一種數(shù)字式三相電源保護(hù)器
仲揚(yáng)，李少華，施火泉
(江南大學(xué)，江蘇無(wú)錫214122)
摘要：設(shè)計(jì)了一種數(shù)字式三相電源多功能保護(hù)器，該保護(hù)器采用單片機(jī)實(shí)測(cè)三相電壓瞬時(shí)值，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)相、斷相或三相不平衡、過(guò)壓、欠壓保護(hù)， 滿足保護(hù)動(dòng)作對(duì)準(zhǔn)確性、快速性的要求。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，使用方便。
關(guān)鍵詞：三相電源；保護(hù)器；單片機(jī)
中圖分類號(hào)：TM307+．3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2008)09—0011—O2
O引 言
由于供電狀態(tài)和電壓質(zhì)量的多變性，使得用電設(shè)備往往不能一直在額定工作環(huán)境中工作[1]，常出現(xiàn)錯(cuò)相、斷相或不平衡、過(guò)壓、欠壓等故障，給工廠生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成了極大的損失。因此，超前、準(zhǔn)確、及時(shí)地判斷電源狀態(tài)，并采取相應(yīng)保護(hù)措施顯得極為重要，目前市場(chǎng)上低成本的電源保護(hù)器功能都比較單一，本文設(shè)計(jì)的三相電源保護(hù)器通過(guò)單片機(jī)采樣三相電壓，通過(guò)濾波，數(shù)據(jù)計(jì)算迅速作出判斷，能夠很好地解決上述各類問(wèn)題。
1電路設(shè)計(jì)及工作原理
要對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，必須快速、準(zhǔn)確完成對(duì)這些保護(hù)所需輸人量的采集，以及根據(jù)各保護(hù)的特點(diǎn)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而達(dá)到有效保護(hù)的目的，否則保護(hù)的誤動(dòng)作或不及時(shí)也將影響到生產(chǎn)。圖1為電壓瞬時(shí)值采樣電路，其主要設(shè)計(jì)思路是通過(guò)三個(gè)220 V和一個(gè)3 Ω的電阻把每一相工頻電壓的有效值降為1 v，同時(shí)考慮到單片機(jī)采樣不到負(fù)
值瞬時(shí)電壓，于是把各相電路的零點(diǎn)電壓抬高2 V，從而確保單片機(jī)采樣到的電壓信號(hào)在0～4 V之間，圖中零線N相對(duì)參考點(diǎn)的電壓為2 V。單片機(jī)對(duì)采樣的三相電壓瞬時(shí)值，進(jìn)行均方根運(yùn)算，即得三相電壓有效值，再按照設(shè)定的算法作出斷相或三相不平衡、過(guò)壓、欠壓等故障判斷，并輸出跳閘動(dòng)作信號(hào)。三相不平衡、過(guò)壓、欠壓的保護(hù)動(dòng)作點(diǎn)可現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定并保存。
圖1電壓呆樣電路
有些設(shè)備嚴(yán)格要求輸入三相電壓是正相序，三相交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與電壓相序有關(guān)，錯(cuò)相引起反轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，因此對(duì)錯(cuò)相保護(hù)的快速性有特殊要求。為了實(shí)現(xiàn)檢測(cè)保護(hù)的快速性，采用三相電壓瞬時(shí)值比較并產(chǎn)生中斷的方法。
如圖2所示，當(dāng)A相電壓從小于B相電壓增大 圖2錯(cuò)相檢測(cè)原理到大于B相電壓的時(shí)刻，如果三相電壓是正相序，此時(shí)c相電壓為正峰值電壓(如圖中交點(diǎn)1所在位置)，如果三相電壓逆相序，A相和B相互換位置，此時(shí)c相電壓為負(fù)峰值(如圖中交點(diǎn)2所在位置)，因此當(dāng)A相電壓從小于B相電壓到大于B相電壓的時(shí)刻只要檢測(cè)C相電壓值就可以判斷三相電壓是否錯(cuò)相，檢測(cè)到錯(cuò)相時(shí)，采用速斷保護(hù)方法斷開(kāi)繼電器。
如圖3所示，采用一個(gè)比較器檢測(cè)A相和B相電壓，得到一個(gè)周期為工頻電源周期T的方波電壓Fint，并引入單片機(jī)中斷輸圖3相序檢測(cè)中斷信號(hào)人端。當(dāng)單片機(jī)上電開(kāi)始工作，起動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換，先采樣三相電壓瞬時(shí)值，如果ua>ub則設(shè)置單片機(jī)中斷輸入端為下降沿觸發(fā)，否則設(shè)置為上升沿觸發(fā)，在Fint上升沿，uc>ua=ub在Fint下升沿，uc>ua=ub，如圖4中的跳變沿，它們分別是由圖2中對(duì)應(yīng)交點(diǎn)2、1經(jīng)過(guò)比較器所產(chǎn)生的波形。所以在單片機(jī)兩個(gè)邊沿中斷中，都可根據(jù)三相電壓瞬時(shí)值判斷是否錯(cuò)相，錯(cuò)相保護(hù)的判斷時(shí)間為半個(gè)工頻周期T。
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