一種數字式三相電源保護器

     仲揚，李少華，施火泉

     (江南大學，江蘇無錫214122)

     摘要：設計了一種數字式三相電源多功能保護器，該保護器采用單片機實測三相電壓瞬時值，實現錯相、斷相或三相不平衡、過壓、欠壓保護，  滿足保護動作對準確性、快速性的要求。電路結構簡單，性能可靠，使用方便。

     關鍵詞：三相電源；保護器；單片機

     中圖分類號：TM307+．3    文獻標識碼：A    文章編號：1004—7018(2008)09—0011—O2

                            

O引  言

由于供電狀態和電壓質量的多變性，使得用電設備往往不能一直在額定工作環境中工作[1]，常出現錯相、斷相或不平衡、過壓、欠壓等故障，給工廠生產和國民經濟造成了極大的損失。因此，超前、準確、及時地判斷電源狀態，并采取相應保護措施顯得極為重要，目前市場上低成本的電源保護器功能都比較單一，本文設計的三相電源保護器通過單片機采樣三相電壓，通過濾波，數據計算迅速作出判斷，能夠很好地解決上述各類問題。

1電路設計及工作原理

要對用電設備進行保護，必須快速、準確完成對這些保護所需輸人量的采集，以及根據各保護的特點對采集的數據進行處理，從而達到有效保護的目的，否則保護的誤動作或不及時也將影響到生產。圖1為電壓瞬時值采樣電路，其主要設計思路是通過三個220 V和一個3 Ω的電阻把每一相工頻電壓的有效值降為1 v，同時考慮到單片機采樣不到負

值瞬時電壓，于是把各相電路的零點電壓抬高2 V，從而確保單片機采樣到的電壓信號在0～4 V之間，圖中零線N相對參考點的電壓為2 V。單片機對采樣的三相電壓瞬時值，進行均方根運算，即得三相電壓有效值，再按照設定的算法作出斷相或三相不平衡、過壓、欠壓等故障判斷，并輸出跳閘動作信號。三相不平衡、過壓、欠壓的保護動作點可現場設定并保存。

     

                    圖1電壓呆樣電路

 

有些設備嚴格要求輸入三相電壓是正相序，三相交流電機的旋轉方向與電壓相序有關，錯相引起反轉會產生嚴重的后果，因此對錯相保護的快速性有特殊要求。為了實現檢測保護的快速性，采用三相電壓瞬時值比較并產生中斷的方法。

   

如圖2所示，當A相電壓從小于B相電壓增大  圖2錯相檢測原理到大于B相電壓的時刻，如果三相電壓是正相序，此時c相電壓為正峰值電壓(如圖中交點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c相電壓為負峰值(如圖中交點2所在位置)，因此當A相電壓從小于B相電壓到大于B相電壓的時刻只要檢測C相電壓值就可以判斷三相電壓是否錯相，檢測到錯相時，采用速斷保護方法斷開繼電器。

    

如圖3所示，采用一個比較器檢測A相和B相電壓，得到一個周期為工頻電源周期T的方波電壓F_int，并引入單片機中斷輸圖3相序檢測中斷信號人端。當單片機上電開始工作，起動A／D轉換，先采樣三相電壓瞬時值，如果u_a>u_b則設置單片機中斷輸入端為下降沿觸發，否則設置為上升沿觸發，在F_int上升沿，u_c>u_a=u_b在Fint下升沿，u_c>u_a=u_b，如圖4中的跳變沿，它們分別是由圖2中對應交點2、1經過比較器所產生的波形。所以在單片機兩個邊沿中斷中，都可根據三相電壓瞬時值判斷是否錯相，錯相保護的判斷時間為半個工頻周期T。   

    

 圖4方波電壓F