三相交流电缺相错相检测电路及压缩机

1.本实用新型涉及三相交流电保护技术领域，特别涉及一种三相交流电缺相错相检测电路及压缩机。


背景技术：

2.目前世界上电力系统所采用的供电方式，绝大多数是三相制，所谓三相制，就是由三个频率相同而相位不同的电压源作为电源供电系统，这是由于三相制在发电、输电和用电方面都有许多优点，三相电源一般是由三个同频率、等幅值和初相依次相差120
°
的正弦电压源按一定的方式连接而成，这组电压源称为对称三相电源，依次称为a相、b相和c相。
3.在实际电路中，由于种种原因会出现缺少相序或者错接相序的情况，这些情况对应称为缺相、错相，如缺少ua、ub或uc，将ua、ub和uc任意两相或三相接错，电机、压缩机等使用三相交流电的设备在缺相或错相的情况下将不能启动工作，因此针对于三相交流电，有必要进行缺相和错相的检测，以对使用三相交流电的设备进行保护，避免意外事故发生。
4.目前在现有技术中，主要通过软件以及硬件和软件结合的方式对三相交流电的缺相和错相进行判定；目前硬软件结合方案需要包括检测电路、判断电路、放大电路及保护电路，起到保护电机的作用，但此种方案需要用到放大器、比较器亦或控制芯片等，成本较高且维修不易；而单纯软件方案仅对一些变频压缩机适用，对定频压缩机等用电设备无法使用算法对其进行控制，无法通用，且单纯软件方案保护动作不如硬件及时，动态响应时间不足。


技术实现要素：

5.本实用新型的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种结构简单、成本低的三相交流电缺相错相检测电路，该电路能够对各种三相交流电用电设备，包括变频定频压缩机、无零线三相电源等进行缺相错相检测，具有动态保护响应速度快，灵敏度高的优点。
6.本实用新型的第二目的在于提供一种压缩机。
7.本实用新型的第一目的通过下述技术方案实现：一种三相交流电缺相错相检测电路，包括微控制器、光电耦合器、双稳压二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容和第三电容；
8.交流电第一相线连接第一电阻的一端，交流电第二相线连接第二电阻的一端，交流电第三相线连接第三电阻的一端，第一电阻、第二电阻和第三电阻的另一端相互连接；
9.第一电阻连接第一相线的一端连接到光电耦合器的第二输入端；
10.第二电阻连接第二相线的一端分别连接第一电解电容和第二电容的一端，第一电容的另一端连接到光电耦合器的第二输入端；
11.第三电阻连接第三相线的一端连接第三电容的一端，第二电容和第三电容的另一端均连接双稳压二极管，通过双稳压二极管连接到光电耦合器的第一输入端；
12.所述光电耦合器的第一输入端和第二输入端之间反接有二极管，所述光电耦合器的输出端连接微控制器的io端口。
13.优选的，还包括限流电阻，限流电阻设置在第一电阻与光电耦合器的第二输入端连接的线路上；限流电阻为一个电阻或多个电阻串联得到。
14.优选的，所述交流电第一相线为c相线，第二相线为b相线，第三相线为a相线；或者，所述交流电第一相线为a相线，第二相线为b相线，第三相线为c相线；或者，所述交流电第一相线为c相线，第二相线为a相线，第三相线为b相线；或者，所述交流电第一相线为b相线，第二相线为c相线，第三相线为a相线。
15.优选的，光电耦合器的第一输出端通过限流电阻连接微控制器的io端口，并且通过上拉电阻连接直流电源；光电耦合器的第二输出端接地。
16.优选的，微控制器连接光电耦合器的io端口通过电容接地。
17.优选的，第一电阻、第二电阻和第三电阻为330kω～680kω。
18.优选的，第一电容、第二电容和第三电容为10nf～100nf。
19.优选的，微控制器为单片机。
20.本实用新型的第二目的通过下述技术方案实现：一种压缩机，包括第一发明目的所述的三相交流电缺相错相检测电路。
21.优选的，压缩机为三相定频压缩机或三相变频压缩机。
22.本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：
23.(1)本实用新型三相交流电缺相错相检测电路，包括微控制器、光电耦合器、双稳压二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容和第三电容；上述器件连接得到三相交流电缺相错相检测电路，交流电的三相线分别对应通过第一电阻、第二电阻和第三电阻接入到本实用新型的三相交流电缺相错相检测电路中，本实用新型的三相交流电缺相错相检测电路微控制器检测光电耦合器的输出，根据光电耦合器的输出确定交流电存在错相或错相的情况。由上述可知，本实用新型的结构非常简单，只需要一些常规的基础器件即可实现，大大降低了检测电路的成本，具有动态保护响应速度快，灵敏度高的优点。
24.(2)本实用新型三相交流电缺相错相检测电路中，用单个光电耦合器及稳压管方案，相比使用运放比较器及芯片方案，带来成本低廉优点，经济技术价值高的优点。
25.(3)本实用新型三相交流电缺相错相检测电路，能够对各种三相交流电用电设备，包括变频定频压缩机、无零线三相电源等进行缺相错相检测，具有通用性强的优点。
附图说明
26.图1是本实用新型三相交流电缺相错相检测电路的电路原理图。
27.图2是实施例1中三相交流电正常情况下的仿真波形图。
28.图3a至3c分别对应是实施例1中三相交流电缺a相、b相、c相情况下的仿真波形图。
29.图4a至4c分别对应是实施例1中三相交流电ab错相、bc错相、ca错相情况下的仿真波形图。
30.图5a至5c分别对应是实施例1中三相交流电缺ab相、bc相、ca相情况下的仿真波形图。
31.图6是实施例1中三相交流电未缺相错相但是相位不正常时的仿真波形图。
32.图7是本实用新型三相交流电缺相错相检测电路中微控制器判定缺相和错相的流程图。
具体实施方式
33.下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
34.实施例1
35.本实施例公开了一种三相交流电缺相错相检测电路，用于检测三相交流电的错相或逆相情况。如图1中所示，本实施例检测电路包括微控制器、光电耦合器、双稳压二极管、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3。
36.在本实施例中，交流电第一相线连接第一电阻r1的一端，交流电第二相线连接第二电阻r2的一端，交流电第三相线连接第三电阻r3的一端，第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3的另一端相互连接。在本实施例中，交流电第一相线为c相线，第二相线为b相线，第三相线为a相线；或者，交流电第一相线为a相线，第二相线为b相线，第三相线为c相线；或者，交流电第一相线为c相线，第二相线为a相线，第三相线为b相线；或者，交流电第一相线为b相线，第二相线为c相线，第三相线为a相线。如图1中所示的为：交流电第一相线为c相线，第二相线为b相线，第三相线为a相线。
37.在本实施例中，第一电阻r1连接第一相线的一端连接到光电耦合器的第二输入端；第二电阻连接第二相线的一端分别连接第一电解电容和第二电容的一端，第一电容的另一端连接到光电耦合器的第二输入端；第三电阻连接第三相线的一端连接第三电容的一端，第二电容和第三电容的另一端均连接双稳压二极管，通过双稳压二极管连接到光电耦合器的第一输入端。
38.在本实施例中，光电耦合器的第一输入端和第二输入端之间反接有二极管d6，光电耦合器的输出端连接微控制器的io端口。具体的，二极管d6的阳极连接光电耦合器的第二输入端，二极管d6的阴极连接光电耦合器的第一输入端。
39.在本实施例中，光电耦合器的第一输入端指的是连接光电耦合器内部发光二极管阳极的一端，光电耦合器的第二输入端指的是连接光电耦合器内部发光二极管阴极的一端。光电耦合器的第一输出端可以指的是光电耦合器内部三极管c极所连接的一端，光电耦合器的第二输出端可以指的是光电耦合器内部三极管e极所连接的一端，具体指代根据光电耦合器所使用的具体类型进行限定。
40.本实施例中，光电耦合器的第一输出端通过限流电阻r7连接微控制器的io端口，并且通过上拉电阻r6连接直流电源；光电耦合器的第二输出端接地。基于本实施例上述光电耦合器的连接结构，光电耦合器在工作状态下，微控制器的io端口将接收到低电平信号，光电耦合器在非工作状态下，微控制器的io端口将接收到的是高电平信号。在本实施例中，微控制器连接限流电阻的io端口通过电容c4接地，电容c4作为微控制器过零端口检测旁路电容，能够起到很好的抗干扰作用。
41.在本实施例中，上述第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3为移相电容，起到三相电源相位移相的作用，以便微控制器进行检测电源是否缺相或错相。第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3为使其三相电源稳定而提高检测电路抗干扰能力设置的电阻。二极管d6设
置在旁路光电耦合器qtc1输入的发光测，起到整流作用。另外，在本实施例中，还包括限流电阻，限流电阻设置在第一电阻r1与光电耦合器的第二输入端连接的线路上；限流电阻为一个电阻或多个电阻串联得到，如图1中所示，r4和r5构成了限流电阻，其是用于检测线路中过流而设置的保护限流电阻。
42.本实施例中，第一电阻、第二电阻和第三电阻可以为330kω～680kω，第一电容、第二电容和第三电容可以为10nf～100nf。微控制器可以使用单片机。
43.在本实施例中，基于本实施例如图1所述的三相交流电缺相错相检测电路，实现三相交流电缺相和错相的检测原理如下：
44.在三相交流电正常情况下，其中二极管d6的电流波形i(d6)、光电耦合器输出的电压波形voutput以及三相交流电缺相错相检测电路中x、y、z点的电压ux、uy和uz的波形如图2所示。在三相交流电正常情况下，ux＜uy，此时二极管d6不导通，uk
‑
uy(即k点和y点之间的差值电压)无法达到双向稳压管tvs1的击穿值，因此光电耦合器无法导通，输出为高电平。
45.在三相交流电缺a相、b相和c相的情况下，其中光电耦合器输出的电压波形、二极管d6的电流波形以及三相交流电缺相错相检测电路中x、y、z点的电压ux、uy和uz的波形分别如图3a至3c所示，由图3a至3c所示，二极管d6在相应ux＞uy时导通，此时ux电压经二极管d6整流后在ux＞uy且uk
‑
uy的绝对值在大于双向稳压管tvs1击穿值时光电耦合器即导通，在双向稳压管tvs1击穿值后，当ux＜uy时，光电耦合器输出为低电平。
46.在三相交流电ab错相、bc错相、ca错相的情况下，uk
‑
uy电压波形、二极管d6上的电流波形、光电耦合器输出的电压波形、三相交流电缺相错相检测电路中x、y、z点的电压ux、uy和uz的波形分别对应如图4a至4c所示，由图4a至4c所示，二极管d6在相应ux＞uy时导通，此时ux电压经二极管d6整流后在ux＞uy且uk
‑
uy的绝对值在大于双向稳压管tvs1击穿值时光电耦合器即导通，在双向稳压管tvs1击穿值后，当ux＜uy时，光电耦合器输出为低电平。
47.在三相交流电缺ab错相、bc缺相、ca缺相的情况下，uk
‑
uy电压波形、二极管d6上的电流波形、光电耦合器输出的电压波形、三相交流电缺相错相检测电路中x、y、z点的电压ux、uy和uz的波形分别如图5a至5c所示，如图5a至5c所示，二极管d6在相应ux＞uy时导通，此时ux电压经二极管d6整流后在ux＞uy且uk
‑
uy的绝对值在大于双向稳压管tvs1击穿值时光电耦合器即导通，在双向稳压管tvs1击穿值后，当ux＜uy时，光电耦合器输出为低电平。
48.在三相交流电源未出现缺相和错相但是出现各相位不正常的情况下，例如电源a、b、c三相幅值、频率均为311v、50hz；当电源输入a、b、c角度分别为90
°
、
‑
120
°
及120
°
，此时三相线之间的电压vab、vbc、vca以及光电耦合器的输出电压波形如图6中所示，在这种情况下，双向稳压管tvs1也会被击穿值，因此光电耦合器也存在输出低电平的情况。
49.本实施例中，微控制器根据光电耦合器输出的电压波形可以确定出是缺相还是错相，具体判定的方式可以如图7所示：当微控制器io断开在第一个10ms接收到低电平信号时，判定三相交流电出现缺相的情况，当微控制器io断开在第一个10ms～15ms接收到低电平信号时，判定三相交流电出现错相的情况；当微控制器io断开在第一个15ms～20ms接收到低电平信号时，判定三相交流电出现缺相的情况；当微控制器io断开在第一个20ms～25ms接收到低电平信号时，判定三相交流电出现错相的情况；当然基于电压波形和电流波形的周期性，上述时间也可以按照实际情况进行推移，并且具体时间也不一定如上述所述。基于本实施例的三相交流电缺相错相检测电路，在缺相、错相以及三相交流电源相位不正
常的情况，光电耦合器均会输出对应不同类型的波形，微控制器基于光电耦合器输出的波形以及缺相缺相、少相、相位不正常的情况下光电耦合器输出的波形特征，即可判定出是三相交流电是缺相、少相还是相位不正常。
50.实施例2
51.本实施例公开了一种压缩机，包括实施例1所述的三相交流电缺相错相检测电路。该压缩机可以是三相变频压缩机，也可以是三相定频压缩机。
52.上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。