CN206420963U - 三相交流电鉴相系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于涉及三相交流电鉴相系统。它解决了现有技术设计不够合理等技术问题。包括第一采样单元、第二采样单元和第三采样单元，第一采样单元通过第一电信号处理电路与第一过零检测电路相连，第二采样单元通过第二电信号处理电路与第二过零检测电路相连，第三采样单元通过第三电信号处理电路与第三过零检测电路相连，第一过零检测电路、第二过零检测电路和第三过零检测电路均与中央处理器相连，中央处理器与存储器相连。优点在于：1、在电网周期任意时刻都可以实时体现相序状态，相序判断及时有效，提高用电安全性。2、相序检测方法简单实用，为三相用电设备或者三相交流电源提供了快速准确的三相交流电相序信息。

Description

三相交流电鉴相系统

技术领域

本实用新型属于电学技术领域，涉及三相交流电，尤其是涉及一种三相交流电鉴相系统。

背景技术

三相交流电的相序对用电设备的正常运行有着重要的影响，很多情况下不允许出现相反的供电相序。以三相交流电拖动的电力传动设备为例，如行车、吊车、电梯等起重设备等，交流电机拖动的设备通过改变电动机供电电压的相序来控制传动设备的运转方向。在正常运行中，一旦相序反相，运转方向也将发生改变，因此在传动设备的控制中必需引入相序的检测，否则会造成设备故障，甚至人身伤害。因此，三相电相序的正确检测是很多三相用电设备的基本要求。

现有技术中，对于相序检测及保护的电路结构较为复杂，造价成本高，并且在实际应用时安全性较差。现有相序测量技术中主要有两种方法：方法一：通过相序测量装置构造不平衡负载，导致相序检测电路三相负载各相电压不平衡，同时将不平衡电压的大小关系通过显示器件体现出来，由于相序不同时，同样两相负载上的相电压大小关系相反，据此可以判断相序。这种方法在三相严重不平衡时，可能引起误判。方法二：利用三相交流电瞬时电压波形的特征，在预定的时间隔交替扫描各相位；借助一种合适的预定的测算法来测算测量值，仅仅测算两个时刻的测量值的符号来确定相序，以大约3倍于电网频率的测量频率来测量三相电网信号，根据两个采样时刻的测量值符号信息，即可判断相序的正反，这种方法本质上是基于波形特征的，波形的好坏对测量结果的准确性有影响。

为此，人们进行了长期的探索，提出了各种各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种三相电源相序检测及断相保护电路[申请号：200620045859.5],包括三相电路处理信号、放大信号和触发信号,其中三相电路信号处理电路为三相电源B、A、C三相分别经二极管D1、D2、D3半波整流,再经电阻R1、R2、R3衰减,通过由稳压管D4、D5、D6与电阻R4、R5、R6组成的稳压电路削波后输出接近矩形的脉冲信号,送至数字集成IC,输出一个宽度约3MS(50周交流电)的矩形负脉冲,矩形负脉冲的前沿正好与B相正弦波过零点同步,负脉冲经过放大电路触发触发电路控制三相负载。如果接错相序或是断相,双向可控硅SCR均不会开通,负载端将无电,避免了故障。还有人实用新型了一种三相交流电相序判断方法和装置[申请号：02118647.2]，该方案根据旋转矢量角的旋转方向确定三相交流电的相序，旋转矢量角的旋转方向通过采集三相实时电压/电流信号，求取电压/电流旋转矢量的相角差，计算一定时间间隔之间的旋转矢量相角差，根据所计算的旋转矢量相角差的符号确定旋转矢量角的旋转方向，旋转矢量角的旋转方向可通过计算在一个市电周期之间的旋转矢量相角差确定，旋转矢量角可根据反三角函数计算，其所处象限值由坐标变换后的两相值的极性判别，相角差经滤波处理或求平均值后可以得到准确稳定的数据。

上述方案虽然实现了相序检测，但是仍然存在着判断过程复杂，判断电路复杂，成本较高等技术问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种易于实现相序判断，结构设计合理的三相交流电鉴相系统。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：本三相交流电鉴相系统，包括第一采样单元、第二采样单元和第三采样单元，其特征在于，所述的第一采样单元通过第一电信号处理电路与第一过零检测电路相连，所述的第二采样单元通过第二电信号处理电路与第二过零检测电路相连，所述的第三采样单元通过第三电信号处理电路与第三过零检测电路相连，所述的第一过零检测电路、第二过零检测电路和第三过零检测电路均与中央处理器相连，所述的中央处理器与预先存储有基波数据的存储器相连。

在上述的三相交流电鉴相系统中，所述的第一电信号处理电路包括依次相连的第一预处理电路和第一取波电路，所述的第一预处理电路与第一采样单元相连，所述的第一取波电路与第一过零检测电路相连；所述的第二电信号处理电路包括依次相连的第二预处理电路和第二取波电路，所述的第二预处理电路与第二采样单元相连，所述的第二取波电路与第二过零检测电路相连；所述的第三电信号处理电路包括依次相连的第三预处理电路和第三取波电路，所述的第三预处理电路与第三采样单元相连，所述的第三取波电路与第三过零检测电路相连。

在上述的三相交流电鉴相系统中，所述的第一采样单元为微功耗高压取电电路且该微功耗高压取电电路的输出端与第一电信号处理电路相连；所述的第二采样单元为微功耗高压取电电路且该微功耗高压取电电路的输出端与第二电信号处理电路相连；所述的第三采样单元为微功耗高压取电电路且该微功耗高压取电电路的输出端与第三电信号处理电路相连。

在上述的三相交流电鉴相系统中，所述的微功耗高压取电电路包括感应取电电路、运算放大电路和输出电路；所述的感应取电电路包括电流互感器CT、桥式整流器O1、电容C1、电容C2、二极管D1和电阻R1；所述的运算放大电路包括变压器T1、运算放大器U1、反相器U2、基准电压芯片U3、N沟道MOS管Q2、N沟道MOS管Q3、电阻R4、电阻R5、电阻R6，变压器T1的一端、电阻R4的一端连接二极管D1的阴极，变压器T1的另一端、基准电压芯片U3的一端连接运算放大器U1的负输入端，电阻R4的另一端、电阻R5的一端连接运算放大器U1的正输入端，电阻R5的另一端、电阻R6的一端连接N沟道MOS管Q2的漏极，运算放大器U1的输出端连接反相器U2的输入端，反相器U2的输出端、N沟道MOS管Q2的栅极连接N沟道MOS管Q3的栅极，N沟道MOS管Q3的漏极连接电阻R3的一端，N沟道MOS管Q3的源极、N沟道MOS管Q2的源极、电阻R6的另一端、基准电压芯片U3的另一端接地；所述的输出电路包括N沟道MOS管Q1、电阻R2、电阻R3和电容C3，所述的运算放大电路具有输入端、接地端和输出端，所述的电流互感器CT包括互感线圈及与互感线圈相连的两个交流输出端，桥式整流器O1具有两个交流输入端、一个直流输出端和接地端，电流互感器CT的两个交流输出端分别连接桥式整流器O1的两个交流输入端，电容C1的一端、二极管D1的阳极、N沟道MOS管Q1的漏极、电阻R2的一端分别连接桥式整流器O1的直流输出端，二极管D1的阴极、电容C2的一端、电阻R1的一端均连接运算放大电路的输入端，运算放大电路的输出端连接电阻R2的另一端、电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接N沟道MOS管Q1的栅极，N沟道MOS管Q1的源极连接电容C3的一端，电容C3的另一端、运算放大电路的接地端、电容C1的另一端、电容C2的另一端、电阻R1的另一端、桥式整流器O1的接地端接地。

在上述的三相交流电鉴相系统中，所述的中央处理器与当中央处理器检测到相序错误时能使其处于断开状态的用电设备保护器相连。

在上述的三相交流电鉴相系统中，所述的用电设备保护器包括微处理器和连接于微处理器上的开关电路，所述的中央处理器与微处理器相连，所述的微处理器上连接有能对三相电源进行过压欠压检测的过压欠压检测模块、能对三相电源进行三相不平衡检测的三相不平衡检测模块、能对三相电源进行过流检测的过流检测模块，所述的过压欠压检测模块、三相不平衡检测模块和过流检测模块均与三相电源采样单元相连。

在上述的三相交流电鉴相系统中，所述的过压欠压检测模块上连接有过压欠压设定单元，所述的三相不平衡检测模块上连接有三相不平衡度设定单元，所述的过流检测模块上连接有过流设定单元。

与现有的技术相比，本三相交流电鉴相系统的优点在于：1、在电网周期任意时刻都可以实时体现相序状态，相序判断及时有效，提高用电安全性。2、相序检测方法简单实用，为三相用电设备或者三相交流电源提供了快速准确的三相交流电相序信息。3、微功耗高压取电电路稳定可靠，可以在低功耗的状态下便捷的从高压设备上取得适合正常生产的电力。

附图说明

图1是本实用新型提供的结构框图。

图2是本实用新型提供的微功耗高压取电电路结构示意图。

图3是本实用新型提供的用电设备保护器结构示意图。

图中，第一采样单元1、第二采样单元2、第三采样单元3、第一电信号处理电路4、第一预处理电路41、第一取波电路42、第一过零检测电路5、第二电信号处理电路6、第二预处理电路61、第二取波电路62、第二过零检测电路7、第三电信号处理电路8、第三预处理电路81、第三取波电路82、第三过零检测电路9、中央处理器10、存储器11、用电设备保护器12、微处理器13、开关电路14、过压欠压检测模块15、压欠压设定单元151、三相不平衡检测模块16、三相不平衡度设定单元161、过流检测模块17、过流设定单元171。

具体实施方式

如图1-3所示，本三相交流电鉴相系统包括第一采样单元1、第二采样单元2和第三采样单元3，所述的第一采样单元1通过第一电信号处理电路4与第一过零检测电路5相连，所述的第二采样单元2通过第二电信号处理电路6与第二过零检测电路7相连，所述的第三采样单元3通过第三电信号处理电路8与第三过零检测电路9相连，所述的第一过零检测电路5、第二过零检测电路7和第三过零检测电路9均与中央处理器10相连，所述的中央处理器10与预先存储有基波数据的存储器11相连。

具体地，第一电信号处理电路4包括依次相连的第一预处理电路41和第一取波电路42，所述的第一预处理电路41与第一采样单元1相连，所述的第一取波电路42与第一过零检测电路5相连；所述的第二电信号处理电路6包括依次相连的第二预处理电路61和第二取波电路62，所述的第二预处理电路61与第二采样单元2相连，所述的第二取波电路62与第二过零检测电路7相连；所述的第三电信号处理电路8包括依次相连的第三预处理电路81和第三取波电路82，所述的第三预处理电路81与第三采样单元3相连，所述的第三取波电路82与第三过零检测电路9相连。第一预处理电路41、第二预处理电路61和第三预处理电路81可以采用拉普拉斯变换方式对电信号进行处理。

第一采样单元1为微功耗高压取电电路且该微功耗高压取电电路的输出端与第一电信号处理电路4相连；所述的第二采样单元2为微功耗高压取电电路且该微功耗高压取电电路的输出端与第二电信号处理电路6相连；所述的第三采样单元3为微功耗高压取电电路且该微功耗高压取电电路的输出端与第三电信号处理电路8相连。具体地，微功耗高压取电电路包括感应取电电路、运算放大电路和输出电路；所述的感应取电电路包括电流互感器CT、桥式整流器O1、电容C1、电容C2、二极管D1和电阻R1；所述的运算放大电路包括变压器T1、运算放大器U1、反相器U2、基准电压芯片U3、N沟道MOS管Q2、N沟道MOS管Q3、电阻R4、电阻R5、电阻R6，变压器T1的一端、电阻R4的一端连接二极管D1的阴极，变压器T1的另一端、基准电压芯片U3的一端连接运算放大器U1的负输入端，电阻R4的另一端、电阻R5的一端连接运算放大器U1的正输入端，电阻R5的另一端、电阻R6的一端连接N沟道MOS管Q2的漏极，运算放大器U1的输出端连接反相器U2的输入端，反相器U2的输出端、N沟道MOS管Q2的栅极连接N沟道MOS管Q3的栅极，N沟道MOS管Q3的漏极连接电阻R3的一端，N沟道MOS管Q3的源极、N沟道MOS管Q2的源极、电阻R6的另一端、基准电压芯片U3的另一端接地；所述的输出电路包括N沟道MOS管Q1、电阻R2、电阻R3和电容C3，所述的运算放大电路具有输入端、接地端和输出端，所述的电流互感器CT包括互感线圈及与互感线圈相连的两个交流输出端，桥式整流器O1具有两个交流输入端、一个直流输出端和接地端，电流互感器CT的两个交流输出端分别连接桥式整流器O1的两个交流输入端，电容C1的一端、二极管D1的阳极、N沟道MOS管Q1的漏极、电阻R2的一端分别连接桥式整流器O1的直流输出端，二极管D1的阴极、电容C2的一端、电阻R1的一端均连接运算放大电路的输入端，运算放大电路的输出端连接电阻R2的另一端、电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接N沟道MOS管Q1的栅极，N沟道MOS管Q1的源极连接电容C3的一端，电容C3的另一端、运算放大电路的接地端、电容C1的另一端、电容C2的另一端、电阻R1的另一端、桥式整流器O1的接地端接地。

中央处理器10与当中央处理器10检测到相序错误时能使其处于断开状态的用电设备保护器12相连。具体地，用电设备保护器12包括微处理器13和连接于微处理器13上的开关电路14，所述的中央处理器10与微处理器13相连，所述的微处理器13上连接有能对三相电源进行过压欠压检测的过压欠压检测模块15、能对三相电源进行三相不平衡检测的三相不平衡检测模块16、能对三相电源进行过流检测的过流检测模块17，所述的过压欠压检测模块15、三相不平衡检测模块16和过流检测模块17均与三相电源采样单元18相连。需要注意的是三相电源采样单元18检测的是用电设备直接连接的三相供电电源，而第一采样单元1、第二采样单元2、第三采样单元3连接的可以为用电设备直接连接的三相供电电源，也可以为开关柜上所连接的三相电源，其中开关柜可以为高、中、低压开关柜。过压欠压检测模块15上连接有过压欠压设定单元151，所述的三相不平衡检测模块16上连接有三相不平衡度设定单元161，所述的过流检测模块17上连接有过流设定单元171。

本申请中，在第一过零检测电路5与中央处理器10间可连接能够存储第一过零检测电路5的数据的第一存储器、第二过零检测电路5与中央处理器10间可连接能够存储第二过零检测电路5的数据的第二存储器，第三过零检测电路5与中央处理器10间可连接能够存储第三过零检测电路5的数据的第三存储器。

本实施例中，过压欠压保护范围:380V-20％≤U≤380V+10％，超过上述范围则触发过压欠压保护。不平衡保护范围:不平衡度≥50％±10时,动作时间2s；三相电流不平衡度＝[(最大电流值-最小电流值)/最大电流值]×100％，超过上述范围则触发不平衡保护。相序保护动作时间:0.1s。

基于三相交流电鉴相系统的三相交流电鉴相方法，其特征在于，若第一采样单元1所采集的电信号处于正半周则中央处理器10判断第一过零检测电路5的输出值为1，若第一采样单元1所采集的电信号处于负半周则中央处理器10判断第一过零检测电路5的输出值为0；若第二采样单元2所采集的电信号处于正半周则中央处理器10判断第二过零检测电路7的输出值为1，若第二采样单元2所采集的电信号处于负半周则中央处理器10判断第二过零检测电路7的输出值为0；若第三采样单元3所采集的电信号处于正半周则中央处理器10判断第三过零检测电路9的输出值为1，若第三采样单元3所采集的电信号处于负半周则中央处理器10判断第三过零检测电路9的输出值为0；所述的中央处理器10将第一过零检测电路5、第二过零检测电路7和第三过零检测电路9的输出值分别按时序同步取值从而获得由三位代码组成的编码XYZ，该编码XYZ中的三位代码分别代表同一时刻第一过零检测电路5输出值X、第二过零检测电路7输出值Y和第三过零检测电路9输出值Z，所述的中央处理器10按时序取连续的三个编码，然后分别将各个编码中的X按时序排列并与存储器11中的基波数据进行比对、各个编码中的Y按时序排列并与存储器11中的基波数据进行比对、各个编码中的Z按时序排列并与存储器11中的基波数据进行比对，若均能与基波数据吻合，则判断相序正确，否则相序错误。若连续的三个编码分别为110、101和011，则各个编码中的X按时序排列为110，Y按时序排列为101，Z按时序排列为011，则均能与基波数据吻合，判断为相序正确。若相序错误则中央处理器10发出报警信号。显然，基于排列组合的方式，还能够确定基波数据为其他组合方式，连续的三个编码中，各个编码中的X按时序排列、Y按时序排列和Z按时序排列也可以为对应于基波数据的其他组合方式。在此不做赘述。本申请中的基波数据是指对应于相序正确的三相交流电的数据。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了第一采样单元1、第二采样单元2、第三采样单元3、第一电信号处理电路4、第一预处理电路41、第一取波电路42、第一过零检测电路5、第二电信号处理电路6、第二预处理电路61、第二取波电路62、第二过零检测电路7、第三电信号处理电路8、第三预处理电路81、第三取波电路82、第三过零检测电路9、中央处理器10、存储器11、用电设备保护器12、微处理器13、开关电路14、过压欠压检测模块15、压欠压设定单元151、三相不平衡检测模块16、三相不平衡度设定单元161、过流检测模块17、过流设定单元171等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (7)

1.一种三相交流电鉴相系统，包括第一采样单元(1)、第二采样单元(2)和第三采样单元(3)，其特征在于，所述的第一采样单元(1)通过第一电信号处理电路(4)与第一过零检测电路(5)相连，所述的第二采样单元(2)通过第二电信号处理电路(6)与第二过零检测电路(7)相连，所述的第三采样单元(3)通过第三电信号处理电路(8)与第三过零检测电路(9)相连，所述的第一过零检测电路(5)、第二过零检测电路(7)和第三过零检测电路(9)均与中央处理器(10)相连，所述的中央处理器(10)与预先存储有基波数据的存储器(11)相连。

2.根据权利要求1所述的三相交流电鉴相系统，其特征在于，所述的第一电信号处理电路(4)包括依次相连的第一预处理电路(41)和第一取波电路(42)，所述的第一预处理电路(41)与第一采样单元(1)相连，所述的第一取波电路(42)与第一过零检测电路(5)相连；所述的第二电信号处理电路(6)包括依次相连的第二预处理电路(61)和第二取波电路(62)，所述的第二预处理电路(61)与第二采样单元(2)相连，所述的第二取波电路(62)与第二过零检测电路(7)相连；所述的第三电信号处理电路(8)包括依次相连的第三预处理电路(81)和第三取波电路(82)，所述的第三预处理电路(81)与第三采样单元(3)相连，所述的第三取波电路(82)与第三过零检测电路(9)相连。

3.根据权利要求1或2所述的三相交流电鉴相系统，其特征在于，所述的第一采样单元(1)为微功耗高压取电电路且该微功耗高压取电电路的输出端与第一电信号处理电路(4)相连；所述的第二采样单元(2)为微功耗高压取电电路且该微功耗高压取电电路的输出端与第二电信号处理电路(6)相连；所述的第三采样单元(3)为微功耗高压取电电路且该微功耗高压取电电路的输出端与第三电信号处理电路(8)相连。

4.根据权利要求3所述的三相交流电鉴相系统，其特征在于，所述的微功耗高压取电电路包括感应取电电路、运算放大电路和输出电路；所述的感应取电电路包括电流互感器CT、桥式整流器O1、电容C1、电容C2、二极管D1和电阻R1；所述的运算放大电路包括变压器T1、运算放大器U1、反相器U2、基准电压芯片U3、N沟道MOS管Q2、N沟道MOS管Q3、电阻R4、电阻R5、电阻R6，变压器T1的一端、电阻R4的一端连接二极管D1的阴极，变压器T1的另一端、基准电压芯片U3的一端连接运算放大器U1的负输入端，电阻R4的另一端、电阻R5的一端连接运算放大器U1的正输入端，电阻R5的另一端、电阻R6的一端连接N沟道MOS管Q2的漏极，运算放大器U1的输出端连接反相器U2的输入端，反相器U2的输出端、N沟道MOS管Q2的栅极连接N沟道MOS管Q3的栅极，N沟道MOS管Q3的漏极连接电阻R3的一端，N沟道MOS管Q3的源极、N沟道MOS管Q2的源极、电阻R6的另一端、基准电压芯片U3的另一端接地；所述的输出电路包括N沟道MOS管Q1、电阻R2、电阻R3和电容C3，所述的运算放大电路具有输入端、接地端和输出端，所述的电流互感器CT包括互感线圈及与互感线圈相连的两个交流输出端，桥式整流器O1具有两个交流输入端、一个直流输出端和接地端，电流互感器CT的两个交流输出端分别连接桥式整流器O1的两个交流输入端，电容C1的一端、二极管D1的阳极、N沟道MOS管Q1的漏极、电阻R2的一端分别连接桥式整流器O1的直流输出端，二极管D1的阴极、电容C2的一端、电阻R1的一端均连接运算放大电路的输入端，运算放大电路的输出端连接电阻R2的另一端、电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接N沟道MOS管Q1的栅极，N沟道MOS管Q1的源极连接电容C3的一端，电容C3的另一端、运算放大电路的接地端、电容C1的另一端、电容C2的另一端、电阻R1的另一端、桥式整流器O1的接地端接地。

5.根据权利要求4所述的三相交流电鉴相系统，其特征在于，所述的中央处理器(10)与当中央处理器(10)检测到相序错误时能使其处于断开状态的用电设备保护器(12)相连。

6.根据权利要求5所述的三相交流电鉴相系统，其特征在于，所述的用电设备保护器(12)包括微处理器(13)和连接于微处理器(13)上的开关电路(14)，所述的中央处理器(10)与微处理器(13)相连，所述的微处理器(13)上连接有能对三相电源进行过压欠压检测的过压欠压检测模块(15)、能对三相电源进行三相不平衡检测的三相不平衡检测模块(16)、能对三相电源进行过流检测的过流检测模块(17)，所述的过压欠压检测模块(15)、三相不平衡检测模块(16)和过流检测模块(17)均与三相电源采样单元(18)相连。

7.根据权利要求6所述的三相交流电鉴相系统，其特征在于，所述的过压欠压检测模块(15)上连接有过压欠压设定单元(151)，所述的三相不平衡检测模块(16)上连接有三相不平衡度设定单元(161)，所述的过流检测模块(17)上连接有过流设定单元(171)。