基于PC104的三相交流电源相序检测电路

 

　　三相交流电源的相序检测在工农业生产中也具有重要意义。在许多场合下，是不允许出现逆向相序的，如水泵电机，大型空调器用非往复式压缩机和风机，移动供配电装置等。偶尔出现的逆向相序，将导致事故的发生。为此，设计相序检测报警电路和相序检测自动校正电路很有必要。

　　1 相序检测和缺相保护

　　早期的相序、缺相检测电路主要依靠简单的电容、电阻等硬件电路来完成，其检测速度较慢，与数字电路的快速发展是极不相称。为此本文以三路交流信号的相位检测为例，一方面设计了基于相序指示器的三相电源相序检测电路;另一方面采用相序检测极速算法，将采样的三路交流信号通过特定的算法，推算出待测相序是否与参考相序相一致，从而给出相序判定信号。

　　1.1 基于双极型晶体管的相序检测电路

　　其工作原理是：如图1所示，因三相电源的A相和B相分别接至a和b两端时，晶体管VBG截止，所以电压继电器KV不动作;当三相电源相序接反时，即三相电源的A相接至a端，而C相接至b端，此时晶体管VBC导通，电压继电器KV吸合动作。

　　

 

　　该电路中，电压继电器可选用上海无线电八厂的JZC-221FB(HB4130)或JZC-22FB(HG4123)或4088等超小型中功率继电器，线圈吸引电压额定值为6 V(DC)，触点负载220V(AC)3 A。

　　1.2 基于相序检测极速算法的检测电路

　　不妨假定三相交流信号的数学表达式为(参考相序A、B、C，待测相序a、b、c)：

　　

 

　　由上述推导可以得出，当W(t，φ)对时间t的偏导为0时，相序检测为正序，即待测相序与参考相序一致。反之，相序为逆序时，如将a、c互换，同样利用上述方法构造W(t，φ)函数，有

　　

 

　　

 

　　从上面推导容易得出

　　

 

　　为相序一致的充要条件。对其充要条件进行离散化，以便在计算机上实现相序的检测。

　　

 

　　离散化形式为：△W(t，φ)=0，即W(tk+1，φ)=W(tk，φ)。若W(tk+1，φ)=W(tk，φ)，则两者相序一致;反之，则为逆序，需要校正。其计算机程序流程图如图2所示。

　　

 

　　在实际运行过程中，如果忽略程序的运行时间，则从一开始到给出相序判别信号，整个执行过程的时间就是采样周期的长度，一般为T/12，而实际的采样周期比T/12小得多，可以做到T/12 000，甚至更小。所以，该算法为极速检测相序奠定了坚实的理论基础，使相序检测的速度提高了近百倍。但实际运用中应兼具速度与效果两项指标。

　　为进一步增强运行的可靠性，有时还可以用

　　

 

　　

 

　　作为判别条件，但速度随着N的增大而减慢，N可根据具体情况确定。

　　2 相序检测报警电路

　　相序检测报警电路的采样信号是完全脱离信号设备的，当本报警器发生故障时，不影响电源的正常使用。电路结构如图3所示，它由电容、电阻、发光二极管组成。A、B、C分别接在三相电能表电源变压器的二次侧，三相电源经三组变压器后保持相序不变，线电压降为约20 V交流电压。

　　该电路的工作原理是：当A、B、C按正确的相序接入电源时，1、2节点之间的电压很小，不能点亮LED灯;当A、B、C与电源相序接错时，1、2节点之间的电压将增大至一定幅度，点亮LED报警。电路中发光二极管LED串联电阻RL构成逆相序指示电路，它作为逆相序检测部分的负载，在分析时可将其断开，列出图3所示的等效电路：对节点1、2之间电压变化进行理论分析。

　　

 

　　3 相序检测校正

　　根据前面分析，相序检测为逆序时，系统发出报警信号，其相序自动矫正电路如图4所示，其工作原理是：首先合上刀开关OS，则控制变压器T1的初级回路通电，它将220VAC变成110 VAC。提供电控部分各交流接触器线包工作所需电源，此时交流接触器KM吸合，其主触头KM闭合，负载启动运转。当三相电源的A、B相分别接至相序指示器的a和b两端、零线接至d端时，相序指示器中晶体管VBG截止，所以电压继电器KV不动作，其常闭触头k1和k3闭合将负载电源接通，使其正常工作;当三相电源相序接反时，即三相电源的A相接至a端。而C相接至b端，此时晶体管VBG导通，电压继电器KV吸合动作，其常闭触头k1和k3断开，常开触头k2和k4闭合，使负载的三相电源相序保持不变。

　　

 

　　4 结束语

　　通过PC104为核心的在线测试仪，本文所述电路已成功应用于某型导弹地面电源故障检测仪中。交-直-交逆变电源输入为380 V+10%，输出为200 V+10%，最大噪声电压为U2Noise=5 mV，系统的测试精度高于5%，针对部队实际，有效地缩短了导弹的测发控流程。实践表明，该电路效果良好，基本满足测量要求。