專利名稱：應用于三相四線輸入設備的缺相檢測方法和缺相檢測電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及三相四線輸入用電設備的缺相檢測方法及缺相檢測電路。
在三相四線制的輸入交流電源中，地線電流是一種漏電流，受到嚴格控制，因此可以認為地線電流為零。因此三相輸入交流的缺相只能是以下兩種，一種我們稱之為開路缺相，就是用電設備的某相輸入線與電源斷開連接；另一種情況稱之為短路缺相，是指用電設備的某相輸入端與中線連接在一起。開路缺相如

圖1，可以有兩種情況，一種是輸入線的懸浮，如圖1(a)中A相懸浮，與實際的相線斷開，這樣實際輸入到用電設備的是兩相輸入電壓。開路缺相的另一種情況是某斷開的輸入相線與另外一相電源連接在一起，如圖1中(b)，用電設備輸入A相與實際相線斷開，但與B相搭接，這樣，用電設備的輸入也是兩相電壓輸入。這兩種情況均是設備輸入相線與實際供電相線開路，設備只得到兩相電壓輸入。短路缺相也可以分成兩種情況，如圖1(c)和(d)。短路缺相是用電設備的輸入相線與實際供電電源相線斷開，并與中線連接。此時可以是一相如A相與中線短接，也可以是兩相與地線短接，如AB相與地線短接。
圖2所示，為現(xiàn)有的一種缺相檢測電路結(jié)構(gòu)框圖，該電路首先分別對各相檢測電壓進行整流后與基準電壓進行比較，然后再對各相檢測的比較結(jié)果進行與門邏輯運算，實現(xiàn)缺相信號的檢測。該電路存在的主要缺點一是電路較復雜，二是不能很好地檢測非正弦波輸入電壓的缺相情況。
實現(xiàn)上述目的的技術方案一種應用于三相四線輸入設備的缺相檢測方法，包括如下步驟1)三相四線輸入電源進行整流，得到整流實時波形2)對整流實時波形進行分壓，得到分壓信號；3)設置一個合適的基準電壓；4)將整流實時波形的分壓信號與基準電壓進行比較；
5)當分壓信號的紋波與基準電壓相交則表明缺相，反之，則無缺相。
步驟4)還可以是將整流實時波形的分壓信號經(jīng)隔直處理后與基準電壓進行比較。
所述基準電壓的取值方法包括如下步驟1)設定本電路在三相平衡時正常工作所對應的三相輸入電壓為Va＜Vin＜Vb；2)當三相平衡輸入電壓為Va時，三相整流實時波形的分壓信號其紋波的最低點電壓為V1；3)當短路缺相輸入電壓為Vb時，三相整流實時波形的分壓信號其紋波的最低點電壓為V2；4)基準電壓Vref的取值范圍是V2＜Vref＜V1。
一種應用于三相四線輸入設備的缺相檢測電路，包括整流電路、分壓電路、比較電路和基準電壓電路，整流電路輸出的實時波形經(jīng)分壓電路分壓后接比較電路與基準電壓電路產(chǎn)生的基準電壓進行比較放大，比較電路輸出缺相脈沖信號，用于控制用電設備。
在所述分壓電路與比較電路之間設有隔直電路，該隔直電路接收上述分壓電路輸出的實時波形分壓信號，將其中的直流分量刪除，輸出不含直流分量的交流波形。
所述隔直電路是隔直電容。
采用上述技術方案，結(jié)合下面將要敘述的實施例，本發(fā)明突出的技術進步在于1、當三相輸入電源缺相時，三相整流橋的輸出紋波由較小變得很大。利用整流輸出紋波的變化差異信息，在相當大的輸入電壓范圍內(nèi)正確地檢測出輸入三相電源是否缺相。2、在各種非正弦波輸入情況下，也能正確檢測出輸入電源是否缺相。3、將本發(fā)明配合輸入電源過欠壓電路，一起檢測用電設備的輸入電源情況，通過適當?shù)目刂齐娐?，可以起到很好的保護作用。綜上所述，本發(fā)明簡單、實用、可靠，可以廣泛應用于三相四線輸入用電設備的檢測電路。
圖1(c)、(d)分別是用電設備的兩種可能情況的短路缺相情形。
圖2是現(xiàn)有的一種應用于三相四線輸入設備的缺相檢測電路的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3(a)是本發(fā)明一種應用于三相四線輸入設備的缺相檢測電路的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3(b)是圖3(a)缺相檢測電路的一種實現(xiàn)方式。
圖4(a)、(b)分別是圖3所示缺相檢測電路在三相輸入時的檢測電壓信號Vinsp3和三相缺相后的檢測電壓信號Vinsp3的檢測波形。
圖5(a)、(b)分別是圖3所示缺相檢測電路在Vin＝250Vac開路缺相時和平衡時檢測波形。
圖6是圖3所示缺相檢測電路在Vin＝200Vac、短路缺相時的檢測波形。
圖7(a)和(b)分別是圖3所示缺相檢測電路在三角波輸入時，Vin＝220V開路缺相時檢測波形和Vin＝220V平衡時檢測波形。
圖8是一種改進的帶隔直電容的應用于三相四線輸入設備的缺相檢測電路的結(jié)構(gòu)框圖。
圖9是圖8的一種實現(xiàn)電路圖。
圖4至圖7中三個波形分別為CH1Vinsp2，CH2其中一相的輸入電壓波形，CH3缺相檢測電路輸出波形。其實際比例為CH1∶2V/div；CH2∶10交流1000V/div；CH3∶10V/div。
圖3所示，是一種應用于三相四線輸入設備的缺相檢測方法的實現(xiàn)電路，由三相輸入整流電路、分壓電路、信號跟隨器和信號比較放大器組成。三相輸入整流電路由整流橋D1至D6組成，分壓電路由R1、R2、C1組成，三相電壓檢測信號經(jīng)三相整流橋D1至D6整流后，通過R1、R2、C1分壓輸出一個電壓采樣信號Vinsp1，此信號經(jīng)過R3、C2濾波后，由U1進行信號的射極跟隨輸出Vinsp2。將Vinsp2經(jīng)過R4、R5、C2的新濾波后，送到比較放大器U2與比較基準電壓Vref進行比較。U2的輸出就是需要的缺相信號，送用電設備的控制電路進行相應的控制或保護。
缺相檢測電路的工作過程當三相輸入時，三相整流電壓輸出為紋波電壓不大的直流電壓，相應得到如圖4(a)所示的檢測信號Vinsp1。此電壓有一定量的直流偏置電壓，并設定基準電壓Vref低于經(jīng)過R4、R5分壓的輸入采樣電壓Vinsp3，因此U2的比較放大器輸出為低電平。
一旦缺相發(fā)生，而且不管是哪種缺相情況，三相整流橋的輸出紋波均變會得很大。圖4(b)是開路缺相時的Vinsp3信號波形。由于，紋波很大時，Vinsp3波形有許多時間電壓會比三相輸入的直流偏置電壓低。為此，利用此紋波電壓波形與設定的基準進行比較，就可以得到輸出脈沖電平信號，此信號就可作為缺相的檢測信號。
為了驗證方案的可行性，我們對圖3電路選擇適當?shù)钠骷?shù)，進行了測試，其結(jié)果如下如圖5(a)、(b)所示，缺相檢測電路在Vin＝250Vac開路缺相時，缺相信號由低電平信號變?yōu)槟茌敵雒}沖信號，而三相平衡時，缺相信號輸出一直為低電平。因此，若有缺相情況發(fā)生，則出現(xiàn)輸出脈沖信號。
如圖6所示，是圖3所示缺相檢測電路在Vin＝200Vac、短路缺相時的檢測波形。從圖6可見，當出現(xiàn)短路缺相時，缺相信號由平衡時的低電平信號變?yōu)槟茌敵雒}沖信號。
本發(fā)明同樣適用于各種各樣的非正弦輸入的三相電壓缺相時，也能很好的檢測到缺相信號(缺相信號輸出端由平衡時的低電平信號變?yōu)槟茌敵雒}沖信號)。以三相電壓為三角波為例圖7(a)和(b)分別展示了圖3所示缺相檢測電路在三角波輸入時，Vin＝220V開路缺相時檢測波形和Vin＝220V平衡時檢測波形。由圖可見，無論是開路缺相還是短路缺相，都會使缺相檢測電路的缺相信號輸出會由平衡時的低電平信號變?yōu)槟茌敵雒}沖信號。
圖8、9所示是一種改進的應用于三相四線輸入設備的缺相檢測電路的框圖及實現(xiàn)電路圖，圖9與圖3(b)電路的區(qū)別在于將采樣的輸入整流實時信號通過電容C13進行隔值處理后，送比較器進行比較得到缺相信號，通過在分壓電路與比較電路之間設置隔直電路，可進一步地將分壓電路輸出的實時波形分壓信號中的直流分量刪除，輸出不含直流分量的交流波形，保證缺相檢測的可靠性。其它結(jié)構(gòu)同圖4所示原電路(從略)。
綜上所述，本發(fā)明缺相檢測電路十分簡單，應用可靠，損耗功率小，可以廣泛應用于三相四線制的輸入的用電設備中，在相當大的輸入電壓范圍內(nèi)正確地檢測出輸入三相電源是否缺相。本電路并在各種非正弦波輸入情況下，也能正確檢測出輸入電源是否缺相。缺相檢測電路配合輸入電源過欠壓電路，一起檢測用電設備的輸入電源情況，通過適當?shù)目刂齐娐?，可以很好的起到保護作用。
權利要求
1.一種應用于三相四線輸入設備的缺相檢測方法，其特征在于包括如下步驟1)對三相四線輸入電源進行整流，得到整流實時波形；2)對整流實時波形進行分壓，得到分壓信號；3)設置一個合適的基準電壓；4)將整流實時波形的分壓信號與基準電壓進行比較；5)當分壓信號的紋波與基準電壓相交則表明缺相，反之，則無缺相。
2.根據(jù)權利要求1所述一種應用于三相四線輸入設備的缺相檢測方法，其特征在于步驟4)是將整流實時波形的分壓信號經(jīng)隔直處理后再與基準電壓進行比較。
3.根據(jù)權利要求1或者2所述一種應用于三相四線輸入設備的缺相檢測方法，其特征在于基準電壓的設置方法包括如下步驟1)設定本電路在三相平衡時正常工作所對應的三相輸入電壓為Va＜Vin＜Vb；2)當三相平衡輸入電壓為Va時，三相整流實時波形的分壓信號其紋波的最低點電壓為V1；3)當短路缺相輸入電壓為Vb時，三相整流實時波形的分壓信號其紋波的最低點電壓為V2；4)基準電壓Vref的取值范圍是V2＜Vref＜V1。
4.一種應用于三相四線輸入設備的缺相檢測電路，其特征在于包括整流電路、分壓電路、比較電路和基準電壓電路，整流電路輸出的實時波形經(jīng)分壓電路分壓后接比較電路與基準電壓電路產(chǎn)生的基準電壓進行比較放大，比較電路輸出缺相脈沖信號，用于控制用電設備。
5.根據(jù)權利要求4所述一種應用于三相四線輸入設備的缺相檢測電路，其特征在于在所述分壓電路與比較電路之間設有隔直電路，該隔直電路接收上述分壓電路輸出的實時波形分壓信號，將其中的直流分量刪除，輸出不含直流分量的交流波形給比較電路。
6.根據(jù)權利要求5所述一種應用于三相四線輸入設備的缺相檢測電路，其特征在于所述隔直電路是隔直電容。
全文摘要
一種應用于三相四線輸入設備的缺相檢測方法及檢測電路，檢測方法包括如下步驟1)相四線輸入電源進行橋式整流，得到整流實時波形；2)對整流實時波形進行分壓，得到分壓信號；3)設置一個合適的基準電壓；4)將整流實時波形的分壓信號與基準電壓進行比較；5)當分壓信號的紋波與基準電壓相交則表明缺相，反之，則無缺相。實現(xiàn)上述方法的檢測電路包括整流電路、分壓電路、比較電路和基準電壓電路，整流濾波電路的輸出電壓經(jīng)分壓電路分壓后接比較電路與設定的比較電壓進行比較放大，比較放大器輸出缺相脈沖信號，用于控制用電設備。本發(fā)明簡單、實用、可靠，在相當大的輸入電壓范圍內(nèi)正確地檢測出輸入三相電源是否缺相。
文檔編號G01R29/16GK1455263SQ0311364
公開日2003年11月12日 申請日期2003年1月17日 優(yōu)先權日2003年1月17日
發(fā)明者張華建, 韋敏剛, 周代文 申請人:艾默生網(wǎng)絡能源有限公司