缺相错相检测电路及其系统和方法与流程

1.本发明涉及交流电压相序检测技术领域，特别涉及一种缺相错相检测电路及其系统和方法。


背景技术：

2.目前，电机等电气设备都需要使用三相交流电，但是三相交流电的接线存在相序和相数要求，一旦错相或者缺相，就会导致设备工况异常甚至设备损坏。现有技术通过采用缺相错相检测电路来检测相序或者相数是否正确，从而以避免上述问题，但现有缺相错相检测电路由于需要采用专用的集成电路器件，而导致成本较高。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提供一种缺相错相检测电路，旨在解决缺相错相检测电路成本较高的问题。
4.为实现上述目的，本发明提出的缺相错相检测电路，用于三相相位检测系统，所述三相相位检测系统包括主控单元，所述缺相错相检测电路包括：
5.信号处理电路；
6.阻容输入电路，所述阻容输入电路用于接入三相交流电压，并用于根据接入的三相交流电压，输出检测信号；以及，
7.隔离输出电路，所述隔离输出电路用于接入所述阻容输入电路输出的检测信号，并用于将接收到的所述检测信号经隔离处理后输出至所述信号处理电路，以经所述信号处理电路信号处理后输出至所述主控单元，以使所述主控单元根据接收到的检测信号，确定所述三相交流电压是否缺相或者错相。
8.可选地，所述阻容输入电路具有第一输出端和第二输出端；
9.所述阻容输入电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容，所述第一电阻的第一端、所述第一电容的第一端、所述第三电阻的第一端与所述阻容输入电路的三个输入端一一对应连接，所述第一电阻的第二端分别与所述阻容输入电路的第一输出端和所述第一电容的第二端连接，所述第一电容的第二端还经所述第二电阻与所述第三电阻的第二端连接，所述第三电阻的第二端与所述阻容输入电路的第二输出端连接。
10.可选地，所述阻容输入电路还包括：
11.二极管，所述二极管的阳极与所述第一电阻的第二端连接，所述二极管的阴极与所述阻容输入电路的第一输出端连接。
12.可选地，所述隔离输出电路包括：
13.光耦和第四电阻，所述光耦原边的两端与所述阻容输入电路的第一输出端和第二输出端一一对应连接，所述光耦的副边的第一端接入供电电压，所述光耦副边的第二端经所述第四电阻接地，所述光耦与所述第四电阻的公共端为所述隔离电路的输出端。
14.可选地，所述信号处理电路包括：
15.第二电容，所述第二电容与所述第四电阻并联连接。
16.本发明还提出一种三相相位检测系统，所述三相相位检测系统包括：
17.主控单元；以及，
18.如上述的缺相错相检测电路，所述缺相错相检测电路与所述主控单元连接；
19.所述主控单元用于根据所述缺相错相检测电路输出的检测信号，确定所述缺相错相检测电路接入的三相交流电压是否缺相或者错相。
20.本发明还提出一种缺相错相检测方法，基于如上述的三相相位检测系统，所述缺相错相检测方法包括：
21.获取所述缺相错相检测电路输出的检测信号；
22.根据所述缺相错相检测电路输出的检测信号和预设电压区间，确定所述缺相错相检测电路接入的三相交流电压是否缺相或者错相。
23.可选地，所述预设电压区间包括第一预设电压区间；
24.根据所述缺相错相检测电路输出的检测信号和预设电压区间，确定所述缺相错相检测电路接入的三相交流电压是否缺相或者错相的步骤，包括：
25.确定所述缺相错相检测电路输出的检测信号是否与所述第一预设电压区间相匹配；
26.若所述缺相错相检测电路输出的检测信号和所述第一预设电压区间相匹配，则确定所述缺相错相检测电路接入的三相交流电压未缺相和未错相；
27.若所述缺相错相检测电路输出的检测信号和所述第一预设电压区间不相匹配，则确定所述缺相错相检测电路接入的三相交流电压缺相或者错相。
28.可选地，所述预设电压区间还包括第二预设电压区间，所述第二预设电压区间的最大电压值小于所述第一预设电压区间的最小电压值；
29.在确定缺相错相检测电路接入的三相交流电压缺相或者错相时，所述缺相错相检测方法还包括：
30.确定所述缺相错相检测电路输出的检测信号是否与所述第二预设电压区间相匹配；
31.若所述缺相错相检测电路输出的检测信号和所述第二预设电压区间相匹配，则确定所述缺相错相检测电路接入的三相交流电压缺相；
32.若所述缺相错相检测电路输出的检测信号和所述第二预设电压区间不相匹配，则确定所述缺相错相检测电路接入的三相交流电压未缺相。
33.可选地，所述预设电压区间还包括第三预设电压区间，所述第三预设电压区间的最大电压值小于所述第一预设电压区间的最小电压值，所述第三预设电压区间的最小电压值大于所述第二预设电压区间的最大电压值；
34.在确定缺相错相检测电路接入的三相交流电压未缺相时，所述缺相错相检测方法还包括：
35.确定所述缺相错相检测电路输出的检测信号是否与所述第三预设电压区间相匹配；
36.若所述缺相错相检测电路输出的检测信号和所述第三预设电压区间相匹配，则确定所述缺相错相检测电路接入的三相交流电压错相；
37.若所述缺相错相检测电路输出的检测信号和所述第三预设电压区间不相匹配，则确定所述缺相错相检测电路接入的三相交流电压未错相。
38.本发明技术方案通过采用信号处理电路、阻容输入电路和隔离输出电路，以及通过使阻容输入电路根据接入的三相交流电压，输出检测信号至隔离输出电路，并使隔离输出电路可将接收到的检测信号经隔离处理后输出至信号处理电路，以经信号处理电路信号处理后输出至主控单元，以使主控单元根据接收到的检测信号，确定三相交流电压是否缺相或者错相。本发明缺相错相检测电路可通过采用隔离器件和分立器件来构建实现，将相较于采用的集成电路器件而言，电路成本较低，从而解决缺相错相检测电路成本较高的问题。此外，由于隔离输出电路的输入端和输出端存在电气隔离，因而还可避免高压的三相交流电压对后端主控单元造成损坏，有利于提高检测安全性。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
40.图1为本发明缺相错相检测电路一实施例的模块结构示意图；
41.图2为本发明缺相错相检测电路一实施例的电路结构示意图；
42.图3为图2所示实施例相序正确时的电流流经路径示意图；
43.图4为图2所示实施例错相时的电流流经路径示意图；
44.图5为图3所示实施例中三相交流电压的相序示意图；
45.图6为图4所示实施例中三相交流电压的相序示意图；
46.图7为本发明缺相错相检测方法一实施例的步骤流程示意图；
47.图8为本发明缺相错相检测方法另一实施例的步骤流程示意图。
48.附图标号说明：
[0049][0050]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0051]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其
他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0052]
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0053]
本发明提出一种缺相错相检测电路，可应用于具有主控单元的相相位检测系统40。
[0054]
参照图1，在一实施例中，所述缺相错相检测电路包括：
[0055]
阻容输入电路20，所述阻容输入电路20的三个输入端用于接入三相交流电压所述阻容输入电路20用于根据接入的三相交流电压，输出检测信号；以及，
[0056]
隔离输出电路30，所述隔离输出电路30的受控端与所述隔离驱动电路的输出端连接，所述隔离输出电路30用于根据接收到的所述检测信号，输出检测信号至所述主控单元40，以使所述主控单元40根据检测信号，确定所述三相交流电压是否缺相或者错相。
[0057]
阻容输入电路20可采用电阻、电容和二极管等分立器件来构建实现；隔离输出电路30可采用隔离器件和分立器件来构建实现；信号处理电路10可采用分立器件来构建实现；其中，隔离器件可为变压器或者光耦u1等，在此不做限定。
[0058]
阻容输入电路20的三相输入端可与电机设备的三相输入端一一对应连接，以接入电机设备接入的三相交流电压。阻容输入电路20可利用分立器件使得接入的三相交流电压形成回路，以及可对回路中的电流进行分流，并可将分流的电流作为检测信号输出至隔离输出电路30。隔离输出电路30可利用隔离器件将接收到的隔离驱动信号进行电气隔离后输出至信号处理电路10。信号处理电路10可连接于隔离输出电路30的输出端和主控单元40之间，以将隔离输出电路30输出的不稳定的检测信号处理为稳定的信号后，再输出至后端主控单元40。
[0059]
如此，可通过预先使本发明缺相错相检测电路接入处于预设相位参数的三相交流电压，预设相位参数可包括正常相序和相数、相数正确而相序错乱(错相)、相数缺少(缺相)，但由于预设相位参数下的三相电压存在电压波动，因而可使主控单元40获取缺相错相检测电路在不同预设相位参数下输出的检测信号的电压值波动范围，以形成相应的预设电压区间，并可使主控单元40将预设相位参数与对应的电压区间进行关联存储。
[0060]
在电机设备的正常使用中，本发明缺相错相检测电路可根据电机设备实际接入的三相交流电压，输出实际的检测信号至主控单元40，以供主控单元40可根据实际的检测信号和预先存储的多个电压区间，确定电机设备接入的三相交流电压的相位参数是否正常，以及可在确定相位参数不正常时，进一步确定电机设备接入的三相交流电压所存在的相位参数异常为缺相还是错相，以使操作人员可根据主控单元40的确定结果，及时排除三相交流电压的缺相或者错相情况。由于本发明缺相错相检测电路采用隔离器件和分立器件即可构建实现，将相较于采用的集成电路器件而言，电路成本较低，从而解决缺相错相检测电路成本较高的问题。此外，由于隔离输出电路30的输入端和输出端存在电气隔离，因而还可避免高压的三相交流电压对后端主控单元40造成损坏，有利于提高检测安全性。
[0061]
参照图2，在一实施例中，所述阻容输入电路20具有第一输出端和第二输出端；
[0062]
所述阻容输入电路20包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第一电容c1，所述第一电阻r1的第一端、所述第一电容c1的第一端、所述第三电阻r3的第一端与所述阻容输入电路20的三个输入端一一对应连接，所述第一电阻r1的第二端分别与所述阻容输入电路20的第一输出端和所述第一电容c1的第二端连接，所述第一电容c1的第二端还经所述第二电阻r2与所述第三电阻r3的第二端连接，所述第三电阻r3的第二端与所述阻容输入电路20的第二输出端连接。
[0063]
可选地，所述阻容输入电路20还包括：
[0064]
二极管d1，所述二极管d1的阳极与所述第一电阻r1的第二端连接，所述二极管d1的阴极与所述阻容输入电路20的第一输出端连接。
[0065]
本实施例中，第一电阻r1的第一端、第一电容c1的第一端、第三电阻r3的第一端配置为依次接入三相交流电压的相序应为顺序，例如：依次为a相、b相、c相；或者，还可为c相、a相、b相；或者，还可为b相、c相、a相，而除此之外的相序即为错相。第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3可形成第一电容c1的充电回路，以根据接入的三相交流电压，产生相应的电流来为第一电容c1充电，且第一电容c1在充电时，可使得第一电阻r1第二端的电压和第三电阻r3第二端的电压形成电压差，以使二极管d1可从充电回路中分流一路电流来做为检测信号。
[0066]
可以理解是，充电回路中的电流与阻容输入电路20接入的三相交流电压的相位参数相对应。如此，当三相交流电压的相位参数处于不同情况下时，充电回路中的电流不同，二极管d1分流的电流也不同，因而可将二极管d1所分流的电流作为表征当前相位参数情况的检测信号。
[0067]
可选地，所述隔离输出电路30包括：
[0068]
光耦u1和第四电阻r4，所述光耦u1原边的两端分别与所述阻容输入电路20连接，所述光耦u1的副边的第一端，所述光耦u1副边的第二端经所述第四电阻r4接地，所述光耦u1与所述第四电阻r4的公共端为所述隔离电路的输出端。
[0069]
光耦u1可在原边接入到电流信号的检测信号时导通，并可在导通时使副边在供电电压的作用下，产生与检测信号对应的副边电流，副边电流可在第四电阻r4的作用下由电流信号转换为电压信号的形式后输出。可以理解的是，副边电流与原边电流(即检测信号)的比值即为光耦u1的电流传输比。
[0070]
可选地，所述信号处理电路10包括：
[0071]
第二电容c2，所述第二电容c2与所述第四电阻r4并联连接。
[0072]
第二电容c2可对光耦u1的副边电流进行分流，以及可利用分流的副边电流充电，并可将自身充电后稳定的端电压作为的检测信号输出至主控单元40，从而以实现对检测信号的信号处理。
[0073]
在此将接入的三相交流电压错相来详细解释本发明缺相错相检测电路的工作原理。当三相交流电压相序正确时，a相电压ua、b相电压ub、c相电压uc的表达式可如下所示：
[0074]
ua＝a
max
cos(ωt)；
[0075]
ub＝a
max
cos(ωt+2π/3)；
[0076]
uc＝a
max
cos(ωt+4π/3)；
[0077]
其中，a
max
代表相电压的最大值，ω代表各相交流电压的角频率。
[0078]
如图3所示，当三相交流电压的相序正确，例如为：a、c、b。当a相电压ua高于c相电压uc，且a相电压ua和c相电压uc的差值大于d1压降和u1原边管压降的和值时，光耦u1导通，电容c2进行充电。
[0079]
此时，二极管d1的流经电流为：i
d1
＝i
a1
+i
b1-i
bs1
；
[0080]
光耦u1的副边电流为：i
c1
＝i
d1
*ctr1；其中ctr1为此时光耦u1的电流传输比；
[0081]
第二电容c2的充电电流为：i
21
＝i
c1-i
11
；
[0082]
输出电压，即检测信号为：v
o1
＝i
11
*r4；
[0083]
如图4所示，如三相交流电压的相序错误，例如为：a、c、b。当a相电压高于b相电压，且a相电压ua和b相电压ub的差值大于d1压降和u1原边管压降的和值时，光耦u1导通，电容c2进行充电。
[0084]
此时，二极管d1的流经电流为：i
d2
＝i
a2
+i
b2-i
bs2
；
[0085]
光耦u1的副边电流为：i
c2
＝i
d2
*ctr2；其中ctr2为此时光耦u1的电流传输比；
[0086]
第二电容c2c2充电电流则为：i
22
＝i
c2-i
12
[0087]
输出电压v
o2
，即检测信号为：v
o2
＝i
12
*r4。
[0088]
由三相电定义可知，a、b、c三相的相位应依次超前或者滞后120
°
。当相序正确时，如图5所示，在ua》uc这段时间内，b相电压一直不断增大，即表明当电路稳态时，b相电流对外流出。当相序错误时，如图6所示，在ua》ub的时间内，c相电压不断减小，即表明当电路稳态时，c相电流对内流入。由上述二极管d1流经电流的两种情况i
d1
和i
d2
可知，i
d1
》i
d2
，即相序正确时电容c2的充电电流大于相序错误时电容c2的充电电流，如此即可通过设置第四电阻r4的电阻值和第二电容c2的电容值c2，以在缺相错相检测电路进入稳态时，使得v
o1
的最小值大于v
o2
的最大值，从以使主控单元40可根据接收到的检测信号实现相序正确或者错误的判断。可以理解的是，当三相交流电压缺相时，检测信号的电压值v
o3
也不同于v
o1
和v
o2
，具体为v
o3
的最小值大于v
o2
的最大值，因而主控单元40还可根据接收到的检测信号实现缺相或者未缺相的判断，具体在此不做赘述。
[0089]
如此，本发明缺相错相检测方法仅需采用单光耦u1和阻容器件即可实现错相和缺相检测，电路结构简单，不需要专用器件，成本较低，且通过光耦u1可实现高压侧和低压侧完全隔离，安全系数较高。
[0090]
本发明还提出一种三相相位检测系统，该三相相位检测系统包括主控单元40和缺相错相检测电路，该缺相错相检测电路的具体结构参照上述实施例，由于本三相相位检测系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0091]
其中，所述缺相错相检测电路与所述主控单元40连接，所述主控单元40用于根据所述缺相错相检测电路输出的检测信号，确定所述缺相错相检测电路接入的三相交流电压是否缺相或者错相，且在实际情况中，单相缺相几率较大，而采用本发明提出的缺相错相检测电路，即可实现单相缺相的检测。
[0092]
本发明还提出一种缺相错相检测方法，该缺相错相检测方法基于上述三相相位检测系统，该缺相错相检测系统的具体结构参照上述实施例，由于本三相相位检测方法采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有
益效果，在此不再一一赘述。
[0093]
参照图7，在一实施例中，所述缺相错相检测方法包括：
[0094]
步骤s100、获取所述缺相错相检测电路输出的检测信号；
[0095]
步骤s200、根据所述缺相错相检测电路输出的检测信号和预设电压区间，确定所述缺相错相检测电路接入的三相交流电压是否缺相或者错相。
[0096]
本发明缺相错相检测方法的执行主体可为三相相位检测系统的主控单元40，主控单元40中可预存储有与三相交流电压处于正常相序和相数、处于缺相以及处于错相时对应的预设电压区间。主控单元40可对接收到的检测信号进行模数转换处理，以将模拟信号的检测信号转换为数字信号后，对其进行分析出来获取检测信号的电压值，以及可通过将检测信号的电压值与预设电压区间进行匹配，并可根据确定结果，进一步确定三相相位检测系统接入的三相交流电压是否存在缺相或者错相。
[0097]
参照图8，本实施例中，预设电压区间可包括：第一预设电压区间、第二预设电压区间和第三预设电压区间中的至少一者；第一预设电压区间的最小电压值可大于第三预设电压区间的最大电压值，第三预设电压区间的最小电压值可大于第二预设电压区间的最大电压值。第一预设电压区间对应为三相交流电压的相数和相序正常，第二预设电压区间对应为三相交流电压存在缺相，第三预设电压区间对应为三相交流电压存在错相。
[0098]
可选地，根据所述缺相错相检测电路输出的检测信号和预设电压区间，确定所述缺相错相检测电路接入的三相交流电压是否缺相或者错相的步骤s200，包括：
[0099]
步骤s210、确定所述缺相错相检测电路输出的检测信号是否与所述第一预设电压区间相匹配；
[0100]
若所述缺相错相检测电路输出的检测信号和所述第一预设电压区间相匹配，则确定缺相错相检测电路接入的三相交流电压未缺相和未错相；
[0101]
若所述缺相错相检测电路输出的检测信号和所述第一预设电压区间不相匹配，则确定缺相错相检测电路接入的三相交流电压缺相或者错相。
[0102]
可选地，在确定缺相错相检测电路接入的三相交流电压缺相或者错相时，所述缺相错相检测方法还包括：
[0103]
步骤s220、确定所述缺相错相检测电路输出的检测信号是否与所述第二预设电压区间相匹配；
[0104]
若所述缺相错相检测电路输出的检测信号和所述第二预设电压区间相匹配，则确定缺相错相检测电路接入的三相交流电压缺相。
[0105]
若所述缺相错相检测电路输出的检测信号和所述第二预设电压区间不相匹配，则确定缺相错相检测电路接入的三相交流电压未缺相；
[0106]
可选地，在确定缺相错相检测电路接入的三相交流电压未错相，所述缺相错相检测方法还包括：
[0107]
步骤s230、确定所述缺相错相检测电路输出的检测信号是否与所述第三预设电压区间相匹配；
[0108]
若所述缺相错相检测电路输出的检测信号和所述第三预设电压区间相匹配，则确定缺相错相检测电路接入的三相交流电压错相。
[0109]
若所述缺相错相检测电路输出的检测信号和所述第三预设电压区间不相匹配，则
确定缺相错相检测电路接入的三相交流电压未错相。
[0110]
本发明缺相错相检测方法通过先确定三相交流电压的相序和相数是否正切，以在确定存在错相和缺相的前提下，进一步判断是否错相和缺相，有利于提高错相和缺相的检测精准性；以及在确定存在错相和缺相的前提下，优先判断缺相，以避免优先判断错相而导致的误判断以及判断步骤冗余，有利于提高检测效率。此外，本发明缺相错相检测方法在确定三相交流电压未缺相时，根据第三预设电压区间的匹配情况来确定是否错相，相较于直接将未缺相的匹配结果直接确定为错相而言，可有效避免检测信号的电压值不处于第三预设电压区间时带来的误判，有利于提高错相检测精度。
[0111]
具体的，上述缺相为单相缺相。
[0112]
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。