CN110333400A - 一种三相电源相序及断相检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相电源相序及断相检测装置及方法，包括三个结构相同的相序输入电路，所述相序输入电路包括电阻R4、电压比较器M1、光耦OP1和单片机M2，所述电压比较器M1的正极输入端通过电阻R1连接二极管D1的阴极和二极管Z1的阴极，二极管D1的阳极连接三相交流电的一相，电压比较器M1的负极输入端连接电阻R4和电阻R5，电阻R4的另一端连接15V电压，电压比较器M1的输出端通过电阻R30连接光耦OP1内部发光二极管的阳极，本发明装置经实际应用，具有快速、准确，且具有较强抗干扰特性，对于电网质量较差，空间电磁干扰严重的场合使用效果犹为明显。

Description

一种三相电源相序及断相检测装置及方法

技术领域

本发明涉及电源技术领域，具体是一种三相电源相序及断相检测装置及方法。

背景技术

在电子、电力、仪表、自动控制和电力电子等设备中，往往需要检测交流三相电源的相序，特别是在电力电子装置中，移相控制中移相角的计算要依据电源的相位与相序进行，但常用相序检测设备通常体积大或易受干扰。

随着电力电子技术的进步，以单片计算机为代表的嵌入式系统已广泛应用，因此本装置提供了一种全新相序检测方案，该方案以单片机AT89CAD051为控制核心，配合少量电子元件构成一种检测准确迅速且抗干扰能力强的三相电源相序及断相检测装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三相电源相序及断相检测装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三相电源相序及断相检测装置，包括三个结构相同的相序输入电路，所述相序输入电路包括电阻R4、电压比较器M1、光耦OP1和单片机M2，所述电压比较器M1的正极输入端通过电阻R1连接二极管D1的阴极和二极管Z1的阴极，二极管D1的阳极连接三相交流电的一相，电压比较器M1的负极输入端连接电阻R4和电阻R5，电阻R4的另一端连接15V电压，电压比较器M1的输出端通过电阻R30连接光耦OP1内部发光二极管的阳极，光耦OP1内部发光二极管的阴极接地，光耦OP1内部光敏三极管的集电极连接5V电压，光耦OP1内部光敏三极管的发射极连接单片机M2，单片机M2的脚9通过电阻R16连接三极管T2的基极，三极管T2的集电极连接二极管L2的阴极，二极管L2的阳极通过电阻R19连接5V电压，单片机M2的脚8通过电阻R17连接三极管T1的基极，三极管T1的集电极连接二极管L1的阴极，二极管L1的阳极通过电阻R18连接5V电压，单片机M2的脚5连接晶振X1和电容C1，电容C1的另一端连接电容C2和地，电容C2的另一端连接晶振X1的另一端和单片机M2的脚4。

一种三相电源相序及断相检测方法，先由电子线路将输入的三相电Ua、Va、Wa变换成三个方波输入到单片机的I/O口，由单片机读取I/O口电平状态，以确定输入的三相交流电Ua、Va、Wa的相序及是否存在断相情况，从而得出原来三相电源的真实相序及三相电是否存在断相。

作为本发明的进一步技术方案：三个方波电压分别单片机AT89C2051的P1.2、P1.3、P1.4口，由单片机读取三个方波的电平状态，以判定原来三相电源的相序及是否存在断相。

作为本发明的进一步技术方案：三相电源的相序及是否断相，由单片机AT89C2051的P3.4和P3.5口，根据读取的电平状态输出不同的组合来进行判断。

作为本发明的进一步技术方案：所述单片机的型号为AT89C2051。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明装置经实际应用，具有快速、准确，且具有较强抗干扰特性，对于电网质量较差，空间电磁干扰严重的场合使用效果犹为明显。

附图说明

图1为一种三相电源相序及断相检测装置的结构示意图。

图2为装置电压输入端波形图。

图3为三相半波整流后波形图。

图4为比较器输出波形图。

图5为输入单片机电压波形图。

图6为电路工作电压波形全图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：请参阅图1-6，一种三相电源相序及断相检测装置，包括三个结构相同的相序输入电路，所述相序输入电路包括电阻R4、电压比较器M1、光耦OP1和单片机M2，所述电压比较器M1的正极输入端通过电阻R1连接二极管D1的阴极和二极管Z1的阴极，二极管D1的阳极连接三相交流电的一相，电压比较器M1的负极输入端连接电阻R4和电阻R5，电阻R4的另一端连接15V电压，电压比较器M1的输出端通过电阻R30连接光耦OP1内部发光二极管的阳极，光耦OP1内部发光二极管的阴极接地，光耦OP1内部光敏三极管的集电极连接5V电压，光耦OP1内部光敏三极管的发射极连接单片机M2，单片机M2的脚9通过电阻R16连接三极管T2的基极，三极管T2的集电极连接二极管L2的阴极，二极管L2的阳极通过电阻R19连接5V电压，单片机M2的脚8通过电阻R17连接三极管T1的基极，三极管T1的集电极连接二极管L1的阴极，二极管L1的阳极通过电阻R18连接5V电压，单片机M2的脚5连接晶振X1和电容C1，电容C1的另一端连接电容C2和地，电容C2的另一端连接晶振X1的另一端和单片机M2的脚4。

电路中R1～R3、R10～R19为限流电阻，R2～R9为分压电阻，L1为绿色发光二极管(GREEN)，L2为红色发光二极管(RED)，T1、T2为驱动三极管，D1～D3为整流二极管1N4007，Z1～Z3为15V稳压二极管，M1为三单元电压比较器，M2为单片机AT89C2051，OP1～OP3为光电耦合器。

一种三相电源相序及断相检测方法，先由电子线路将输入的三相电Ua、Va、Wa变换成三个方波输入到单片机的I/O口，由单片机读取I/O口电平状态，以确定输入的三相交流电Ua、Va、Wa的相序及是否存在断相情况，从而得出原来三相电源的真实相序及三相电是否存在断相。

(1)三相交流电压经电压互感器或电阻分压后得到有效值为10V(峰值约为14V)的三相交流电U、V、W，依次接至装置的电压输入端A、B、C。输入波形图如图2。

(2)三相交流电Ua、Va、Wa经二极管D1、D2、D3半波整流后，经电阻R1、R2、R3依次接入电压比较器的同相输入端。Ub、Vb、Wb波形图如图3。

(3)分析三相交流电压的波形图可以看出，三相交流电的换相点在各相电压的半峰值(1/2Umax)处(参看图2)，因此由分压电阻R2～R9对比较器的15V工作电源电压进行分压后得到7.5V作为比较器输入端参考电压，接入电压比较器的反相输入端，经半波整流后的电压接入电压比较器的正向输入端，当电压比较器正向输入端电压大于7.5V(两个换相点之间，即电压大于1/2Umax)时，电压比较器输出高电平15V，经过电压比较器后得到三相15V脉冲方波信号Uc、Vc、Wc，电压比较器采用LM339，工作电源采用单一+15V电源，比较器输出波形见图4。

(4)比较器输出的15V方波信号经光电耦合器隔离(使强弱部分隔离，保证单片机运行安全，同时可隔离强电干扰)后得到+5V脉冲信号，依次接入单片机AT89C2051的P1.2、P1.3、P1.4口，由单片机读取其电平状态，输入单片机P1.2、P1.3、P1.4口的电压波形如图5。

(5)相序指示电路及断相由单片机P3.4、P3.5口输出完成，正相序时点亮绿色发光二管(GREEN)，反相序时点亮红色发光二极管(RED)；U相断线绿色发光二极管闪亮，V相断线红色发光二极管闪亮，W相断线二只发光二极管同时闪亮。

从图2三相交流电波形图可以看出，三相交流电在第一象限的两相邻换相点间间隔为120度，也即电压比较器LM339三个独立单元输出高电平的相位间隔为120度，而交流电频率为50Hz，周期20ms，每周期相位为360度，可以计算出电压比较器三个单元输出高电平的时间为：120度/360度×20ms＝6.7ms，单片机P1.2～P1.4三根口线接收到高电平的频率为50Hz，周期为20ms，根据采样定理，设定单片机对P1.2～P1.4口状态读取周期(采样周期)为2ms。

单片机依次读取P1.2、P1.3、P1.4口输入状态，如果读取状态依次为100、010、001，则接入装置的三相电压为正相序，P3.4输出高电平点亮绿色发光二极管，如果读取状态依次为100、001、010，则接入装置的三相电压为反相序，P3.5输出高电平点亮红色发光二极管。

如果单片机未读到100，则U相断线，P3.4口线输出脉冲电平，绿色发光二极管闪亮，未读到010，则V相断线，P3.5口线输出脉冲电平，红色发光二极管闪亮，未读到001，则W相断线，P3.4、P3.5口线均输出脉冲电平，绿色和红色发光二极管同时闪亮。

实施例2：在实施例1的基础上：装置设计中充分考虑了EMC兼容性，在线路板的设计中采用底层线路全地设计，结构设计中采用金属密封外壳，引出线及信号线均采用优质双屏蔽绝缘电缆及导线，对电磁干扰有较好的适应性，可很好地在较强电磁干扰正常工作。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种三相电源相序及断相检测装置，包括三个结构相同的相序输入电路，所述相序输入电路包括电阻R4、电压比较器M1、光耦OP1和单片机M2，其特征在于，所述电压比较器M1的正极输入端通过电阻R1连接二极管D1的阴极和二极管Z1的阴极，二极管D1的阳极连接三相交流电的一相，电压比较器M1的负极输入端连接电阻R4和电阻R5，电阻R4的另一端连接15V电压，电压比较器M1的输出端通过电阻R30连接光耦OP1内部发光二极管的阳极，光耦OP1内部发光二极管的阴极接地，光耦OP1内部光敏三极管的集电极连接5V电压，光耦OP1内部光敏三极管的发射极连接单片机M2，单片机M2的脚9通过电阻R16连接三极管T2的基极，三极管T2的集电极连接二极管L2的阴极，二极管L2的阳极通过电阻R19连接5V电压，单片机M2的脚8通过电阻R17连接三极管T1的基极，三极管T1的集电极连接二极管L1的阴极，二极管L1的阳极通过电阻R18连接5V电压，单片机M2的脚5连接晶振X1和电容C1，电容C1的另一端连接电容C2和地，电容C2的另一端连接晶振X1的另一端和单片机M2的脚4，。

2.一种三相电源相序及断相检测方法，其特征在于，先由电子线路将输入的三相电Ua、Va、Wa变换成三个方波输入到单片机的I/O口，由单片机读取I/O口电平状态，以确定输入的三相交流电Ua、Va、Wa的相序及是否存在断相情况，从而得出原来三相电源的真实相序及三相电是否存在断相。

3.根据权利要求2所述的一种三相电源相序及断相检测方法，其特征在于，三个方波电压分别单片机AT89C2051的P1.2、P1.3、P1.4口，由单片机读取三个方波的电平状态，以判定原来三相电源的相序及是否存在断相。

4.根据权利要求2所述的一种三相电源相序及断相检测装置，其特征在于，三相电源的相序及是否断相，由单片机AT89C2051的P3.4和P3.5口，根据读取的电平状态输出不同的组合来进行判断。

5.根据权利要求1所述的一种三相电源相序及断相检测装置，其特征在于，所述单片机的型号为AT89C2051。