CN109188278A - 三相不平衡检测电路以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种三相不平衡检测电路以及系统，包括：饱和电抗器电路、继电器触发电路以及继电器，其中，饱和电抗器电路连接在主发电机和主整流装置之间，并与继电器触发电路耦合，继电器触发电路与继电器连接，饱和电抗器电路用于根据所述发电机的三相电流变化，通过耦合的继电器触发电路触发继电器的触点状态变化，最终，仅根据继电器触点的状态变化即可判断发电机是否存在三相不平衡，相较于现有技术中需采用体积较大、成本较高的电流传感器采集各相电流，并且通过机车微机运算分析三相电流，本方案增加了便利性，且降低了成本。

Description

三相不平衡检测电路以及系统

技术领域

本发明涉及三相电技术领域，尤其涉及一种三相不平衡检测电路以及系统。

背景技术

内燃机车主发电机如果缺相或三相不平衡，会造成主发电机输出功率减少，功率因数降低，谐波增加等不良影响。当机车微机未检测出相不平衡故障时，如果继续满功率加载运行，将导致主发电机过载烧损等严重后果。因此一套可靠完善的三相不平衡检测电路十分重要。

现有技术中，内燃机车上采用的主发电机相不平衡检测方法为在主发电机输出侧设置3个交流电流传感器，通过电流传感器对主发电机输出的各相电流进行采集，然后再对各相电流进行逻辑与运算，实现缺相检测。

然而，由于电流的检测范围有限，这种方案不能在全电流范围内完成缺相检测。同时，主发电机输出电流较大，这种方案所采用的电流传感器往往体积较大、成本较高，并且，机车微机需要实时进行三相电流的采集运算，占用机车微机资源。

发明内容

本发明提供一种三相不平衡检测电路以及系统，相较于现有技术中需采用体积较大、成本较高的电流传感器采集各相电流，并且通过机车微机运算分析三相电流，本方案增加了便利性，且降低了成本。

第一方面，本发明提供一种三相不平衡检测电路，包括：饱和电抗器电路、继电器触发电路以及继电器；

其中，所述饱和电抗器电路连接在主发电机和主整流装置之间，并与所述继电器触发电路耦合，所述继电器触发电路与所述继电器连接；所述饱和电抗器电路用于根据所述发电机的三相电流变化，通过耦合的继电器触发电路触发继电器的触点状态变化。

在一种具体的实施方式中，所述饱和电抗器电路至少包括：饱和电抗器，所述饱和电抗器连接在主发电机和主整流装置之间，用于根据所述发电机的三相不平衡电流以改变所述饱和电抗器的输出线圈的等效阻抗。

在一种具体的实现方式中，所述饱和电抗器分别通过限流电阻和二极管连接到所述主发电机的每相中。

在一种具体的实现方式中，所述继电器触发电路至少包括：

变压器和整流电路，所述变压器的原边与所述饱和电抗器的输出线圈连接，副边与所述整流电路连接，所述整流电路与所述继电器连接。

在一种具体的实现方式中，所述触发器触发电路还包括：

分别与所述变压器和所述饱和电抗器的输出线圈连接的分压电阻。

在一种具体的实现方式中，所述继电器触发电路还包括单相交流电源，与所述变压器和所述饱和电抗器的输出线圈连接。

可选的，所述主整流装置由三组二极管并联组成，每组由两个二极管串联组成。

可选的，所述变压器的变比为4:1。

第二方面，本发明提供一种三相不平衡检测系统，包括：第一方面任一项所述的三相不平衡检测电路以及监测装置。

在一种具体的实现方式中，所述监测装置通过检测三相不平衡检测电路的继电器触点的变化，判断发电机是否存在三相不平衡。

本发明提供的一种三相不平衡检测电路以及系统，包括：饱和电抗器电路、继电器触发电路以及继电器，其中，饱和电抗器电路连接在主发电机和主整流装置之间，并与继电器触发电路耦合，继电器触发电路与继电器连接，饱和电抗器电路用于根据所述发电机的三相电流变化，通过耦合的继电器触发电路触发继电器的触点状态变化，最终，仅根据继电器触点的状态变化即可判断发电机是否存在三相不平衡，相较于现有技术中需采用体积较大、成本较高的电流传感器采集各相电流，并且通过机车微机运算分析三相电流，本方案增加了便利性，且降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种相不平衡检测电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的饱和抗电器电路的电路示意图；

图3为本发明实施例提供的继电器电路的电路示意图；

图4为本发明实施例提供的三相不平衡检测系统的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的三相不平衡检测系统的饱和电抗器电路的实施例示意图；

图6为本发明实施例提供的三相不平衡检测系统的继电器电路的实施例示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中，内燃机车上采用的主发电机相不平衡检测方法为在主发电机输出侧设置3个交流电流传感器，通过电流传感器对主发电机输出的各相电流进行采集，然后再对各相电流进行逻辑与运算，实现缺相检测。然而，由于电流的检测范围有限，这种方案不能在全电流范围内完成缺相检测。同时，主发电机输出电流较大，这种方案所采用的电流传感器往往体积较大、成本较高，并且，机车微机需要实时进行三相电流的采集运算，占用机车微机资源。

为克服现有技术的问题，本方案利用饱和电抗器磁饱和时等效阻抗变小的特点，来检测发电机是否存在三相电流不平衡情况。如果检测到不饱和电流再通过触发电路来触发继电器的触点状态，不需要对主发电机三相输出电流进行实时检测，只需要检测继电器触点状态即可实现三相不平衡的检测。并且这种内燃机车主发电机相不平衡检测电路结构简单，不需要额外增加额外的电流传感器，节省了机车成本。

下面通过几个具体实施例对该方案进行详细说明。

实施例一：

图1为本发明实施例提供的一种相不平衡检测电路的结构示意图，如图1所示，相不平衡检测电路10可以包括：饱和电抗器电路11、继电器触发电路12以及继电器13。

其中，饱和电抗器电路11与主发电机14的三相输出端连接，以使饱和电抗器电路11在主发电机14发生缺相或者相不平衡时，产生不平衡电流；并且，饱和电抗器电路11与继电器触发电路12耦合，继电器触发电路12与继电器13连接，当饱和电抗器电路11产生不平衡电流后，继电器触发电路12通过耦合饱和电抗器电路11的不平衡电流，触发继电器13触点状态变化。主发电机14与主整流装置15连接，主整流装置15将主发电机14发出的三相交流电整流为直流电。

其中，饱和电抗器电路11还与主整流装置15连接，整流装置可与负载连接，可选的，负载可以是逆变器和牵引电机。

具体的，饱和电抗器电路包括饱和电抗器的控制线圈，继电器触发电路包括饱和抗电器的输出线圈，饱和电抗器电路与继电器触发电路耦合具体是指饱和抗电器的控制先去和饱和抗电器的输出线圈的耦合。

在一种具体的实现方式中，当主发电机发生缺相或者相不平衡时，饱和抗电器电路产生不平衡电流，不平衡电流流过饱和抗电器的控制线圈，当不平衡电流超过饱和电抗器的饱和电流值时，使饱和电抗器的铁芯饱和，从而使饱和电抗器的输出线圈的等效阻抗变小。

在一种具体的实现方式中，当主发电机发生缺相或者相不平衡时，继电器触发电路受饱和电抗器耦合影响，饱和电抗器的输出线圈的等效阻抗变小，即饱和电抗器的输出线圈两端的电流增大，以使与饱和电抗器输出线圈串联的变压器原边流过的电流增大，从而使变压器副边电磁感应产生的电流超过预先设定的相不平衡允许值，则继电器触点发生变化。

进一步地，可通过列车控制设备根据继电器触点状态变化来判断主发电机是否存在缺相或者相不平衡，也可以在继电器触点状态变化后，触发报警灯亮或者播放报警音。

可选的，该继电器可以是常开继电器、常闭继电器、或者转换触点继电器，本方案对此不做要求。

本发明实施例提供的一种三相不平衡检测电路，包括：饱和电抗器电路、继电器触发电路以及继电器，其中，饱和电抗器电路连接在主发电机和主整流装置之间，并与继电器触发电路耦合，继电器触发电路与继电器连接，饱和电抗器电路用于根据所述发电机的三相电流变化，通过耦合的继电器触发电路触发继电器的触点状态变化，最终，仅根据继电器触点的状态变化即可判断发电机是否存在三相不平衡，相较于现有技术中需采用体积较大、成本较高的电流传感器采集各相电流，并且通过机车微机运算分析三相电流，本方案增加了便利性，且降低了成本。

实施例二：

图2为本发明实施例提供的饱和抗电器电路的电路示意图，在实施例一的基础上，图2所示为实施例一中的饱和电抗器电路。

该饱和电抗器电路具体包括：饱和电抗器(饱和抗电器的控制线圈8)、第一二极管2、第二二极管3、第三二极管4、第一电阻5、第二电阻6、第三电阻7以及主整流装置9。

在一种具体的实现方式中，饱和电抗器的控制线圈8的一端和主整流装置9连接，另一端通过限流电阻和用于防止交流电串电的二极管连接到主发电机的每相中，其中，第一二极管2和第一电阻5串联后连接主发电机1的U相，第二二极管3和第二电阻6串联后连接主发电机1的V相，第三二极管4和第三电阻7串联后连接主发电机1的W相，可知，一个二极管和一个电阻串联组成一组，三组均连接到饱和电抗器的控制线圈8的同一端。

具体的，主整流装置9由六个二极管两两串联后再并联组成，主整流装置9的两端正负极与负载连接，其中，每两个二极管串联组成一组，发电机1的U、V、W相还分别与主整流装置9的三组二极管连接，具体的，U、V、W相分别连接到三组二极管的两个二极管之间，U、V、W相与负载的正极之间的二极管为上桥臂二极管，与负载负极之间的二极管为下桥二极管。

可选的，主整流装置连接的负载可以是逆变器和牵引电机，用于交流与直流的转换。

在一种具体的实现方式中，主发电机1三相平衡时，整个系统处于平衡状态，则没有不平衡电流流过饱和电抗器电路中的饱和抗电器的控制线圈8，而当主发电机发生缺相或者相不平衡时，将有不平衡电流流过饱和抗电器电路的饱和抗电器的控制线圈8，当不平衡电流超过饱和电抗器的饱和电流值时，将使饱和电抗器饱和，从而使饱和电抗器的输出线圈的等效阻抗变小。

可选的，饱和电抗器的饱和电流值可以为200mA，当不平衡电流大于200mA时，将使饱和电抗器的铁芯饱和。

实施例三：

图3为本发明实施例提供的继电器电路的电路示意图，在上述图1和图2实施例的基础上，图3所示为图1实施例中的继电器电路。

所述继电器电路具体包括：单相交流电源11、饱和抗电器的输出线圈12、分压电阻13、变压器(原边14、副边15)、整流电路21以及继电器20。

其中，变压器的原边14的一端通过饱和电抗器的输出线圈12与单相交流电源11连接，变压器的原边14的另一端与单相交流电源连接，单相交流电源11为继电器电路供电。

进一步地，分压电阻13的一端连接在变压器的原边14与饱和电抗器的输出线圈12之间，与变压器的原边14并联，与饱和电抗器的输出线圈12串联，使电路中的一部分电压降在分压电阻上。

进一步地，变压器的副边15与整流电路21连接。

可选的，变压器的原边14和副边15的变比为4:1。

进一步地，整流电路21包括第一整流二极管16、第二整流二极管17、第三整流二极管18以及第四整流二极管19，第一整流二极管16和第二整流二极管17串联，第三整流二极管18与第四整流二极管19串联，且两组整流二极管并联。

进一步地，整流电路21还与继电器20连接。

在本实施例中，本领域技术人员应理解，继电器电路中的饱和电抗器的输出线圈12与图2所示的饱和电抗器电路中的饱和电抗器的控制线圈8耦合，饱和电抗器的输出线圈12与饱和电抗器的控制线圈8均为饱和电抗器的一部分。

在一种具体的实现方式中，当主发电机发生缺相或者相不平衡时，不平衡电路流过饱和电抗器电路中的饱和抗电器的控制线圈，使饱和电抗器的铁芯饱和，因此，继电器触发电路受饱和电抗器耦合影响，饱和电抗器的输出线圈12的等效阻抗变小，即饱和电抗器的输出线圈12两端的电压减小，以使与饱和电抗器输出线圈12串联的分压电阻13两端的电压增大，可理解，与分压电阻13并联的变压器的原边14的两端的电压也增大，从而使变压器的副边15通过电磁感应产生的电流增大，当该电流超过预先设定的相不平衡允许值时，则触发继电器触点发生变化。

可选的，继电器20可以是常开继电器、常闭继电器、或者转换触点继电器，本方案对此不做要求。

具体的，若继电器为常开继电器，则触点闭合时为主发电机三相不平衡，若继电器为常闭继电器，则触点打开时为主发电机三相不平衡，若继电器为转换触点继电器，则触点位置变化时为主发电机三相不平衡。

具体的，可以通过改变变压器的变比实现相不平衡允许值的设定，以使在电流增大至超过该相不平衡允许值时能够触发继电器工作。

实施例四：

图4为本发明实施例提供的三相不平衡检测系统的结构示意图，如图4所示，该三相不平衡检测系统100包括上述任一实施例中所述三相不平衡电路10，还包括监测装置16、主发电机14以及主整流装置15。

其中，三相不平衡电路10包括饱和电抗器电路11、继电器触发电路12和继电器13。且饱和电抗器电路11与主发电机14和主整流装置15连接，主发电机14与主整流装置15连接，主整流装置15将主发电机14发出的三相交流电整流为直流电。

进一步地，饱和电抗器电路11与主发电机14的三相输出端连接，以使饱和电抗器电路11在主发电机14发生缺相或者相不平衡时，产生不平衡电流；并且，饱和电抗器电路11与继电器触发电路12耦合，继电器触发电路12与继电器13连接，当饱和电抗器电路11产生不平衡电流后，继电器触发电路12通过耦合饱和电抗器电路11的不平衡电流，触发继电器13触点状态变化。

其中，饱和电抗器电路11还与主整流装置15连接，整流装置可与负载连接，可选的，负载可以是逆变器和牵引电机。

在本实施例中，应理解，继电器13与监测装置16连接，监测装置16用于检测继电器13的触点是否发生改变，若继电器的触点发生改变，则确认主发电机14存在缺相或者三相不平衡。

可选的，继电器可以是常开继电器、常闭继电器、或者转换触点继电器，本方案对此不做要求。

具体的，若继电器为常开继电器，则触点闭合时为主发电机三相不平衡，若继电器为常闭继电器，则触点打开时为主发电机三相不平衡，若继电器为转换触点继电器，则触点位置变化时为主发电机三相不平衡。

可选的，监测装置16还用于生成报警信息，若检测到继电器的触点状态改变，则生成报警信息，用于提示用户及时检查并修复故障，所述报警信息可以是显示在显示屏中的弹框，也可以是语音播报，本方案对此不做要求。

可选的，监测装置16可以集成在微机中，也可以是独立的终端设备，本方案对此不做要求。

在一种具体的实现方式中，主发电机三相平衡时，整个系统处于平衡状态，则没有不平衡电流流过饱和电抗器电路中的饱和抗电器的控制线圈8，而当主发电机发生缺相或者相不平衡时，将有不平衡电流流过饱和抗电器电路的饱和抗电器的控制线圈，当不平衡电流超过饱和电抗器的饱和电流值时，将使饱和电抗器饱和，继而，继电器触发电路受饱和电抗器耦合影响，饱和电抗器的输出线圈的等效阻抗变小，即饱和电抗器的输出线圈两端的电压减小，以使与饱和电抗器输出线圈串联的分压电阻两端的电压增大，可理解，与分压电阻并联的变压器的原边的两端的电压也增大，从而使变压器的副边通过电磁感应产生的电流增大，当该电流超过预先设定的相不平衡允许值时，则触发继电器触点发生变化，而继电器触点状态的变化将被监测装置获取，监测装置根据继电器触点状态的改变判断主发电机是否发生了三相不平衡，若确认发电机发生了三相不平衡，则监测装置生成报警信息。

本实施例提供的一种三相不平衡检测系统，包括上述任一实施例中所述三相不平衡电路，还包括监测装置、主发电机以及主整流装置，其中，通过三相不平衡电路检测主发动机是否存在三相不平衡，并能够在检测到故障后触发继电器的触点状态变化，通过监测装置检测到继电器触点状态变化，即可确认主发电机发生了三相不平衡，本方案增加了对主发电机三相不平衡检测的便利性，并减少了机车微机资源占用，有利于机车微机提高运行效率。

在上述几个实施例的基础上，下面通过以监测装置是机车微机，主发电机三相电压分别为U相电压：+500V、V相电压-500V、W相电压0V为例，结合图5和图6对该三相不平衡检测系统进行详细的说明。

实施例五：

图5为本发明实施例提供的三相不平衡检测系统的饱和电抗器电路的实施例示意图，图6为本发明实施例提供的三相不平衡检测系统的继电器电路的实施例示意图。

主发电机1三相平衡时，假定此时U相电压为+500V，V相为-500V，W相为0V，整个系统处于平衡状态，此时没有不平衡电流流过饱和电抗器电路中的饱和电抗器的控制线圈8。

假设主发电机U相与主整流装置9之间的连接断开，即主发电机1的U相缺相时。如图5所示，则U相电流无法通过主整流装置9的上桥臂二极管到达负载10，只能通过限流电阻5和二极管2、饱和电抗器控制线圈8到达负载10，然后通过负载10、主整流装置9的下桥臂二极管、主发电机V相流回主发电机1的中性点。

如图6所示，当流过饱和电抗器控制线圈8的电流大于200mA时，其产生的磁场耦合到饱和电抗器输出线圈12上，使之磁路饱和。在磁场不饱和的状态下，饱和电抗器输出线圈12上的等效阻抗非常大，由于分压电阻13与饱和电抗器输出线圈12串联，此时分压电阻13所分电压很小。一旦磁路饱和，饱和电抗器输出线圈12上的等效阻抗将变小，分压电阻13上分得的电压变大，由于变压器的原边14和分压电阻13并联，此时变压器原边14的电压也变大，当这个电压达到可以在变压器副边15上产生足够电压时，将驱动相不平衡检测继电器20动作，机车微机通过检测该继电器触点反馈实现接地检测。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种三相不平衡检测电路，其特征在于，包括：饱和电抗器电路、继电器触发电路以及继电器；

所述饱和电抗器电路连接在主发电机和主整流装置之间，并与所述继电器触发电路耦合，所述继电器触发电路与所述继电器连接；

所述饱和电抗器电路用于根据所述发电机的三相电流变化，通过耦合的继电器触发电路触发继电器的触点状态变化。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述饱和电抗器电路至少包括：

饱和电抗器，所述饱和电抗器连接在主发电机和主整流装置之间，用于根据所述发电机的三相不平衡电流以改变所述饱和电抗器的输出线圈的等效阻抗。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述饱和电抗器分别通过限流电阻和二极管连接到所述主发电机的每相中。

4.根据权利要求2或3所述的电路，其特征在于，所述继电器触发电路至少包括：

变压器和整流电路，所述变压器的原边与所述饱和电抗器的输出线圈连接，副边与所述整流电路连接，所述整流电路与所述继电器连接。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述触发器触发电路还包括：

分别与所述变压器和所述饱和电抗器的输出线圈连接的分压电阻。

6.根据权利要4所述的电路，其特征在于，所述继电器触发电路还包括单相交流电源，与所述变压器和所述饱和电抗器的输出线圈连接。

7.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述主整流装置由三组二极管并联组成，每组由两个二极管串联组成。

8.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述变压器的变比为4:1。

9.一种三相不平衡检测系统，其特征在于，包括：权利要求1至8任一项所述的三相不平衡检测电路以及监测装置。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述监测装置通过检测三相不平衡检测电路的继电器触点的变化，判断发电机是否存在三相不平衡。