專利名稱：應(yīng)用于三相四線輸入設(shè)備的缺相檢測(cè)方法和缺相檢測(cè)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三相四線輸入用電設(shè)備的缺相檢測(cè)方法及缺相檢測(cè)電路。
在三相四線制的輸入交流電源中，地線電流是一種漏電流，受到嚴(yán)格控制，因此可以認(rèn)為地線電流為零。因此三相輸入交流的缺相只能是以下兩種，一種我們稱之為開路缺相，就是用電設(shè)備的某相輸入線與電源斷開連接；另一種情況稱之為短路缺相，是指用電設(shè)備的某相輸入端與中線連接在一起。開路缺相如

圖1，可以有兩種情況，一種是輸入線的懸浮，如圖1(a)中A相懸浮，與實(shí)際的相線斷開，這樣實(shí)際輸入到用電設(shè)備的是兩相輸入電壓。開路缺相的另一種情況是某斷開的輸入相線與另外一相電源連接在一起，如圖1中(b)，用電設(shè)備輸入A相與實(shí)際相線斷開，但與B相搭接，這樣，用電設(shè)備的輸入也是兩相電壓輸入。這兩種情況均是設(shè)備輸入相線與實(shí)際供電相線開路，設(shè)備只得到兩相電壓輸入。短路缺相也可以分成兩種情況，如圖1(c)和(d)。短路缺相是用電設(shè)備的輸入相線與實(shí)際供電電源相線斷開，并與中線連接。此時(shí)可以是一相如A相與中線短接，也可以是兩相與地線短接，如AB相與地線短接。
圖2所示，為現(xiàn)有的一種缺相檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)框圖，該電路首先分別對(duì)各相檢測(cè)電壓進(jìn)行整流后與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，然后再對(duì)各相檢測(cè)的比較結(jié)果進(jìn)行與門邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)缺相信號(hào)的檢測(cè)。該電路存在的主要缺點(diǎn)一是電路較復(fù)雜，二是不能很好地檢測(cè)非正弦波輸入電壓的缺相情況。
實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案一種應(yīng)用于三相四線輸入設(shè)備的缺相檢測(cè)方法，包括如下步驟1)三相四線輸入電源進(jìn)行整流，得到整流實(shí)時(shí)波形2)對(duì)整流實(shí)時(shí)波形進(jìn)行分壓，得到分壓信號(hào)；3)設(shè)置一個(gè)合適的基準(zhǔn)電壓；4)將整流實(shí)時(shí)波形的分壓信號(hào)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較；
5)當(dāng)分壓信號(hào)的紋波與基準(zhǔn)電壓相交則表明缺相，反之，則無缺相。
步驟4)還可以是將整流實(shí)時(shí)波形的分壓信號(hào)經(jīng)隔直處理后與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。
所述基準(zhǔn)電壓的取值方法包括如下步驟1)設(shè)定本電路在三相平衡時(shí)正常工作所對(duì)應(yīng)的三相輸入電壓為Va＜Vin＜Vb；2)當(dāng)三相平衡輸入電壓為Va時(shí)，三相整流實(shí)時(shí)波形的分壓信號(hào)其紋波的最低點(diǎn)電壓為V1；3)當(dāng)短路缺相輸入電壓為Vb時(shí)，三相整流實(shí)時(shí)波形的分壓信號(hào)其紋波的最低點(diǎn)電壓為V2；4)基準(zhǔn)電壓Vref的取值范圍是V2＜Vref＜V1。
一種應(yīng)用于三相四線輸入設(shè)備的缺相檢測(cè)電路，包括整流電路、分壓電路、比較電路和基準(zhǔn)電壓電路，整流電路輸出的實(shí)時(shí)波形經(jīng)分壓電路分壓后接比較電路與基準(zhǔn)電壓電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較放大，比較電路輸出缺相脈沖信號(hào)，用于控制用電設(shè)備。
在所述分壓電路與比較電路之間設(shè)有隔直電路，該隔直電路接收上述分壓電路輸出的實(shí)時(shí)波形分壓信號(hào)，將其中的直流分量刪除，輸出不含直流分量的交流波形。
所述隔直電路是隔直電容。
采用上述技術(shù)方案，結(jié)合下面將要敘述的實(shí)施例，本發(fā)明突出的技術(shù)進(jìn)步在于1、當(dāng)三相輸入電源缺相時(shí)，三相整流橋的輸出紋波由較小變得很大。利用整流輸出紋波的變化差異信息，在相當(dāng)大的輸入電壓范圍內(nèi)正確地檢測(cè)出輸入三相電源是否缺相。2、在各種非正弦波輸入情況下，也能正確檢測(cè)出輸入電源是否缺相。3、將本發(fā)明配合輸入電源過欠壓電路，一起檢測(cè)用電設(shè)備的輸入電源情況，通過適當(dāng)?shù)目刂齐娐?，可以起到很好的保護(hù)作用。綜上所述，本發(fā)明簡(jiǎn)單、實(shí)用、可靠，可以廣泛應(yīng)用于三相四線輸入用電設(shè)備的檢測(cè)電路。
圖1(c)、(d)分別是用電設(shè)備的兩種可能情況的短路缺相情形。
圖2是現(xiàn)有的一種應(yīng)用于三相四線輸入設(shè)備的缺相檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3(a)是本發(fā)明一種應(yīng)用于三相四線輸入設(shè)備的缺相檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3(b)是圖3(a)缺相檢測(cè)電路的一種實(shí)現(xiàn)方式。
圖4(a)、(b)分別是圖3所示缺相檢測(cè)電路在三相輸入時(shí)的檢測(cè)電壓信號(hào)Vinsp3和三相缺相后的檢測(cè)電壓信號(hào)Vinsp3的檢測(cè)波形。
圖5(a)、(b)分別是圖3所示缺相檢測(cè)電路在Vin＝250Vac開路缺相時(shí)和平衡時(shí)檢測(cè)波形。
圖6是圖3所示缺相檢測(cè)電路在Vin＝200Vac、短路缺相時(shí)的檢測(cè)波形。
圖7(a)和(b)分別是圖3所示缺相檢測(cè)電路在三角波輸入時(shí)，Vin＝220V開路缺相時(shí)檢測(cè)波形和Vin＝220V平衡時(shí)檢測(cè)波形。
圖8是一種改進(jìn)的帶隔直電容的應(yīng)用于三相四線輸入設(shè)備的缺相檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)框圖。
圖9是圖8的一種實(shí)現(xiàn)電路圖。
圖4至圖7中三個(gè)波形分別為CH1Vinsp2，CH2其中一相的輸入電壓波形，CH3缺相檢測(cè)電路輸出波形。其實(shí)際比例為CH1∶2V/div；CH2∶10交流1000V/div；CH3∶10V/div。
圖3所示，是一種應(yīng)用于三相四線輸入設(shè)備的缺相檢測(cè)方法的實(shí)現(xiàn)電路，由三相輸入整流電路、分壓電路、信號(hào)跟隨器和信號(hào)比較放大器組成。三相輸入整流電路由整流橋D1至D6組成，分壓電路由R1、R2、C1組成，三相電壓檢測(cè)信號(hào)經(jīng)三相整流橋D1至D6整流后，通過R1、R2、C1分壓輸出一個(gè)電壓采樣信號(hào)Vinsp1，此信號(hào)經(jīng)過R3、C2濾波后，由U1進(jìn)行信號(hào)的射極跟隨輸出Vinsp2。將Vinsp2經(jīng)過R4、R5、C2的新濾波后，送到比較放大器U2與比較基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較。U2的輸出就是需要的缺相信號(hào)，送用電設(shè)備的控制電路進(jìn)行相應(yīng)的控制或保護(hù)。
缺相檢測(cè)電路的工作過程當(dāng)三相輸入時(shí)，三相整流電壓輸出為紋波電壓不大的直流電壓，相應(yīng)得到如圖4(a)所示的檢測(cè)信號(hào)Vinsp1。此電壓有一定量的直流偏置電壓，并設(shè)定基準(zhǔn)電壓Vref低于經(jīng)過R4、R5分壓的輸入采樣電壓Vinsp3，因此U2的比較放大器輸出為低電平。
一旦缺相發(fā)生，而且不管是哪種缺相情況，三相整流橋的輸出紋波均變會(huì)得很大。圖4(b)是開路缺相時(shí)的Vinsp3信號(hào)波形。由于，紋波很大時(shí)，Vinsp3波形有許多時(shí)間電壓會(huì)比三相輸入的直流偏置電壓低。為此，利用此紋波電壓波形與設(shè)定的基準(zhǔn)進(jìn)行比較，就可以得到輸出脈沖電平信號(hào)，此信號(hào)就可作為缺相的檢測(cè)信號(hào)。
為了驗(yàn)證方案的可行性，我們對(duì)圖3電路選擇適當(dāng)?shù)钠骷?shù)，進(jìn)行了測(cè)試，其結(jié)果如下如圖5(a)、(b)所示，缺相檢測(cè)電路在Vin＝250Vac開路缺相時(shí)，缺相信號(hào)由低電平信號(hào)變?yōu)槟茌敵雒}沖信號(hào)，而三相平衡時(shí)，缺相信號(hào)輸出一直為低電平。因此，若有缺相情況發(fā)生，則出現(xiàn)輸出脈沖信號(hào)。
如圖6所示，是圖3所示缺相檢測(cè)電路在Vin＝200Vac、短路缺相時(shí)的檢測(cè)波形。從圖6可見，當(dāng)出現(xiàn)短路缺相時(shí)，缺相信號(hào)由平衡時(shí)的低電平信號(hào)變?yōu)槟茌敵雒}沖信號(hào)。
本發(fā)明同樣適用于各種各樣的非正弦輸入的三相電壓缺相時(shí)，也能很好的檢測(cè)到缺相信號(hào)(缺相信號(hào)輸出端由平衡時(shí)的低電平信號(hào)變?yōu)槟茌敵雒}沖信號(hào))。以三相電壓為三角波為例圖7(a)和(b)分別展示了圖3所示缺相檢測(cè)電路在三角波輸入時(shí)，Vin＝220V開路缺相時(shí)檢測(cè)波形和Vin＝220V平衡時(shí)檢測(cè)波形。由圖可見，無論是開路缺相還是短路缺相，都會(huì)使缺相檢測(cè)電路的缺相信號(hào)輸出會(huì)由平衡時(shí)的低電平信號(hào)變?yōu)槟茌敵雒}沖信號(hào)。
圖8、9所示是一種改進(jìn)的應(yīng)用于三相四線輸入設(shè)備的缺相檢測(cè)電路的框圖及實(shí)現(xiàn)電路圖，圖9與圖3(b)電路的區(qū)別在于將采樣的輸入整流實(shí)時(shí)信號(hào)通過電容C13進(jìn)行隔值處理后，送比較器進(jìn)行比較得到缺相信號(hào)，通過在分壓電路與比較電路之間設(shè)置隔直電路，可進(jìn)一步地將分壓電路輸出的實(shí)時(shí)波形分壓信號(hào)中的直流分量刪除，輸出不含直流分量的交流波形，保證缺相檢測(cè)的可靠性。其它結(jié)構(gòu)同圖4所示原電路(從略)。
綜上所述，本發(fā)明缺相檢測(cè)電路十分簡(jiǎn)單，應(yīng)用可靠，損耗功率小，可以廣泛應(yīng)用于三相四線制的輸入的用電設(shè)備中，在相當(dāng)大的輸入電壓范圍內(nèi)正確地檢測(cè)出輸入三相電源是否缺相。本電路并在各種非正弦波輸入情況下，也能正確檢測(cè)出輸入電源是否缺相。缺相檢測(cè)電路配合輸入電源過欠壓電路，一起檢測(cè)用電設(shè)備的輸入電源情況，通過適當(dāng)?shù)目刂齐娐罚梢院芎玫钠鸬奖Ｗo(hù)作用。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于三相四線輸入設(shè)備的缺相檢測(cè)方法，其特征在于包括如下步驟1)對(duì)三相四線輸入電源進(jìn)行整流，得到整流實(shí)時(shí)波形；2)對(duì)整流實(shí)時(shí)波形進(jìn)行分壓，得到分壓信號(hào)；3)設(shè)置一個(gè)合適的基準(zhǔn)電壓；4)將整流實(shí)時(shí)波形的分壓信號(hào)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較；5)當(dāng)分壓信號(hào)的紋波與基準(zhǔn)電壓相交則表明缺相，反之，則無缺相。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種應(yīng)用于三相四線輸入設(shè)備的缺相檢測(cè)方法，其特征在于步驟4)是將整流實(shí)時(shí)波形的分壓信號(hào)經(jīng)隔直處理后再與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述一種應(yīng)用于三相四線輸入設(shè)備的缺相檢測(cè)方法，其特征在于基準(zhǔn)電壓的設(shè)置方法包括如下步驟1)設(shè)定本電路在三相平衡時(shí)正常工作所對(duì)應(yīng)的三相輸入電壓為Va＜Vin＜Vb；2)當(dāng)三相平衡輸入電壓為Va時(shí)，三相整流實(shí)時(shí)波形的分壓信號(hào)其紋波的最低點(diǎn)電壓為V1；3)當(dāng)短路缺相輸入電壓為Vb時(shí)，三相整流實(shí)時(shí)波形的分壓信號(hào)其紋波的最低點(diǎn)電壓為V2；4)基準(zhǔn)電壓Vref的取值范圍是V2＜Vref＜V1。
4.一種應(yīng)用于三相四線輸入設(shè)備的缺相檢測(cè)電路，其特征在于包括整流電路、分壓電路、比較電路和基準(zhǔn)電壓電路，整流電路輸出的實(shí)時(shí)波形經(jīng)分壓電路分壓后接比較電路與基準(zhǔn)電壓電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較放大，比較電路輸出缺相脈沖信號(hào)，用于控制用電設(shè)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種應(yīng)用于三相四線輸入設(shè)備的缺相檢測(cè)電路，其特征在于在所述分壓電路與比較電路之間設(shè)有隔直電路，該隔直電路接收上述分壓電路輸出的實(shí)時(shí)波形分壓信號(hào)，將其中的直流分量刪除，輸出不含直流分量的交流波形給比較電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種應(yīng)用于三相四線輸入設(shè)備的缺相檢測(cè)電路，其特征在于所述隔直電路是隔直電容。
全文摘要
一種應(yīng)用于三相四線輸入設(shè)備的缺相檢測(cè)方法及檢測(cè)電路，檢測(cè)方法包括如下步驟1)相四線輸入電源進(jìn)行橋式整流，得到整流實(shí)時(shí)波形；2)對(duì)整流實(shí)時(shí)波形進(jìn)行分壓，得到分壓信號(hào)；3)設(shè)置一個(gè)合適的基準(zhǔn)電壓；4)將整流實(shí)時(shí)波形的分壓信號(hào)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較；5)當(dāng)分壓信號(hào)的紋波與基準(zhǔn)電壓相交則表明缺相，反之，則無缺相。實(shí)現(xiàn)上述方法的檢測(cè)電路包括整流電路、分壓電路、比較電路和基準(zhǔn)電壓電路，整流濾波電路的輸出電壓經(jīng)分壓電路分壓后接比較電路與設(shè)定的比較電壓進(jìn)行比較放大，比較放大器輸出缺相脈沖信號(hào)，用于控制用電設(shè)備。本發(fā)明簡(jiǎn)單、實(shí)用、可靠，在相當(dāng)大的輸入電壓范圍內(nèi)正確地檢測(cè)出輸入三相電源是否缺相。
文檔編號(hào)G01R29/16GK1455263SQ0311364
公開日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2003年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月17日
發(fā)明者張華建, 韋敏剛, 周代文 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司