CN105301370B - 三相交流供电检测保护装置及其检测保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三相交流供电检测保护装置。其包括与三相交流电的输入端连接的第一变压器，第二变压器，所述第一变压器和所述第二变压器分别通过整流滤波电路、电位校正电路与控制器连接。所述控制器包括：差值计算单元，其用于计算所述第一电位校正电路的输出电压和所述第二电位校正电路的输出电压的差值的绝对值；第一比较判断单元，其用于将所述差值的绝对值与预定阈值进行比较，以判断所述三相交流电的供电状态；以及保护控制单元，其用于根据所述第一比较判断单元的判断结果，进行相应的保护控制。其能够及时准确地检测出三相交流电的供电中出现的缺相等的异常状态，从而对电气设备进行有效保护。

Description

三相交流供电检测保护装置及其检测保护方法

[技术领域]

本发明涉及三相交流供电检测保护领域，尤其涉及一种对电气设备进行三相交流供电时出现的异常状态进行检测，并提供相应保护的装置及方法。

[背景技术]

目前，随着采用三相交流电的供电的逆变电焊机、变频器(统称为电气设备)的普及，经常会出现电气设备因外电异常(包括外三相电不平衡、缺相等)而导致运转不稳定、甚至烧损的现象。

为了实现可靠、安全的使用，通常都配备有检测外电异常状态的检测电路。图8是现有逆变电焊机通用的供电结构示意图。图9是现有逆变电焊机通用的缺相检测电路。图9所示的缺相检测电路位于图8所示的控制回路中。缺相检测电路的原理是通过检测控制电源变压器(TR1和TR2)的次级输出电压的有无来判断是否缺相。如图9所示，通常状态下，当缺少W相电压时，控制电源变压器TR2初级绕组无电压，因此控制电源变压器TR2次级绕组也没有输出，此时光耦PC11不导通，从而检测出W相缺相。

然而，实际上，由于相间电容的存在，U相电压通过电容C23和V相电压加在控制电源变压器TR2的初级绕组上，因此，控制电源变压器TR2的次级绕组仍有输出电压。这样一来，光耦PC11仍然导通，从而无法检测出W相缺相。此外，上述缺相检测电路无法检测三相电不平衡的异常状态。

随着国家对电气设备EMC(电磁兼容)及谐波的要求，并且为提高自身抗干扰性，电焊机、变频器等电气设备在电源输入相间均加有相间电容，且容值较大。另外，电气设备使用时因为共用外电，往往是多台并接或与其它相间带有较大相间电容的电气设备连接，这样即使电气设备配备有上述缺相检测电路，由于相间电容的存在，无法检测出缺相等的外电异常状态。因此，在发生外电缺相时，电气设备不能得到及时保护的问题时有发生。

[发明内容]

[技术问题]

本发明旨在针对现有技术中的问题，提供一种三相交流供电检测保护装置及其检测方法，其能够及时准确地检测出三相交流供电中出现的缺相等的异常状态，从而对电气设备进行有效保护。

[解决方案]

本发明提供一种三相交流供电检测保护装置，其包括：第一变压器，其初级绕组的两端分别与三相交流电的U相输入端和V相输入端连接；第二变压器，其初级绕组的两端分别与三相交流电的V相输入端和W相输入端连接。其特征在于，所述三相交流供电检测保护装置还包括：第一整流滤波电路，其输入端与所述第一变压器的次级绕组的两端相连，用于对所述第一变压器的次级绕组的第一交流电压进行整流滤波，以成为第一直流电压；第二整流滤波电路，其输入端与所述第二变压器的次级绕组的两端相连，用于对所述第二变压器的次级绕组的第二交流电压进行整流滤波，以成为第二直流电压。

三相交流供电检测保护装置还包括：第一电位校正电路，其输入端与所述第一整流滤波电路的输出端相连，用于对所述第一直流电压进行电位校正；第二电位校正电路，其输入端与所述第二整流滤波电路的输出端相连，用于对所述第二直流电压进行电位校正；以及控制器，其分别与所述第一电位校正电路的输出端以及所述第二电位校正电路的输出端相连，并且包括差值计算单元、第一比较判断单元以及保护控制单元。所述差值计算单元用于计算所述第一电位校正电路的输出电压和所述第二电位校正电路的输出电压的差值的绝对值，所述第一比较判断单元用于将所述差值的绝对值与预定阈值进行比较，以判断所述三相交流电的供电状态。所述保护控制单元用于根据所述第一比较判断单元的判断结果，进行相应的保护控制。

本发明提供一种三相交流供电检测保护装置的检测方法，所述检测保护装置包括：第一变压器，其初级绕组的两端分别与三相交流电的U相输入端和V相输入端连接；第二变压器，其初级绕组的两端分别与三相交流电的V相和W相连接。

所述三相交流供电检测保护装置还包括：第一整流滤波电路，其输入端与所述第一变压器的次级绕组的两端相连，用于对所述第一变压器的次级绕组的第一交流电压进行整流滤波，以成为第一直流电压；第二整流滤波电路，其输入端与所述第二变压器的次级绕组的两端相连，用于对所述第二变压器的次级绕组的第二交流电压进行整流滤波，以成为第二直流电压。

第一电位校正电路，其输入端与所述第一整流滤波电路的输出端相连，用于对所述第一直流电压进行电位校正；第二电位校正电路，其输入端与所述第二整流滤波电路的输出端相连，用于对所述第二直流电压进行电位校正；以及控制器，其分别与所述第一电位校正电路的输出端以及所述第二电位校正电路的输出端相连。所述检测方法包括在所述控制器中进行如下步骤：计算步骤，计算所述第一电位校正电路的输出电压和所述第二电位校正电路的输出电压的差值的绝对值；第一比较判断步骤，将所述差值的绝对值与预定阈值进行比较，以判断所述三相交流电的供电状态；以及保护控制步骤，根据所述第一比较判断步骤的判断结果，进行相应的保护控制。

[发明有益效果]

本发明通过上述技术方案，能够及时准确地检测出三相交流电的供电中出现的缺相等的异常状态，从而对电气设备进行有效保护。

[附图说明]

图1是本发明第一实施例的三相交流供电检测保护装置的结构示意图；

图2是本发明第一实施例的三相交流供电检测保护装置的软件结构示意图；

图3是本发明第一实施例的三相交流供电检测保护装置的检测方法的流程图；

图4是图3所示检测方法的比较判断步骤的具体流程图；

图5是本发明第二实施例的三相交流供电检测保护装置的检测方法的比较判断步骤的流程图；

图6是本发明第三实施例的三相交流供电检测保护装置的软件结构示意图；

图7是本发明第三实施例的三相交流供电检测保护装置的检测方法的流程图；

图8是现有逆变电焊机通用的供电结构示意图；以及

图9是现有逆变电焊机通用的缺相检测电路。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。在本发明的以下实施例中，采用三相交流电的供电的逆变电焊机(焊接电源)作为电气设备进行描述。但是本发明不限于此，可以采用其它电气设备。

本发明的核心思想是通过检测控制电源变压器(TR1和TR2)的次级输出电压的差值，来判断三相交流电的供电状态，从而进行相应的保护。

[第一实施例]

下面参照图1和图8，描述本发明的第一实施例。如图1和图8所示，本发明的三相交流供电检测保护装置包括：第一变压器TR1，其初级绕组的两端分别与三相交流电的U相输入端和V相输入端连接；第二变压器TR2，其初级绕组的两端分别与三相交流电的V相输入端和W相输入端连接。所述三相交流供电检测保护装置还包括：第一整流滤波电路，其输入端与所述第一变压器的次级绕组的两端相连，用于对所述第一变压器的次级绕组的第一交流电压Vac1进行整流滤波，以成为第一直流电压Vdc1；第二整流滤波电路，其输入端与所述第二变压器的次级绕组的两端相连，用于对所述第二变压器的次级绕组的第二交流电压Vac2进行整流滤波，以成为第二直流电压Vdc2。在本实施例中，第一和第二整流滤波电路均采用二极管全桥加电容的方式进行整流滤波(参见图1)。

所述三相交流供电检测保护装置还包括第一电位校正电路、第二电位校正电路以及控制器。所述第一电位校正电路的输入端与所述第一整流滤波电路的输出端相连，用于对所述第一直流电压Vdc1进行电位校正。所述第二电位校正电路的输入端与所述第二整流滤波电路的输出端相连，用于对所述第二直流电压Vdc2进行电位校正。在本实施例中，第一和第二电位校正电路采用电位器调整的方式来分压校正。为了使最终的检测结果更加准确，优选的方案是在三相供电正常状态下，经第一电位校正电路分压校正后的输出电压等于经第二电位校正电路分压校正后的输出电压。

所述控制器分别与所述第一电位校正电路的输出端以及所述第二电位校正电路的输出端相连。在本实施例中，所述控制器采用带A/D转换模块的CPU。A/D转换模块用于分别将第一电位校正电路的输出电压以及第二电位校正电路的输出电压采样后转换为数字信号VP1和VP2。

为了确保后期检测判断的准确性，在采样时，可以按照一定时间间隔获取多个电压采样值，并经过A/D转换后求其平均值作为后期检测判断用的VP1和VP2。例如，在本实施例中，每50us采集一个点，累计采集12ms的电压值，并求其平均值。此外，控制器也可以采用无A/D转换模块的CPU。在此情况下，可以将在控制器与电位校正电路(包括第一和第二电位校正电路)之间增设A/D转换电路。

在本实施例中，控制器为电焊机的控制电路的CPU，其内置RAM和ROM，其能够运行相应的程序，来控制电焊机主回路的功率器件的通断。例如，当发生三相供电异常(例如，缺相或者三相不平衡)时，CPU控制停止输出IGBT(功率器件)的驱动导通信号，从而实现对焊机主回路的保护。

接下来，参照图2描述本发明第一实施例的三相交流供电检测保护装置的软件结构。由于软件主要是存储在控制器中，因此，只示出控制器的软件结构。如图2所示，所述控制器包括差值计算单元、第一比较判断单元和保护控制单元。所述差值计算单元用于计算所述第一电位校正电路的输出电压和所述第二电位校正电路的输出电压的差值的绝对值。所述第一比较判断单元用于将所述差值的绝对值与预定阈值进行比较，以判断所述三相交流电的供电状态。所述保护控制单元用于根据判断的所述三相交流电的供电状态，进行相应的保护控制。

下面参照图3描述本发明第一实施例的三相交流供电检测保护装置的检测方法。所述检测方法由CPU运行与图2所示的软件模块相对应的程序来实现。

如图3所示，首先，在步骤S301中，计算所述第一电位校正电路的输出电压和所述第二电位校正电路的输出电压的差值的绝对值。具体来说，CPU根据经A/D转换模块转换后的第一电位校正电路的输出电压VP1和第二电位校正电路的输出电压VP2，来计算输出电压的差值的绝对值|VP1-VP2|。

接着，在步骤S302中，将所述差值的绝对值与预定阈值(包括稍后描述的第一阈值或第二阈值)进行比较，以判断所述三相交流电的供电状态。之后，在步骤S303中，据判断的所述三相交流电的供电状态，进行相应的保护控制。

下面参照图4对步骤S302的判断比较过程进行详细说明。如图4所示，在步骤S401中，判断所述差值的绝对值|VP1-VP2|是否超过第一阈值(W相缺相阈值或者U相缺相阈值)，在本实施例中，第一阈值设为70，其对应的模拟电压值为0.6V。当判定|VP1-VP2|大于70时(步骤S401：是)，处理进入步骤S402。在步骤S402中，判定出现三相交流电的供电异常(缺W相或者U相)。之后，处理进入步骤S303，CPU进行相应的保护控制。例如，CPU可以立即指示停止输出IGBT(功率器件)的驱动信号，从而实现对电焊机主回路的功率器件的保护。

当判定|VP1-VP2|小于或者等于70时(步骤S401：是)，处理进入步骤S403。在步骤S403中，判断所述差值的绝对值|VP1-VP2|是否超过第二阈值(三相不平衡阈值)，在本实施例中，第二阈值设为50。当判定|VP1-VP2|大于50时(步骤S403：是)，处理进入步骤S404。在步骤S404中，判定出现三相交流电的供电异常(三相不平衡)。之后，处理进入相应的保护程序(步骤S303)。例如，CPU可以立即指示停止输出IGBT(功率器件)的驱动信号，从而实现对电焊机主回路的功率器件的保护。

当|VP1-VP2|小于或者等于50时(步骤S403：否)，处理返回到步骤S301。即等待进行输出电压的差值的绝对值|VP1-VP2|的下一次计算。

为了增加检测的准确性，防止后续保护的误动作。在本实施例中，优选的方案是根据一定时期内的多次判断的结果，最终确定三相交流电的供电状态，从而进行后续的断电保护。例如，以12ms为一个周期采样的电压平均值，进行一次计算和判断，然后统计十个周期(120ms)的所有判断结果，来确定最终的检测结果。当十个周期内均判定三相交流电的供电状态异常的情况下，才进行后续的保护动作。而假定在十个周期内至少存在一次三相交流电的供电状态判定正常的情况下，则从所述最后一次三相交流电的供电状态判定正常起，重新开始十个周期的判断和统计，而不进行后续的保护动作。

在本实施例中，变压器TR1被设置为向控制回路供电，因此，通常情况下U相缺相或者V相缺相时，控制回路不工作，主回路也不运行，也能起到相应的保护作用。

通过第一实施例，能够及时准确地检测出三相交流电的供电中出现的缺相等的异常状态，从而对电气设备进行有效保护。

[第二实施例]

下面参照图5描述本发明的第二实施例。第二实施例的硬件结构与第一实施例的相同，在此不再重复描述。此外，第二实施例的检测方法的流程图与第一实施例的基本相同，因此，与第一实施例相同的部分使用相同的附图标记。以下，仅描述二者的不同之处。第二实施例与第一实施例的不同之处仅在于增加了对V相缺相的检测判断。

如图5所示，在第二实施例中，当判定|VP1-VP2|小于或者等于50时(步骤S403：否)，处理进入步骤S501。在步骤S501中，判断|VP1-VP2|是否等于0，当|VP1-VP2|不等于0时(步骤S501：否)，判定当前三相交流电的供电状态正常，并使处理返回步骤S301。CPU等待进行输出电压的差值的绝对值|VP1-VP2|的下一次计算。

当|VP1-VP2|等于0时(步骤S501：是)，处理进入步骤S502。在步骤S502中，判断VP1或者VP2是否超过第三阈值(V相缺相阈值)。第三阈值与所述预定阈值(包括第一阈值和第二阈值)不同。在本实施例中，第三阈值为370。当VP1或者VP2大于所述阈值时(步骤S502：是)，处理进入步骤S503。在步骤S503中，判定V相缺相。之后，处理进入步骤S303，CPU进行相应的保护控制。而当VP1或者VP2小于或者等于第三阈值时(步骤S502：否)，处理返回到步骤S301。即等待进行输出电压的差值的绝对值|VP1-VP2|的下一次计算。

与第一实施例相比，第二实施例还增加了对于V相缺相的判断，从而能够更全面、准确地检测三相交流电的供电的异常状态，并对电气设备提供及时的保护。

[第三实施例]

下面参照图6和图7描述本发明的第三实施例。第三实施例的硬件结构与第一实施例的相同，在此不再重复描述。此外，第三实施例的检测方法的流程图与第一实施例和第二实施例的基本相同，因此，与第一实施例和第二实施例相同的部分使用相同的附图标记。以下，仅描述不同之处。第三实施例与第一实施例的不同之处仅在于软件结构不同，即在进行差值计算之前，先进行对V相缺相的检测判断。

图6示出了第三实施例的软件结构。如图6所示，除了与第一实施例相同的软件结构以外，控制器还包括第二比较判断单元，用于将所述第一电位校正电路的输出电压或者所述第二电位校正电路的输出电压与第三阈值进行比较，以判断所述三相交流电的供电状态。

下面参照图7对第三实施例的流程进行描述。如图7所示，在步骤S301之前，首先进行步骤S502。在步骤S502中，判断VP1或者VP2是否超过第三阈值(V相缺相阈值)。在本实施例中，第三阈值为370。当VP1或者VP2大于所述阈值时(步骤S502：是)，处理进入步骤S503。在步骤S503中，判定V相缺相。之后，处理进入步骤S303，CPU进行相应的保护控制。而当VP1或者VP2小于或者等于第三阈值时(步骤S502：否)，处理进入步骤S301。步骤S301之后的处理与第一实施例的相同，在此不再重复描述。

与第一实施例相比，第三实施例还增加了对于V相缺相的判断，能够更全面、准确地检测三相交流电的供电的异常状态，并对电气设备提供及时的保护。

此外，为了提高检测保护装置的易用性，在判断出三相交流电的供电异常的情况下，CPU可以将相应的判断结果(例如缺相或者三相不平衡)发送到显示装置(未示出，例如显示器)上，以及时提示操作人员查找故障。

以上，已参照详细或特定的实施方式，对本发明进行了说明，但本领域技术人员理解，可以在不脱离本发明的思想与范围的前提下进行各种变更及修正。

[工业实用性]

本发明可以应用到现有的三相交流供电检测保护领域，其能够及时准确地检测出三相交流电的供电中出现的缺相等的异常状态，从而对电气设备进行有效保护。

Claims (9)

1.一种三相交流供电检测保护装置，其包括第一变压器，其初级绕组的两端分别与三相交流电的U相输入端和V相输入端连接；第二变压器，其初级绕组的两端分别与所述三相交流电的V相输入端和W相输入端连接；其特征在于，所述三相交流供电检测保护装置还包括：

第一整流滤波电路，其输入端与所述第一变压器的次级绕组的两端相连，用于对所述第一变压器的次级绕组的第一交流电压进行整流滤波，以成为第一直流电压；

第二整流滤波电路，其输入端与所述第二变压器的次级绕组的两端相连，用于对所述第二变压器的次级绕组的第二交流电压进行整流滤波，以成为第二直流电压；

第一电位校正电路，其输入端与所述第一整流滤波电路的输出端相连，用于对所述第一直流电压进行电位校正；

第二电位校正电路，其输入端与所述第二整流滤波电路的输出端相连，用于对所述第二直流电压进行电位校正；以及

控制器，其分别与所述第一电位校正电路的输出端以及所述第二电位校正电路的输出端相连；

其中，所述控制器包括：

差值计算单元，其用于计算所述第一电位校正电路的输出电压和所述第二电位校正电路的输出电压的差值的绝对值；

第一比较判断单元，其用于将所述差值的绝对值与预定阈值进行比较，以判断所述三相交流电的供电状态；以及

保护控制单元，其用于根据所述第一比较判断单元的判断结果，进行相应的保护控制。

2.根据权利要求1所述的三相交流供电检测保护装置，其中，所述预定阈值包括第一阈值；

当所述差值的绝对值超过所述第一阈值时，所述第一比较判断单元判定所述三相交流电的供电状态为所述U相缺相或者所述W相缺相。

3.根据权利要求2所述的三相交流供电检测保护装置，其中，所述预定阈值还包括小于所述第一阈值的第二阈值；

当所述差值的绝对值大于所述第二阈值并且小于或者等于所述第一阈值时，所述第一比较判断单元判定所述三相交流电的供电状态为三相不平衡。

4.根据权利要求1所述的三相交流供电检测保护装置，其中，所述控制器还包括第二比较判断单元，其用于将所述第一电位校正电路的输出电压或者所述第二电位校正电路的输出电压与不同于所述预定阈值的第三阈值进行比较，以判断所述三相交流电的供电状态；所述保护控制单元还根据所述第二比较判断单元的判断结果，进行相应的保护控制。

5.一种三相交流供电检测保护装置的检测保护方法，所述三相交流供电检测保护装置包括：

第一变压器，其初级绕组的两端分别与三相交流电的U相输入端和V相输入端连接；

第二变压器，其初级绕组的两端分别与所述三相交流电的V相输入端和W相输入端连接；

第一整流滤波电路，其输入端与所述第一变压器的次级绕组的两端相连，用于对所述第一变压器的次级绕组的第一交流电压进行整流滤波，以成为第一直流电压；

第二整流滤波电路，其输入端与所述第二变压器的次级绕组的两端相连，用于对所述第二变压器的次级绕组的第二交流电压进行整流滤波，以成为第二直流电压；

第一电位校正电路，其输入端与所述第一整流滤波电路的输出端相连，用于对所述第一直流电压进行电位校正；

第二电位校正电路，其输入端与所述第二整流滤波电路的输出端相连，用于对所述第二直流电压进行电位校正；以及

控制器，其分别与所述第一电位校正电路的输出端以及所述第二电位校正电路的输出端相连；

所述检测保护方法包括在所述控制器中进行如下步骤：

差值计算步骤，其用于计算所述第一电位校正电路的输出电压和所述第二电位校正电路的输出电压的差值的绝对值；

第一比较判断步骤，其用于将所述差值的绝对值与预定阈值进行比较，以判断所述三相交流电的供电状态；以及

保护控制步骤，其用于根据所述第一比较判断步骤的判断结果，进行相应的保护控制。

6.根据权利要求5所述的三相交流供电检测保护装置的检测保护方法，其中，所述预定阈值包括第一阈值；

在所述第一比较判断步骤中，当所述差值的绝对值超过所述第一阈值时，判定所述三相交流电的供电状态为所述U相缺相或者所述W相缺相。

7.根据权利要求6所述的三相交流供电检测保护装置的检测保护方法，其中，所述预定阈值还包括小于所述第一阈值的第二阈值；

在所述第一比较判断步骤中，当所述差值的绝对值大于所述第二阈值并且小于或者等于所述第一阈值时，判定所述三相交流电的供电状态为三相不平衡。

8.根据权利要求5所述的三相交流供电检测保护装置的检测保护方法，还包括在所述控制器中进行如下步骤：

第二比较判断步骤，将所述第一电位校正电路的输出电压或者所述第二电位校正电路的输出电压与不同于所述预定阈值的第三阈值进行比较，以判断所述三相交流电的供电状态；

其中，在所述保护控制步骤中，还根据所述第二比较判断步骤的判断结果，进行相应的保护控制。

9.一种焊接电源，其特征在于，具有如权利要求1所述的三相交流供电检测保护装置。