CN1455263A

CN1455263A - 应用于三相四线输入设备的缺相检测方法和缺相检测电路

Info

Publication number: CN1455263A
Application number: CN 03113641
Authority: CN
Inventors: 张华建; 韦敏刚; 周代文
Original assignee: Emerson Network Power Co Ltd
Current assignee: Vertiv Tech Co Ltd
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2003-11-12
Anticipated expiration: 2023-01-17
Also published as: CN1201156C

Abstract

一种应用于三相四线输入设备的缺相检测方法及检测电路，检测方法包括如下步骤：1)相四线输入电源进行桥式整流，得到整流实时波形；2)对整流实时波形进行分压，得到分压信号；3)设置一个合适的基准电压；4)将整流实时波形的分压信号与基准电压进行比较；5)当分压信号的纹波与基准电压相交则表明缺相，反之，则无缺相。实现上述方法的检测电路包括整流电路、分压电路、比较电路和基准电压电路，整流滤波电路的输出电压经分压电路分压后接比较电路与设定的比较电压进行比较放大，比较放大器输出缺相脉冲信号，用于控制用电设备。本发明简单、实用、可靠，在相当大的输入电压范围内正确地检测出输入三相电源是否缺相。

Description

应用于三相四线输入设备的缺相检测方法和缺相检测电路

技术领域

本发明涉及三相四线输入用电设备的缺相检测方法及缺相检测电路。

背景技术

在三相输入设备中，希望设备的输入负载均衡，这样中线就很小。但在三相输入不平衡条件下，即使三相负载一样，也会存在中线电流，甚至很大。中线电流越大，不仅增加了损耗，而且使中线的选择变粗，增加成本。因此在一些大功率的三相输入设备，比如通信电源、变频器等设备，越来越多地选择三相四线制，三路相电压加上地线，没有中线。缺省了中线，从根本上杜绝了中线电流，而且节省成本。但中线的缺省也给设备在检测三相输入情况时增加了困难，比如三相相电压的检测、缺相的检测等。一旦输入电压发生变化，用电设备必须能够检测到这些变化并作出相应的反应。为此，对无中线的三相交流电源的检测具有现实的意义。

在三相四线制的输入交流电源中，地线电流是一种漏电流，受到严格控制，因此可以认为地线电流为零。因此三相输入交流的缺相只能是以下两种，一种我们称之为开路缺相，就是用电设备的某相输入线与电源断开连接；另一种情况称之为短路缺相，是指用电设备的某相输入端与中线连接在一起。开路缺相如图1，可以有两种情况，一种是输入线的悬浮，如图1(a)中A相悬浮，与实际的相线断开，这样实际输入到用电设备的是两相输入电压。开路缺相的另一种情况是某断开的输入相线与另外一相电源连接在一起，如图1中(b)，用电设备输入A相与实际相线断开，但与B相搭接，这样，用电设备的输入也是两相电压输入。这两种情况均是设备输入相线与实际供电相线开路，设备只得到两相电压输入。短路缺相也可以分成两种情况，如图1(c)和(d)。短路缺相是用电设备的输入相线与实际供电电源相线断开，并与中线连接。此时可以是一相如A相与中线短接，也可以是两相与地线短接，如AB相与地线短接。

图2所示，为现有的一种缺相检测电路结构框图，该电路首先分别对各相检测电压进行整流后与基准电压进行比较，然后再对各相检测的比较结果进行与门逻辑运算，实现缺相信号的检测。该电路存在的主要缺点一是电路较复杂，二是不能很好地检测非正弦波输入电压的缺相情况。

发明内容

本发明的目的意在克服上述现有技术的不足，提出一种简单、实用、可靠，在相当大的输入电压范围内也能正确地检测出输入三相电源是否缺相的应用于三相四线输入设备的缺相检测方法及检测电路。

实现上述目的的技术方案：一种应用于三相四线输入设备的缺相检测方法，包括如下步骤：

1)三相四线输入电源进行整流，得到整流实时波形

2)对整流实时波形进行分压，得到分压信号；

3)设置一个合适的基准电压；

4)将整流实时波形的分压信号与基准电压进行比较；

5)当分压信号的纹波与基准电压相交则表明缺相，反之，则无缺相。

步骤4)还可以是将整流实时波形的分压信号经隔直处理后与基准电压进行比较。

所述基准电压的取值方法包括如下步骤：

1)设定本电路在三相平衡时正常工作所对应的三相输入电压为Va＜Vin＜Vb；

2)当三相平衡输入电压为Va时，三相整流实时波形的分压信号其纹波的最低点电压为V1；

3)当短路缺相输入电压为Vb时，三相整流实时波形的分压信号其纹波的最低点电压为V2；

4)基准电压Vref的取值范围是：V2＜Vref＜V1。

一种应用于三相四线输入设备的缺相检测电路，包括整流电路、分压电路、比较电路和基准电压电路，整流电路输出的实时波形经分压电路分压后接比较电路与基准电压电路产生的基准电压进行比较放大，比较电路输出缺相脉冲信号，用于控制用电设备。

在所述分压电路与比较电路之间设有隔直电路，该隔直电路接收上述分压电路输出的实时波形分压信号，将其中的直流分量删除，输出不含直流分量的交流波形。

所述隔直电路是隔直电容。

采用上述技术方案，结合下面将要叙述的实施例，本发明突出的技术进步在于：1、当三相输入电源缺相时，三相整流桥的输出纹波由较小变得很大。利用整流输出纹波的变化差异信息，在相当大的输入电压范围内正确地检测出输入三相电源是否缺相。2、在各种非正弦波输入情况下，也能正确检测出输入电源是否缺相。3、将本发明配合输入电源过欠压电路，一起检测用电设备的输入电源情况，通过适当的控制电路，可以起到很好的保护作用。综上所述，本发明简单、实用、可靠，可以广泛应用于三相四线输入用电设备的检测电路。

附图说明

图1(a)、(b)分别是用电设备的两种可能情况的开路缺相情形。

图1(c)、(d)分别是用电设备的两种可能情况的短路缺相情形。

图2是现有的一种应用于三相四线输入设备的缺相检测电路的结构框图。

图3(a)是本发明一种应用于三相四线输入设备的缺相检测电路的结构框图。

图3(b)是图3(a)缺相检测电路的一种实现方式。

图4(a)、(b)分别是图3所示缺相检测电路在三相输入时的检测电压信号Vinsp3和三相缺相后的检测电压信号Vinsp3的检测波形。

图5(a)、(b)分别是图3所示缺相检测电路在Vin＝250Vac开路缺相时和平衡时检测波形。

图6是图3所示缺相检测电路在Vin＝200Vac、短路缺相时的检测波形。

图7(a)和(b)分别是图3所示缺相检测电路在三角波输入时，Vin＝220V开路缺相时检测波形和Vin＝220V平衡时检测波形。

图8是一种改进的带隔直电容的应用于三相四线输入设备的缺相检测电路的结构框图。

图9是图8的一种实现电路图。

图4至图7中：三个波形分别为CH1：Vinsp2，CH2：其中一相的输入电压波形，CH3：缺相检测电路输出波形。其实际比例为：CH1∶2V/div；CH2∶10交流1000V/div；CH3∶10V/div。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图3～8对本发明作进一步的说明：

一种应用于三相四线输入设备的缺相检测方法及检测电路，检测方法包括如下步骤：1)相四线输入电源进行桥式整流，得到整流实时波形；2)对整流实时波形进行分压，得到分压信号；3)设置一个合适的基准电压；4)将整流实时波形的分压信号与基准电压进行比较；5)当分压信号的纹波与基准电压相交则表明缺相，反之，则无缺相。

图3所示，是一种应用于三相四线输入设备的缺相检测方法的实现电路，由三相输入整流电路、分压电路、信号跟随器和信号比较放大器组成。三相输入整流电路由整流桥D1至D6组成，分压电路由R1、R2、C1组成，三相电压检测信号经三相整流桥D1至D6整流后，通过R1、R2、C1分压输出一个电压采样信号Vinsp1，此信号经过R3、C2滤波后，由U1进行信号的射极跟随输出Vinsp2。将Vinsp2经过R4、R5、C2的新滤波后，送到比较放大器U2与比较基准电压Vref进行比较。U2的输出就是需要的缺相信号，送用电设备的控制电路进行相应的控制或保护。

缺相检测电路的工作过程：当三相输入时，三相整流电压输出为纹波电压不大的直流电压，相应得到如图4(a)所示的检测信号Vinsp1。此电压有一定量的直流偏置电压，并设定基准电压Vref低于经过R4、R5分压的输入采样电压Vinsp3，因此U2的比较放大器输出为低电平。

一旦缺相发生，而且不管是哪种缺相情况，三相整流桥的输出纹波均变会得很大。图4(b)是开路缺相时的Vinsp3信号波形。由于，纹波很大时，Vinsp3波形有许多时间电压会比三相输入的直流偏置电压低。为此，利用此纹波电压波形与设定的基准进行比较，就可以得到输出脉冲电平信号，此信号就可作为缺相的检测信号。

为了验证方案的可行性，我们对图3电路选择适当的器件参数，进行了测试，其结果如下：

如图5(a)、(b)所示，缺相检测电路在Vin＝250Vac开路缺相时，缺相信号由低电平信号变为能输出脉冲信号，而三相平衡时，缺相信号输出一直为低电平。因此，若有缺相情况发生，则出现输出脉冲信号。

如图6所示，是图3所示缺相检测电路在Vin＝200Vac、短路缺相时的检测波形。从图6可见，当出现短路缺相时，缺相信号由平衡时的低电平信号变为能输出脉冲信号。

本发明同样适用于各种各样的非正弦输入的三相电压缺相时，也能很好的检测到缺相信号(缺相信号输出端由平衡时的低电平信号变为能输出脉冲信号)。以三相电压为三角波为例：

图7(a)和(b)分别展示了图3所示缺相检测电路在三角波输入时，Vin＝220V开路缺相时检测波形和Vin＝220V平衡时检测波形。由图可见，无论是开路缺相还是短路缺相，都会使缺相检测电路的缺相信号输出会由平衡时的低电平信号变为能输出脉冲信号。

图8、9所示是一种改进的应用于三相四线输入设备的缺相检测电路的框图及实现电路图，图9与图3(b)电路的区别在于：将采样的输入整流实时信号通过电容C13进行隔值处理后，送比较器进行比较得到缺相信号，通过在分压电路与比较电路之间设置隔直电路，可进一步地将分压电路输出的实时波形分压信号中的直流分量删除，输出不含直流分量的交流波形，保证缺相检测的可靠性。其它结构同图4所示原电路(从略)。

综上所述，本发明缺相检测电路十分简单，应用可靠，损耗功率小，可以广泛应用于三相四线制的输入的用电设备中，在相当大的输入电压范围内正确地检测出输入三相电源是否缺相。本电路并在各种非正弦波输入情况下，也能正确检测出输入电源是否缺相。缺相检测电路配合输入电源过欠压电路，一起检测用电设备的输入电源情况，通过适当的控制电路，可以很好的起到保护作用。

Claims

1、一种应用于三相四线输入设备的缺相检测方法，其特征在于包括如下步骤：

1)对三相四线输入电源进行整流，得到整流实时波形；

2)对整流实时波形进行分压，得到分压信号；

3)设置一个合适的基准电压；

4)将整流实时波形的分压信号与基准电压进行比较；

2、根据权利要求1所述一种应用于三相四线输入设备的缺相检测方法，其特征在于步骤4)是将整流实时波形的分压信号经隔直处理后再与基准电压进行比较。

3、根据权利要求1或者2所述一种应用于三相四线输入设备的缺相检测方法，其特征在于基准电压的设置方法包括如下步骤：

4)基准电压Vref的取值范围是：V2＜Vref＜V1。

4、一种应用于三相四线输入设备的缺相检测电路，其特征在于包括整流电路、分压电路、比较电路和基准电压电路，整流电路输出的实时波形经分压电路分压后接比较电路与基准电压电路产生的基准电压进行比较放大，比较电路输出缺相脉冲信号，用于控制用电设备。

5、根据权利要求4所述一种应用于三相四线输入设备的缺相检测电路，其特征在于：在所述分压电路与比较电路之间设有隔直电路，该隔直电路接收上述分压电路输出的实时波形分压信号，将其中的直流分量删除，输出不含直流分量的交流波形给比较电路。

6、根据权利要求5所述一种应用于三相四线输入设备的缺相检测电路，其特征在于：所述隔直电路是隔直电容。