專利名稱：三相三線輸入缺相或不平衡的檢測方法以及電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電路的缺相或不平衡檢測方法，特別是關于一種全電壓范圍三相三線交流輸入電路的缺相或不平衡檢測方法和電路。
背景技術：
三相三線交流輸入工作方式廣泛應用于電源，工業(yè)控制等領域，缺相或不平衡會使得電路工作的功率輸出減少，功率因數(shù)降低，諧波增加等不
良影響，甚至導致電路不工作，故障，出現(xiàn)事故等嚴重后果；因此一套可靠完善的檢測電路對于三相三線制十分重要。
目前三相缺相檢測原理常采用各相檢測電壓與事先設定的參考比較'，再對各相比較結(jié)果進行邏輯與運算實現(xiàn)缺相檢測。此方法實現(xiàn)非常復雜。
另外一類三相缺相原理是采用相電壓與三相矢量和比較的方法，分別獨立檢測各相是否缺相；單純檢測三相缺相還需增加邏輯與運算。此方法實現(xiàn)較為復雜。
較好一類三相缺相原理主要是根據(jù)三相正常及缺相時單相波形差異采用事先計算并設定的固定參考直流電壓比較，并因此判定是否缺相。
上述方法中缺點主要是前兩類方法需先^f企測各單相是否缺相，因此較為復雜，后一類的方法因采用預先設定的固定參考電壓用于判定缺相，因此對交流電壓的檢測范圍有很大限制，不能在全電壓范圍內(nèi)完成缺相檢測，并且檢測電路中參考采用預先計算的固定直流電壓，其設定還需要根據(jù)采樣電路和工作電壓范圍計算以得出正確的參考，當工作范圍及采樣改變時需重新計算并更換元件。
三類方法因其原理限制僅限于缺相檢測，而無法實現(xiàn)三相電壓不平衡檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的^r測方法及其電路。本發(fā)明解決其技術問題所釆用的技術方案是:提供一種全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測方法，其作用是完成三相缺相^r測或完成三相不平衡檢測，其包括如下步驟
1) 對三相三線輸入電壓進行整流，得到三相整流電壓實時波形；
2) 對整流電壓實時波形進行分壓，得到采樣信號；
3) 通過波峰保持電路記錄采樣信號波峰得到波峰信號；
4) 根據(jù)檢測需要是判定缺相還是判定不平衡，相應指定定標系數(shù)；通過定標分壓電路按特定比例給定與信號波峰成此比例的定標信號；
5 )將采樣信號與定標信號進行比較，當采樣信號出現(xiàn)小于定標信號時，則表明缺相，反之，則無缺相；判定不平衡時步驟相同；
6)由檢波比較器檢測出缺相脈沖得到缺相信號并由光耦隔離傳送輸出。
本發(fā)明解決進一步技術問題的方案是得到交流三相整流分壓電壓的波峰信號并根據(jù)其保持信號記錄波形用作比較標準的滿度值，也即最大值。
本發(fā)明解決進一步技術問題的方案是指定檢測三相缺相時，定標系數(shù)p取值范圍是理論計算結(jié)果為0. 866 >p>0,實用上取O. 8>p>0. 3。
本發(fā)明解決進一步技術問題的方案是指定檢測不平衡時，定標系數(shù)p取值計算包括如下步驟
1) 選定待檢測最大最小相線之間不平衡波形電壓幅值比系數(shù)為a,并設定1 > a > 0.，
2) 當0. 99>a>0. 95時，計算p=0. 843 ;
3) 當0.95>a>0.7時，計算p= a*0. 866/7a2 -a+l ，其中滿足a》p》0. 866a ;
4) 當0. 7>a>0. 3時，計算p-a". 974;
根據(jù)實際設計容差和電路實用需要，保留一定允差范圍，如2-5%,調(diào)整p值，如p， =p*(l-0. 05)。
本發(fā)明解決進一步技術問題的方案是提供一種全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測電路，其特征在于其包括三相全橋整流電路，阻抗匹配電路，分壓采樣電路，波峰保持電路，定標分壓電路以及波谷4僉測比較電路，其中整流電路分壓后接波峰保持電路，波峰信號經(jīng)定標分壓采樣電路后形成定標實時信號并與整流電路分壓采樣信號比較 之后由波谷檢測比較電路輸出缺相或不平衡脈沖信號，由檢波比較器及光耦輸出缺相或不平衡狀態(tài)信號輸出。
本發(fā)明解決進一步技術問題的方案是所述的阻抗匹配電路保證在低輸入電壓時，整流電壓波形不失真。
本發(fā)明解決進一步技術問題的方案是所述的阻抗匹配是額外獨立的并聯(lián)電阻，或是適當降低采樣電阻的阻抗。
相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測方法及其電路檢測對三相三線全電壓范圍適用；可檢測缺相，也可檢測三相不平衡；由波峰保持波形及設定的定標系數(shù)用于比較，與采樣電路及電壓工作范圍無直接關系，故參數(shù)選擇及電路實現(xiàn)簡單，當采樣電路及電壓工作范圍發(fā)生改變時，定標參數(shù)及電阻不需要更換；定標系數(shù)由待檢的不平衡系數(shù)決定，計算簡便清晰。


圖1是本發(fā)明的全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測方法的流程示意圖。
圖2是本發(fā)明的全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測方法的三相平衡時整流波形R(t)與波峰保持波形Vc的對應關系示意圖。
圖3是本發(fā)明的全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測方法的三相不平衡時整流波形R(t)與波峰保持波形Vc的對應關系示意圖。
圖4是本發(fā)明的全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測方法的三相缺相時整流波形R(t)與波峰保持波形Vc的對應關系示意圖。
圖5是本發(fā)明的全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測電路的結(jié)構示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測方法，能夠在三相輸入全電壓范圍內(nèi)完成三相缺相^r測或完成三相不平衡檢測。
請參閱圖1，本發(fā)明的全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測方法，包括如下步驟
1)對三相三線輸入電壓進行整流，得到三相整流電壓實時波形；對整流電壓實時波形進行分壓，得到采樣信號；
2) 通過波峰保持電路記錄釆樣信號波峰得到波峰信號；
3) 選擇是判定缺相還是判定不平衡，相應指定定標系數(shù)；通過定標分 壓電路按特定比例給定與信號波峰成此比例的定標信號；
4) 將采樣信號與定標信號進行比較，當采樣信號出現(xiàn)小于定標信號時， 則表明缺相，反之，則無缺相；判定不平衡時步驟相同；
5 )由檢波比較器檢測出缺相脈沖得到缺相信號并由光耦隔離傳送輸出。
如圖2至圖4所示，上述步驟基于如下事實
設A， B, C三相電壓Vab ，Vbc，Vca分別為 Vab=Um*Sin(wt), Vbc=Um*Sin(wt—tt/3), Vca=Um*Sin(wt—2tt/3) ( 1 ); 則三相全橋整流后電壓為tt/3周期的函數(shù)，其取值在2丌周期內(nèi)表達式如 下
Um*|Sin(wt-2 tt/3) I; wt: 0~丌/3， tt 4兀/3; R (t)= UnHSin(wt) I; wt: rr/3 ~ 2 tt/3, 4 tt/3 ~ 5 tt/3 (2);
Um* I Sin (wt_丌/3) I ; wt: 2tt/3~tt, 5tt/3 ~ 2 tt 由上式可知，R(t)的最大值為Um，最小值為Um*Sin(7r/3)。 當三相電壓幅值不等時，記
Umin=Min (Uml, Um2， Um3) ， Umax=Max (Uml， Um2， Um3);
由整流波形圖分析可知全橋整流后電壓為周期函數(shù)，其最大值為 Umax,最小值為三個波形的上交點之最低值，且大于Umir^Sin(丌/3);
即滿足 Umin*Sin(Ti/3)《R (t)《Umax (3)
上式成立的原理主要是因為ISin(wt) l為7T周期的函數(shù)，且分別在兩區(qū) 間內(nèi)
，[丌/ 2 , 7T ]兩段單調(diào)，且最大值為tt / 2處；并且由于 三相電壓相差7l/3，即將
周期內(nèi)切分為六段單調(diào)連續(xù)函數(shù)，且相 交點位于低幅值波形靠近丌/ 3至TT / 2之間。
當三相缺相時全橋整流只剩下一路波形，其最大值為Um，最小值為0。 由以上公式及分析可知，R (t)的最大值為Um,但R (t)的最小值卻不 同，也即波形最小最大之間幅度不同； 當三相平衡時，最小值為Um * 0. 866;
當三相不平衡時，最小值小于加* 0.866,具體值與不平衡度相關； 當三相缺相時，聶小值為0:
7根據(jù)以上原理，本專利設計一個波峰采樣保持電路以記錄Um實時波 形，并根據(jù)三相平衡不平衡或缺相時最小值的差異，設計一個定標分壓電 路，當整流波形最小值即波谷低于此值時，即檢測出三相不平衡或缺相。
由于三相平tf時，波谷系數(shù)為Sin(丌/3) = 0.866，并考慮波峰采樣中 二極管壓降，故實用定標分壓系數(shù)取O. 8以下，0. 3以上。
基于上述事實，如本發(fā)明權利要求3所述，當指定檢測三相缺相時， 定標系數(shù)取值范圍是理論計算結(jié)果為0. 866 >p>0,實用上取0.8》p》 0. 3 ;
當指定檢測不平衡時，定標系數(shù)p取值計算包括如下步驟
1. 選定待檢測最大最小相線之間不平衡波形電壓幅值系數(shù)為a，并設 定l>a>0;
2. 當0.99 >a> 0.95時，計算p-0.843;
3. 當0.95>a>0.7時，計算p= a*0. 866/* -a+1 ，其中滿足a > p > 0. 866a;
4. 當O. 7>a>0. 3時，計算p-a承0.974 ;
5. 根據(jù)實際設計容差和電路實用需要，保留一定允差范圍，如2-5%等， 調(diào)整p值，如p， =p*(l-0. 05);
上述步驟基于如下事實 設Vab=Um*Sin (wt) ， Vbc=a*Um*Sin (wt-丌/3) ， Vca=Um*Sin (wt-2丌/3); (4) 則Vab， Vbc相交處為s-Um承a*0.866/7a2-a+l ;記P^s/Um 又因為1 >a>0, (a2-a+l) = (a-0. 5) 2+0, 75，故有a》p》a承0. 866 (5) 當0. 7 > a > 0. 3又有a > p > a*0. 974 (6)
本發(fā)明與背景技術相比，具有以下的有益效果
1. 檢測對三相三線全電壓范圍適用；
2. 可檢測缺相，也可4企測三相不平衡；
3. 由波峰保持波形及設定的定標系數(shù)用于比較，與采樣電路及電壓工作 范圍無直接關系，故參數(shù)選擇及電路實現(xiàn)簡單，4. 當采樣電路及電壓工作范圍發(fā)生改變時，定標參數(shù)及電阻不需要更換；
5. 定標系數(shù)由待檢的不平衡系數(shù)決定，計算筒便清晰；
請參閱圖5，本發(fā)明的全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測 方法可以通過6個二極管完成三相三線整流，再電阻分壓降壓，通過運放 完成信號阻抗匹配及抗干擾去尖峰濾波、再由二極管和合適容量值的電容 完成波峰采樣保持，配合定標比例電路，完成比較得到波谷檢測脈沖方波 信號，再由方波檢波檢測出波形狀態(tài)，即完成缺相或不平衡檢測。
如圖5所示實施例1中，三相三線交流電壓lt入為A, B, C,其電壓 輸入范圍可以是全范圍，如5%-130°/。Vn，其中Vn標稱值一^殳耳又380V,也 可以是其它電壓等級或額定參數(shù)，如三相200V;
圖5中DR1-DR6組成三相三線全橋整流,得到三相整流電壓實時波形；
圖5中Rl是阻抗匹配電阻，主要應用于全范圍檢測時低電壓段，該電 阻將保證在低輸入電壓時，整流電壓波形不失真，不受二極管及采樣電路 阻抗高而導致波形失真的影響，從而保證整個電路的正常工作；阻抗匹配 可以是額外獨立的并聯(lián)電阻R1，也可以適當降低采樣電阻R2， R3的阻抗；
圖5中R2, R3是分壓電阻，負責降低三相整流后電壓波形幅度值， 以提供檢測電路工作信號來源。元件C1，R4,C2配合R2〃R3， C1和R4， C2 完成抗干擾去尖峰濾波，并由Dl, D2完成電壓嵌位保護，再由運放U1A 完成阻抗匹配，得到經(jīng)過信號調(diào)理后的三相電壓整流后波形采樣信號；
圖5中D3， C3是波峰采樣保持電路，其中C3有一定容值，其容量應 夠大以保證其時間常數(shù)滿足信號周期要求并能匹配其后的定標電路阻抗， 但也不宜太大以保證運放正常工作，該電路主要負責完成三相電壓整流后 波形的波峰采樣及保持信號；
圖5中R7， R8為定標電阻，參數(shù)設計時按定標系數(shù)p設計其分壓電 阻網(wǎng)絡系數(shù)R8/(R7+R8);當需要檢測缺相時， 一般取p-O. 3-0. 8;當需要 檢測三相不平衡時， 一般按所需判定不平衡度也即電壓幅值比系數(shù)a,按本 發(fā)明中定標系數(shù)P取值計算步驟計算，并留出一定容差，調(diào)整P值后計算 電阻參數(shù)；圖5中Rll阻值參數(shù)遠大于R7, R8，可按10倍以上值選擇； 其作用主要是當三相輸入電壓基本為零時，保留一個4艮小的電壓信號，防 止U2A比較器誤動作，如檢測范圍低壓端大于5%Vn，可以不裝此電阻；
圖5中R5, C4其時間常數(shù)遠大于三相電壓信號周期，其功能主要是提高電路工作穩(wěn)定性，而R6電阻參數(shù)遠大于R5，其作用也是改善電路 R5，C4對后面的比較器U2A的敏感性，使電路工作更可靠，更穩(wěn)定，更抗 干擾；
圖5中U2A是根據(jù)定標后波峰信號完成對三相整流后信號的比較，其 功能是^r測三相整流波形的波谷^f氐于定標信號的波形部分，并產(chǎn)生脈沖方 波輸出；
圖5中D4， C6， RIO， U2B是方波檢波電路，負責根據(jù)脈沖方波信號 產(chǎn)生U2B的電平方式狀態(tài)信號，并通過光電耦合器隔離輸出；最后輸出的 為交流缺相^r測或三相不平銜4企測的狀態(tài)信號。
在圖5中，不同的定標系數(shù)p將完成不同指標的檢測，如
當參數(shù)選取R7=2R8時，p=0. 33,此時可以檢測寬電壓范圍三相缺相 或波幅比系數(shù)0. 3，而不平衡度70%以上的三相不平衡；
當參數(shù)選取R7-0. 5R8時，p=0. 67，此時可以檢測全電壓范圍三相缺 相或波幅比系數(shù)0. 7，而不平衡度30°/。以上的三相不平衡；
采用本專利還可以根據(jù)需要選取其它參數(shù)完成相應檢測。
明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術 領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若 干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測方法，其作用是完成三相缺相檢測或完成三相不平衡檢測，其包括如下步驟1)對三相三線輸入電壓進行整流，得到三相整流電壓實時波形；2)對整流電壓實時波形進行分壓，得到采樣信號；3)通過波峰保持電路記錄采樣信號波峰得到波峰信號；4)根據(jù)檢測需要是判定缺相還是判定不平衡，相應指定定標系數(shù)；通過定標分壓電路按特定比例給定與信號波峰成此比例的定標信號；5)將采樣信號與定標信號進行比較，當采樣信號出現(xiàn)小于定標信號時，則表明缺相，反之，則無缺相；判定不平衡時步驟相同；6)由檢波比較器檢測出缺相脈沖得到缺相信號并由光耦隔離傳送輸出。
2. 根據(jù)權利要求1所述的全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測方法，其特征在于得到交流三相整流分壓電壓的波峰信號并根據(jù)其保持信號記錄波形用作比較標準的滿度值，也即最大值。
3. 根據(jù)權利要求1所述的全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測方法，其特征在于指定檢測三相缺相時，定標系數(shù)p取值范圍是理論計算結(jié)果為0. 866 >p>0，實用上取O. 8>p>0. 3。
4. 根據(jù)權利要求1所述的全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測方法，其特征在于指定^r測不平衡時，定標系數(shù)p取值計算包括如下步驟1) 選定待檢測最大最小相線之間不平衡波形電壓幅值比系數(shù)為a，并設定1 >a>2) 當0.99 >a> 0.95時，計算p-O. 843 ;3) 當0.95>a>0.7時，計算p= a*0. 866/7 "^ ，其中滿足a》p》0.866a ;4) 當0. 7>a>0. 3時，計算p-a承O. 974;根據(jù)實際設計容差和電路實用需要，保留一定允差范圍，如2-5%，調(diào)整p值，如p， ，(l-O. 05)。
5. —種全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測電路，其特征在于其包括三相全橋整流電路，阻抗匹配電路，分壓采樣電路，波峰保持電路，定標分壓電路以及波谷檢測比較電路，其中整流電路分壓后接波峰保持電路，波峰信號經(jīng)定標分壓采樣電路后形成定標實時信號并與整流電路分壓采樣信號比較，之后由波谷檢測比較電路輸出缺相或不平衡脈沖信號，由檢波比較器及光耦輸出缺相或不平衡狀態(tài)信號輸出。
6. 根據(jù)權利要求5所述的全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測電路，其特征在于所述的阻抗匹配電路保證在低輸入電壓時，整流電壓波形不失真。
7. 根據(jù)權利要求5所述的全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測電路，其特征在于所述的阻抗匹配是額外獨立的并聯(lián)電阻，或是適當降低采樣電阻的阻抗。
全文摘要
本發(fā)明提供一種全電壓范圍三相三線輸入缺相或不平衡的檢測方法，其包括以下步驟對三相三線輸入電壓進行整流，得到三相整流電壓實時波形；對整流電壓實時波形進行分壓，得到采樣信號；通過波峰保持電路記錄采樣信號波峰得到波峰信號；根據(jù)檢測需要是判定缺相還是判定不平衡，相應指定定標系數(shù)；通過定標分壓電路按特定比例給定與信號波峰成此比例的定標信號；將采樣信號與定標信號進行比較，當采樣信號出現(xiàn)小于定標信號時，則表明缺相，反之，則無缺相；判定不平衡時采用不平衡定標系數(shù)，判定步驟相同；由檢波比較器檢測出缺相脈沖得到缺相信號并由光耦隔離傳送輸出。
文檔編號G01R29/16GK101685120SQ20081006674
公開日2010年3月31日 申請日期2008年4月18日 優(yōu)先權日2008年4月18日
發(fā)明者段志剛 申請人:段志剛