发明内容
本发明的目的是要避免三相电动机在缺相情况下运行,提供一种由电压比较器构成的缺相保护电路,对三相电动机进行有效保护,并且使电路的结构简单、造价低。
本发明的一种由电压比较器构成的缺相保护电路,其特征是缺相保护电路由电源电路、取样电路、电压比较电路和控制输出电路组成,其中,由整流变压器(TC)、单相桥式整流电路(VD)、滤波电容器a(C1)、稳压集成块(IC1)和滤波电容器b(C2)构成电源电路;取样电路由相线检测端a(U)、相线检测端b(V)、相线检测端c(W)、整流二极管a(V1)、整流二极管b(V2)、整流二极管c(V3)、整流二极管d(V4)、整流二极管e(V5)、整流二极管f(V6)、分压电阻a(R1)和分压电阻b(R2)构成;电压比较电路包括电压比较器a(IC2)、偏置电阻a(R3)、傍路电阻a(R4)、电压比较器b(IC3)、偏置电阻b(R6)和傍路电阻b(R7);控制输出电路包括驱动电阻(R8)、三极管(VT)、钳位二极管(V8)、继电器、连锁控制端a(1)和连锁控制端b(2),继电器包括线圈(K)和常闭触点开关(K1);整流变压器(TC)的初级线圈连接到电源的相线输入端(L)和电源的零线输入端(N),整流变压器(TC)的次级线圈连接到单相桥式整流电路(VD)的二个输入端,单相桥式整流电路(VD)的正极连接到滤波电容器a(C1)的正极和稳压集成块(IC1)的输入端,稳压集成块(IC1)的输出端与滤波电容器b(C2)的正极连接后构成直流工作电源(V+),单相桥式整流电路(VD)的负极、滤波电容器a(C1)的负极、滤波电容器b(C2)的负极和稳压集成块(IC1)的接地端连接后构成地线;相线检测端a(U)连接到整流二极管a(V1)的阳极和整流二极管b(V2)的阴极,相线检测端b(V)连接到整流二极管c(V3)的阳极和整流二极管d(V4)的阴极,相线检测端c(W)连接到整流二极管e(V5)的阳极和整流二极管f(V6)的阴极,整流二极管b(V2)的阳极、整流二极管d(V4)的阳极和整流二极管f(V6)的阳极连接到地线,整流二极管a(V1)的阴极、整流二极管c(V3)的阴极和整流二极管e(V5)的阴极连接到分压电阻a(R1)的第一脚,分压电阻a(R1)的第二脚连接到分压电阻b(R2)的第一脚,分压电阻b(R2)的第二脚连接到地线;电压比较器a(IC2)的反相输入端连接到分压电阻a(R1)与分压电阻b(R2)之间,电压比较器a(IC2)的同相输入端连接到偏置电阻a(R3)的第二脚和傍路电阻a(R4)的第一脚,偏置电阻a(R3)的第一脚连接到直流工作电源(V+),傍路电阻a(R4)的第二脚连接到地线,电压比较器a(IC2)的输出端连接到电压比较器b(IC3)的同相输入端,电压比较器b(IC3)的反相输入端连接到偏置电阻b(R6)的第二脚和傍路电阻b(R7)的第一脚,偏置电阻b(R6)的第一脚连接到直流工作电源(V+),傍路电阻b(R7)的第二脚连接到地线,电压比较器b(IC3)的输出端连接到驱动电阻(R8)的第一脚;驱动电阻(R8)的第二脚连接到三极管(VT)的基极,三极管(VT)的发射极连接到地线,三极管(VT)的集电极连接到钳位二极管(V8)的阳极和继电器线圈(K)的第二端,钳位二极管(V8)的阴极和继电器线圈(K)的第一端连接到直流工作电源(V+),继电器的常闭触点开关(K2)的输入端连接到连锁控制端a(1),常闭触点开关(K2)的输出端连接到连锁控制端b(2)。
本发明中,在电压比较器a(IC2)的输出端与电压比较器b(IC3)的同相输入端之间有延时电阻(R5),在电压比较器b(IC3)的同相输入端与地线之间有延时电容器(C3);在电压比较器a(IC2)的反相输入端与地线之间有限幅二极管(V7),限幅二极管(V7)的阴极连接到电压比较器a(IC2)的反相输入端,限幅二极管(V7)的阳极连接到地线;在缺相保护电路中有限流电阻(R9)和指示灯二极管(V9);继电器包括常开触点开关(K2);限流电阻(R9)的第一脚连接到直流工作电源(V+),限流电阻(R9)的第二脚连接到指示灯二极管(V9)的阳极,指示灯二极管(V9)的阴极连接到继电器的常开触点开关(K2)的输入端,常开触点开关(K2)的输出端连接到地线;电压比较器a(IC2)和电压比较器b(IC3)共用一只运算放大器的集成电路,集成电路的电源端连接到直流工作电源(V+),集成电路的接地端连接到地线。
本发明在具体实施时,直流工作电源(V+)的电压为12V;分压电阻a(R1)的第二脚与分压电阻b(R2)的第一脚连接后构成分压点,通过确定分压电阻a(R1)和分压电阻b(R2)的阻值,使分压值为2%;通过确定偏置电阻a(R3)和傍路电阻a(R4)的阻值,使电压比较器a(IC2)同相输入端的参考电压为7.5V;通过确定偏置电阻b(R6)和傍路电阻b(R7)的阻值,使电压比较器b(IC3)反相输入端的参考电压为6V。
本发明应用时,相线输入端(L)和零线输入端(N)通过系统的控制电路连接到220V单相电源上,相线检测端a(U)、相线检测端b(V)和相线检测端c(W)分别连接到三相电动机绕组的三个输入端上,继电器的常闭触点开关(K1)以串联方式连锁到接触器的线圈回路中,连锁控制端a(1)和连锁控制端b(2)连接在接触器的线圈与控制线路之间。三相电动机的起动或停止由接触器进行控制,接触器由系统的控制电路进行控制,接触器上端的三个主触点连接到三相电源上,接触器下端的三个主触点连接到三相电动机绕组的三个输入端上,当对接触器的线圈通电时,接触器的三组主触点吸合,三相电动机的绕组通过接触器的三组主触点连接到三相电源上,三相电动机通电运行,当接触器的线圈断电时,接触器的三组主触点断开,三相电动机断电停止。工作时,本发明中整流变压器(TC)的初级线圈在三相电动机运行时由系统的控制电路接通到电源,本发明的取样电路从三相电动机绕组的三个输入端上进行电压取样,然后把取样电压送入电压比较电路进行处理,取样电路中,由整流二极管a(V1)、整流二极管b(V2)、整流二极管c(V3)、整流二极管d(V4)、整流二极管e(V5)和整流二极管f(V6)组成的三相桥式整流电路,三相电源的相电压为220V、线电压为380V,当三相电动机绕组的三个输入端上的电压正常时,三相桥式整流电路的输出电压为2.34×220=514.8V,经过分压后,输入到电压比较器a(IC2)反相输入端的电压为10V,大于电压比较器a(IC2)同相输入端的电压,电压比较器a(IC2)输出端的电压为零,使电压比较器b(IC3)输出端的电压为零,三极管(VT)截止,继电器不动作,继电器的常闭触点开关(K1)保持闭合;当三相电动机绕组的三个输入端上缺少任意一相电压时,三相桥式整流电路便按单相桥式整流电路的模式工作,整流电路的输出电压为0.9×380=342V,输入到电压比较器a(IC2)反相输入端的电压为6.84V,小于电压比较器a(IC2)同相输入端的电压,电压比较器a(IC2)输出端的电压为12V,使电压比较器b(IC3)输出端的电压为12V,三极管(VT)导通,继电器的线圈通电,继电器的常闭触点开关(K1)断开,使接触器的线圈失电,接触器的主触点断开,三相电动机停止运行,起到缺相保护作用。在进行缺相保护时,继电器动作,继电器的常开触点开关(K2)闭合,直流工作电源(V+)通过限流电阻(R9)对指示灯二极管(V9)通电,使指示灯二极管(V9)点亮。
本发明同时具有欠压保护作用,当三相电源的相电压低于160V时,三相桥式整流电路的输出电压为2.34×160=374.4V以下,输入到电压比较器a(IC2)反相输入端的电压低于7.49V,小于电压比较器a(IC2)同相输入端的电压,同样使电压比较器a(IC2)输出端的电压为12V,使电压比较器b(IC3)输出端的电压为12V,三极管(VT)导通,继电器动作,继电器的常闭触点开关(K1)断开,使接触器的线圈失电,接触器的主触点断开,三相电动机停止运行,起到欠压保护作用,同时,继电器的常开触点开关(K2)闭合,指示灯二极管(V9)点亮。
上述的发明中,考虑到接触器的动作时间较电子运算速度滞后,为了防止误保护,在电压比较器a(IC2)的输出端与电压比较器b(IC3)的同相输入端之间设置延时电阻(R5)和在电压比较器b(IC3)的同相输入端与地线之间设置延时电容器(C3),其作用是使缺相保护或欠压保护具有数秒钟的延迟时间,避免误动作;在电压比较器b(IC3)的同相输入端与地线之间设置延时电容器(C3)还具有抗干扰作用,使电路工作更可靠;在电压比较器a(IC2)的反相输入端与地线之间设置限幅二极管(V7),限幅二极管(V7)使用12V的稳压管,以防止高于12V的电压进入电压比较器a(IC2)的反相输入端。
上述的发明中,三相桥式整流电路与电压比较器a(IC2)相互配合作用,利用三相桥式整流电路来检测电动机绕组的三个输入端电压,然后与电压比较器a(IC2)同相输入端设定的参考电压进行比较,取样方法简单,取样数据容易进行比较,把取样点设置在电动机绕组的三个输入端上,使得检测正确可靠,避免因接触器主触点接触不好引起的缺相事故发生。本发明仅利用一只双电压比较器的集成电路来处理缺相信息及进行延时保护控制,具有电路结构简单和造价低的特点。
本发明的有益效果是:提供的一种由电压比较器构成的缺相保护电路,利用三相桥式整流电路来检测取样,然后与电压比较器a(IC2)设定的参考电压进行比较,取样方法简单,取样数据容易进行比较,把取样点设置在电动机绕组的三个输入端上,使得检测取样正确可靠,对三相电动机实现有效的缺相保护和欠压保护,并且电路的结构简单和造价低。