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Fint,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ua>ub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。
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