专利名称：三相正弦交流电源异常情况检测电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测三相正弦交流电源异常情况的电路，属于低压电子电路技术领域。
目前，对于三相正弦交流电源异常情况的检测基本上都是通过空气开关、互感器、霍尔传感器、继电器等使用铁氧体磁芯为主要材料的元器件进行的。正因为采用了磁芯，由于磁性材料都具有的磁滞非线性的这一特性决定了其工作的非线性，这样对起控值的准确调节带来了很大的不便，其反应速度都不高；并且其体积与重量也相对较大，采用了这类元器件的产品的体积都做成了设备级和较大模块的形式。这样，对电路难于嵌入，对系统也存在较大的空间要求；另外，其生产成本以及成品的市场价格也较高。
为实现上述目的，本实用新型采用以下设计方案一种三相正弦交流电源异常情况检测电路，它主要包括三相电压限流降压单元电路、峰值滤波单元电路、峰值电压比较单元电路和隔离转换单元电路；彼此之间的连接关系是三相电压限流降压单元电路的输入端分别与被测三相正弦交流电源的A、B、C的相电压输出端相连，其输出端接于一点形成三相公共点，之后经峰值滤波单元电路与峰值电压比较单元电路的一个输入端相连，峰值电压比较单元电路的另一输入端与参考电位相连，峰值电压比较单元电路的输出端经隔离转换单元电路隔离转换后输出检测结果；
三相电压限流降压单元电路主要是将三相正弦交流电的A、B、C的相电压分别限流降压后叠加，得出叠加后的三相公共点的电压；然后，经过峰值滤波单元电路的处理，峰值滤波单元电路主要是抑制并削弱来自被检测的三相正弦交流电源的电压纹波以及本电路前级部分产生的干扰脉冲；峰值滤波单元电路将三相公共点的电压进行滤波处理后输入给峰值电压比较单元电路。峰值电压比较单元电路将这个电压与已经经过设定的电压值进行比较，由此判断三相正弦交流电源的三相电压是否出现了缺相或者悬浮电源搭地等异常，以及不平衡的程度是否已经达到了预设的值；最后，峰值电压比较单元电路输出的判断结果经过隔离转换单元电路隔离后同相输出。
所述三相电压限流降压单元电路主要包括降压电路和功率(或电压)放大电路；降压电路的输入端分别与A、B、C三相的相电压相连，其输出端分别与功率(或电压)放大电路的输入端相连，功率(或电压)放大电路的输出端相连共接于一点，作为三相电公共点电压值。
所述峰值电压比较单元电路主要包括比较电压设定电路和电压比较电路；比较电压设定电路的输出端与电压比较电路的一个输入端相连，比较电路的另一个输入端与三相电压限流降压单元电路的输出端即三相电公共点电压相连。
所述隔离转换电路包括一光电耦合器，光电耦合器的输入端与峰值比较电路的输出端相连，其输出端与其它控制电路相连。
本实用新型的设计原理是正常情况时，三相正弦交流电三相公共点的电压恒为零，而当三相正弦交流电源出现异常情况时，如缺相、三相电源不平衡等，三相公共点的电位便会偏离零点，相对于电源零线或地线产生一正弦交流电压。本实用新型正是依据这一电气原理以及利用这一特性而设计的一种三相正弦交流电源异常情况检测电路。
本实用新型的优点是电路结构简单、生产调试方便、成本低廉、反应灵敏、起控点可方便调节以及方便嵌入等。
三相电压限流降压单元电路1主要是将三相正弦交流电的A、B、C三相的相电压分别限流降压后叠加，得出叠加后的三相公共点O的电压。峰值滤波单元电路2主要是抑制并削弱来自被检测的三相正弦交流电源的电压纹波以及本电路前级部分产生的干扰脉冲。峰值电压比较单元电路3主要是将滤波处理后的三相公共点的电压值与设定的起控保护电压值相比较，判断三相正弦交流电的三相是否存在异常情况，如缺相、不平衡情况，以及不平衡的程度等；最后，将峰值电压比较单元电路3输出的判断结果经过隔离转换后输出。
上述的三相电压限流降压单元电路1主要包括降压电路和功率(或电压)放大电路。降压电路可以由电阻、光隔离器件等组成，其作用是将A、B、C三相的电压降低。功率(或电压)放大电路可以由集成运算放大器、或线性放大器、或三极管、或MOSFET以及由这些器件组合的具有增强带载能力的功率(或电压)放大单元电路组成，其作用是增强三相电公共点带载能力，以及将三相电公共点的电压值转换调节为电路所需的合适的电压值，即在被测相电压低于本电路的供电电压的一半左右时，可以将功率放大电路改为电压放大电路进行电压放大。
上述峰值滤波单元电路2可以由具有滤波功能的器件构成，如滤波电容、具有延迟削峰功能的器件等，也可以由本身不具备滤波功能的器件组合成具有滤波功能的滤波电路，如由RC组合而成的滤波电路，或组合电路的总结构具备RC组合滤波特性的滤波电路，或由LC组合而成的滤波电路，或组合电路的总结构具备LC组合滤波特性的滤波电路，或由RL组合而成的滤波电路，或组合电路的总结构具备RL组合滤波特性的滤波电路。
上述峰值电压比较单元电路3主要包括比较电压设定电路和电压比较电路；比较电压设定电路的输出端与电压比较电路的一个输入端相连，电压比较电路的另一个输入端与三相电压限流降压单元电路的输出端即三相电公共点电压相连。比较电压设定电路主要由可调电阻构成，其作用是输出可连续调节的直流比较电压。比较电压设定电路还可以为能输出分级变化调节的直流比较电压的分压电路；或者为由单片机或集成电路输出的由PWM转换而成的具有能可变输出比较电压的电路。比较电路包括由比较器集成的电路、或主要由三极管、MOSFET等分立器件组成的具有比较器特性的单元电路。
上述隔离转换单元电路4包括起隔离及电平转换作用的光电耦合器，或线性光耦，或带隔离的电子开关，或高灵敏度和高响应度的继电器、接触器等。
图2为本实用新型电路原理图。如图所示，三相电压限流降压单元电路1主要由限流降压电阻R1、R2、R3、运算放大器U1、U2、U3构成。限流降压电阻R1、R2、R3的一端分别与被测三相电源的A、B、C三相输入电压相连，另一端分别与运算放大器U1、U2、U3的+输入端相连；运算放大器U1、U2、U3的-输入端与输出端相连，并且U1、U2、U3的输出端相连共接于一点，作为三相交流电公共点的电压值。在实际测量时，通过对限流降压电阻R1、R2、R3阻值与功率的选型，可以使本电路能够检测0.1V至550KV线电压的三相正弦交流电源。为了提高经R1、R2、R3限流降压后的电压的带载能力，减小可能因负载能力不够而引起的波形失真，本实用新型在R1、R2、R3限流降压电阻之后设计了运算放大器U1，U2，U3。
三相电压限流降压单元电路1的输出端即运算放大器U1、U2、U3的输出端经峰值滤波单元电路2(滤波电容C1)与峰值电压比较单元电路3的输入端相连。
滤波电容C1对三相交流电公共点的电压进行滤波处理，抑制并削弱来自被检测的三相正弦交流电源的电压纹波以及本电路前级部分产生的干扰脉冲。
峰值电压比较单元电路3主要由比较器U4和比较电压设定电路构成，比较器U4的“+”输入端与由R4、RP1组成的比较电压设定电路相连，通过改变RP1的阻值可以调整被测三相正弦交流电源异常程度的起控点。比较器U4的“-”输入端与三相电源公共点的电压值相连。比较器电路U4将三相公共点的电压值与比较电压设定电路设定的起控电压进行电压幅值比较，比较的结果通过隔离转换单元电路输出。
隔离转换单元电路4包括一光电耦合器，它主要起隔离的作用，它将峰值电压比较单元电路输出的比较和判断的结果同相输出给后面的待嵌入的控制电路。
图3为本实用新型用于检测非悬浮三相四线制正弦交流电源异常情况的具体电路图。由于检测的是非悬浮三相四线制正弦交流电源，其零线N已经接地。为了使本电路的电位不悬浮，所以，本电路的GND端接输入电源的零线，之后本电路的GND将不再接地，以防止重复接地而引起的环路共模干扰。其它电路结构与图2相同。当电源出现缺相以及三相不平衡时，本电路的三相公共点处O会产生如前面所述的一定幅值的正弦交流电压。其幅值与三相电的不平衡程度成正比，即不平衡现象越严重则三相公共点的对GND的电压幅值越高。三相电源的缺相现象实际上也就是三相电压不平衡的最严重的表现，即本电路能做到三相电压不平衡现象的检测时，同时也就具有了检测缺相的功能。本电路便由此判断三相输入电压的不平衡程度是否已达到了已设定的起控值，并根据这一状态由本电路的隔离转换单元电路输出比较结果。所以，在检测这类三相电源时，本电路具有电源缺相、三相不平衡等异常检测功能。
图4为本实用新型用于检测非悬浮三相三线制正弦交流电源异常情况的具体电路图。非悬浮的三相三线正弦交流电源与非悬浮三相四线正弦交流电源基本相同，其不同之处只是少了一根零线。而此根隐含的零线实际上也是已经经过接大地的，即三相电源的相电压也就是对大地的电压。当本电路用于检测此类电源时，须将本电路的“GND”接大地。经过接地后不仅使本电路有了一参考电位，同时，也与被测的非悬浮的三相三线制正弦交流电源共地。其它电路结构与图2相同。此时本电路的工作方式如图3所示的实施例，所以，本电路也具有电源缺相、三相不平衡等异常检测功能。
本实用新型用于检测悬浮的三相三线制正弦交流电源时与图4的连接方法相同，即仍将本电路的GND端接地。此时的接地只能使本电路的电位有一参考点，对被测电源的接地性没有影响，悬浮的三相电源对地之间仍没有关系，本电路的三相公共点对本电路的GND仍没有电压。如果三相电源的任何一个相线出现了接地现象，根据三相电电所原理，本电路的三相公共点对本电路的GND点的电压将大于经限流降压后的任一线电压。本电路的峰值比较单元电路将会根据是否产生了这一电压来判断是否有电源相线接地的异常现象。所以，本电路在检测此类电源时，具有能检测电源相线是否接地的功能。
图5是本实用新型用于检测悬浮的三相四线制正弦交流电源异常情况的具体电路图。本电路在检测这类电源时的连接方法可以分两种情况1、如图5(a)所示，本电路的GND端不接电源零线(N)而接大地。在这种接法下，本电路与被测电源的连接和本电路的工作方式以及所能实现的功能与图4中的将本电路用于检测悬浮的三相三线制正弦交流电源时的工作方式与所能实现的功能完全相同，此处不再重述。
2、本电路的GND端接被测电源的零线(N)而不接大地，如图5(b)所示。在这种接法下，本电路的电位与被测电源相同，即都对大地电位不定，正因为此，所以本电路在这种环境下工作时要注意本电路中的隔离转换单元电路U5的耐压问题。当被测三相电源出现相电压不平衡现象时，根据三相交流电电气原理，本电路的三相公共点也会对被测电源的零线N产生一定的电压，因为本电路的GND已与被测电源的零线相连，所以这一电压也就相当于加在了本电路的三相公共点与本电路的GND之间。这样本电路的峰值电压比较单元电路会将这一电压与预设的保护起控电压值相比较，当达到或大于预设的起控电压值时，本电路的峰值电压比较电路中比较器U4的输出将由原来的高电平变为低电平，这样本电路中的隔离转换单元电路里的光电耦合器U5内的二极管会因有一正向电流而发光，致使该电路的输出脚由原来的高电平转为低电平输出，供接驳被嵌入的其它电路采用。这样，在将本电路用于检测此类电源时，则具有能检测三相电源不平衡以及缺相等功能。
由于本实用新型采用以上设计方案，故具有电路简单，调试方便，反应灵敏以及起控点可方便调节的特点。
以上所述是本实用新型的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换，均属于本实用新型保护范围之内。
权利要求1.一种三相正弦交流电源异常情况检测电路，其特征在于它主要包括三相电压限流降压单元电路、峰值滤波单元电路、峰值电压比较单元电路和隔离转换单元电路；彼此之间的连接关系是三相电压限流降压单元电路的输入端分别与被测正弦交流电源的A、B、C三相的相电压输出端相连，其单元电路的输出端接于一点而形成三相公共点，之后经峰值滤波单元电路与峰值电压比较单元电路的一个输入端相连，峰值电压比较单元电路的另一输入端与参考电位相连，峰值电压比较单元电路的输出端经隔离转换单元电路隔离转换后输出检测结果；三相电压限流降压单元电路主要是将三相正弦交流电的A、B、C三相的相电压分别限流降压后叠加，得出叠加后的三相公共点的电压；峰值滤波单元电路主要是抑制并削弱来自被检测的三相正弦交流电源的电压纹波以及本电路前级部分产生的干扰脉冲；峰值电压比较单元电路主要是将滤波处理后的三相公共点的电压值与设定的起控保护电压值相比较，判断三相正弦交流电的三相是否存在异常情况；隔离转换单元电路主要是将峰值电压比较单元电路输出的判断结果经过隔离转换后输出。
2.根据权利要求1所述的三相正弦交流电源异常情况检测电路，其特征在于所述三相电压限流降压单元电路主要包括降压电路和功率(或电压)放大电路；降压电路的输入端分别与A、B、C三相的相电压相连，其输出端分别与功率(或电压)放大电路的输入端相连，功率(或电压)放大电路的输出端相连共接于一点，作为三相电公共点电压值。
3.根据权利要求2所述的三相正弦交流电源异常情况检测电路，其特征在于所述降压电路可以由电阻、互感器、光隔离器件等组成，其作用是将A、B、C三相的电压降低；所述功率(或电压)放大电路可以由集成运算放大器、或线性放大器、或三极管、或MOSFET以及由这些器件组合的具有增强带载能力的功率(或电压)放大单元组成，其作用是增强三相电公共点带载能力，以及将三相电公共点的电压值转换调节为电路所需的合适的电压值，包括将幅值较低的三相电公共点电压值进行电压放大。
4.根据权利要求3所述的三相正弦交流电源异常情况检测电路，其特征在于所述三相电压限流降压电路主要由限流降压电阻R1、R2、R3、运算放大器U1、U2、U3构成；限流降压电阻R1、R2、R3的一端分别与被测三相电源的A、B、C三相输入电压相连，另一端分别与运算放大器U1、U2、U3的“+”输入端相连；运算放大器U1、U2、U3的“-”输入端与输出端相连，并且U1、U2、U3的输出端相连共接于一点，作为三相交流电公共点的电压值。
5.根据权利要求1所述的三相正弦交流电源异常情况检测电路，其特征在于所述峰值电压比较单元电路主要包括比较电压设定电路和电压比较电路；比较电压设定电路的输出端与电压比较电路的一个输入端相连，比较电路的另一个输入端与三相电压限流降压单元电路的输出端即三相电公共点电压相连。
6.根据权利要求5所述的三相正弦交流电源异常情况检测电路，其特征在于所述峰值电压比较单元电路主要由比较器和比较电压设定电路构成；比较器的“+”输入端与由可调电阻构成的参考电压设定电路相连，比较器的“-”输入端与所述三相电限流降压电路的输出端即三相电源公共点相连。
7.根据权利要求1所述的三相正弦交流电源异常情况检测电路，其特征在于所述隔离转换单元电路包括一光电耦合器，光电耦合器的输入端与峰值比较电路的输出端相连，其输出端与其它控制电路相连。
专利摘要本实用新型公开了一种能够检测具有互差120°的三相正弦交流电源异常情况的电路。它主要包括三相电压限流降压单元电路、峰值滤波单元电路、峰值电压比较单元电路和隔离转换单元电路。三相电压限流降压单元电路的输入端分别与被测三相正弦交流电源的A、B、C的相电压输出端相连，其输出端接于一点形成三相公共点，之后经峰值滤波单元电路与峰值电压比较单元电路的一个输入端相连，峰值电压比较单元电路的另一输入端与参考电位相连，峰值电压比较单元电路的输出端经隔离转换单元电路隔离转换后输出检测结果。本实用新型电路简单，调试方便，反应灵敏以及起控点可方便调节的特点。
文档编号G01R29/16GK2591633SQ0229453
公开日2003年12月10日 申请日期2002年12月26日 优先权日2002年12月26日
发明者戚永意 申请人:北京利德华福技术有限公司