CN112531645A - 一种交流电机用控制器的反相序及缺相保护电路 - Google Patents

一种交流电机用控制器的反相序及缺相保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交流电机用控制器的反相序及缺相保护电路，涉及交流电机控制技术领域，该保护电路包括：三极管VT1‑VT3，电压调整二极管VZ1‑VZ2，光耦，整流二极管VD1‑VD5和电阻R1‑R11；本发明的保护电路无软件代码，无CPU处理芯片，通过三相电源中任意两相的电压差值，控制二极管导通，通过三极管与续流二极管形成回路，控制光耦导通与断开，从而完成故障信号输出；即该保护电路通过纯硬件的方式实现了交流电机控制器输入反相序与缺相故障的检测，完成了对控制器及交流电机系统的保护，提升了系统的可靠性，延长控制器及交流电机寿命；同时，纯硬件的方案可以有效降低控制器的空间尺寸、降低方案复杂度以及控制器成本，有利于控制器小型化设计。

Description

一种交流电机用控制器的反相序及缺相保护电路
技术领域
本发明涉及交流电机控制技术领域，具体涉及一种交流电机用控制器的反相序及缺相保护电路。
背景技术
交流异步电机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置，由定子转子和气隙构成。对定子绕组通以三相交流电后，产生旋转磁场切割转子磁感线，获得转矩。
由于电机本体可靠性高，使用寿命长，通用性强，电气系统运行成本低等特点，交流异步电机在工业场合中得到广泛应用。
由于三相交流电不同的输入相序，会使交流异步电机产生不同的旋转方向，或者造成无法工作，若缺一相供电，电机的工作电流会成倍增加，电机处于不平衡工作状态，发热严重，对电机本身造成极大损害，若缺两相供电，电机无法工作。因此，为了防止供电系统中由于错误的交流相序(反相序)或缺相供电故障，对电机本体造成损害，在控制器中加入反相序及缺相保护电路的重要性不言而喻。
通常情况下交流电机控制器无反相序和缺相保护功能，个别交流电机控制器设计有反相序和缺相保护功能，则通过电流或电压传感器检测三相电压值，通过A/D采集模块，将检测的三相电压数值传入DSP芯片中，DSP芯片通过软件运算对三相相序进行判断，进而完成对交流电机的保护。这种方式，需要DSP芯片作为CPU处理芯片，同时加入软件方案，使得系统过于复杂，且成本较高。为了降低系统复杂度和制造成本，有必要设计一种硬件系统反相序和缺相保护电路。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种交流电机用控制器的反相序及缺相保护电路，该保护电路通过纯硬件的方式实现了控制器输入反相序与缺相故障的检测，完成了对控制器及交流电机系统的保护，提升了系统的可靠性。
本发明的技术方案为：一种交流电机用控制器的反相序及缺相保护电路，包括：三极管VT1-VT3，电压调整二极管VZ1-VZ2，光耦，整流二极管VD1-VD5和电阻R1-R11；
电机的三相电源分别为A相、B相和C相，电源A相通过依次串联的电阻R10和R11与整流二极管VD4的阴极相连，VD4的阳极与电源B相相连；
电压调整二极管VZ2的阴极并联在电阻R10与R11之间，VZ2的阳极分别与三极管VT3的E极、VT2的C极和VT2的B极相连，VT2的B极通过电阻R8与电源A相相连；
电源C相与整流二极管VD5的阳极相连，VD5的阴极通过电阻R7分别与整流二极管VD3和VD2的阳极相连，VD3的阴极与三极管VT3的B极相连，VT3的C极与电源A相连接；VD3的阴极与VT3的B极之间并联电阻R9，从而通过电阻R9将整流二极管VD3的阴极和VT3的B极分别与电源A相连接；整流二极管VD2的阴极分别与光耦的源边阴极和三极管VT2的C极相连，三极管VT2的E极与电源A相相连；
整流二极管VD5的阴极通过依次串联的R5和R4与光耦的源边阳极相连，光耦的源边阴极与阳极分别与整流二极管VD1的阳极和阴极相连；电阻R5同时与电压调整二极管VZ1的阴极连接，VZ1的阳极与电源A相相连；并电阻R5通过电阻R6与三极管VT3的E极；光耦的副边集电极与设定高电平相连，发射极通过电阻R3与地极相连，同时，光耦的发射极通过电阻R2与三极管VT1的B极相连，三极管VT1的E极通过电阻R1与设定高电平相连，三极管VT1的E极作为保护信号采集端，三极管VT1的C极与地极相连；当三相电源反相序或缺相工作时，保护信号采集端的电平为高，交流电机不工作，进行保护；当三相电源正相序连接，且保护信号采集端的电平为低时，交流电机工作，不保护。
优选地，还包括：电容C2，电阻R5还通过电阻R6与电容C2相连，电容C2再与电源A相相连，电容C2用于对三极管VT3的E极和三极管VT2的B极滤波。
优选地，还包括：电容C1，其一端并联在电阻R2和R3之间，另一端接地，用于对R2的信号滤波。
优选地，所述设定高电平为5V。
优选地，所述地极电压为0V。
有益效果：
本发明的保护电路无软件代码，无CPU处理芯片，通过三相电源中任意两相的电压差值，控制二极管导通，通过三极管与续流二极管形成回路，控制光耦导通与断开，从而完成故障信号输出；即该保护电路通过纯硬件的方式实现了交流电机控制器输入反相序与缺相故障的检测，完成了对控制器及交流电机系统的保护，提升了系统的可靠性，延长控制器及交流电机寿命；同时，纯硬件的方案可以有效降低控制器的空间尺寸、降低方案复杂度以及控制器成本，有利于控制器小型化设计。
附图说明
图1为本发明保护电路的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种交流电机用控制器的反相序及缺相保护电路，该保护电路通过纯硬件的方式实现了控制器输入反相序与缺相故障的检测，完成了对控制器及交流电机系统的保护，提升了系统的可靠性。
如图1所示，该保护电路包括：三极管VT1-VT3，电压调整二极管VZ1-VZ2，光耦O1，整流二极管VD1-VD5，电阻R1-R11和电容C1-C2。
该保护电路的连接关系为：电机的三相电源分别为A相、B相和C相，电源A相通过依次串联的电阻R10和R11与整流二极管VD4的阴极相连，整流二极管VD4的阳极与电源B相相连；
电压调整二极管VZ2的阴极并联在电阻R10与R11之间，电压调整二极管VZ2的阳极分别与三极管VT3的E极(发射极)、三极管VT2的C极(集电极)和VT2的B极(基极)相连，VT2的B极通过电阻R8与电源A相相连；
电源C相与整流二极管VD5的阳极相连，整流二极管VD5的阴极通过电阻R7分别与整流二极管VD3和VD2的阳极相连，整流二极管VD3的阴极与三极管VT3的B极相连，三极管VT3的C极(集电极)与电源A相连接；整流二极管VD3的阴极与三极管VT3的B极(基极)之间并联电阻R9，从而通过电阻R9将整流二极管VD3的阴极和三极管VT3的B极分别与电源A相连接；整流二极管VD2的阴极分别与光耦O1的源边阴极和三极管VT2的C极相连，三极管VT2的E极(发射极)与电源A相相连；
整流二极管VD5的阴极通过依次串联的R5和R4与光耦O1的源边阳极相连，光耦O1的源边阴极与阳极分别与整流二极管VD1的阳极和阴极相连；电阻R5同时与电压调整二极管VZ1的阴极连接，电压调整二极管VZ1的阳极与电源A相相连；另外，电阻R5还通过电阻R6分别与三极管VT3的E极和电容C2相连，电容C2再与电源A相相连，电容C2用于对三极管VT3的E极和三极管VT2的B极滤波；光耦O1的副边集电极与5V高电平相连，发射极通过电阻R3与5V地极相连，同时，光耦O1的发射极通过电阻R2与三极管VT1的B极(基极)相连，三极管VT1的E极(发射极)通过电阻R1与5V高电平相连，三极管VT1的E极作为保护信号采集端，三极管VT1的C极(集电极)与5V地极相连；当三相电源反相序或缺相时，保护信号采集端的电平为高，交流电机(以下简称电机)不工作，进行保护；当三相电源正相序连接，且保护信号采集端的电平为低时，电机工作，不保护。
该保护电路的工作原理为：
当控制器外部接线为正相序时(规定电机A、B、C三相对应电源A、B、C三相接线为正常工作相序，简称正相序)，以电源A相的电压为基准，相电压变化分为四个阶段，第一阶段：UA>UB、UA>UC，第二阶段：UB>UA、UA>UC，第三阶段：UB>UA、UC>UA，第四阶段：UA>UB、UC>UA；三相电源与电机正相序连接时，保护电路的工作情况如下：
供电电源输出115V/400Hz三相电，依次经历四个阶段，当UA>UB、UA>UC时，整流二极管VD4、VD5不导通，光耦O1源边和副边均不导通，保护信号为高，电机不工作；
当UB>UA、UA>UC时，整流二极管VD4导通，电压调整二极管VZ2两端之间存在电压，且阴极电压大于阳极，VZ2击穿(击穿后作为导线)，其所在通路导通，因此，三极管VT2的B极和E极之间存在电压，VT2的C极和E极之间导通；由于UA>UC，整流二极管VD5不导通，光耦O1源边和副边均不导通，保护信号为高，电机不工作；
当UB>UA、UC>UA时，整流二极管VD4导通，电压调整二极管VZ2两端之间存在电压，且阴极电压大于阳极，VZ2击穿(击穿后作为导线)，其所在通路导通，因此，三极管VT2的B极和E极之间存在电压，VT2的C极和E极之间导通；由于UC>UA，整流二极管VD5导通，电源C相与A相之间依次通过整流二极管VD5、电阻R5、电阻R4和三极管VT2的C极和E极形成回路，产生电流，光耦O1源边导通，使得副边导通，三极管VT1的B极为5V，所以三极管VT1的E极和C极之间导通，保护信号与5V地接通，保护信号为低，电机开始工作；
当UA>UB、UC>UA时，由于在上一阶段光耦O1已经导通，导通电流通过整流二极管VD1完成续流，由于三相电源的电流变化很快，可以在短时间再次变化至上一阶段前，维持光耦O1的源边导通，因此光耦O1副边持续导通，三极管VT1的B极为5V，所以三极管VT1的E极和C极之间导通，保护信号与5V地接通，保护信号为低，电机工作，至此电机经历相电压变化的四个阶段完成电机启动工作；由于整流二极管VD1的续流作用，电机正相序情况下启动后，进入下个周期(每个周期包括相电压变化的四个阶段)能够持续工作；
当控制器外部接线为反相序工作时，以A相为电压基准，相电压变化分为四个阶段，第一阶段：UA>UB、UA>UC，第二阶段：UA>UB、UC>UA，第三阶段：UB>UA、UC>UA，第四阶段：UB>UA、UA>UC；四个阶段光耦O1均无法导通，保护信号为高，晶闸管关闭输出，电机无法工作，保护电路的具体工作情况如下：
当UA>UB、UA>UC时，整流二极管VD4、VD5不导通，光耦O1源边和副边均不导通，保护信号为高，电机不工作；
当UA>UB、UC>UA时，整流二极管VD4不导通，电压调整二极管VZ2两端之间不存在电压，VZ2不导通，因此，VT2的B极和E极之间不存在电压，VT2的C极和E极之间不导通；由于UC>UA，整流二极管VD5导通，光耦O1源边不导通，所以电源C相的电流依次通过整流二极管VD5、电阻R7、整流二极管VD3和电阻R9流回电源A相，因此，三极管VT3的B极和E极之间存在电压，VT3的C极和E极导通，此时光耦O1副边不导通，保护信号为高，电机不工作；
当UB>UA、UC>UA时，由于UC>UA，而三极管VT3延续上一阶段的导通状态，即整流二极管VD5导通，光耦O1源边不导通，所以电源C相的电流依次通过整流二极管VD5、电阻R7、整流二极管VD3和电阻R9流回电源A相，因此，三极管VT3的B极和E极之间存在电压，VT3C极和E极导通；同时，整流二极管VD4导通，电压调整二极管VZ2两端之间存在电压，且阴极电压大于阳极，VZ2击穿，其所在通路导通，电源B相依次通过整流二极管VD4、电阻R11、电压调整二极管VZ2、三极管VT3的E极和C极与电源A相形成回路，光耦O1源边无电流、且副边不导通，保护信号为高，电机不工作；
当UB>UA、UA>UC时，整流二极管VD4导通，电压调整二极管VZ2两端之间存在电压，且阴极电压大于阳极，VZ2击穿，其所在通路导通，因此，三极管VT2的B极和E极之间存在电压，VT2的C极和E极之间导通；由于UA>UC，整流二极管VD5不导通，光耦O1源边和副边均不导通，保护信号为高，电机不工作；
因此，反相序工作时，电源电流在相电压四个变化阶段下保护信号均为高，电机始终无法工作，并形成保护；
当控制器外部接线为缺一相工作时，光耦O1在四个阶段均无法导通，保护信号为高，晶闸管关闭输出，电机无法工作，保护电路的具体工作情况如下：
缺电源A相时，整流二极管VD3、VD5导通，VD4截止，保护电路无电流回路，光耦O1不导通，保护信号为高，电机不工作；
缺电源B相时，整流二极管VD3、VD5导通，三极管VT3导通，电源C相和A相之间存在电流回路，光耦O1源边断开，光耦O1不导通，保护信号为高，电机不工作
缺电源C相时，整流二极管VD4导通，三极管VT2导通，电源B相和A相之间存在电流回路，光耦O1不导通，保护信号为高，电机不工作。
进一步地，还包括：电容C1，电容C1一端并联在电阻R2和R3之间，另一端接地，用于对电阻R2的信号滤波。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种交流电机用控制器的反相序及缺相保护电路，其特征在于，包括：三极管VT1-VT3，电压调整二极管VZ1-VZ2，光耦，整流二极管VD1-VD5和电阻R1-R11；
电机的三相电源分别为A相、B相和C相，电源A相通过依次串联的电阻R10和R11与整流二极管VD4的阴极相连，VD4的阳极与电源B相相连；
电压调整二极管VZ2的阴极并联在电阻R10与R11之间，VZ2的阳极分别与三极管VT3的E极、VT2的C极和VT2的B极相连，VT2的B极通过电阻R8与电源A相相连；
电源C相与整流二极管VD5的阳极相连，VD5的阴极通过电阻R7分别与整流二极管VD3和VD2的阳极相连，VD3的阴极与三极管VT3的B极相连，VT3的C极与电源A相连接；VD3的阴极与VT3的B极之间并联电阻R9，从而通过电阻R9将整流二极管VD3的阴极和VT3的B极分别与电源A相连接；整流二极管VD2的阴极分别与光耦的源边阴极和三极管VT2的C极相连，三极管VT2的E极与电源A相相连；
整流二极管VD5的阴极通过依次串联的R5和R4与光耦的源边阳极相连，光耦的源边阴极与阳极分别与整流二极管VD1的阳极和阴极相连；电阻R5同时与电压调整二极管VZ1的阴极连接，VZ1的阳极与电源A相相连；并电阻R5通过电阻R6与三极管VT3的E极；光耦的副边集电极与设定高电平相连，发射极通过电阻R3与地极相连，同时，光耦的发射极通过电阻R2与三极管VT1的B极相连，三极管VT1的E极通过电阻R1与设定高电平相连，三极管VT1的E极作为保护信号采集端，三极管VT1的C极与地极相连；当三相电源反相序或缺相工作时，保护信号采集端的电平为高，交流电机不工作，进行保护；当三相电源正相序连接，且保护信号采集端的电平为低时，交流电机工作，不保护。
2.如权利要求1所述的交流电机用控制器的反相序及缺相保护电路，其特征在于，还包括：电容C2，电阻R5还通过电阻R6与电容C2相连，电容C2再与电源A相相连，电容C2用于对三极管VT3的E极和三极管VT2的B极滤波。
3.如权利要求1所述的交流电机用控制器的反相序及缺相保护电路，其特征在于，还包括：电容C1，其一端并联在电阻R2和R3之间，另一端接地，用于对R2的信号滤波。
4.如权利要求1所述的交流电机用控制器的反相序及缺相保护电路，其特征在于，所述设定高电平为5V。
5.如权利要求1或4所述的交流电机用控制器的反相序及缺相保护电路，其特征在于，所述地极电压为0V。
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