CN203365558U - 三相电缺相检测电路及装置 - Google Patents

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CN203365558U CN201320441158.3U CN201320441158U CN203365558U CN 203365558 U CN203365558 U CN 203365558U CN 201320441158 U CN201320441158 U CN 201320441158U CN 203365558 U CN203365558 U CN 203365558U
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刘旭
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Abstract

本实用新型公开一种三相电缺相检测电路及装置，其中三相电缺相检测电路分别与三相电源和处理器连接，该三相电缺相检测电路包括相电压取样模块、电压比较模块和检测输出模块。本实用新型在没有中线的情况下，通过相电压取样模块对三相电源的相电压进行取样，并根据取样结果输出取样信号，电压比较模块将该取样信号与基准值比较，并根据比较结果输出误差信号，检测输出模块根据该误差信号输出检测信号至处理器，处理器根据该检测信号判断三相电源的相电压输出是否缺相。本实用新型实现了无中线情况下对三相电源相电压的缺相检测，使得三相电缺相检测电路适应采用三相三线制交流电网的场合，满足特殊场合对三相电源缺相检测的需求，使用方便。

Description

三相电缺相检测电路及装置
技术领域
本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种三相电缺相检测电路及装置。
背景技术
在电力仪表、自动控制和家用电器等设备或电器中，往往需要检测三相电源的缺相问题，因为很多负载都是通过三相电源来供电的，如果一旦缺相，设备或者电器将无法正常工作，甚至运行时间久了，还会造成设备或电器的损坏。
现有的三相电缺相检测电路一般都需要有中线（即零线N），如图1所示。
现有的三相电缺相检测电路是通过中央处理器CPU检测VO1、VO2、VO3三个输出方波信号，在正常情况下，三相电源的A相电压、B相电压和C相电压的波形的相位相差120°，即输出方波信号VO1、VO2、VO3的下降沿相差120°。因此，若输出方波信号VO1、VO2、VO3的下降沿相差120°，则表示三相电源没有缺相，CPU控制系统正常工作；一旦CPU检测到输出方波信号VO1、VO2、VO3的下降沿相差不是120°，则判断三相电源缺相，CPU关闭输出并报警提醒用户。
但是在一些特殊场合，比如船舶上采用的是三相三线制的交流电网（即Δ接法），这种场合没有通常使用的三相四线制的交流电网（即Y接法），因此如图1所示的三相电缺相检测电路不适用于检测三相三线制交流电网中三相电源的缺相问题，给使用带来不便。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提出一种三相电缺相检测电路及装置，旨在不需要中线的情况下，实现对三相电源相电压的缺相检测，以适应采用三相三线制交流电网的场合。
为了达到上述目的，本实用新型提出一种三相电缺相检测电路，该三相电缺相检测电路分别与三相电源和处理器连接，包括用于取样所述三相电源的相电压并输出取样信号的相电压取样模块、用于将所述取样信号与基准值比较并根据比较结果输出误差信号的电压比较模块，以及用于根据所述误差信号输出检测信号至所述处理器的检测输出模块；
所述相电压取样模块的输入端与所述三相电源连接，所述相电压取样模块的输出端与电压比较模块的输入端连接，所述电压比较模块的输出端与所述检测输出模块的输入端连接，所述检测输出模块的输出端与所述处理器的检测端连接，所述处理器根据所述检测信号判断所述三相电源的相电压输出是否缺相。
优选地，所述相电压取样模块包括供电端、第一光电耦合器、第一二极管和第一电阻，所述第一光电耦合器包括第一发光二极管和第一光电三极管；
所述第一发光二极管的阳极与所述三相电源的第一相线连接，且与所述第一二极管的阴极连接，所述第一发光二极管的阴极与所述第一二极管的阳极连接，所述第一光电三极管的集电极与所述电压比较模块的输入端连接，且经由所述第一电阻与所述供电端连接，所述第一光电三极管的发射极接地。
优选地，所述相电压取样模块还包括第二光电耦合器、第二二极管和第二电阻，所述第二光电耦合器包括第二发光二极管和第二光电三极管；
所述第二发光二极管的阳极与所述三相电源的第二相线连接，且与所述第二二极管的阴极连接，所述第二发光二极管的阴极与所述第二二极管的阳极连接，且与所述第一二极管的阳极连接，所述第二光电三极管的集电极与所述电压比较模块的输入端连接，且经由所述第二电阻与所述供电端连接，所述第二光电三极管的发射极接地。
优选地，所述相电压取样模块还包括第三光电耦合器、第三二极管和第三电阻，所述第三光电耦合器包括第三发光二极管和第三光电三极管；
所述第三发光二极管的阳极与所述三相电源的第三相线连接，且与所述第三二极管的阴极连接，所述第三发光二极管的阴极与所述第三二极管的阳极连接，且与所述第二二极管的阳极连接，所述第三光电三极管的集电极与所述电压比较模块的输入端连接，且经由所述第三电阻与所述供电端连接，所述第三光电三极管的发射极接地。
优选地，所述相电压取样模块还包括第四电阻、第五电阻和第六电阻；
所述第四电阻连接于所述第一发光二极管的阳极和所述三相电源的第一相线之间，所述第五电阻连接于所述第二发光二极管的阳极和所述三相电源的第二相线之间，所述第六电阻连接于所述第三发光二极管的阳极和所述三相电源的第三相线之间。
优选地，所述电压比较模块包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、第七电阻、第八电阻和第九电阻；
所述供电端依次经由所述第七电阻和所述第八电阻接地，所述第七电阻和所述第八电阻的公共端分别与所述第一比较器的反相输入端、所述第二比较器的反相输入端和所述第三比较器的反相输入端连接；
所述第一比较器的同相输入端与所述第一光电三极管的集电极连接，所述第二比较器的同相输入端与所述第二光电三极管的集电极连接，所述第三比较器的同相输入端与所述第三光电三极管的集电极连接；所述第一比较器的输出端、所述第二比较器的输出端和所述第三比较器的输出端均与所述检测输出模块的输入端连接，且经由所述第九电阻与所述供电端连接。
优选地，所述检测输出模块包括一三极管和第十电阻；所述三极管的基极分别与所述第一比较器的输出端、所述第二比较器的输出端和所述第三比较器的输出端连接，所述三极管的集电极与所述处理器的检测端连接，且经由所述第十电阻与所述供电端连接，所述三极管的发射极接地。
本实用新型还提出一种三相电缺相检测装置，该三相电缺相检测装置包括三相电源和处理器，还包括三相电缺相检测电路，该三相电缺相检测电路分别与三相电源和处理器连接，包括用于取样所述三相电源的相电压并输出取样信号的相电压取样模块、用于将所述取样信号与基准值比较并根据比较结果输出误差信号的电压比较模块，以及用于根据所述误差信号输出检测信号至所述处理器的检测输出模块；
所述相电压取样模块的输入端与所述三相电源连接，所述相电压取样模块的输出端与电压比较模块的输入端连接，所述电压比较模块的输出端与所述检测输出模块的输入端连接，所述检测输出模块的输出端与所述处理器的检测端连接，所述处理器根据所述检测信号判断所述三相电源的相电压输出是否缺相。
本实用新型提出的三相电缺相检测电路，在没有中线的情况下，通过相电压取样模块对三相电源的相电压进行取样，并根据取样结果输出取样信号至电压比较模块，电压比较模块将取样信号与基准值比较，并根据比较结果输出误差信号至检测输出模块，检测输出模块根据该误差信号输出检测信号至处理器，处理器根据该检测信号判断三相电源的相电压输出是否缺相。本实用新型的三相电缺相检测电路，不需要中线就能够对三相电源的相电压进行缺相检测，实现了无中线情况下对三相电源相电压的缺相检测，使得三相电缺相检测电路适应采用三相三线制交流电网的场合，满足特殊场合对三相电源缺相检测的需求，使用方便。
附图说明
图1为现有技术中三相电缺相检测电路的电路结构示意图；
图2为本实用新型三相电缺相检测电路较佳实施例的原理框图；
图3为本实用新型三相电缺相检测电路较佳实施例的电路结构示意图；
图4为本实用新型的较佳实施例中三相电源输出的相电压波形图；
图5为本实用新型的较佳实施例中三相电源缺相时的相电压和检测信号的波形图。
本实用新型的目的、功能特点及优点的实现，将结合实施例，并参照附图作进一步说明。
具体实施方式
以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型提出一种三相电缺相检测电路。
参照图2，图2为本实用新型三相电缺相检测电路较佳实施例的原理框图。
本实用新型较佳实施例中，三相电缺相检测电路30分别与三相电源10和处理器20连接，该三相电缺相检测电路30包括相电压取样模块31、电压比较模块32和检测输出模块33；相电压取样模块31用于取样三相电源10的相电压并输出取样信号，电压比较模块32用于将取样信号与基准值比较并根据比较结果输出误差信号，检测输出模块33用于根据误差信号输出检测信号至处理器20。
其中，相电压取样模块31的输入端与三相电源10连接，相电压取样模块31的输出端与电压比较模块32的输入端连接，电压比较模块32的输出端与检测输出模块33的输入端连接，检测输出模块33的输出端与处理器20的检测端连接，处理器20根据检测信号判断三相电源10的相电压输出是否缺相。
在本实施例中，相电压取样模块31对三相电源10的相电压进行取样，并根据取样结果输出取样信号至电压比较模块32，电压比较模块32将取样信号与基准值比较，并根据比较结果输出误差信号至检测输出模块33，当取样信号小于基准值时，电压比较模块32输出的误差信号为低电平，当取样信号大于基准值时，电压比较模块32输出的误差信号为高电平。检测输出模块33根据该误差信号输出检测信号至处理器20，当误差信号为低电平时，检测输出模块33输出高电平的检测信号至处理器20，处理器20检测到该高电平的检测信号时判断三相电源10的相电压输出没有缺相；当误差信号为高电平时，检测输出模块33输出低电平的检测信号至处理器20，处理器20检测到该低电平的检测信号时判断三相电源10的相电压输出缺相。
一并参照图2至图5，其中图3为本实用新型三相电缺相检测电路较佳实施例的电路结构示意图；图4为本实用新型的较佳实施例中三相电源输出的相电压波形图；图5为本实用新型的较佳实施例中三相电源缺相时的相电压和检测信号的波形图。
如图3中，相电压取样模块31包括供电端VCC、第一光电耦合器PC1、第二光电耦合器PC2、第三光电耦合器PC3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；第一光电耦合器PC1包括第一发光二极管D01和第一光电三极管Q01，第二光电耦合器PC2包括第二发光二极管D02和第二光电三极管Q02，第三光电耦合器PC3包括第三发光二极管D03和第三光电三极管Q03。在本实施例中，第一电阻R1为第一光电三极管Q01的集电极上拉电阻，第二电阻R2为第二光电三极管Q02的集电极上拉电阻，第三电阻R3为第三光电三极管Q03的集电极上拉电阻。
其中，第一发光二极管D01的阳极与三相电源10的第一相线A连接，且与第一二极管D1的阴极连接，第一发光二极管D01的阴极与第一二极管D1的阳极连接，第一光电三极管Q01的集电极与电压比较模块32的输入端连接，且经由第一电阻R1与供电端VCC连接，第一光电三极管Q01的发射极接地。
第二发光二极管D02的阳极与三相电源10的第二相线B连接，且与第二二极管D2的阴极连接，第二发光二极管D02的阴极与第二二极管D2的阳极连接，且与第一二极管D1的阳极连接，第二光电三极管Q02的集电极与电压比较模块32的输入端连接，且经由第二电阻R2与供电端VCC连接，第二光电三极管Q02的发射极接地。
第三发光二极管D03的阳极与三相电源10的第三相线C连接，且与第三二极管D3的阴极连接，第三发光二极管D03的阴极与第三二极管D3的阳极连接，且与第二二极管D2的阳极连接，第三光电三极管Q03的集电极与电压比较模块32的输入端连接，且经由第三电阻R3与供电端VCC连接，第三光电三极管Q03的发射极接地。
相电压取样模块31还包括第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6；第四电阻R4连接于第一发光二极管D01的阳极和三相电源10的第一相线A之间，第五电阻R5连接于第二发光二极管D02的阳极和三相电源10的第二相线B之间，第六电阻R6连接于第三发光二极管D03的阳极和三相电源10的第三相线C之间。
具体地，电压比较模块32包括第一比较器U1、第二比较器U2、第三比较器U3、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9，在本实施例中，第七电阻R7和第八电阻R8作为分压电阻，从供电端VCC输入的工作电压取出基准值分别输入到第一比较器U1、第二比较器U2和第三比较器U3的反相输入端。
供电端VCC依次经由第七电阻R7和第八电阻R8接地，第七电阻R7和第八电阻R8的公共端分别与第一比较器U1的反相输入端、第二比较器U2的反相输入端和第三比较器U3的反相输入端连接；第一比较器U1的同相输入端与第一光电三极管Q01的集电极连接，第二比较器U2的同相输入端与第二光电三极管Q02的集电极连接，第三比较器U3的同相输入端与第三光电三极管Q03的集电极连接；第一比较器U1的输出端、第二比较器U2的输出端和第三比较器U3的输出端均与检测输出模块33的输入端连接，且经由第九电阻R9与供电端VCC连接。
进一步地，检测输出模块33包括三极管Q1和第十电阻R10，在本实施例中，三极管Q1为NPN三极管；三极管Q1的基极分别与第一比较器U1的输出端、第二比较器U2的输出端和第三比较器U3的输出端连接，三极管Q1的集电极与处理器20的检测端DET连接，且经由第十电阻R10与供电端VCC连接，三极管Q1的发射极接地。
本实用新型三相电缺相检测电路30的工作原理具体描述如下：
当三相电源10的相电压（A相电压UA、B相电压UB和C相电压UC）正常输出时，三相电源10输出的相电压波形如图4所示，其中纵轴表示三相电源10输出的相电压的幅值uo，横轴表示相电压输出的时间t，图4中将一个电源周期T分为6等份，如图4所示的T1、T2、T3、T4、T5、T6。
从图4所示的波形可看出，在T1区间，A相电压UA、B相电压UB和C相电压UC的关系为UA＞UC＞UB，即A相电压UA最大，C相电压UC次之，B相电压UB最小。因此，图3中第一光电耦合器PC1和第二二极管D2导通，由于第二二极管D2两端电压差值小，第二光电耦合器PC2的第二发光二极管D02不发光，第二光电三极管Q02没有电流流过而不导通，从而第二光电耦合器PC2截止，虽然C相电压UC大于B相电压UB，但是由于第二二极管D2导通，使得第三光电耦合器PC3进行钳位而不能导通。因此在T1区间，第一光电耦合器PC1导通，第二光电耦合器PC2和第三光电耦合器PC3截止。第一光电耦合器PC1导通后，从第一光电耦合器PC1的第一光电三极管Q01的集电极输出低电平的取样信号至第一比较器U1的同相输入端，从供电端VCC输入的工作电压经第七电阻R7和第八电阻R8分压后所得的基准值输入到第一比较器U1的反相输入端，第一比较器U1将取样信号与基准值比较后，从第一比较器U1的输出端输出低电平的误差信号至三极管Q1的基极，三极管Q1的基极也为低电平，三极管Q1截止，由于第十电阻R10的上拉作用，三极管Q1的集电极输出的检测信号置为高电平，该高电平的检测信号输出至处理器20的检测端DET。
在T2区间，A相电压UA、B相电压UB和C相电压UC的关系为UA＞UB＞UC。因此，图3中第一光电耦合器PC1和第三二极管D3导通，从而第三光电耦合器PC3截止，虽然B相电压UB大于C相电压UC，但是由于第三二极管D3导通，使得第二光电耦合器PC2进行钳位而不能导通。因此在T2区间，第一光电耦合器PC1导通，第二光电耦合器PC2和第三光电耦合器PC3截止。第一光电三极管Q01的集电极输出低电平的取样信号至第一比较器U1的同相输入端，第一比较器U1将取样信号与基准值比较后，从第一比较器U1的输出端输出低电平的误差信号至三极管Q1的基极，三极管Q1截止，由于第十电阻R10的上拉作用，三极管Q1的集电极输出的检测信号置为高电平，该高电平的检测信号输出至处理器20的检测端DET。
在T3区间，A相电压UA、B相电压UB和C相电压UC的关系为UB＞UA＞UC。因此，图3中第二光电耦合器PC2和第三二极管D3导通，从而第三光电耦合器PC3截止，虽然A相电压UA大于C相电压UC，但是由于第三二极管D3导通，使得第一光电耦合器PC1进行钳位而不能导通。因此在T3区间，第二光电耦合器PC2导通，第一光电耦合器PC1和第三光电耦合器PC3截止。从第二光电耦合器PC2的第二光电三极管Q02的集电极输出低电平的取样信号至第二比较器U2的同相输入端，第二比较器U2将取样信号与基准值比较后，从第二比较器U2的输出端输出低电平的误差信号至三极管Q1的基极，三极管Q1截止，由于第十电阻R10的上拉作用，三极管Q1的集电极输出的检测信号置为高电平，该高电平的检测信号输出至处理器20的检测端DET。
如此类推，在T4、T5、T6区间时，三极管Q1的基极均为低电平，从而在一个电源周期T内，处理器20检测到的检测信号均为高电平，因此当处理器20检测到检测信号为高电平时，判断三相电源10的相电压输出正常，即三相电源10没有缺相。
当三相电源10输出的相电压出现缺相（如缺C相）时，三相电源10输出的相电压和检测信号的波形如图5所示，其中相电压波形的纵轴表示三相电源10输出的相电压的幅值uo，横轴表示相电压输出的时间t，检测信号波形的纵轴表示输出的检测信号的幅值VO，横轴表示检测信号输出的时间t。
三相电源10的相电压只有UAB（A相电压UA和B相电压UB重合）一相，因此图5中的相电压UAB在经过零点附近（如uo1区间）时，第一光电耦合器PC1不导通，第二光电耦合器PC2和第三光电耦合器PC3也不导通，因此第一光电耦合器PC1、第二光电耦合器PC2和第三光电耦合器PC3输出的取样信号分别通过第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3置为高电平，该高电平的取样信号分别输入到第一比较器U1的同相输入端、第二比较器U2的同相输入端和第三比较器U3的同相输入端，取样信号与第一比较器U1的反相输入端、第二比较器U2的反相输入端和第三比较器U3的反相输入端的基准值比较，且由于第九电阻R9的上拉作用，第一比较器U1、第二比较器U2和第三比较器U3输出至三极管Q1基极的误差信号置为高电平，从而三极管Q1导通，因此，相电压UAB在经过零点附近（如uo1区间）时，三极管Q1的集电极输出的检测信号为低电平，此时检测信号的幅值VO等于0（如图5中的t1区间），从而输出到处理器20的检测端DET的检测信号为低电平，处理器20判断此时三相电源10输出的相电压缺相。
相对于现有技术，本实用新型的三相电缺相检测电路30，不需要中线就能够对三相电源10的相电压进行缺相检测，实现了无中线情况下对三相电源10相电压的缺相检测，使得三相电缺相检测电路30适应采用三相三线制交流电网的场合，满足特殊场合对三相电源10缺相检测的需求，使用方便。
本实用新型还提出一种三相电缺相检测装置，该三相电缺相检测装置包括三相电源10、处理器20和三相电缺相检测电路30，该三相电缺相检测电路30的结构、工作原理以及所带来的有益效果均参照上述实施例，此处不再赘述。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种三相电缺相检测电路，分别与三相电源和处理器连接，其特征在于，包括用于取样所述三相电源的相电压并输出取样信号的相电压取样模块、用于将所述取样信号与基准值比较并根据比较结果输出误差信号的电压比较模块，以及用于根据所述误差信号输出检测信号至所述处理器的检测输出模块；
所述相电压取样模块的输入端与所述三相电源连接，所述相电压取样模块的输出端与电压比较模块的输入端连接，所述电压比较模块的输出端与所述检测输出模块的输入端连接，所述检测输出模块的输出端与所述处理器的检测端连接，所述处理器根据所述检测信号判断所述三相电源的相电压输出是否缺相。
2.如权利要求1所述的三相电缺相检测电路，其特征在于，所述相电压取样模块包括供电端、第一光电耦合器、第一二极管和第一电阻，所述第一光电耦合器包括第一发光二极管和第一光电三极管；
所述第一发光二极管的阳极与所述三相电源的第一相线连接，且与所述第一二极管的阴极连接，所述第一发光二极管的阴极与所述第一二极管的阳极连接，所述第一光电三极管的集电极与所述电压比较模块的输入端连接，且经由所述第一电阻与所述供电端连接，所述第一光电三极管的发射极接地。
3.如权利要求2所述的三相电缺相检测电路，其特征在于，所述相电压取样模块还包括第二光电耦合器、第二二极管和第二电阻，所述第二光电耦合器包括第二发光二极管和第二光电三极管；
所述第二发光二极管的阳极与所述三相电源的第二相线连接，且与所述第二二极管的阴极连接，所述第二发光二极管的阴极与所述第二二极管的阳极连接，且与所述第一二极管的阳极连接，所述第二光电三极管的集电极与所述电压比较模块的输入端连接，且经由所述第二电阻与所述供电端连接，所述第二光电三极管的发射极接地。
4.如权利要求3所述的三相电缺相检测电路，其特征在于，所述相电压取样模块还包括第三光电耦合器、第三二极管和第三电阻，所述第三光电耦合器包括第三发光二极管和第三光电三极管；
所述第三发光二极管的阳极与所述三相电源的第三相线连接，且与所述第三二极管的阴极连接，所述第三发光二极管的阴极与所述第三二极管的阳极连接，且与所述第二二极管的阳极连接，所述第三光电三极管的集电极与所述电压比较模块的输入端连接，且经由所述第三电阻与所述供电端连接，所述第三光电三极管的发射极接地。
5.如权利要求4所述的三相电缺相检测电路，其特征在于，所述相电压取样模块还包括第四电阻、第五电阻和第六电阻；
所述第四电阻连接于所述第一发光二极管的阳极和所述三相电源的第一相线之间，所述第五电阻连接于所述第二发光二极管的阳极和所述三相电源的第二相线之间，所述第六电阻连接于所述第三发光二极管的阳极和所述三相电源的第三相线之间。
6.如权利要求4或5所述的三相电缺相检测电路，其特征在于，所述电压比较模块包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、第七电阻、第八电阻和第九电阻；
所述供电端依次经由所述第七电阻和所述第八电阻接地，所述第七电阻和所述第八电阻的公共端分别与所述第一比较器的反相输入端、所述第二比较器的反相输入端和所述第三比较器的反相输入端连接；
所述第一比较器的同相输入端与所述第一光电三极管的集电极连接，所述第二比较器的同相输入端与所述第二光电三极管的集电极连接，所述第三比较器的同相输入端与所述第三光电三极管的集电极连接；所述第一比较器的输出端、所述第二比较器的输出端和所述第三比较器的输出端均与所述检测输出模块的输入端连接，且经由所述第九电阻与所述供电端连接。
7.如权利要求6所述的三相电缺相检测电路，其特征在于，所述检测输出模块包括一三极管和第十电阻；所述三极管的基极分别与所述第一比较器的输出端、所述第二比较器的输出端和所述第三比较器的输出端连接，所述三极管的集电极与所述处理器的检测端连接，且经由所述第十电阻与所述供电端连接，所述三极管的发射极接地。
8.一种三相电缺相检测装置，包括三相电源和处理器，其特征在于，还包括权利要求1至7中任意一项所述的三相电缺相检测电路。
CN201320441158.3U 2013-07-23 2013-07-23 三相电缺相检测电路及装置 Expired - Fee Related CN203365558U (zh)

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