CN202522633U - 无零线系统的三相电压缺相检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及三相交流电缺相检测电路，更具体地说是一种无零线系统的三相电压缺相检测电路。其包括第一支路、第二支路、第三支路，每个支路均包括一差分取样单元、一去耦电路、一整流滤波电路及一比较电路，每一支路的输入端为差分取样单元的输入端，差分取样单元的输出端接至去耦电路的输入端，去耦电路的输出端接至整流滤波电路，整流滤波电路的输出端接至比较电路。本实用新型采用差分的电压信号检测技术与信号退耦隔离技术，有效地克服三相交流电由于相互耦合作用造成的相互干扰导致电压检测偏差，具备检测出来的信号干扰小，精度高，该检测电路结构简单新颖，性能可靠。

Description

无零线系统的三相电压缺相检测电路

技术领域

本实用新型涉及三相交流电缺相检测电路，更具体地说是一种无零线系统的三相电压缺相检测电路。 

背景技术

三相交流供电方式在电机、开关电源等领域应用广泛。在三相电源系统中，通常有两种不同的使用方法，一种是有零线（或称中性线）的系统，一般是指星型接法的系统；另一种是不需要零线的系统，一般是指三角形接法的系统。 

当三相交流电处于缺相运行的状态下，会导致电机、开关电源的损坏。对三相交流电的缺相的高效、快速检测，对缺相保护具有重要的作用。在有零线的三相系统中，由于可用零线作为公共的参考地，因此要检测三相电压的参数是很简单的；但是在无零线的三相系统中，由于缺少一个公共的参考电位，因此，要检测三相的电压参数将变得复杂。特别是当出现某相电缺相时，由于三相的相互耦合作用，对检测电压的准确性更是复杂，如图1所示，在电网三相电中包括了A相、B相、C相和一零线N，在电网中接了很多负载Z1、Z2、Z3（包括感性负载、容性负载），当C相出现了缺相现象时，其中A相、B相经过负载Z2和/或负载Z3的耦合作用下，缺相后的C相仍有一定的耦合信号，产生耦合信号对电压检测结果会造成偏差。 

发明内容

本实用新型是为了避免上述现有技术所存在的不足之处，在无零线作为公共的参考地的情况下，采用差分的电压信号检测技术与信号退耦隔离技术，用于解决无零线系统的三相电压缺相检测过程的干三相的相互耦合影响及检测精度低的问题。 

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案： 

一种无零线系统的三相电压缺相检测电路，其特征在于：该缺相检测电路包括第一支路、第二支路、第三支路，每个支路均包括一差分取样单元、一去耦电路、一整流滤波电路及一比较电路，每一支路的输入端为差分取样单元的输入端，差分取样单元的输出端接至去耦电路的输入端，去耦电路的输出端接至整流滤波电路，整流滤波电路输出端连接比较电路。

在本实用新型一实施例中，所述第一支路的输入端分别连接三相交流电的第一相线和第二相线，所述第二支路的输入端分别连接三相交流电的第二相线和第三相线，所述第三支路的输入端分别连接三相交流电的第一相线和第三相线。 

在本实用新型一实施例中，所述差分取样单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第一比较器，所述第一电阻的一端和第三电阻的一端分别为差分取样单元的输入端，第一电阻的另一端分别连接第二电阻和第一电容的一端及第一比较器的正输入端，第二电阻和第一电容的另一端接地，第三电阻的另一端分别接至第四电阻和第二电容的一端及第一比较器的负输入端，第四电阻和第二电容的另一端接至第一比较器的输出端。 

在本实用新型一实施例中，所述的去耦电路包括第五电阻、第三电容、第二比较器，所述第三电容的一端为去耦电路的输入端，第三电容的另一端分别接至第五电阻的一端和第二比较器的正输入端，第五电阻的另一端接地，第二比较器的负输入端接至第二比较器的输出端，该第二比较器的输出端为去耦电路的输出端。 

在本实用新型一实施例中，所述整流滤波电路是将差分取样单元所取样的信号经去耦电路后的交流信号整流为直流信号，所述第一电阻和所述第三电阻的阻值相等，所述第二电阻和所述第四电阻的阻值相等，所述第一电容和所述第二电容的电容值相等。 

本实用新型采用三个差分取样单元负责将三相电压进行取样，分别对三相中的两相间AB，AC，BC分别取样，再经过去耦电路将差分取样回来的信号进行直流隔离，去除由于三相不平衡时耦合的直流分量，再经过整流与比较电路对取样的信号进行整流滤波，然后进行比较判断，电压是否正常。其中整流与比较电路的电路形式可以有多种。 

与现有技术相比，本实用新型有益效果体现在： 

（1）采用差分的电压信号检测技术与信号退耦隔离技术，检测出来的信号干扰小，精度高，容易实现精确控制；

（2）能够有效地克服三相交流电在三相不平衡时相互耦合作用造成的相互干扰；

（3）结构简单新颖，性能可靠，每相电压可以单独进行检测与判断。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的无零线系统的三相电压缺相检测电路不局限于实施例。 

附图说明

图1三相电中，某项缺相的耦合原理的示意图。 

图2为本实用新型的无零线系统的三相电压缺相检测电路的原理框图。 

图3为本实用新型中差分取样单元的原理图。 

图4为本实用新型中去耦电路的原理图。 

图5为本实用新型实施例中的一比较电路。 

具体实施方式

参见图2、3，无零线系统的三相电压缺相检测电路，包括第一支路、第二支路、第三支路，每个支路均包括一差分取样单元1、一去耦电路2、一整流滤波电路3及一比较电路4，每一支路的输入端为差分取样单元1的输入端，差分取样单元1的输出端接至去耦电路2的输入端，去耦电路2的输出端接至整流滤波电路3，整流滤波电路3输出端连接比较电路4。 

所述第一支路的输入端分别连接三相交流电的第一相线A和第二相线B，所述第二支路的输入端分别连接三相交流电的第二相线B和第三相线C，所述第三支路的输入端分别连接三相交流电的第一相线A和第三相线C。 

所述差分取样单元1包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、第一比较器U1，所述第一电阻R1的一端和第三电阻R3的一端分别为差分取样单元1的输入端，第一电阻R1的另一端分别连接第二电阻R2和第一电容C1的一端及第一比较器U1的正输入端，第二电阻R2和第一电容C1的另一端接地，第三电阻R3的另一端分别接至第四电阻R4和第二电容C2的一端及第一比较器U1的负输入端，第四电阻R4和第二电容C2的另一端接至第一比较器U1的输出端。 

所述的去耦电路2包括第五电阻R5、第三电容C3、第二比较器U2，所述第三电容C3的一端为去耦电路2的输入端，第三电容C3的另一端分别接至第五电阻R5的一端和第二比较器U2的正输入端，第五电阻R5的另一端接地，第二比较器U2的负输入端接至第二比较器U2的输出端，该第二比较器U2的输出端为该去耦电路2的输出端。 

实施例中的比较电路4包括第六电阻R6、第七电阻R7、第三比较器U3，所述的整流滤波电路3的输出端为比较电路4的输入端且接至第三比较器U3的负输入端，所述第六电阻R6的一端接地，第六电阻R6的另一端分别接第七电阻的一端和第三比较器U3的正输入端，第七电阻的另一端接至电源VCC，第三比较器U3的输出端接第八电阻R8的一端作为比较电路的输出端，第八电阻的另一端接至电源VCC。 

本实用新型的无零线系统的三相电压缺相检测电路，包括第一支路、第二支路、第三支路，其中第一支路的差分取样单元1采样三相交流电第一相线A、第二相线B的电压取样，输出电压信号U1-1，电压信号U1-1经过去耦电路2输出电压信号U1-2，该电压信号U1-2经过整流滤波电路3将取样的交流信号转变成直流电压信号U1-3，直流电压信号U1-3连接至比较电路4的输入端，比较电路4输出电压U1，当三相交流电中第一相线A、第二相线B正常时U1为低电平输出，若第一相线A、第二相线B中某一项中发生缺相时，直流电压U1-3比较低，U1为高电平输出； 

第二支路的差分取样单元1采样三相交流电第二相线B、第三相线C的电压取样，输出电压U2-1，该电压U2-1经过去耦电路2输出电压U2-2，电压U2-2经过整流滤波电路3将取样的交流信号转变成直流电压U2-3，直流电压信号连接至比较电路4的输入端，比较电路4输出电压U2，当三相交流电中第二相线B、第三相线C正常时U2为低电平输出，若第二相线B、第三相线C中某一项中发生缺相时，直流电压U2-3比较低，U2为高电平输出；

第三支路的差分取样单元1采样三相交流电第一相线A、第三相线C的电压取样，输出电压U3-1，电压U3-1经过去耦电路2输出电压U3-2，电压U3-2经过整流滤波电路3将取样的交流信号转变成直流电压U3-3，直流电压信号连接至比较电路4的输入端，当三相交流电中第一相线A、第三相线C正常时U3为低电平输出，若第一相线A、第三相线C某一项中发生缺相时，直流电压U3-3比较低，U3为高电平输出。

因此，可以根据三个支路的输出端的U1、U2、U3的电压值，判断出第一相线A、第二相线B、第三相线C中是否缺相。 

在理想的情况下（未考虑三相不平衡时耦合作用），具体原理分析如下： 

设 

分别为三相交流电的A相、B相、C相电压对应的相量形式，Up为三相电的峰值大小，分别为如下表示， 

而线电压与相电压的关系表示为如下：

=

-

=

；

=

-

=

；

=

-=

，可得，线电压=相电压×

，线电压领先于相电压

。

结合附图2和附图3，根据运放的虚短、虚断特性，可得如下， 

U+==U-

R1=R3；R2=R4，R1+R2=R3+R4；

第一支路的差分取样单元将采样的信号

。

然而，在实际的情况中，市电三相电接了许多负载（参见附图1），当某相发生缺相时，造成三相不平衡时耦合作用，故需要去耦电路2（参见附图2、3），进行去除由于三相不平衡时耦合的直流分量取得

的交流信号，将流经去耦电路2的交流信号值经整流滤波电路3转换成直流电压信号

，电压信号

与比较电路的参考电压U_REF进行比较判断。当A相、B相两相间未发生缺相时，

，经过耦电路2、整流滤波电路3，取得

，其中实施例图4可知，,设

＞，输出端的电压U1为低电平。 

当A相发生缺相时，在理想的情况下，未考虑三相中B相和C相经过市电的零线和负载连接的作用下，即A相处产生的耦合信号为零，

，然而实际的情况中，市电的三相电接了许多负载（参见附图1），当A相发生缺相时，经过去耦电路2（参见附图2、3），可以将三相中B相和C相经过市电的零线和负载连接的作用下的耦合信号，第三电容C3进行滤除直流分量，经整流滤波电路3，取得，

＜

＜

，输出高电平，通过比较电路4输出电压U1的值可以判断是否缺相，其中比较电路当B相发生缺相，同理可证。 

根据以上分析，第二支路和第三支路同理可以求得

，

，发生缺相检测原理分析一样。 

上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的无零线系统的三相电压缺相检测电路，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。 

Claims (6)

1.一种无零线系统的三相电压缺相检测电路，其特征在于：该缺相检测电路包括第一支路、第二支路、第三支路，每个支路均包括一差分取样单元、一去耦电路、一整流滤波电路及一比较电路，每一支路的输入端为差分取样单元的输入端，差分取样单元的输出端接至去耦电路的输入端，去耦电路的输出端接至整流滤波电路，整流滤波电路输出端连接比较电路。

2.根据权利1要求所述的无零线系统的三相电压缺相检测电路，其特征在于：所述第一支路的输入端分别连接三相交流电的第一相线和第二相线，所述第二支路的输入端分别连接三相交流电的第二相线和第三相线，所述第三支路的输入端分别连接三相交流电的第一相线和第三相线。

3.根据权利要求1所述的无零线系统的三相电压缺相检测电路，其特征在于：所述差分取样单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第一比较器，所述第一电阻的一端和第三电阻的一端分别为差分取样单元的输入端，第一电阻的另一端分别连接第二电阻和第一电容的一端及第一比较器的正输入端，第二电阻和第一电容的另一端接地，第三电阻的另一端分别接至第四电阻和第二电容的一端及第一比较器的负输入端，第四电阻和第二电容的另一端接至第一比较器的输出端。

4.根据权利要求3所述的无零线系统的三相电压缺相检测电路，其特征在于：所述第一电阻和所述第三电阻的阻值相等，所述第二电阻和所述第四电阻的阻值相等，所述第一电容和所述第二电容的电容值相等。

5.根据权利要求1所述的无零线系统的三相电压缺相检测电路，其特征在于：所述的去耦电路包括第五电阻、第三电容、第二比较器，所述第三电容的一端为去耦电路的输入端，第三电容的另一端分别接至第五电阻的一端和第二比较器的正输入端，第五电阻的另一端接地，第二比较器的负输入端接至第二比较器的输出端作为去耦电路的输出端。

6.根据权利要求1所述的无零线系统的三相电压缺相检测电路，其特征在于：所述整流滤波电路是将差分取样单元所取样的信号经去耦电路后的交流信号整流为直流信号。

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