基于數(shù)字邏輯電路的相序檢測電路

基于數(shù)字邏輯電路的相序檢測電路

0電梯相序檢測電路由于維修或工作的不同位置，電動汽車、挖掘機和三相電動汽車的設(shè)備必須避免將相序連接到重新連接的設(shè)備，以便無法正常工作。對于只能通過手動旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，可能會損壞旋轉(zhuǎn)裝置。由于相序的變化，操作方向和預期方向之間的關(guān)系可能會發(fā)生變化。這時就有必要采取措施進行相序檢測。早期的相序檢測電路由電容、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，還需人工判別燈的亮度，且不能實現(xiàn)自動檢測；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，電路較為復雜本文介紹的三相電源相序及斷相自動檢測電路，電路簡單可靠，體積小，功耗低，可提供一個TTL電平信號，指示三相電源連接是否正確，還適合于與設(shè)備控制裝置一起使用。1光電耦合器u1相序檢測與顯示電路如圖1所示。電路可分為兩個部分，即相序檢測部分與檢測結(jié)果顯示部分。前者由三極管N1和N2、二極管D1～D4、穩(wěn)壓管Z1和Z2、電容C1、光電耦合器U1中發(fā)光二極管L1及電阻R1～R7組成，當三相電源的A、B和C相分別接到電路的U、W和V端子（即在正相序）并且在無缺相情況時，L1中將會有電流流過而發(fā)光，否則L1不發(fā)光；后者包括光電耦合器中的光敏三極管N3、三極管N4、電容C2及電阻R8～R10，在L1斷續(xù)發(fā)光情況下（正相序時），N4將會持續(xù)導通，并在U0端輸出一個低電平信號；否則輸出一個高電平信號。此電信號也可用于控制。2電源的相序接口三相交流電源各相電壓可表示為式中Um———相電壓最大值，一般情況下利用三角函數(shù)關(guān)系有uBA、uCA的波形如圖2所示，并如圖所示分為4個區(qū)。不妨取電源的任一相做為A相，并將A相接檢測電路U端，則電源的B相和C相與相序檢測電路的V和W端連接只有兩種接法：(1)C相接W端，B相接V端；(2)B相接W端，C相接V端。下面根據(jù)這兩種接法，分析圖1檢測電路對輸入的反應。2.1組成uf37f此時有uWU=uCA、uVU=uBA，在一個周期內(nèi)，對圖2波形的4個區(qū)間，輸入檢測電路的電壓uWU、uVU如表1所示。Ⅰ區(qū)，有uWU=uCA<0與uVU=uBA<0，二極管D1、D2反向截止，光電耦合器U1中的發(fā)光二極管L1不會有電流流過，不發(fā)光。Ⅱ區(qū)，有uWU=uCA<0，而uVU=uBA>0，隨著uVU值的增加，二極管D1正向?qū)?，電流的一條主要通路為：V→D1→R2→D3→R5→U,J與U點之間的電位差為正，使三極管N1的發(fā)射結(jié)電壓uJU>0，在約為150.8°時uJU達到0.6V，其發(fā)射結(jié)導通，三極管N2的集射極間電壓uFU大于零；電流的另一條主要路徑為V→D1→R1→G→R6→F點，uFU既加在N2的基射極之間又加在N1管的集射極之間，N2的導通條件是其發(fā)射結(jié)電壓uFU≥0.6V,N1管的導通條件則是其集射極間電壓為正和其發(fā)射結(jié)電壓uJU≥0.6V。由于電容器C1兩端電壓不能躍變（初始電壓為0V），使得在N2管的發(fā)射結(jié)電壓達到0.6之前，N1管的導通條件就已經(jīng)滿足，N1工作在飽和導通狀態(tài)。N1導通后，其集射極間電壓uFU≈0.3V，而uFU即是N2管的發(fā)射結(jié)電壓，也就是說這一區(qū)間N1導通后N2不會導通，發(fā)光二極管L1中無電流通過，不發(fā)光。Ⅲ區(qū)，N1管仍處在飽和導通狀態(tài)，uFU≈0.3V,N2管不導通，L1不發(fā)光。Ⅳ區(qū)，uVU=uBA<0，二極管D1截止，L1無電流通過，不發(fā)光。由此可見，在接法⑴時，L1中無電流通過，不發(fā)光。2.2uv、dna充放電極間電壓的變化規(guī)律此時有uWU=uBA、uVU=uCA。在一個周期內(nèi)，檢測電路輸入電壓uWU、uVU如表2所示。Ⅰ區(qū)的情況與接法（1）的Ⅰ區(qū)情況相同，D1、D2截止，L1不發(fā)光。Ⅱ區(qū)，uVU=uCA<0,D1截止，uWU=uBA>0，這時電流的流通路徑為：W→D2→R3→R4→U，隨著uWU值的增大，電阻R4上的壓降uR4也逐漸增大，當超過15V時穩(wěn)壓管Z1反向擊穿（Z1的反向擊穿電壓為15V),uFU>0，若不接C1，將會在tr時刻達到uR4=15.6V和uFU=0.6V，而接上C1后，達到uFU=0.6V的時刻要稍遲于tr，但當C1很小時（0.01μF），這個時間延遲也很小。在tr時刻存在如下關(guān)系式將R3、R4（見圖1）和Um的值代入以上兩式計算可知ωtr=1.06π（見圖2）。uFU的變化情況見圖3曲線1所示，圖3中曲線2為流過L1的電流波形，該電流信號與uVU同相位（見圖4）。當uFU達到0.6V時，N2管的發(fā)射結(jié)導通，此時電流的主要路徑為：W→D2→R3→Z1→N2→U，但由于uVU=uCA<0,D1截止，L1中仍無電流通過，不發(fā)光。Ⅲ區(qū)，uVU=uCA>0，當uVU>1.2V時uHU>0,N2管的集射極間電壓為正，由于其發(fā)射結(jié)在Ⅱ區(qū)就已導通，所以N2管處于飽和導通狀態(tài)，其集射極間電壓uHU不高于0.3V，二極管D3、D4的正向?qū)▔航刀际?.6V，所以uEU不會高于0.9V，從而uJU也不會高于0.3V,uJU即是三極管N1的基射極間電壓，所以N1管不導通。N2管導通后，流過L1的電流只有這樣一條路徑：V→D1→R1→G→R7→L1→N2→U，當uVU大于D1和L1的正向壓降之和（約1.7V）后，L1中就會有電流通過而發(fā)光，由于穩(wěn)壓管Z2的穩(wěn)壓值為15V,L1的正向壓降約1.1V,N2飽和導通時集射極間電壓約為0.3V，故流過L1的電流最大值為Ⅳ區(qū)，雖有uWU=uBA<0，但uVU=uCA>0，有一條電流路徑：V→D1→R1→R6→F→N2→U，仍可保證N2管的發(fā)射結(jié)繼續(xù)導通，N2維持導通狀態(tài)，L1中仍有電流通過而發(fā)光。其電流波形如圖4中曲線1所示，曲線2為uVU正半周期的波形（由于測量裝置的非線性，波形有些失真）。接法（2）為正確相序。通過以上分析，當相序正確時，在第Ⅲ、Ⅳ區(qū)L1中有電流通過而發(fā)光。表1（錯誤相序）的Ⅱ區(qū)與表2（正確相序）的Ⅳ區(qū)均有uWU<0及uVU>0，但在錯誤相序下，由于三極管N1的箝位作用，使三相管N2無法導通，故L1中無電流通過。2.3uvu3000各相斷相在接法（2）（正確相序）時的斷相可分為如下三種情況：(1)A相斷相時，則D1、D2均截止，L1中無電流通過，不發(fā)光；(2)B相斷相時，若C同時斷相，D1、D2均截止，L1中無電流通過，不發(fā)光；而若C相正常，當uVU=uCA>0時，同接法（1）Ⅱ區(qū)的工作情況類似，N1導通，N2截止，L1不發(fā)光；(3)C相斷相或C、B同時斷相時，無電流流過L1,L1不發(fā)光。因此，當有斷相情況發(fā)生時，L1將不發(fā)光。2.4逆相序狀態(tài)下k點電位的變化綜上所述，當相序正確且無斷相情況時，L1將會斷續(xù)發(fā)光；反之，若逆相序或雖正相序但有斷相時L1將不發(fā)光。光敏三極管N3的集電極直接接+5V直流電源，當L1發(fā)光時，N3的基極上就會有光電流，其發(fā)射極上就會有放大了的電流流過，這個電流使得K點電位升高，C2則起平均K點電位的作用，使當L1斷續(xù)發(fā)光時也能保持K點電位始終較高。而當L1始終不發(fā)光時，N3不導通，K點為低電位。三極管N4的集電極通過電阻R10接到+5V電源上，若L1發(fā)光使K點電位升高，則N4基極有電流流過，N4導通，U0為低電平。若L1始終不發(fā)光（即逆相序狀態(tài)）使K點為低電位，N4將不導通，U0為高電平。若將電路中的R10(5.1kΩ)用一個470Ω的電阻和一個發(fā)光二極管L2串聯(lián)電路替換，則當L1發(fā)光時，L2也會發(fā)光指示；L1不發(fā)光，L2也將不發(fā)光?？梢娫谡嘈驎rU0處為低平；逆相序或斷相時U0為高電平。此電平可作為指示或控制用。2.5導通約個周期由于只有當uWU和uVU為正時D1和D2才能導通（約半個周期），R1、R2和R3的阻值都較大，即使導通，流過R1、R2和R3的電流也都較小，所以檢測電路部分的功耗很低，不會超過3到相序檢測、斷相檢測由上述分析可知，本檢測電路是根據(jù)在正、逆相序時電路輸入電壓uWU、uVU的不同情況，使在具有正相序時檢測電路有輸出，從而達到相序檢測、斷相檢測的