專利名稱：三相正弦交流電源異常情況檢測(cè)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種檢測(cè)三相正弦交流電源異常情況的電路，屬于低壓電子電路技術(shù)領(lǐng)域。
目前，對(duì)于三相正弦交流電源異常情況的檢測(cè)基本上都是通過(guò)空氣開關(guān)、互感器、霍爾傳感器、繼電器等使用鐵氧體磁芯為主要材料的元器件進(jìn)行的。正因?yàn)椴捎昧舜判荆捎诖判圆牧隙季哂械拇艤蔷€性的這一特性決定了其工作的非線性，這樣對(duì)起控值的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)帶來(lái)了很大的不便，其反應(yīng)速度都不高；并且其體積與重量也相對(duì)較大，采用了這類元器件的產(chǎn)品的體積都做成了設(shè)備級(jí)和較大模塊的形式。這樣，對(duì)電路難于嵌入，對(duì)系統(tǒng)也存在較大的空間要求；另外，其生產(chǎn)成本以及成品的市場(chǎng)價(jià)格也較高。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下設(shè)計(jì)方案一種三相正弦交流電源異常情況檢測(cè)電路，它主要包括三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐?、峰值濾波單元電路、峰值電壓比較單元電路和隔離轉(zhuǎn)換單元電路；彼此之間的連接關(guān)系是三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐返妮斎攵朔謩e與被測(cè)三相正弦交流電源的A、B、C的相電壓輸出端相連，其輸出端接于一點(diǎn)形成三相公共點(diǎn)，之后經(jīng)峰值濾波單元電路與峰值電壓比較單元電路的一個(gè)輸入端相連，峰值電壓比較單元電路的另一輸入端與參考電位相連，峰值電壓比較單元電路的輸出端經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換單元電路隔離轉(zhuǎn)換后輸出檢測(cè)結(jié)果；
三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐分饕菍⑷嗾医涣麟姷腁、B、C的相電壓分別限流降壓后疊加，得出疊加后的三相公共點(diǎn)的電壓；然后，經(jīng)過(guò)峰值濾波單元電路的處理，峰值濾波單元電路主要是抑制并削弱來(lái)自被檢測(cè)的三相正弦交流電源的電壓紋波以及本電路前級(jí)部分產(chǎn)生的干擾脈沖；峰值濾波單元電路將三相公共點(diǎn)的電壓進(jìn)行濾波處理后輸入給峰值電壓比較單元電路。峰值電壓比較單元電路將這個(gè)電壓與已經(jīng)經(jīng)過(guò)設(shè)定的電壓值進(jìn)行比較，由此判斷三相正弦交流電源的三相電壓是否出現(xiàn)了缺相或者懸浮電源搭地等異常，以及不平衡的程度是否已經(jīng)達(dá)到了預(yù)設(shè)的值；最后，峰值電壓比較單元電路輸出的判斷結(jié)果經(jīng)過(guò)隔離轉(zhuǎn)換單元電路隔離后同相輸出。
所述三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐分饕ń祲弘娐泛凸β?或電壓)放大電路；降壓電路的輸入端分別與A、B、C三相的相電壓相連，其輸出端分別與功率(或電壓)放大電路的輸入端相連，功率(或電壓)放大電路的輸出端相連共接于一點(diǎn)，作為三相電公共點(diǎn)電壓值。
所述峰值電壓比較單元電路主要包括比較電壓設(shè)定電路和電壓比較電路；比較電壓設(shè)定電路的輸出端與電壓比較電路的一個(gè)輸入端相連，比較電路的另一個(gè)輸入端與三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐返妮敵龆思慈嚯姽颤c(diǎn)電壓相連。
所述隔離轉(zhuǎn)換電路包括一光電耦合器，光電耦合器的輸入端與峰值比較電路的輸出端相連，其輸出端與其它控制電路相連。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理是正常情況時(shí)，三相正弦交流電三相公共點(diǎn)的電壓恒為零，而當(dāng)三相正弦交流電源出現(xiàn)異常情況時(shí)，如缺相、三相電源不平衡等，三相公共點(diǎn)的電位便會(huì)偏離零點(diǎn)，相對(duì)于電源零線或地線產(chǎn)生一正弦交流電壓。本實(shí)用新型正是依據(jù)這一電氣原理以及利用這一特性而設(shè)計(jì)的一種三相正弦交流電源異常情況檢測(cè)電路。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)調(diào)試方便、成本低廉、反應(yīng)靈敏、起控點(diǎn)可方便調(diào)節(jié)以及方便嵌入等。
三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐?主要是將三相正弦交流電的A、B、C三相的相電壓分別限流降壓后疊加，得出疊加后的三相公共點(diǎn)O的電壓。峰值濾波單元電路2主要是抑制并削弱來(lái)自被檢測(cè)的三相正弦交流電源的電壓紋波以及本電路前級(jí)部分產(chǎn)生的干擾脈沖。峰值電壓比較單元電路3主要是將濾波處理后的三相公共點(diǎn)的電壓值與設(shè)定的起控保護(hù)電壓值相比較，判斷三相正弦交流電的三相是否存在異常情況，如缺相、不平衡情況，以及不平衡的程度等；最后，將峰值電壓比較單元電路3輸出的判斷結(jié)果經(jīng)過(guò)隔離轉(zhuǎn)換后輸出。
上述的三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐?主要包括降壓電路和功率(或電壓)放大電路。降壓電路可以由電阻、光隔離器件等組成，其作用是將A、B、C三相的電壓降低。功率(或電壓)放大電路可以由集成運(yùn)算放大器、或線性放大器、或三極管、或MOSFET以及由這些器件組合的具有增強(qiáng)帶載能力的功率(或電壓)放大單元電路組成，其作用是增強(qiáng)三相電公共點(diǎn)帶載能力，以及將三相電公共點(diǎn)的電壓值轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)為電路所需的合適的電壓值，即在被測(cè)相電壓低于本電路的供電電壓的一半左右時(shí)，可以將功率放大電路改為電壓放大電路進(jìn)行電壓放大。
上述峰值濾波單元電路2可以由具有濾波功能的器件構(gòu)成，如濾波電容、具有延遲削峰功能的器件等，也可以由本身不具備濾波功能的器件組合成具有濾波功能的濾波電路，如由RC組合而成的濾波電路，或組合電路的總結(jié)構(gòu)具備RC組合濾波特性的濾波電路，或由LC組合而成的濾波電路，或組合電路的總結(jié)構(gòu)具備LC組合濾波特性的濾波電路，或由RL組合而成的濾波電路，或組合電路的總結(jié)構(gòu)具備RL組合濾波特性的濾波電路。
上述峰值電壓比較單元電路3主要包括比較電壓設(shè)定電路和電壓比較電路；比較電壓設(shè)定電路的輸出端與電壓比較電路的一個(gè)輸入端相連，電壓比較電路的另一個(gè)輸入端與三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐返妮敵龆思慈嚯姽颤c(diǎn)電壓相連。比較電壓設(shè)定電路主要由可調(diào)電阻構(gòu)成，其作用是輸出可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流比較電壓。比較電壓設(shè)定電路還可以為能輸出分級(jí)變化調(diào)節(jié)的直流比較電壓的分壓電路；或者為由單片機(jī)或集成電路輸出的由PWM轉(zhuǎn)換而成的具有能可變輸出比較電壓的電路。比較電路包括由比較器集成的電路、或主要由三極管、MOSFET等分立器件組成的具有比較器特性的單元電路。
上述隔離轉(zhuǎn)換單元電路4包括起隔離及電平轉(zhuǎn)換作用的光電耦合器，或線性光耦，或帶隔離的電子開關(guān)，或高靈敏度和高響應(yīng)度的繼電器、接觸器等。
圖2為本實(shí)用新型電路原理圖。如圖所示，三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐?主要由限流降壓電阻R1、R2、R3、運(yùn)算放大器U1、U2、U3構(gòu)成。限流降壓電阻R1、R2、R3的一端分別與被測(cè)三相電源的A、B、C三相輸入電壓相連，另一端分別與運(yùn)算放大器U1、U2、U3的+輸入端相連；運(yùn)算放大器U1、U2、U3的-輸入端與輸出端相連，并且U1、U2、U3的輸出端相連共接于一點(diǎn)，作為三相交流電公共點(diǎn)的電壓值。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，通過(guò)對(duì)限流降壓電阻R1、R2、R3阻值與功率的選型，可以使本電路能夠檢測(cè)0.1V至550KV線電壓的三相正弦交流電源。為了提高經(jīng)R1、R2、R3限流降壓后的電壓的帶載能力，減小可能因負(fù)載能力不夠而引起的波形失真，本實(shí)用新型在R1、R2、R3限流降壓電阻之后設(shè)計(jì)了運(yùn)算放大器U1，U2，U3。
三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐?的輸出端即運(yùn)算放大器U1、U2、U3的輸出端經(jīng)峰值濾波單元電路2(濾波電容C1)與峰值電壓比較單元電路3的輸入端相連。
濾波電容C1對(duì)三相交流電公共點(diǎn)的電壓進(jìn)行濾波處理，抑制并削弱來(lái)自被檢測(cè)的三相正弦交流電源的電壓紋波以及本電路前級(jí)部分產(chǎn)生的干擾脈沖。
峰值電壓比較單元電路3主要由比較器U4和比較電壓設(shè)定電路構(gòu)成，比較器U4的“+”輸入端與由R4、RP1組成的比較電壓設(shè)定電路相連，通過(guò)改變RP1的阻值可以調(diào)整被測(cè)三相正弦交流電源異常程度的起控點(diǎn)。比較器U4的“-”輸入端與三相電源公共點(diǎn)的電壓值相連。比較器電路U4將三相公共點(diǎn)的電壓值與比較電壓設(shè)定電路設(shè)定的起控電壓進(jìn)行電壓幅值比較，比較的結(jié)果通過(guò)隔離轉(zhuǎn)換單元電路輸出。
隔離轉(zhuǎn)換單元電路4包括一光電耦合器，它主要起隔離的作用，它將峰值電壓比較單元電路輸出的比較和判斷的結(jié)果同相輸出給后面的待嵌入的控制電路。
圖3為本實(shí)用新型用于檢測(cè)非懸浮三相四線制正弦交流電源異常情況的具體電路圖。由于檢測(cè)的是非懸浮三相四線制正弦交流電源，其零線N已經(jīng)接地。為了使本電路的電位不懸浮，所以，本電路的GND端接輸入電源的零線，之后本電路的GND將不再接地，以防止重復(fù)接地而引起的環(huán)路共模干擾。其它電路結(jié)構(gòu)與圖2相同。當(dāng)電源出現(xiàn)缺相以及三相不平衡時(shí)，本電路的三相公共點(diǎn)處O會(huì)產(chǎn)生如前面所述的一定幅值的正弦交流電壓。其幅值與三相電的不平衡程度成正比，即不平衡現(xiàn)象越嚴(yán)重則三相公共點(diǎn)的對(duì)GND的電壓幅值越高。三相電源的缺相現(xiàn)象實(shí)際上也就是三相電壓不平衡的最嚴(yán)重的表現(xiàn)，即本電路能做到三相電壓不平衡現(xiàn)象的檢測(cè)時(shí)，同時(shí)也就具有了檢測(cè)缺相的功能。本電路便由此判斷三相輸入電壓的不平衡程度是否已達(dá)到了已設(shè)定的起控值，并根據(jù)這一狀態(tài)由本電路的隔離轉(zhuǎn)換單元電路輸出比較結(jié)果。所以，在檢測(cè)這類三相電源時(shí)，本電路具有電源缺相、三相不平衡等異常檢測(cè)功能。
圖4為本實(shí)用新型用于檢測(cè)非懸浮三相三線制正弦交流電源異常情況的具體電路圖。非懸浮的三相三線正弦交流電源與非懸浮三相四線正弦交流電源基本相同，其不同之處只是少了一根零線。而此根隱含的零線實(shí)際上也是已經(jīng)經(jīng)過(guò)接大地的，即三相電源的相電壓也就是對(duì)大地的電壓。當(dāng)本電路用于檢測(cè)此類電源時(shí)，須將本電路的“GND”接大地。經(jīng)過(guò)接地后不僅使本電路有了一參考電位，同時(shí)，也與被測(cè)的非懸浮的三相三線制正弦交流電源共地。其它電路結(jié)構(gòu)與圖2相同。此時(shí)本電路的工作方式如圖3所示的實(shí)施例，所以，本電路也具有電源缺相、三相不平衡等異常檢測(cè)功能。
本實(shí)用新型用于檢測(cè)懸浮的三相三線制正弦交流電源時(shí)與圖4的連接方法相同，即仍將本電路的GND端接地。此時(shí)的接地只能使本電路的電位有一參考點(diǎn)，對(duì)被測(cè)電源的接地性沒(méi)有影響，懸浮的三相電源對(duì)地之間仍沒(méi)有關(guān)系，本電路的三相公共點(diǎn)對(duì)本電路的GND仍沒(méi)有電壓。如果三相電源的任何一個(gè)相線出現(xiàn)了接地現(xiàn)象，根據(jù)三相電電所原理，本電路的三相公共點(diǎn)對(duì)本電路的GND點(diǎn)的電壓將大于經(jīng)限流降壓后的任一線電壓。本電路的峰值比較單元電路將會(huì)根據(jù)是否產(chǎn)生了這一電壓來(lái)判斷是否有電源相線接地的異?，F(xiàn)象。所以，本電路在檢測(cè)此類電源時(shí)，具有能檢測(cè)電源相線是否接地的功能。
圖5是本實(shí)用新型用于檢測(cè)懸浮的三相四線制正弦交流電源異常情況的具體電路圖。本電路在檢測(cè)這類電源時(shí)的連接方法可以分兩種情況1、如圖5(a)所示，本電路的GND端不接電源零線(N)而接大地。在這種接法下，本電路與被測(cè)電源的連接和本電路的工作方式以及所能實(shí)現(xiàn)的功能與圖4中的將本電路用于檢測(cè)懸浮的三相三線制正弦交流電源時(shí)的工作方式與所能實(shí)現(xiàn)的功能完全相同，此處不再重述。
2、本電路的GND端接被測(cè)電源的零線(N)而不接大地，如圖5(b)所示。在這種接法下，本電路的電位與被測(cè)電源相同，即都對(duì)大地電位不定，正因?yàn)榇耍员倦娐吩谶@種環(huán)境下工作時(shí)要注意本電路中的隔離轉(zhuǎn)換單元電路U5的耐壓?jiǎn)栴}。當(dāng)被測(cè)三相電源出現(xiàn)相電壓不平衡現(xiàn)象時(shí)，根據(jù)三相交流電電氣原理，本電路的三相公共點(diǎn)也會(huì)對(duì)被測(cè)電源的零線N產(chǎn)生一定的電壓，因?yàn)楸倦娐返腉ND已與被測(cè)電源的零線相連，所以這一電壓也就相當(dāng)于加在了本電路的三相公共點(diǎn)與本電路的GND之間。這樣本電路的峰值電壓比較單元電路會(huì)將這一電壓與預(yù)設(shè)的保護(hù)起控電壓值相比較，當(dāng)達(dá)到或大于預(yù)設(shè)的起控電壓值時(shí)，本電路的峰值電壓比較電路中比較器U4的輸出將由原來(lái)的高電平變?yōu)榈碗娖?，這樣本電路中的隔離轉(zhuǎn)換單元電路里的光電耦合器U5內(nèi)的二極管會(huì)因有一正向電流而發(fā)光，致使該電路的輸出腳由原來(lái)的高電平轉(zhuǎn)為低電平輸出，供接駁被嵌入的其它電路采用。這樣，在將本電路用于檢測(cè)此類電源時(shí)，則具有能檢測(cè)三相電源不平衡以及缺相等功能。
由于本實(shí)用新型采用以上設(shè)計(jì)方案，故具有電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，反應(yīng)靈敏以及起控點(diǎn)可方便調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。
以上所述是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例及所運(yùn)用的技術(shù)原理，任何基于本實(shí)用新型技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換，均屬于本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種三相正弦交流電源異常情況檢測(cè)電路，其特征在于它主要包括三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐贰⒎逯禐V波單元電路、峰值電壓比較單元電路和隔離轉(zhuǎn)換單元電路；彼此之間的連接關(guān)系是三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐返妮斎攵朔謩e與被測(cè)正弦交流電源的A、B、C三相的相電壓輸出端相連，其單元電路的輸出端接于一點(diǎn)而形成三相公共點(diǎn)，之后經(jīng)峰值濾波單元電路與峰值電壓比較單元電路的一個(gè)輸入端相連，峰值電壓比較單元電路的另一輸入端與參考電位相連，峰值電壓比較單元電路的輸出端經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換單元電路隔離轉(zhuǎn)換后輸出檢測(cè)結(jié)果；三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐分饕菍⑷嗾医涣麟姷腁、B、C三相的相電壓分別限流降壓后疊加，得出疊加后的三相公共點(diǎn)的電壓；峰值濾波單元電路主要是抑制并削弱來(lái)自被檢測(cè)的三相正弦交流電源的電壓紋波以及本電路前級(jí)部分產(chǎn)生的干擾脈沖；峰值電壓比較單元電路主要是將濾波處理后的三相公共點(diǎn)的電壓值與設(shè)定的起控保護(hù)電壓值相比較，判斷三相正弦交流電的三相是否存在異常情況；隔離轉(zhuǎn)換單元電路主要是將峰值電壓比較單元電路輸出的判斷結(jié)果經(jīng)過(guò)隔離轉(zhuǎn)換后輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相正弦交流電源異常情況檢測(cè)電路，其特征在于所述三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐分饕ń祲弘娐泛凸β?或電壓)放大電路；降壓電路的輸入端分別與A、B、C三相的相電壓相連，其輸出端分別與功率(或電壓)放大電路的輸入端相連，功率(或電壓)放大電路的輸出端相連共接于一點(diǎn)，作為三相電公共點(diǎn)電壓值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三相正弦交流電源異常情況檢測(cè)電路，其特征在于所述降壓電路可以由電阻、互感器、光隔離器件等組成，其作用是將A、B、C三相的電壓降低；所述功率(或電壓)放大電路可以由集成運(yùn)算放大器、或線性放大器、或三極管、或MOSFET以及由這些器件組合的具有增強(qiáng)帶載能力的功率(或電壓)放大單元組成，其作用是增強(qiáng)三相電公共點(diǎn)帶載能力，以及將三相電公共點(diǎn)的電壓值轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)為電路所需的合適的電壓值，包括將幅值較低的三相電公共點(diǎn)電壓值進(jìn)行電壓放大。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三相正弦交流電源異常情況檢測(cè)電路，其特征在于所述三相電壓限流降壓電路主要由限流降壓電阻R1、R2、R3、運(yùn)算放大器U1、U2、U3構(gòu)成；限流降壓電阻R1、R2、R3的一端分別與被測(cè)三相電源的A、B、C三相輸入電壓相連，另一端分別與運(yùn)算放大器U1、U2、U3的“+”輸入端相連；運(yùn)算放大器U1、U2、U3的“-”輸入端與輸出端相連，并且U1、U2、U3的輸出端相連共接于一點(diǎn)，作為三相交流電公共點(diǎn)的電壓值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相正弦交流電源異常情況檢測(cè)電路，其特征在于所述峰值電壓比較單元電路主要包括比較電壓設(shè)定電路和電壓比較電路；比較電壓設(shè)定電路的輸出端與電壓比較電路的一個(gè)輸入端相連，比較電路的另一個(gè)輸入端與三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐返妮敵龆思慈嚯姽颤c(diǎn)電壓相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三相正弦交流電源異常情況檢測(cè)電路，其特征在于所述峰值電壓比較單元電路主要由比較器和比較電壓設(shè)定電路構(gòu)成；比較器的“+”輸入端與由可調(diào)電阻構(gòu)成的參考電壓設(shè)定電路相連，比較器的“-”輸入端與所述三相電限流降壓電路的輸出端即三相電源公共點(diǎn)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相正弦交流電源異常情況檢測(cè)電路，其特征在于所述隔離轉(zhuǎn)換單元電路包括一光電耦合器，光電耦合器的輸入端與峰值比較電路的輸出端相連，其輸出端與其它控制電路相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種能夠檢測(cè)具有互差120°的三相正弦交流電源異常情況的電路。它主要包括三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐贰⒎逯禐V波單元電路、峰值電壓比較單元電路和隔離轉(zhuǎn)換單元電路。三相電壓限流降壓?jiǎn)卧娐返妮斎攵朔謩e與被測(cè)三相正弦交流電源的A、B、C的相電壓輸出端相連，其輸出端接于一點(diǎn)形成三相公共點(diǎn)，之后經(jīng)峰值濾波單元電路與峰值電壓比較單元電路的一個(gè)輸入端相連，峰值電壓比較單元電路的另一輸入端與參考電位相連，峰值電壓比較單元電路的輸出端經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換單元電路隔離轉(zhuǎn)換后輸出檢測(cè)結(jié)果。本實(shí)用新型電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，反應(yīng)靈敏以及起控點(diǎn)可方便調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R29/16GK2591633SQ0229453
公開日2003年12月10日 申請(qǐng)日期2002年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月26日
發(fā)明者戚永意 申請(qǐng)人:北京利德華福技術(shù)有限公司