三相交流電相序、缺相檢測保護電路設計_圖文

1、第36卷第1期 湖南農(nóng)機 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、缺相檢測保護電路設計陳柱峰(湖南現(xiàn)代物流職業(yè)技術學院物流工程系,湖南長沙410131摘要:設計了一種新穎的相序、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波動造成保護電路頻繁動作的缺 陷,大大提高了電路的抗干擾性能和適用性。關鍵詞:三相交流電源;相序;缺相中圖分類號:7I鴨11文獻標識碼:A 文章編號: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,強日H,姍肘礎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、自動控制和電力電子等設備 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候就要及時形 成保護。特別是對于只允許單向旋轉的設備而言,如 果相序有誤可能造成其旋轉件損壞:如載人電梯因相 序的改變。使運行方向與預定方向相反?？赡芪＜叭?身安全。這時就有必要采取措施進行相序檢測。 早期的相序、缺相檢測電路由簡單的電容、電阻 組成。雖然結構簡單。但電容值較大,用指示燈指示, 功耗較大。體積也大,且不能實現(xiàn)自動檢測輸出;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,電 路較為復雜。而且由于單片機的特殊結構,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計了種新穎的相序、收疆日期:281224作

4、者簡介:陳柱峰(1973一,男,湖南長沙人,大學本科,助理試驗 師,主要從事電力電子技術方面的教學和科研工作。 缺相檢測保護電路.能夠避免三相交流電在不平衡點 波動造成保護電路頻繁動作的缺陷.經(jīng)使用取得了良 好的效果.已經(jīng)成功應用在自動控制設備的控制系統(tǒng) 中。該電路的設計是基于純硬件模擬電路,結構簡單, 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)三相交流電知識三相交流電的相電壓三角 函數(shù)表達式為:l“2bin毗艫in(叫一嬰艫in(叫+嬰分析上述表達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、缺相檢測保護電路設計 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 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)下其結果為0。但是在逆序的 情況下相互疊加,其結果則將不會為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+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 結果一樣不為0。假設現(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,結果電路相 當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)上述原理可設計 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、缺相檢測保護電路原理圖圖3中相序、缺相檢測電路由RlR9、C1一C3、 DlD6構成。其中R和R9為分壓限流電阻.D1。D6構 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,將婦相延遲號后與相疊加;R3、c3組 成相移相電路,將%相延遲號后與%相疊加。理想 狀態(tài)下適當選擇電路中的參數(shù)可使在三相電壓平衡湖南農(nóng)機 2009年1月 且相序正確的狀態(tài)下整流后輸出電壓為0。移相準確與否關鍵是看電路中的R1。R3、C1,C3的參數(shù)設定。根據(jù)計算公式:。

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.只需適當選擇R和 C便可.通過計算和制作試驗驗證移相R和C可分別 取值120kQ和153pF,且在電路中R的取值不能過 小,如果過小會使電阻的功耗過大發(fā)熱嚴重。由于電路中分布參數(shù)的影響.如果按照上述原理 計算分析設置電路參數(shù)則會導致電路的平衡點(R、C 移相之后的電壓u=、/可麗面彳應該與前一相經(jīng)電阻 分壓后的相電壓相等產(chǎn)生偏差,為此在設計電路中 設置了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、缺相檢測電路的負載,達到 調(diào)節(jié)電路平衡點改變輸出

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D7點亮?；謴碗娐肥闺娐诽幱谡驙顟B(tài),整 流電路輸出電壓將降低到1V左右.同時D7熄滅。D7可同時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。從而設置保護輸出起控點。在此電路中將 比較器U1同相端的電壓設置為2.5V左右,是為防止 在三相電源不平衡還未達到影響設備正常工作的時 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的時候引起電路保護輸出端 頻繁動作。D8為保護指示燈,Q2、U2為保護開路隔離輸出 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飽和導通,D8點亮;Q2截止,隔離光 耦U2截止。當三相交流電逆序或缺相時U1輸出低電 平,Ql截止,D8熄滅;Q2飽和導通,隔離光耦U2導通 提供保護輸出信號。且由于U2的隔離作用增加了后 極電路的安全性。3結論由上述分析可知。本檢測電路是根據(jù)在正、逆相 序、缺相時電路輸出電壓的不同,從而達到相序、缺相 檢測保護輸出的目的。雖然電路是針對

11、三相電源電壓 對稱狀態(tài)設計的.但是對于三相電源電壓不平衡超過 一定范圍仍然具有保護輸出作用。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?衡點波動時引起電路頻繁動作的缺陷。當然實現(xiàn)這個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,已 經(jīng)成功應用在自動控制設備中。如果此電路再增加一 路電源供給后極遲滯比較器.則此電路可以單獨作為 三相電源檢測報警使用。參考文獻1邱關源.電路M.北京:高等教育出版社,1999.2秦曾煌.電工學(上冊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誤的方法J.工業(yè)儀表與自 動化裝置,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、缺相檢測保護電路設計作者:陳柱峰 , CHEN Zhu-