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1、低压大功率用电设备缺相检测电路的深入探讨Depth study on Low-voltage high-power electrical equipment break phase detection circuit王艳凤WANG Yan-feng（中山市技师学院电气应用系， 广东中山 528403）Zhongshan Senior Technical Institute Electrical Application Department, Zhongshan GuangdongPostcode:528403摘要：本文详细介绍了低压大功率用电设备缺相检测电路的设计、原理分析及验证，证明其可行性
2、。该电路已经在实际中大量应用，达到了预期的效果。Abstract:This paper introduces the Low-voltage high-power electrical equipment break phase detection circuits design, the theoretical analysis and verification, and proves its feasibility. This circuit has been widely used in practice, and has achieved英文翻译有欠妥之处，红色字符为修改部分 the
3、expected effect.关键词：低压大功率、缺相、检测keywords: Low-voltage high-power break phase detection1 前言低压大功率用电设备绝大多数是三相三线供电，如电机、变频器、高频感应加热设备、高频电镀电源等。正常稳定的三相供电电源是用电设备正常运行的基本保障。但三相供电电源有时也会出现如缺相等情况，由于缺相，将会由两相线路来承担原来的三相负荷，这两相线路会流过较大的电流。如果出现缺相而不能及时断开用电设备，有可能导致火灾、设备损坏或生产出不合格的产品，甚至可能导致供电变压器过热烧毁。据相关资料统计每年因缺相而烧毁的电动机约占损毁电机
4、总量的70%。因此检测低压大功率用电设备缺相，并据此采取相应措施，尽量避免事故的发生很有必要。2缺相检测电路的实现 该设计电路针对三相低压电源，检测线路的缺相故障。当发生线路缺相时，该电路能够通过电压的变化，向控制回路发出缺相信号。具体实现电路如下： 图一 缺相检测原理图2.1检测电路原理分析D1-D6为三相整流电路，把被检测的三相交流信号转变成直流信号；由于整流二极管处于整个分压电路的中间位置，其承受的反压大幅降低，可靠性得到了极大地提高。 电阻R1-R6为分压电路的一部分，和桥式整流后的电路组成分压电路。同时当二极管D1-D6击穿短路时，起到限流和短路保护的作用，从而不会影响到被检测的三相
5、电源。电阻R8、光耦U1初级、稳压二极管Z1串联有两个作用：与R7并联形成分压电路的后半部分；作为被检测的三相电压信号的采样电路。当三相电压正常时，该电路有电流通过，光耦导通，光耦U1的输出侧将会有相应的电流流过。稳压二极管Z1的作用是提高光耦U1导通的电压，当某一相电压缺相或降低至某一电压值时，光耦U1关断。通过光偶的通断来检测三相电源是否缺相，确保检测电路的可靠性。WR1、C2则是将光耦U1的输出电流信号转化为电压信号并对电压信号滤波。滤波后的电压信号即为缺相检测电路的输出信号。此电路的光耦U1有两个作用：电气信号的隔离和信号的传输。本设计采用的是PS2501L-1，该器件隔离电压达到5k
6、V，电流传输比（CTR）即IC/IF:200%-400%，非常适合本电路。虚线框内线路为比较器电路，当线路没有缺相时，P4点电压为VCC(+12V),信号输出为高电平；当线路缺相时，通过适当选取WR1和C2的值，使P4点电压小于6.0V,信号输出为低电平；以下分析将不考虑这部分。综上所述，此电路缺相检测的原理如下：当线路三相电压正常时，P4点电压为VCC(+12V),比较器输出信号为高电平；当三相电源缺任何一相，比较器信号输出为低电平；通过执行电路切断用电设备或报警。2.2输入缺相的理论分析为便于计算和理解，给出了该电路的等效电路如图二。为计算方便，该等效电路做了如下简化：1) 省略掉整流二极
7、管的正向压降；2) 将输入电阻等效成一个电阻；3) 将光耦等效成电流控制电流源；4) 省略后级波形比较整形辅助电路；图二 缺相检测电路的等效电路 根据电工学知识，当电网正常情况正常供电，当电网三相电源正常时，经过桥式整流后，Vin上的电压如图三所示，一个工频周期内将有6个波头，脉动电压在467V-539V之间2。波形如图三。图三 电网正常，Vin等效电压波形根据基尔霍夫第二定律1,1（回路电压定律）电路的数学关系如下： Vin=I1Rin+I2R7红色公式中去掉了乘号 VP1-P3=I2R7=I3R8+VICIS+VD1根据基尔霍夫第一定律1,2（节点电流定律）：I1=I2+I3假定光偶的电流
8、传输比（CTR）=2： I4=2I3其中：光耦初级电压VICIS=1V;稳压管反向击穿电压VD1=3.6V；只有当P1和P3之间电压VP1-P3大于4.6V时，I3电流值才会大于零,光耦才能导通。当输入电压为三相交流380V时，Vin按最小值467V，根据上式计算可得： I1=3.845mA; I2=2.815mA; I3=1.030mA; I4=2I3=2.060mA; VP1-P3=5.630V4.6V,满足光耦导通条件。当VP1-P3等于4.6V时，I3=0，计算得 Vin=280V,此时对应输入交流电压为227V。表明当输入交流电压其中一相低于227V时,输出光耦将瞬时关断。而当光耦输
9、入电流为零时，光耦输出电流也为零，P4点的平均电压将降低。通过P4点的平均电压的变化，并辅以后级比较器输出电平的变化，就可判断缺相检测点是否缺相。3缺相检测电路的验证所用仪器：UNI-T UT2025B 记忆示波器一台；高压隔离探头一只；三相接触式调压器 一台。低压电源一台。3.1三相电源电压正常时3.1.1检测P1和P3间的电压 和P4点 波形输入三相380V VCC=12V WR1=10k C2=0.1F Ch1：VP1-P3 接高压探头，衰减20倍Ch2：VP4 接低压探头，无衰减图四 电源正常时波形一结论一：当供电电源正常时，P1和P3之间的电压为6个脉动波形的直流电压，电压值最低点约
10、为4.8V。与计算值基本一致；P4点电压为+12V。 3.1.2光耦输入侧电流波形的检测输入三相380V VCC=12V WR1=10k C2=0.1F Ch1：VR8 接高压探头，测试光耦输入侧电流I3图五 电源正常波形二结论二：借助电阻R8上的电压，折算出光耦输入侧电流I3波形。电阻R8=1k,Ch1实际计量单位为（50.0mV20）/1k=1mA/格,由图中可清楚看出，光耦输入侧电流I3最小值约为1.5mA，处于合理值。此时光耦处于导通状态。3.2三相电源缺任何一相时 3.2.1检测P1和P3间的电压 和P4点 波形输入两相380V VCC=12V WR1=10k C2=0.1F Ch1
11、：VP1-P3 接高压探头，高压探头衰减20:1Ch2：VP4 接低压探头，衰减1:1图六 电源缺相波形一结论三：当缺相时，VP1-P3变成100Hz脉动直流，波动变大，最低点接近零。如前所述当I3电流为零时，光耦开始关断。P4点的电压迅速下降。由于P4点滤波常数较小，P4输出变成近似方波。与虚线框内比较器电路配合，信号输出为一系列方波；此时可用于要求快速检测缺相的设备使用。3.2.2加大滤波常数，检测P1和P3间的电压 和P4点 波形输入两相380V VCC=12V WR1=3k C2=47F Ch1：VP1-P3 接高压探头，高压探头衰减20:1Ch2：VP4 接低压探头，衰减1:1图七
12、电源缺相波形二321%$#(K:JFD()本文来自移动通信网,版权所有结论四：当滤波常数加大时，光耦输出点P4的波形变成近似直流，数值约为4V。与虚线框内比较器电路配合，信号输出为低电平，可用于要求常规检测缺相的设备使用。综合四个结论可以充分验证：1) 当监测点电压正常时，光耦导通，P4点为高电压，信号输出为高电平；2) 当监测点电压不正常（缺相）时，光耦间歇导通，P4点平均电压下降，信号输出为一系列方波或低电平；3) 合理选取WR1和C2很重要。通过图六和图七可以清楚看出，不同的选值，P4点的波形差别是很大的。在实际应用中，应在缺相的情况下，将P4点的电压调节到一个合理的值。4) 此电路能够
13、可靠的检测三相电源缺相。同时后级只需加入简单的比较电路，就可构成完整的缺相前级检测电路。此信号可用于关断用电设备和报警用。4结束语本文所讨论的低压大功率用电设备缺相检测电路，主要针对供电线路缺相保护，适用于三相三线和三相四线制供电，具有电路简单、实用性强的特点，强电弱电进行了隔离，具有很高的安全性。已经批量应用到高频电源上。如加以扩展，可以设计成线路的过压、欠压、缺相的综合检测电路，具有很强的通用性，几乎可以应用到所有设备。而由电动机绕组内部断线而造成的缺相，需要和电流检测线路配合使用。 参考文献：1李瀚荪 . 电路分析基础. M. 北京： 高等教育出版社,1983 .2黄俊. 半导体变流技术 M. 北京： 机械工业出版社, 1980. 作者简介:王艳凤,女,1966年生,广东中山人,大学本科,工程师。研究领域：电气工程、电力电子应用技术。已发表论文3篇 作者详细联系方式： 工作单位：广东省中山市技师学院 详细地址：广东省中山市东区兴文路72号 邮编：528403 联系电话：13590759568、13928170930 电子邮箱：
