CN101871982B - 一种用于检测三相交流电相序和不对称电压的方法及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于检测三相交流电相序和不对称电压的方法及电路，首先，电源电路将220V市电降压整流后输出5V直流电压为过零检测电路、数据处理电路提供工作电压，过零检测电路通过采集线电压UAB和线电压UAC的相位波形，并变换处理后将数据输入数据处理电路内，数据处理电路将接收后的数据进行分析，并比较两个信号的过零点，若线电压UAB超前线电压UAC 60°，表明相序为正相序，若线电压UAC超前线电压UAB 60°，则为反相序，当线电压UAB和UAC之间的角度小于60°时，则三相电压不平衡的判断，并输出相应的驱动信号给相序变换执行机构或报警装置。采用本方案后能自动检测并调整三相交流电的相序及不对称电压。
Description
技术领域：
本发明涉及检测电路技术领域，尤其是指一种用于检测三相交流电相序和不对称电压的方法及电路。
背景技术：
目前，许多设备在工作运行时对三相交流电的相序有一定要求，即只允许单方向运转，如逆向运转可能会造成损坏。而三相交流电的相序通常是未知的，即使设备已按正常相序运行，在维修或电力线路施工时，有可能会出现相序换相的情况，从而造成设备的损坏。因此，急需一种能够对三相交流电的相序进行检测并修正的电路，从而避免因相序错位而带来的危害。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供用于检测三相交流电相序和不对称电压的方法及电路。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种用于检测三相交流电相序和不对称电压的方法，首先，电源电路将220V市电降压整流后输出5V直流电压为过零检测电路、数据处理电路提供工作电压，过零检测电路采集线电压UAB和线电压UAC的相位波形，并变换处理后将数据输入数据处理电路内，数据处理电路将接收后的数据进行分析，并比较两个信号的过零点，若线电压UAB超前线电压UAC 60°，表明相序为正相序，若线电压UAC超前线电压UAB 60°，则为反相序，当线电压UAB和UAC之间的角度小于60°时，则三相电压不平衡，并输出相应的驱动信号给相序变换执行机构或报警装置。
完成上述所述方法的电路包括有电源电路、过零检测电路、数据处理电路，其中，电源电路分别与过零检测电路、数据处理电路相连接，过零检测电路与数据处理电路相连接，所述的过零检测电路包括有第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻，第一变压器、第二变压器，第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电容、第二电容、第一电压比较器、第二电压比较器，其中，第一电阻的一端接三相交流电A相，另一端接第一变压器初级的一端，第一变压器初级的另一端接第二电阻，第二电阻另一端接三相交流电B相，第一变压器次级两端分别接第三电阻、第四电阻的一端，第三电阻、第四电阻另一端分别接第一电压比较器的输入端，第一二极管、第二二极管反向并联后再跨接在第一电压比较器的输入端，第一电压比较器输出端和第九电阻一端、第十电阻一端及数据处理电路连接，第九电阻的另一端接电源电路，第十电阻的另一端接地，第一电容与第十电阻并联在第一电压比较器输出端，第五电阻的一端接三相交流电A相，另一端接第二变压器初级的一端，第二变压器初级的另一端接第六电阻，第六电阻另一端接三相交流电C相，第二变压器次级两端分别接第七电阻、第八电阻一端，第七电阻、第八电阻另一端分别接第二电压比较器的输入端，第三二极管、第四二极管反向并联后再跨接在第二电压比较器的输入端，第二电压比较器输出端与第十一电阻的一端、第十二电阻的一端及数据处理电路连接，第十一电阻的另一端接电源电路，第十二电阻的另一端接地，第二电容和第十二电阻并联在第二电压比较器输出端。
所述的电源电路包括有压敏电阻，第三变压器、桥式整流滤波、三端稳压器，其中，压敏电阻两端分别与电源及第三变压器初级的两端连接，第三变压器次级两端与桥式整流滤波的输入端相连接，桥式整流滤波的输出端与三端稳压器的输入端相连接，第三电容、第五电容并联在三端稳压器的输入端，三端稳压器的输出端与并联后的第四电容、第六电容连接后分别与过零检测电路、数据处理电路相连接。
所述的数据处理电路包括有芯片、第八电容、三极管、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻，其中，芯片的第二脚与第一电压比较器的输出端相连接，芯片的第三脚与第二电压比较器的输出端相连接，芯片的第二十脚分别与第六电容、第十四电阻一端相连接，第十四电阻另一端与第十五电阻一端相连接，第十五电阻另一端与第十六电阻、第七电容、晶振、极性电容及第八电容的一端连接，第八电容的另一端连接在芯片的第二十脚上，三极管的其中两脚连接在第十四电阻两端，第三脚与第十六电阻、第十七电阻一端相连接，第十七电阻另一端与第七电容一端及芯片的第十六脚连接，晶振的另两端与芯片的第十七脚、第十八脚相连接，极性电容另一端与芯片的第十九脚相连接。
本发明在采用了上述方案后，电源电路将市电220V降压整流后输出5V直流过零检测电路和数据处理电路提供工作电压。其中，电源电路内的压敏电阻可以防止雷击及电网过电压侵入。220V交流电经第三变压器降压后得到10.5V交流电压，然后经桥式整流滤波后输出12V直流电压。12V电压经三端稳压器稳压及第三电容、第五电容滤波后输出5V直流电压，此电压作为过零检测电路和数据处理电路的工作电压；过零检测电路是将电网380V线电压UAB经第一电阻、第二电阻降压限流后得到10V交流电压，经第一变压器隔离后输出10V交流电压，第一变压器为1∶1隔离变压器，此电压送到芯片的输入端。其中第三电阻、第四电阻起降压限流作用，第一二极管、第二二极管起限幅保护作用，将输入信号限幅在0.7V，防止芯片输入口过压损坏。芯片作为电压比较器使用，当信号在正弦波的正半周时，反相输入端电压高于同相输入端电压，此时电压比较器输出低电平；当信号在正弦波的负半周时，反相输入端电压低于同相输入端电压，此时电压比较器输出高电平，即交流电每次过零后，电压比较器输出信号翻转一次，输出一个和正弦波过零点同步的方波信号，此方波信号直接送入单片机进行数据处理；与此同时，线电压UAC的过零检测信号也送入数据处理电路。数据处理电路将两个线电压信号UAB、UAC的过零点时间相比较后便可作出相序是正序、反序或三相电压不平衡的判断，并输出相应的驱动信号给相序变换执行机构或报警装置。
附图说明：
图1为本发明整体结构方框原理图。
图2为本发明电路原理图。
图3为本发明正相序时的相位波形结构示意图。
图4为本发明反相序时的相位波形结构示意图。
图5为本发明三相电压不对称时的相位波形结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图1和附图5对本发明作进一步说明，本发明的较佳实施例为：本实施例所述的用于检测三相交流电相序及不对称电压的方法为：首先，电源电路1将220V市电降压整流后输出5V直流电压为过零检测电路2、数据处理电路3提供工作电压，过零检测电路2采集线电压UAB和线电压UAC的相位波形，并变换处理后将数据输入数据处理电路3内，数据处理电路3将接收后的数据进行分析，并比较两个信号的过零点，若线电压UAB超前线电压UAC 60°，表明相序为正相序，若线电压UAC超前线电压UAB60°，则为反相序，当线电压UAB和UAC之间的角度小于60°时，则三相电压不平衡。
完成上述所述方法的电路包括有电源电路1、过零检测电路2、数据处理电路3，其中，电源电路1分别与过零检测电路2、数据处理电路3相连接，过零检测电路2与数据处理电路3相连接，所述的电源电路1包括有压敏电阻ZNR，第三变压器T3、桥式整流滤波D0、三端稳压器VR1，其中，压敏电阻ZNR两端分别与电源及第三变压器T3初级的两端连接，第三变压器T3次级两端与桥式整流滤波D0的输入端相连接，桥式整流滤波D0的输出端与三端稳压器VR1的输入端相连接，第三电容C3、第五电容C5并联在三端稳压器VR1的输入端，三端稳压器VR1的输出端与并联后的第四电容C4、第六电容C6连接后分别与过零检测电路2、数据处理电路3相连接。
所述的过零检测电路2包括有第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12，第一变压器T1、第二变压器T2，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2、第一电压比较器U1C、第二电压比较器U1D，其中，第一电阻R1的一端接三相交流电A相，另一端接第一变压器T1初级的一端，第一变压器T1初级的另一端接第二电阻R2，第二电阻R2另一端接三相交流电B相，第一变压器T1次级两端分别接第三电阻R3、第四电阻R4的一端，第三电阻R3、第四电阻R4另一端分别接第一电压比较器U1C的输入端，第一二极管D1、第二二极管D2反向并联后再跨接在第一电压比较器U1C的输入端，第一电压比较器U1C输出端和第九电阻R9一端、第十电阻R10一端及数据处理电路3连接，第九电阻R9的另一端接电源电路1，第十电阻R10的另一端接地，第一电容C1与第十电阻R10并联在第一电压比较器U1C输出端，第五电阻R5的一端接三相交流电A相，另一端接第二变压器T2初级的一端，第二变压器T2初级的另一端接第六电阻R6，第六电阻R6另一端接三相交流电C相，第二变压器T2次级两端分别接第七电阻R7、第八电阻R8一端，第七电阻R7、第八电阻R8另一端分别接第二电压比较器U1D的输入端，第三二极管D3、第四二极管D4反向并联后再跨接在第二电压比较器U1D的输入端，第二电压比较器U1D输出端与第十一电阻R11的一端、第十二电阻R12的一端及数据处理电路3连接，第十一电阻R11的另一端接电源电路1，第十二电阻R12的另一端接地，第二电容C2和第十二电阻R12并联在第二电压比较器U1D输出端。
所述的数据处理电路3包括有芯片IC1、第八电容C8、三极管Q1、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17，其中，芯片IC1的第二脚2与第一电压比较器U1C的输出端相连接，芯片IC1的第三脚3与第二电压比较器U1D的输出端相连接，芯片IC1的第二十脚20分别与第六电容C6、第十四电阻R14一端相连接，第十四电阻R14另一端与第十五电阻R15一端相连接，第十五电阻R15另一端与第十六电阻R16、第七电容C7、晶振XL1、极性电容E1及第八电容C8的一端连接，第八电容C8的另一端连接在芯片IC1的第二十脚20上，三极管Q1的其中两脚连接在第十四电阻R14两端，第三脚与第十六电阻R16、第十七电阻R17一端相连接，第十七电阻R17另一端与第七电容C7一端及芯片IC1的第十六脚16连接，晶振XL1的另两端与芯片IC1的第十七脚17、第十八脚18相连接，极性电容E1另一端与芯片IC1的第十九脚19相连接。本发明在采用了上述方案后，电源电路将市电220V降压整流后输出5V直流过零检测电路和数据处理电路提供工作电压。其中，电源电路1内的压敏电阻ZNR可以防止雷击及电网过电压侵入。220V交流电经第三变压器T3降压后得到10.5V交流电压，然后经桥式整流滤波D0后输出12V直流电压。12V电压经三端稳压器VR1稳压及第三电容C3、第五电容C5滤波后输出5V直流电压，此电压作为过零检测电路2和数据处理电路3的工作电压；过零检测电路2是将电网380V线电压UAB经第一电阻R1、第二电阻R2降压限流后得到10V交流电压，经第一变压器T1隔离后输出10V交流电压，第一变压器T1为1∶1隔离变压器，此电压送到芯片IC1的输入端。其中第三电阻R3、第四电阻R4起降压限流作用，第一二极管D1、第二二极管D2起限幅保护作用，将输入信号限幅在0.7V，防止芯片IC1输入口过压损坏。芯片IC1作为电压比较器使用，当信号在正弦波的正半周时，反相输入端电压高于同相输入端电压，此时电压比较器输出低电平；当信号在正弦波的负半周时，反相输入端电压低于同相输入端电压，此时电压比较器输出高电平，即交流电每次过零后，电压比较器输出信号翻转一次，输出一个和正弦波过零点同步的方波信号，此方波信号直接送入单片机进行数据处理；与此同时，线电压UAC的过零检测信号也送入数据处理电路。数据处理电路将两个线电压信号UAB、UAC的过零点时间相比较后便可作出相序是正序、反序或三相电压不平衡的判断，并输出相应的驱动信号给相序变换执行机构或报警装置。
以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种用于检测三相交流电相序和不对称电压的方法，其特征在于：首先，电源电路(1)将220V市电降压整流后输出5V直流电压为过零检测电路(2)、数据处理电路(3)提供工作电压，过零检测电路(2)采集线电压UAB和线电压UAC的相位波形，并变换处理后将数据输入数据处理电路(3)内，数据处理电路(3)将接收后的数据进行分析，并比较两个信号的过零点，若线电压UAB超前线电压UAC60°，表明相序为正相序，若线电压UAC超前线电压UAB60°，则为反相序，当线电压UAB和UAC之间的角度小于60°时，则三相电压不平衡，并输出相应的驱动信号给相序变换执行机构或报警装置。
2.一种用于检测三相交流电相序和不对称电压的电路，其特征在于：它包括有电源电路(1)、过零检测电路(2)、数据处理电路(3)，其中，电源电路(1)分别与过零检测电路(2)、数据处理电路(3)相连接，过零检测电路(2)与数据处理电路(3)相连接，所述的过零检测电路(2)包括有第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)，第一变压器(T1)、第二变压器(T2)，第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一电压比较器(U1C)、第二电压比较器(U1D)，其中，第一电阻(R1)的一端接三相交流电A相，另一端接第一变压器(T1)初级的一端，第一变压器(T1)初级的另一端接第二电阻(R2)，第二电阻(R2)另一端接三相交流电B相，第一变压器(T1)次级两端分别接第三电阻(R3)、第四电阻(R4)的一端，第三电阻(R3)、第四电阻(R4)另一端分别接第一电压比较器(U1C)的输入端，第一二极管(D1)、第二二极管(D2)反向并联后再跨接在第一电压比较器(U1C)的输入端，第一电压比较器(U1C)输出端和第九电阻(R9)一端、第十电阻(R10)一端及数据处理电路(3)连接，第九电阻(R9)的另一端接电源电路(1)，第十电阻(R10)的另一端接地，第一电容(C1)与第十电阻(R10)并联在第一电压比较器(U1C)输出端，第五电阻(R5)的一端接三相交流电A相，另一端接第二变压器(T2)初级的一端，第二变压器(T2)初级的另一端接第六电阻(R6)，第六电阻(R6)另一端接三相交流电C相，第二变压器(T2)次级两端分别接第七电阻(R7)、第八电阻(R8)一端，第七电阻(R7)、第八电阻(R8)另一端分别接第二电压比较器(U1D)的输入端，第三二极管(D3)、第四二极管(D4)反向并联后再跨接在第二电压比较器(U1D)的输入端，第二电压比较器(U1D)输出端与第十一电阻(R11)的一端、第十二电阻(R12)的一端及数据处理电路(3)连接，第十一电阻(R11)的另一端接电源电路(1)，第十二电阻(R12)的另一端接地，第二电容(C2)和第十二电阻(R12)并联在第二电压比较器(U1D)输出端。
3.根据权利要求2所述的一种用于检测三相交流电相序和不对称电压的电路，其特征在于：所述的电源电路(1)包括有压敏电阻(ZNR)，第三变压器(T3)、桥式整流滤波(D0)、三端稳压器(VR1)，其中，压敏电阻(ZNR)两端分别与电源及第三变压器(T3)初级的两端连接，第三变压器(T3)次级两端与桥式整流滤波(D0)的输入端相连接，桥式整流滤波(D0)的输出端与三端稳压器(VR1)的输入端相连接，第三电容(C3)、第五电容(C5)并联在三端稳压器(VR1)的输入端，三端稳压器(VR1)的输出端与并联后的第四电容(C4)、第六电容(C6)连接后分别与过零检测电路(2)、数据处理电路(3)相连接。
4.根据权利要求2所述的一种用于检测三相交流电相序和不对称电压的电路，其特征在于：所述的数据处理电路(3)包括有芯片(IC1)、第八电容(C8)、三极管(Q1)、第十四电阻(R14)、第十五电阻(R15)、第十六电阻(R16)、第十七电阻(R17)，其中，芯片(IC1)的第二脚(2)与第一电压比较器(U1C)的输出端相连接，芯片(IC1)的第三脚(3)与第二电压比较器(U1D)的输出端相连接，芯片(IC1)的第二十脚(20)分别与第六电容(C6)、第十四电阻(R14)一端相连接，第十四电阻(R14)另一端与第十五电阻(R15)一端相连接，第十五电阻(R15)另一端与第十六电阻(R16)、第七电容(C7)、晶振(XL1)、极性电容(E1)及第八电容(C8)的一端连接，第八电容(C8)的另一端连接在芯片(IC1)的第二十脚(20)上，三极管(Q1)的其中两脚连接在第十四电阻(R14)两端，第三脚与第十六电阻(R16)、第十七电阻(R17)一端相连接，第十七电阻(R17)另一端与第七电容(C7)一端及芯片(IC1)的第十六脚(16)连接，晶振(XL1)的另两端与芯片(IC1)的第十七脚(17)、第十八脚(18)相连接，极性电容(E1)另一端与芯片(IC1)的第十九脚(19)相连接。
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