CN204882727U - 一种三相输入电压缺相及相序检测电路 - Google Patents

Abstract

一种三相输入电压缺相及相序检测电路，包括高压部分限流单元、与高压部分限流单元连接的反峰保护单元、与反峰保护单元并联的隔离单元、与隔离单元连接的低压部分限流单元、连接在隔离单元与低压部分限流单元之间的用于连接单片机的输出点单元。单片机通过检测输出点单元的周期性方波的相位顺序来实现相序检测功能，单片机根据检测到输出点单元三路信号的不同电平，来判定三相电源输入哪相缺相，从而完成缺相检测功能。本实用新型电路不受输入电压高低限制，能适用于220V或380V等不同三相输入电压的场合，只要选择适合的串联电阻就可以实现。该三相输入电压缺相及相序检测电路具有成本低、检测精度高、电路简单等优点，适用范围广。

Description

一种三相输入电压缺相及相序检测电路

技术领域

本实用新型属于三相交流供电领域，具体涉及三相输入电压缺相及相序检测电路。

背景技术

三相交流电因为在发电、配电方面具有突出的优越性而在实践中获得了广泛的应用，而供电缺相或相序错误经常会损坏某些特殊用电设备，为避免出现此情况发生，有必要给某些特殊用电设备加装三相输入电压缺相及相序检测电路。

现有的三相输入电压缺相检测技术，如图1所示。

三相电源输入端串入电阻(即R1-R3)用于对三相电源输入进行限流；三相全波整流部分(即D1-D3)用于对三相输入进行整流；光耦PC1在三相全波整流部分电流输出为零时截止，在三相全波整流部分有电流输出时导通；在光耦PC1导通时，电路输出点(PL)输出低电平(0V)，相反在光耦截止时电路输出高电平(5V)；

在三相电源输入不缺相时，三相全波整流部分输出的电流为六次谐波，且从不过零点。此时光耦PC1一直导通，PL信号一直为低电平(0V)。在三相电源输入缺相时，三相全波整流部分输出电流存在过零点，从而光耦PC1在导通和截止状态之间切换，PL信号输出为周期性方波；

将PL信号送到单片机(MCU)即为检测运算处理单元进行处理，单片机(MCU)收到连续的低电平(0V)信号时，判定三相电源输入不缺相。当收到周期性方波信号时，通过计算方波脉冲个数是否等于或大于设定脉冲个数判定电源输入是否缺相，即在方波脉冲个数等于或大于设定脉冲个数时，判定三相电源输入缺相；否则判定三相电源输入不缺相；

此三相输入电压缺相检测技术，只能判定是否缺相，不能判定具体哪相缺相。

本实用新型三相输入电压缺相及相序检测电路，见图2。

在相间串入大阻值的电阻(R1-R3)与光耦(PC1-PC3)，电阻进行限流分压，选取电阻值在相电压压差在最大值时光耦(PC1-PC3)导通，否则光耦截止，在一个电源周期内，只有R相电压大于S相电压，R相电压大于T相电压，S相电压大于T相电压时，光耦导通，否则截止。这样一个周期内，光耦就在导通和截止状态之间切换；

在光耦(PC1-PC3)导通时，电路输出点(R-PH，S-PH，T-PH)输出低电平(0V)，光耦截止时，电路输出点(R-PH，S-PH，T-PH)输出高电平(5V)，从而使三个光耦(PC1-PC3)输出周期性方波，并将R-PH/S-PH/T-PH三组信号送到单片机(MCU)进行运算处理。

现有技术主要有以下问题：

三相电源输入相序错误时，现有技术将无法进行判定。

三相电源输入缺相时，现有技术无法判定是三相输入电源的哪相(R、S、T)缺相。

实用新型内容

本实用新型主要针对上述三相输入检测方式，无法检测三相电源输入的相序，无法判断三相电源输入那相缺相的缺陷，而提出了三相输入电压缺相及相序检测电路，使得该电路实现相序检测功能，缺相检测功能。

为实现上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：

一种三相输入电压缺相及相序检测电路，包括高压部分限流单元、与高压部分限流单元连接的反峰保护单元、与反峰保护单元并联的隔离单元、与隔离单元连接的低压部分限流单元、连接在隔离单元与低压部分限流单元之间的用于连接检测运算处理单元的输出点单元；

上述隔离单元包括与反峰保护单元并联的光耦PC1、PC2、PC3；

上述光耦PC1、PC2、PC3的输入端通过高压部分限流单元分别连接至三相交流电的S相、R相、R相；光耦PC1、PC2、PC3的输出端分别连接至输出点单元的输出点R-PH、S-PH、T-PH；

在三相电源输入不缺相且相序(R-S-T)正确时，光耦在导通和截止状态之间切换，输出点R-PH、S-PH、T-PH信号输出为周期性方波，因为三相电源存在相位差，光耦导通的时间点不一样，所以输出点R-PH、S-PH、T-PH的周期性方波也存在相位差，且相序和三相电源输入的相序一样，如果相序与三相电源输入的相序相异，通过所述检测运算处理单元可判定三相电源输入错误；

三相电源输入不缺相时，三个光耦(PC1、PC2、PC3)在导通和截止状态之间切换，输出点R-PH、S-PH、T-PH信号输出为周期性方波，检测运算处理单元同时收到三路周期性方波；当检测运算处理单元只收到一路连续的周期性方波信号，且其他两路信号为高电平时，通过所述检测运算处理单元可判定三相电源输入缺相。

上述光耦PC1、PC2、PC3的输入端为发光二极管，当R相电压大于S相电压时，光耦PC3的发光二极管导通；R相电压大于T相电压时，光耦PC2的发光二极管导通；S相电压大于T相电压时PC1的发光二极管导通。

上述光耦PC1、PC2、PC3的输出端为光敏三极管，当光耦PC1、PC2、PC3的发光二极管分时导通时，对应的光耦PC1、PC2、PC3的光敏三极管也由于电-光-电的转换作用而分时导通。

上述高压部分限流单元包括限流电阻R1、R2、R3，其中限流电阻R1跨接于S相电源与光耦PC1的发光二极管正极之间；限流电阻R2跨接于R相电源与光耦PC2的发光二极管正极之间；限流电阻R3跨接于R相电源与光耦PC3的发光二极管正极之间；

因限流电阻大小会影响光耦导通时间长短，会严重影响检测运算处理单元的判断处理，故限流电阻阻值的选取至关重要；

限流电阻的阻值选择公式为：Z＝(Um-Ug)/Ig

其中Z为阻值，Um为相间的最大压差，Ug为光耦导通时的压降，Ig为光耦导通时的电流。

上述反峰保护单元包括箝位二极管D1、D2、D3，所述箝位二极管是反峰二极管的接法，光耦中发光二极管的反向耐压只有几伏，如果有一反向负脉冲，幅值超过发光二极管的反向耐压，光耦就会损坏，接入D1后，加在发光二极管的反向电压箝制在0.7V，起到保护作用。

上述低压部分限流单元包括限流电阻R4、R5、R6，其中限流电阻R4跨接于直流+5V电源端与光耦PC1的光敏三极管的集电极之间；限流电阻R5跨接于直流+5V电源端与光耦PC2的光敏三极管的集电极之间；限流电阻R6跨接于直流+5V电源端与光耦PC3的光敏三极管的集电极之间；直流+5V电源端通过限流电阻提供合适电流给所述光敏三极管的集电极，限流电阻起偏置作用。

上述输出点单元包括输出点R-PH、输出点S-PH、输出点T-PH；输出点是光耦输出方波信号到检测运算处理单元进行运算处理的电气连接点。

上述光耦PC1的发光二极管正极接电阻R1的一端，同时接二极管D1的负极，所述电阻R1的另一端接三相电源的S相，所述发光二极管负极接所述二极管D1的正极，同时接三相电源的T相；光耦PC1的光敏三极管的集电极接电阻R4的一端，同时接电路输出点R-PH，所述电阻R4的另一端接直流+5V电源端，所述光敏三极管的发射极接地GND；

上述光耦PC2的发光二极管正极接电阻R2的一端，同时接二极管D2的负极，所述电阻R2的另一端接三相电源的R相，所述发光二极管负极接所述二极管D2的正极，同时接三相电源的T相；光耦PC2的光敏三极管的集电极接电阻R5的一端，同时接电路输出点S-PH，所述电阻R5的另一端接直流+5V电源端，所述光敏三极管的发射极接地GND；

上述光耦PC3的发光二极管正极接电阻R3的一端，同时接二极管D3的负极，所述电阻R3的另一端接三相电源的R相，所述发光二极管负极接所述二极管D3的正极，同时接三相电源的S相；光耦PC2的光敏三极管的集电极接电阻R6的一端，同时接电路输出点T-PH，所述电阻R6的另一端接直流+5V电源端，所述光敏三极管的发射极接地GND。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型三相输入电压缺相及相序检测电路中，将三相正弦信号转变为周期性方波信号，不但可提高判断精度，且单片机(MCU)更方便处理。

2、本实用新型三相输入电压缺相及相序错误检测电路中，通过三个光耦实现了高低电压的隔离，使应用场合更加多样化。

附图说明

图1为现有三相输入电压缺相检测技术的电路示意图。

图2为本实用新型三相输入电压缺相及相序检测电路示意图。

具体实施方式

图2为根据本实用新型三相输入电压缺相及相序检测电路的具体电路图。

根据图2所示，光电耦合器PC1的发光二极管正极接电阻R1的一端，同时接二极管D1的负极，所述电阻R1的另一端接三相电源的S相，所述发光二极管负极接所述二极管D1的正极，同时接三相电源的T相；光电耦合器PC1的光敏三极管的集电极接电阻R4的

一端，同时接电路输出点R-PH，所述电阻R4的另一端接直流+5V电源端，所述光敏三极管的发射极接地GND。

光电耦合器PC2的发光二极管正极接电阻R2的一端，同时接二极管D2的负极，所述电阻R2的另一端接三相电源的R相，所述发光二极管负极接所述二极管D2的正极，同时接三相电源的T相；光电耦合器PC2的光敏三极管的集电极接电阻R5的一端，同时接电路输出点S-PH，所述电阻R5的另一端接直流+5V电源端，所述光敏三极管的发射极接地GND。

光电耦合器PC3的发光二极管正极接电阻R3的一端，同时接二极管D3的负极，所述电阻R3的另一端接三相电源的R相，所述发光二极管负极接所述二极管D3的正极，同时接三相电源的S相；光电耦合器PC2的光敏三极管的集电极接电阻R6的一端，同时接电路输出点T-PH，所述电阻R6的另一端接直流+5V电源端，所述光敏三极管的发射极接地GND。

所述一种三相输入电压缺相及相序检测电路的工作原理介绍如下：

我们知道三相交流电之间的相位差为120°，表达式如下：

R＝Usin(wt)

S＝Usin(wt-2π/3)

T＝Usin(wt+2π/3)

从而可得到相间电压为：

V＝R-S

＝Usin(wt)-Usin(wt-2π/3)

是一个随时间变化的函数，在一个周期内，其最大值为U。且R/S、R/T、S/T之间产生最大压差的相位是不同的，这就是本实用新型三相输入电压缺相及相序检测电路的理论基础。

本实用新型三相输入电压缺相及相序检测电路，见图2。

在相间串入大阻值的电阻(R1-R3)与光耦(PC1-PC3)。电阻进行限流分压，选取电阻值在相电压压差在最大值时光耦(PC1-PC3)导通，否则光耦截止，在一个电源周期内，只有R相电压大于S相电压，R相电压大于T相电压，S相电压大于T相电压时，光耦导通，否则截止。这样一个周期内，光耦就在导通和截止状态之间切换；

在光耦(PC1-PC3)导通时，电路输出点(R-PH，S-PH，T-PH)输出低电平(0V)，光耦截止时，电路输出点(R-PH，S-PH，T-PH)输出高电平(5V)，从而使三个光耦(PC1-PC3)输出周期性方波，并将R-PH/S-PH/T-PH三组信号送到单片机(MCU)进行运算处理。

电阻选择公式为：

Z＝(Um-Ug)/Ig

其中Z为阻值，Um为相间的最大压差，Ug为光耦导通时的压降，Ig为光耦导通时的电流。

本实用新型电路不受输入电压高低限制，能适用于220V或380V等不同三相输入电压的场合，只要选择适合的串联电阻就可以实现。

相序检测功能说明：

在三相电源输入不缺相且相序(R-S-T)正确时，光耦在导通和截止状态之间切换，R-PH/S-PH/T-PH信号输出为周期性方波。因为三相电源存在相位差，光耦导通的时间点不一样，所以R-PH/S-PH/T-PH的周期性方波也存在相位差，且相序和三相电源输入一样。

如果单片机(MCU)检测到R-PH/S-PH/T-PH的周期性方波的相位顺序为：R-PH超前S-PH，S-PH超前T-PH，则判定为三相电源输入相序正确；

如果单片机(MCU)检测到R-PH/S-PH/T-PH的周期性方波的相位顺序为：S-PH超前R-PH，R-PH超前T-PH，则判定为三相电源输入相序错误；从而实现相序错误检测功能。

如果单片机(MCU)检测到R-PH/S-PH/T-PH的周期性方波的相位顺序为：R-PH超前T-PH，T-PH超前S-PH，则判定为三相电源输入相序错误；从而实现相序错误检测功能。

缺相检测功能说明：

在三相电源输入不缺相时，三个光耦(PC1-PC3)在导通和截止状态之间切换，R-PH/S-PH/T-PH信号输出为周期性方波，单片机(MCU)同时收到三路周期性方波。

当单片机(MCU)只收到一个连续的周期性方波信号，且其他两个信号(S-PH/T-PH)为高电平时，判定三相电源输入缺相；

当只收到R-PH一个连续的周期性方波信号，其他两个信号(S-PH/T-PH)为高电平时，可判定R相缺相；

当只收到S-PH一个连续的周期性方波信号，且其他两个信号(R-PH/T-PH)为高电平时，可判定S相缺相；

当只收到T-PH一个连续的周期性方波信号，且其他两个信号(R-PH/S-PH)为高电平时，可判定T相缺相；

单片机(MCU)根据检测到R-PH/S-PH/T-PH三路信号的不同电平，可判定三相电源输入哪相缺相，完成缺相检测功能。

采用以上结合附图描述的本实用新型实施例的一种三相输入电压缺相及相序检测电路的结构，实现了缺相及相序检测的目的，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出不同形式的三相输入电压缺相及相序检测电路并不需要创造性劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种三相输入电压缺相及相序检测电路，其特征在于：包括高压部分限流单元、与高压部分限流单元连接的反峰保护单元、与反峰保护单元并联的隔离单元、与隔离单元连接的低压部分限流单元、连接在隔离单元与低压部分限流单元之间的用于连接检测运算处理单元的输出点单元；

所述隔离单元包括与反峰保护单元并联的光耦PC1、PC2、PC3；

所述光耦PC1、PC2、PC3的输入端通过高压部分限流单元分别连接至三相交流电的S相、R相、R相；光耦PC1、PC2、PC3的输出端分别连接至输出点单元的输出点R-PH、S-PH、T-PH；

在三相电源输入不缺相且相序正确时，光耦在导通和截止状态之间切换，输出点R-PH、S-PH、T-PH信号输出为周期性方波，因为三相电源存在相位差，光耦导通的时间点不一样，所以输出点R-PH、S-PH、T-PH的周期性方波也存在相位差，且相序和三相电源输入的相序一样，如果相序与三相电源输入的相序相异，通过所述检测运算处理单元可判定三相电源输入错误；

三相电源输入不缺相时，三个光耦PC1、PC2、PC3在导通和截止状态之间切换，输出点R-PH、S-PH、T-PH信号输出为周期性方波，检测运算处理单元同时收到三路周期性方波；当检测运算处理单元只收到一路连续的周期性方波信号，且其他两路信号为高电平时，通过所述检测运算处理单元可判定三相电源输入缺相。

2.根据权利要求1所述的三相输入电压缺相及相序检测电路，其特征在于：

所述光耦PC1、PC2、PC3的输入端为发光二极管，当R相电压大于S相电压时，光耦PC3的发光二极管导通；R相电压大于T相电压时，光耦PC2的发光二极管导通；S相电压大于T相电压时PC1的发光二极管导通。

3.根据权利要求1所述的三相输入电压缺相及相序检测电路，其特征在于：所述光耦PC1、PC2、PC3的输出端为光敏三极管，当光耦PC1、PC2、PC3的发光二极管分时导通时，对应的光耦PC1、PC2、PC3的光敏三极管也由于电一光一电的转换作用而分时导通。

4.根据权利要求1所述的三相输入电压缺相及相序检测电路，其特征在于：所述高压部分限流单元包括限流电阻R1、R2、R3，其中限流电阻R1跨接于S相电源与光耦PC1的发光二极管正极之间；限流电阻R2跨接于R相电源与光耦PC2的发光二极管正极之间；限流电阻R3跨接于R相电源与光耦PC3的发光二极管正极之间；

因限流电阻大小会影响光耦导通时间长短，会严重影响检测运算处理单元的判断处理，故限流电阻阻值的选取至关重要；

限流电阻的阻值选择公式为：Z＝(Um-Ug)/Ig

其中Z为阻值，Um为相间的最大压差，Ug为光耦导通时的压降，Ig为光耦导通时的电流。

5.根据权利要求1所述的三相输入电压缺相及相序检测电路，其特征在于：

所述反峰保护单元包括箝位二极管D1、D2、D3，所述箝位二极管是反峰二极管的接法，光耦中发光二极管的反向耐压只有几伏，如果有一反向负脉冲，幅值超过发光二极管的反向耐压，光耦就会损坏，接入D1后，加在发光二极管的反向电压箝制在0.7V，起到保护作用。

6.根据权利要求1所述的三相输入电压缺相及相序检测电路，其特征在于：所述低压部分限流单元包括限流电阻R4、R5、R6，其中限流电阻R4跨接于直流+5V电源端与光耦PC1的光敏三极管的集电极之间；限流电阻R5跨接于直流+5V电源端与光耦PC2的光敏三极管的集电极之间；限流电阻R6跨接于直流+5V电源端与光耦PC3的光敏三极管的集电极之间；直流+5V电源端通过限流电阻提供合适电流给所述光敏三极管的集电极，限流电阻起偏置作用。

7.根据权利要求1所述的三相输入电压缺相及相序检测电路，其特征在于：所述输出点单元包括输出点R-PH、输出点S-PH、输出点T-PH；输出点是光耦输出方波信号到检测运算处理单元进行运算处理的电气连接点。

8.根据权利要求1所述的三相输入电压缺相及相序检测电路，其特征在于：所述光耦PC1的发光二极管正极接电阻R1的一端，同时接二极管D1的负极，所述电阻R1的另一端接三相电源的S相，所述发光二极管负极接所述二极管D1的正极，同时接三相电源的T相；光耦PC1的光敏三极管的集电极接电阻R4的一端，同时接电路输出点R-PH，所述电阻R4的另一端接直流+5V电源端，所述光敏三极管的发射极接地GND；

所述光耦PC2的发光二极管正极接电阻R2的一端，同时接二极管D2的负极，所述电阻R2的另一端接二相电源的R相，所述发光二极管负极接所述二极管D2的正极，同时接三相电源的T相；光耦PC2的光敏三极管的集电极接电阻R5的一端，同时接电路输出点S-PH，所述电阻R5的另一端接直流+5V电源端，所述光敏三极管的发射极接地GND；

所述光耦PC3的发光二极管正极接电阻R3的一端，同时接二极管D3的负极，所述电阻R3的另一端接三相电源的R相，所述发光二极管负极接所述二极管D3的正极，同时接三相电源的S相；光耦PC2的光敏三极管的集电极接电阻R6的一端，同时接电路输出点T-PH，所述电阻R6的另一端接直流+5V电源端，所述光敏三极管的发射极接地GND。