相序、缺相檢測電路。該電路使用移相疊加的原理作為檢測手段來 判斷三相交流電源的相序和缺相,克服了三相交流電在不平衡點(diǎn)波動(dòng)造成保護(hù)電路頻繁動(dòng)作的缺 陷,大大提高了電路的抗干擾性能和適用性。關(guān)鍵詞:三相交流電源;相序;缺相中圖分類號(hào):7I鴨11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):10078320(20090l0034.03 Three-phaAC pha辯quence,稍th lac

2、k of protecti蚰of the detection circllitCHEN zhn和唿(腳刪m礦山廬庇s西畫聊eri,強(qiáng)日H,姍肘礎(chǔ)m如幽如s 0cc印越如n死cIIl,婦耐co如伊,cJ柳垮n,扎慨 4lOl3l,Chi眥0f me f-equem movemem of the defb咖e circIlit,the circuit h鵲greany em啪ced也e antiAnd to the 印plicati蜘.K|ey帥柑s:tIIreephaAC power;pIIaseqIlence;lack plla1引言在電子、電力、儀表、自動(dòng)控制和電力電子等設(shè)備 中,往往需要檢

3、測判斷三相交流電源的相序和是否缺 相。如果產(chǎn)生缺相或者是相序有誤的時(shí)候就要及時(shí)形 成保護(hù)。特別是對(duì)于只允許單向旋轉(zhuǎn)的設(shè)備而言,如 果相序有誤可能造成其旋轉(zhuǎn)件損壞:如載人電梯因相 序的改變。使運(yùn)行方向與預(yù)定方向相反?？赡芪＜叭?身安全。這時(shí)就有必要采取措施進(jìn)行相序檢測。 早期的相序、缺相檢測電路由簡單的電容、電阻 組成。雖然結(jié)構(gòu)簡單。但電容值較大,用指示燈指示, 功耗較大。體積也大,且不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測輸出;現(xiàn)有 的相序檢測方法有的使用數(shù)字邏輯電路或單片機(jī),電 路較為復(fù)雜。而且由于單片機(jī)的特殊結(jié)構(gòu),很容易受 到電磁的干擾,使程序跑飛。鑒于上述原因本文提出設(shè)計(jì)了種新穎的相序、收疆日期:281224作

4、者簡介:陳柱峰(1973一,男,湖南長沙人,大學(xué)本科,助理試驗(yàn) 師,主要從事電力電子技術(shù)方面的教學(xué)和科研工作。 缺相檢測保護(hù)電路.能夠避免三相交流電在不平衡點(diǎn) 波動(dòng)造成保護(hù)電路頻繁動(dòng)作的缺陷.經(jīng)使用取得了良 好的效果.已經(jīng)成功應(yīng)用在自動(dòng)控制設(shè)備的控制系統(tǒng) 中。該電路的設(shè)計(jì)是基于純硬件模擬電路,結(jié)構(gòu)簡單, 體積小?？煽啃愿?。極大地提高了電路的穩(wěn)定性和抗 干擾能力,且具有保護(hù)隔離輸出功能。2電路原理分析2.1相序、缺相檢測電路原理根據(jù)三相交流電知識(shí)三相交流電的相電壓三角 函數(shù)表達(dá)式為:l“2bin毗艫in(叫一嬰艫in(叫+嬰分析上述表達(dá)式可知三相交流電源每相的相位角 相差孕。以瑚和婦相為例,如果

5、將婦相位角延遲手 得:第36卷第1期 陳柱峰:三相交流電相序、缺相檢測保護(hù)電路設(shè)計(jì) 35艫%in(塒一手一予一%i刪與瑚=%iI刪處于反相狀態(tài)。如圖l所示,粗線 為瑚和未移相之前的波形,細(xì)線為咖移相等之后 的波形。同理將Ilc延遲予后與處于反相狀態(tài),將 %延遲予后與處于反相狀態(tài)。J.像 除I/_冊(cè) 淞/ 巡之/.:ד7 -_o叫-;哼!L3圖1A、B相移相前后波形圖。如果將延遲后的相電壓按正序一妒盱蝴相互 疊加,在三相平衡的狀態(tài)下其結(jié)果為0。但是在逆序的 情況下相互疊加,其結(jié)果則將不會(huì)為O。例如以一盱 咿瑚的相序移相疊加,將相位角延遲要得: j驢%in(州+蘭一手=%in(礎(chǔ)+要J

6、 J J與蝴=%i刪相比較相位角超前要,而不是反相 j狀態(tài)。如圖2所示粗線為未移相之前的和毗的波 形圖,細(xì)線為移相予后的lc相波形圖。扯J烈虜又心。 幽蚴7同理將延遲;后,亦與相位角相差要;將 J j蝴延遲要后,亦與相位角相差要。j j如果是在正序的情況下缺相.則三相電壓疊加后 結(jié)果一樣不為0。假設(shè)現(xiàn)在的相序正確但是缺少 相,則婦延遲要后與蝴相疊加使瑚相輸出衰減為o, J但是由于缺少c相,婦相將得不到衰減,結(jié)果電路相 當(dāng)予婦相單相整流輸出。根據(jù)上面的分析。只要將三相交流電的每一相電 壓延遲要相位角后與前一相電壓疊加整流輸出,如果 j相序正確則整流后的電壓將為0。如果處于逆序或者 是缺相狀態(tài),輸

7、出電壓將不為0。根據(jù)上述原理可設(shè)計(jì) 制作出相序、缺相檢測電路。電路原理圖如圖3所示。圖3相序、缺相檢測保護(hù)電路原理圖圖3中相序、缺相檢測電路由RlR9、C1一C3、 DlD6構(gòu)成。其中R和R9為分壓限流電阻.D1。D6構(gòu) 成三相橋式整流電路,Rl、Cl組成相移相電路,將 相延遲予后與分壓后的相疊加;R2、c2組成婦 相移相電路,將婦相延遲號(hào)后與相疊加;R3、c3組 成相移相電路,將%相延遲號(hào)后與%相疊加。理想 狀態(tài)下適當(dāng)選擇電路中的參數(shù)可使在三相電壓平衡湖南農(nóng)機(jī) 2009年1月 且相序正確的狀態(tài)下整流后輸出電壓為0。移相準(zhǔn)確與否關(guān)鍵是看電路中的R1。R3、C1,C3的參數(shù)設(shè)定。根據(jù)計(jì)算公式:。

8、, 1 1A產(chǎn)瓦2互麗9=arct粕魯皓、/琢+以欲使妒=要,且通過Rc移相后的電壓u等于相 j電壓經(jīng)過分壓電阻分壓后的電壓.只需適當(dāng)選擇R和 C便可.通過計(jì)算和制作試驗(yàn)驗(yàn)證移相R和C可分別 取值120kQ和153pF,且在電路中R的取值不能過 小,如果過小會(huì)使電阻的功耗過大發(fā)熱嚴(yán)重。由于電路中分布參數(shù)的影響.如果按照上述原理 計(jì)算分析設(shè)置電路參數(shù)則會(huì)導(dǎo)致電路的平衡點(diǎn)(R、C 移相之后的電壓u=、/可麗面彳應(yīng)該與前一相經(jīng)電阻 分壓后的相電壓相等產(chǎn)生偏差,為此在設(shè)計(jì)電路中 設(shè)置了W1、R10和D10組成的分壓調(diào)節(jié)電路,改變 Wl的阻值即改變了相序、缺相檢測電路的負(fù)載,達(dá)到 調(diào)節(jié)電路平衡點(diǎn)改變輸出

9、電壓的目的.D10為5.2V的 穩(wěn)壓二極管。防止整流電路的輸出電壓過高損壞后極 遲滯比較電路。在調(diào)試的過程中首先將電路處于缺相 或者是逆序狀態(tài).調(diào)節(jié)Wl使整流輸出電壓為7V左 右,此時(shí)D7點(diǎn)亮?；謴?fù)電路使電路處于正序狀態(tài),整 流電路輸出電壓將降低到1V左右.同時(shí)D7熄滅。D7可同時(shí)作為三相交流電源的相序正確與否和是否缺 相的工作指示燈。電路中的Ul、R13、R14、R15構(gòu)成遲滯比較器,調(diào) 節(jié)R13、R14的分壓比可改變電路中比較器Ul同相 端的電壓。從而設(shè)置保護(hù)輸出起控點(diǎn)。在此電路中將 比較器U1同相端的電壓設(shè)置為2.5V左右,是為防止 在三相電源不平衡還未達(dá)到影響設(shè)備正常工作的時(shí) 候電路起

10、控。R15是正反饋電阻,改變它的大小可改 變遲滯比較器的滯回曲線的寬度,可防止電路在三相 電壓不平衡處于臨界點(diǎn)的時(shí)候引起電路保護(hù)輸出端 頻繁動(dòng)作。D8為保護(hù)指示燈,Q2、U2為保護(hù)開路隔離輸出 端.在三相交流電處于正序且不缺相的情況下U1輸 出為高電平,Q1飽和導(dǎo)通,D8點(diǎn)亮;Q2截止,隔離光 耦U2截止。當(dāng)三相交流電逆序或缺相時(shí)U1輸出低電 平,Ql截止,D8熄滅;Q2飽和導(dǎo)通,隔離光耦U2導(dǎo)通 提供保護(hù)輸出信號(hào)。且由于U2的隔離作用增加了后 極電路的安全性。3結(jié)論由上述分析可知。本檢測電路是根據(jù)在正、逆相 序、缺相時(shí)電路輸出電壓的不同,從而達(dá)到相序、缺相 檢測保護(hù)輸出的目的。雖然電路是針對(duì)

11、三相電源電壓 對(duì)稱狀態(tài)設(shè)計(jì)的.但是對(duì)于三相電源電壓不平衡超過 一定范圍仍然具有保護(hù)輸出作用。而且由于電路后極 加入了遲滯比較器?？朔艘酝娜嘟涣麟娫诓黄?衡點(diǎn)波動(dòng)時(shí)引起電路頻繁動(dòng)作的缺陷。當(dāng)然實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的電路不是唯一的,但本電路 具有簡單易行、使用方便、體積小和功耗低等優(yōu)點(diǎn),已 經(jīng)成功應(yīng)用在自動(dòng)控制設(shè)備中。如果此電路再增加一 路電源供給后極遲滯比較器.則此電路可以單獨(dú)作為 三相電源檢測報(bào)警使用。參考文獻(xiàn)1邱關(guān)源.電路M.北京:高等教育出版社,1999.2秦曾煌.電工學(xué)(上冊(cè)M.北京:高等教育出版社,1999.3楊秀雙.程序判別三相電壓相序錯(cuò)誤的方法J.工業(yè)儀表與自 動(dòng)化裝置,1999。(4.(4石生.電路基本分析M.北京:高等教育出版社,2003. 三相交流電相序、缺相檢測保護(hù)電路設(shè)計(jì)作者:陳柱峰 , CHEN Zhu-