CN202696111U

CN202696111U - 一种缺相及相位失衡保护电路

Info

Publication number: CN202696111U
Application number: CN 201220389543
Authority: CN
Inventors: 马守林
Original assignee: XI'AN ELECTRIC FURNACE INSTITUTE Co Ltd
Current assignee: XI'AN ELECTRIC FURNACE INSTITUTE Co Ltd
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2022-08-08

Abstract

本实用新型涉及一种缺相及相位失衡保护电路。本实用新型包括若干组信号采集电路、参考点设定电路、报警保护电路，每一路三相信号经分压电路与若干组信号采集电路的输入点连通，每组信号采集电路的比较器的第2、1、14引脚连接有触发自锁电路构成缺相保护模块，每组缺相保护模块的触发自锁电路均与报警保护电路连接，参考点设定电路与信号采集电路连接。本实用新型使用器件少，占用的空间少，大大的精简了电路结构，但功能依然准确可靠，对于出现缺失的是一相电还是三相电或者发生严重的相位失衡都能准确的检测，另外可以对缺相参考电位进行设置，对于不同的系统可以根据需要设置，提高了系统的灵活性。

Description

一种缺相及相位失衡保护电路

技术领域

本实用新型属于感应加热领域，具体涉及一种缺相及相位失衡保护电路。

背景技术

有关缺相保护的研究已经由来已久，手段也是多种多样，在不同的应用场合各有千秋。有用PLC来控制的，也有通过控制板来实现的。在利用主控板控制的电路中，有通过检测三相电路的峰值和脉冲宽度来判断是否缺相，这种方法的结构和思路相对复杂，因为对于每一相电路都需要一个峰值采集电路和一个脉宽采集电路，两者共同决定了该相是否缺失，另外，对于严重不平衡的三相电来说，各相的峰值还有脉宽是不变的，这是无法检测；也有通过检测三相电平衡的方式来检测是否的，这种思路的原理是，三相电如果平衡，将它们接到一个点上，这个点上会呈现零电位的状态，倘若缺失一相或者不平衡，这个点的电位就不再是零电位，通过对这个电位的检测判断是否缺相或者三相失衡，这种电路理论上是可行的，但实际中的三相电并不能达到完美的平衡，或多或少都会有不平衡的现象，另外，即便是完美的平衡，在谐波污染的情况下，这个点上也会有各种干扰脉冲出现，导致不能平衡，因此，这种电路需要面对的三相电固有的不平衡和外来干扰的双重考验，有可能会引起误触发。另外，这种电路在一中情况下会失效，在12脉或者24脉整流电路中，有2组或者4组三相电，正常工作状态下要求每一组都能正常的工作，倘若有一组三相电由于断路器跳闸或者未闭合，这时候这一组的三相电同时缺失，从三相平衡的角度来看，平衡点的电位仍然是零电位，但这种情况是不允许的。所以，对于这种多脉整流线路而言，无论缺失的是一相电还是同一组的三相电，都要能够准确的做出报警。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题是提供一种占用空间少，功能准确可靠，提高了系统的灵活性的带自锁可模块化缺相及相位失衡保护电路。

为解决上述的技术问题，本实用新型采取的技术方案：

一种缺相及相位失衡保护电路，其特殊之处在于：包括若干组信号采集电路、参考点设定电路、报警保护电路，每一路三相信号经分压电路与若干组信号采集电路的输入点连通，每组信号采集电路的比较器的第2、1、14引脚连接有触发自锁电路构成缺相保护模块，每组缺相保护模块的触发自锁电路均与报警保护电路连接，参考点设定电路与信号采集电路连接。

上述的触发自锁电路由D触发器CD4013、二极管、电阻和发光二极管组成，Ｄ触发器CD4013其置位端SET6脚或8脚与信号采集电路相连接，D触发端5脚或9脚和复位端RST4脚或10脚接地，其时钟端CLK3脚或11脚接外部复位信号RSET，外部复位信号RSET由一个点动开关接控制电路电源电压输入，其输出端Q的1脚或13脚接二极管1N4007的正极，二极管的负极接报警保护电路的功率CMOS管的栅极，另一个输出端

的2脚或12脚接电阻，电阻的另一端接发光二极管的负极，其正极接电源电压。

上述的信号采集电路包括比较器、分压电路，三相信号通过分压电路输出到比较器，比较器的反向端4、6、8脚上分别通过三个二极管1N4007的负极，其正极接地，比较器的输出端2、1、14脚相互连接并且通过一电阻接电源电压VCC拉高，同时接一电容一端，电容的另一端接地，输出端连接到触发自锁电路的D触发器CD4013的8脚或6脚。

上述的分压电路由两个电阻串联接地组成，一个电阻一端与三项信号的接入端A或B或C相连，另一端与另一个电阻串联并使该电阻的另外一端接地，两个电阻之间的连接点同时也是分压输出电压的输出端与比较器反向端4、6、8脚相连接。

上述的参考点设定电路为在电源电压与地之间接一电位器P1，电位器P1的滑动端外接一电阻R8输出参考电压QXRef，并连接一接地的电解电容E1，参考点设定电路与比较器的同向端5、7、9脚连接，分别与比较器反向端4、6、8脚电压作比较。

上述的报警保护电路包括继电器、功率CMOS管，继电器的一端接电源电压，另一端接功率CMOS管的漏极，功率CMOS管栅极接来自触发自锁电路的触发信号，同时与电阻相连接，电阻的另一端和功率CMOS管的源极接地。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型使用器件少，占用的空间少，大大的精简了电路结构，但功能依然准确可靠，对于出现缺失的是一相电还是三相电或者发生严重的相位失衡都能准确的检测，另外可以对缺相参考电位进行设置，对于不同的系统可以根据需要设置，提高了系统的灵活性。

附图说明

图1为本发明的电路示意图；

图2为本发明的实施例2的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型包括若干组信号采集电路、参考点设定电路、报警保护电路，每一路三相信号经分压电路与若干组信号采集电路的输入点连通，每组信号采集电路的比较器的第2、1、14引脚连接有触发自锁电路构成缺相保护模块，每组缺相保护模块的触发自锁电路均与报警保护电路连接，参考点设定电路与信号采集电路连接。

上述的触发自锁电路由D触发器CD4013、二极管、电阻和发光二极管组成，Ｄ触发器CD4013其置位端SET6脚或8脚与信号采集电路相连接，D触发端5脚或9脚和复位端RST4脚或10脚接地，其时钟端CLK3脚或11脚接外部复位信号RSET，外部复位信号RSET由一个点动开关接控制电路电源电压输入，其输出端Q的1脚或13脚接二极管1N4007的正极，二极管的负极接报警保护电路的功率CMOS管的栅极，另一个输出端的2脚或12脚接电阻，电阻的另一端接发光二极管的负极，其正极接电源电压。

本实用新型的工作原理

常用的三相电是相位互差120°，以50Hz的频率按正弦波动变化的规律的三相电信号，从数学的角度，如果求它们的和，在任何时刻它们都是平衡的，既和为零。如果把它们画到图纸上我们会发现在一个工频周期内它们有六个交点，其中正半轴三个负半轴三个，以正半轴为例，每个交点的位置位于正向过零之后30°处，如果设三相电的峰值电压为Up，则这个交点的电压为Ui=Up*sin30°= Up /2；如果三相电正常，不缺相也没有发生相位失衡，可以发现任意时刻三相电中总有一相电的电压是≥Ui的，但是如果发生了缺相或者相位失衡，这个规律就不成立了。

要想实现报警，首先得采集信号，对于三相信号的采集而言，可以有多种，如直接从回路中取信号，通过变压器取信号，变压器有四种接法：△/Y，△/△，Y/Y，Y/△，只要不缺相无论是直接取信号还是通过变压器取信号都是相差120°相互平衡的正弦波。本专利适用于从三相四线中采集信号的电路，无论是否通过变压器采集都可以。

参见图1，实施例1：采用一组信号采集电路时，A、B、C是直接或者通过变压器取得的三相四线线路中的三相信号，通常这样取得的信号峰值电压可能会高于保护系统的电源供电电压，因此需要降压处理，R1和R2、R3和R4以及R5和R6分别构成了分压电路，分别给A、B和C相信号分压，其分压比相同，分压后与比较器LM339反相端相连接，D1，D2，D3是半波整流用的，在单电源电压的情况下需要它们来滤除负压，QXRef是自参考点设定电路的参考电压，这个电压可以通过调节电位器P1来改变，其设定标准是略低于A、B、C三相信号经过分压网络分压之后的峰值电压的一半，与比较的同相端相连接，比较器LM339是四封装的电压比较器，因此，信号采集电路用一块电压比较芯片就可以了。R7是上拉电阻，C1是滤除干扰的滤波电容，R1*C1是充电常数，该值不宜太大，在100-200us范围内即可。这样，如果有一相或者多相缺相亦或者有大幅度的相位失衡，就会出现在一个时间段内三路比较器的反相端同时小于同相端的情况，这时比较器2、1、14引脚同时为高电压，引起报警触发。

触发自锁电路是由D触发器CD4013和报警指示灯L1，限流电阻R10及二极管D4组成，RST是外部复位信号，正常时为低，发生故障并清除故障之后，用点动开关或者任何方式给一个脉冲信号即可。当故障发生时（CD4013的8引脚为高电压时），Q端（引脚13）会输出高，去触发报警保护电路，

端为低电压，这是报警指示灯亮。故障信号一经触发，13脚就锁定故障信号，恒定输出高电压，这时即便CD4013的8脚变为低电压13脚还是会保持高电压不便，只有故障清除之后给了复位信号13脚才会再次变为低电压。

继电器Ｋ1，CMOS管Ｍ1和电阻R9组成了报警保护电路，当CD4013的13脚输出高电压之后，M1导通，继电器会吸合开关K1，K1可以作为外部报警装置如蜂鸣器，故障报警灯等的开关。

利用一块比较器芯片LM339，一块D触发器CD4013，9个电阻，2个电容，一个电位器，4个二极管，一个指示灯，一个CMOS管和一个继电器就完成了，而这些器件都是很便宜也很常见的最基本的电路元器件，相对于传统的方法，无论是器件数量还是成本价格都大大降低了，而且系统的实用范围广，任何需要对三相缺相或者失衡报警保护的场合都可以应用，对电压信号的采集也没有太多限制，可以直接从三相四线中取，也可以通过变压器来采集信号。根据应用场合的不同可以灵活设置。一旦发生故障，系统还可以自动锁定故障信号，直至故障排除系统复位之后解除报警，而且触发反应时间很短，所需的触发时间是微秒级的。

参见图2，实施例2，采用两组信号采集电路时，包括两组信号采集电路、参考点设定电路、报警保护电路，每一路三相信号经分压电路与若干组信号采集电路的输入点连通，每组信号采集电路的比较器的第2、1、14引脚连接有触发自锁电路构成缺相保护模块，每组缺相保护模块的触发自锁电路均与报警保护电路连接，

A1、B1、C1、A2、B2、C2是直接或者通过变压器取得的三相四线线路中的三相信号，通常这样取得的信号峰值电压可能会高于保护系统的电源供电电压，因此需要降压处理，R1和R2、R3和R4、R5和R6、R12和R13、R14和R15、R16和R17分别构成了分压电路，分别给A1、B1、C1、A2、B2、C2相信号分压，其分压比相同，分压后与比较器LM339反相端相连接，D1，D2，D3，D6,D7,D8是半波整流用的，在单电源电压的情况下需要它们来滤除负压，QXRef是来自参考点设定电路的参考电压，这个电压可以通过调节电位器P1来改变，其设定标准是略低于A1、B1、C1、A2、B2、C2三相信号经过分压网络分压之后的峰值电压的一半，与比较的同相端相连接，比较器LM339是四封装的电压比较器，因此，信号采集电路用一块电压比较芯片就可以了。R7是上拉电阻，C1是滤除干扰的滤波电容，R1*C1是充电常数，该值不宜太大，在100-200us范围内即可。这样，如果有一相或者多相缺相亦或者有大幅度的相位失衡，就会出现在一个时间段内三路比较器的反相端同时小于同相端的情况，这时每组信号采集电路的比较器2、1、14引脚同时为高电压，引起报警触发。

依次类推，对于24脉整流有四组三相信号的的线路，只需要把信号采集电路和触发自锁电路相应的加倍就可以了，这样就可以用最少的器件完成多组三相信号的报警保护。

本实用新型可以准确的显示是哪一组的三相信号出现故障，给检修带来了方便。

Claims

1.一种缺相及相位失衡保护电路，其特征在于：包括若干组信号采集电路、参考点设定电路、报警保护电路，每一路三相信号经分压电路与若干组信号采集电路的输入点连通，每组信号采集电路的比较器的第2、1、14引脚连接有触发自锁电路构成缺相保护模块，每组缺相保护模块的触发自锁电路均与报警保护电路连接，参考点设定电路与信号采集电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种缺相及相位失衡保护电路，其特征在于：所述的触发自锁电路由D触发器CD4013、二极管、电阻和发光二极管组成，Ｄ触发器CD4013其置位端SET6脚或8脚与信号采集电路相连接，D触发端5脚或9脚和复位端RST4脚或10脚接地，其时钟端CLK3脚或11脚接外部复位信号RSET，外部复位信号RSET由一个点动开关接控制电路电源电压输入，其输出端Q的1脚或13脚接二极管1N4007的正极，二极管的负极接报警保护电路的功率CMOS管的栅极，另一个输出端的2脚或12脚接电阻，电阻的另一端接发光二极管的负极，其正极接电源电压。

3.根据权利要求1或2所述的一种缺相及相位失衡保护电路，其特征在于：所述的信号采集电路包括比较器、分压电路，三相信号通过分压电路输出到比较器，比较器的反向端4、6、8脚上分别通过三个二极管1N4007的负极，其正极接地，比较器的输出端2、1、14脚相互连接并且通过一电阻接电源电压VCC拉高，同时接一电容一端，电容的另一端接地，输出端连接到触发自锁电路的D触发器CD4013的8脚或6脚。

4.根据权利要求3所述的一种缺相及相位失衡保护电路，其特征在于：所述的分压电路由两个电阻串联接地组成，一个电阻一端与三项信号的接入端A或B或C相连，另一端与另一个电阻串联并使该电阻的另外一端接地，两个电阻之间的连接点同时也是分压输出电压的输出端与比较器反向端4、6、8脚相连接。

5.根据权利要求4所述的一种缺相及相位失衡保护电路，其特征在于：所述的参考点设定电路为在电源电压与地之间接一电位器P1，电位器P1的滑动端外接一电阻R8输出参考电压QXRef，并连接一接地的电解电容E1，参考点设定电路与比较器的同向端5、7、9脚连接，分别与比较器反向端4、6、8脚电压作比较。

6.根据权利要求5所述的一种缺相及相位失衡保护电路，其特征在于：所述的报警保护电路包括继电器、功率CMOS管，继电器的一端接电源电压，另一端接功率CMOS管的漏极，功率CMOS管栅极接来自触发自锁电路的触发信号，同时与电阻相连接，电阻的另一端和功率CMOS管的源极接地。