专利名称：一种用于检测三相交流电相序和不对称电压的方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测电路技术领域，尤其是指一种用于检测三相交流电相序和不对称 电压的方法及电路。
背景技术：
目前，许多设备在工作运行时对三相交流电的相序有一定要求，即只允许单方向 运转，如逆向运转可能会造成损坏。而三相交流电的相序通常是未知的，即使设备已按正 常相序运行，在维修或电力线路施工时，有可能会出现相序换相的情况，从而造成设备的损 坏。因此，急需一种能够对三相交流电的相序进行检测并修正的电路，从而避免因相序错位 而带来的�：�。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供用于检测三相交流电相序和不对称 电压的方法及电路。为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为一种用于检测三相交流电相序和 不对称电压的方法，首先，电源电路将220V市电降压整流后输出5V直流电压为过零检测 电路、数据处理电路提供工作电压，过零检测电路通过采集线电压Uab和线电压Uac的相位 波形，并变换处理后将数据输入数据处理电路内，数据处理电路将接收后的数据进行分析， 并比较两个信号的过零点，若线电压Uab超前线电压UA。60°，表明相序为正相序，若线电压 Uac超前线电压Uab 60°，则为反相序，当线电压UAB*UA。之间的角度小于60°时，则三相电 压不平衡的判断，并输出相应的驱动信号给相序变换执行机构或报警装置。完成上述所述方法的电路包括有电源电路、过零检测电路、数据处理电路，其中， 电源电路分别与过零检测电路、数据处理电路相连接，过零检测电路与数据处理电路相连 接，所述的过零检测电路包括有第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六 电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻，第一变压器、第 二变压器，第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电容、第二电容，其中， 第一电阻的一端接电源A相，另一端接第一变压器初级的一端，第一变压器另一端接第二 电阻，第二电阻另一端接电源B相，第一变压器次级两端分别接第三电阻、第四电阻的一 端，第三电阻、第四电阻另一端分别接第一电压比较器的输入端，第一二极管、第二二极管 反向并联后再跨接在第一电压比较器的输入端，第一电压比较器输出端和第九电阻、第十 电阻一端相连后与数据处理电路连接，第九电阻的另一端接电源电路，第十电阻的另一端 接地，第一电容与第十电阻并联在第一电压比较器输出端，第五电阻的一端接电源A相，另 一端接第二变压器初级的一端，第二变压器另一端接第六电阻，第六电阻另一端接电源C 相，第二变压器次级两端分别接第七电阻、第八电阻一端，第七电阻、第八电阻另一端分别 接第二电压比较器的输入端，第三二极管、第四二极管反向并联后再跨接在第二电压比较 器的输入端，第二电压比较器输出端与第十一电阻、第十二电阻的一端相连后再与数据处理电路连接，第十一电阻的另一端接电源电路，第十二电阻的另一端接地，第二电容和第 十二电阻并联在第二电压比较器输出端。所述的电源电路包括有压敏电阻，第三变压器、桥式整流滤波、三端稳压器，其中， 压敏电阻两端分别与电源连接后再连接至第三变压器初级的一端，第三变压器次级两端与 桥式整流滤波的输入端相连接，桥式整流滤波的输出端与三端稳压器的输入端相连接，第 三电容、第五电容并联在三端稳压器的输入端，三端稳压器的输出端与并联后的第四电容、 第六电容连接后分别与过零检测电路、数据处理电路相连接。
所述的数据处理电路包括有芯片、第八电容、三极管、第十四电阻、第十五电阻、第 十六电阻、第十七电阻，其中，芯片的第二脚、第三脚分别与第一电压比较器、第二电压比较 器的输出端相连接，芯片的第二十脚分别与第六电容、第十四电阻一端相连接，第十四电阻 另一端与第十五电阻一端相连接，第十五电阻另一端与第十六电阻、第七电容、晶振、极性 电容一端相连接后再连接至第八电容的一端，第八电容的另一端连接在芯片的第二十脚 上，三极管的其中两脚连接在第十四电阻两端，第三脚与第十六电阻、第十七电阻一端相连 接，第十七电阻另一端与第七电容一端连接后再连接至芯片的第十六脚上，晶振其中两脚 分别与芯片的第十七脚、第十八脚相连接，极性电容另一端与芯片的第十九脚相连接。本发明在采用了上述方案后，电源电路将市电220V降压整流后输出5V直流过零 检测电路和数据处理电路提供工作电压。其中，电源电路内的压敏电阻可以防止雷击及电 网过电压侵入。220V交流电经第三变压器降压后得到10. 5V交流电压，然后经桥式整流滤 波后输出12V直流电压。12V电压经三端稳压器稳压及第三电容、第五电容滤波后输出5V 直流电压，此电压作为过零检测电路和数据处理电路的工作电压；过零检测电路是将电网 380V线电压Uab经第一电阻、第二电阻降压限流后得到IOV交流电压，经第一变压器隔离后 输出IOV交流电压，第一变压器为1 1隔离变压器，此电压送到芯片的输入端。其中第三 电阻、第四电阻起降压限流作用，第一二极管、第二二极管起限幅保护作用，将输入信号限 幅在0. 7V，防止芯片输入口过压损坏。芯片作为电压比较器使用，当信号在正弦波的正半周 时，反相输入端电压高于同相输入端电压，此时电压比较器输出低电平；当信号在正弦波的 负半周时，反相输入端电压低于同相输入端电压，此时电压比较器输出高电平，即交流电每 次过零后，电压比较器输出信号翻转一次，输出一个和正弦波过零点同步的方波信号，此方 波信号直接送入单片机进行数据处理；与此同时，线电压Uac的过零检测信号也送入数据处 理电路。数据处理电路将两个线电压信号IU、Uac的过零点时间相比较后便可作出相序是 正序、反序或三相电压不平衡的判断，并输出相应的驱动信号给相序变换执行机构或报警
直ο
图1为本发明整体结构方框原理图。图2为本发明电路原理图。图3为本发明正相序时的相位波形结构示意图。图4为本发明反相序时的相位波形结构示意图。图5为本发明三相电压不对称时的相位波形结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图1和附图5对本发明作进一步说明，本发明的较佳实施例为本实施例所述的用于检测三相交流电相序及不对称电压的方法为首先，电源电路1将220V市电 降压整流后输出5V直流电压为过零检测电路2、数据处理电路3提供工作电压，过零检测电 路2通过采集线电压Uab和线电压Uac的相位波形，并变换处理后将数据输入数据处理电路 3内，数据处理电路3将接收后的数据进行分析，并比较两个信号的过零点，若线电压Uab超 前线电压Ua。60°，表明相序为正相序，若线电压Ua。超前线电压Uab 60°，则为反相序，当线 电压Uab和Uac之间的角度小于60°时，则三相电压不平衡。完成上述所述方法的电路包括有电源电路1、过零检测电路2、数据处理电路3，其 中，电源电路1分别与过零检测电路2、数据处理电路3相连接，过零检测电路2与数据处理 电路3相连接，所述的电源电路1包括有压敏电阻ZNR，第三变压器T3、桥式整流滤波DO、三 端稳压器VR1，其中，压敏电阻ZNR两端分别与电源连接后再连接至第三变压器T3初级的一 端，第三变压器T3次级两端与桥式整流滤波DO的输入端相连接，桥式整流滤波DO的输出 端与三端稳压器VRl的输入端相连接，第三电容C3、第五电容C5并联在三端稳压器VRl的 输入端，三端稳压器VRl的输出端与并联后的第四电容C4、第六电容C6连接后分别与过零 检测电路2、数据处理电路3相连接。所述的过零检测电路2包括有第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻 R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第 十一电阻R11、第十二电阻R12，第一变压器Tl、第二变压器T2，第一二极管D1、第二二极管 D2、第三二极管D3、第四二极管D4，电压比较器U1，第一电容Cl、第二电容C2，其中，第一电 阻Rl的一端接电源A相，另一端接第一变压器Tl初级的一端，第一变压器Tl另一端接第 二电阻R2，第二电阻R2另一端接电源B相，第一变压器Tl次级两端分别接第三电阻R3、第 四电阻R4的一端，第三电阻R3、第四电阻R4另一端分别接第一电压比较器UlC的输入端， 第一二极管D1、第二二极管D2反向并联后再跨接在第一电压比较器UlC的输入端，第一电 压比较器UlC输出端和第九电阻R9、第十电阻RlO—端相连后与数据处理电路3连接，第九 电阻R9的另一端接电源电路1，第十电阻RlO的另一端接地，第一电容Cl与第十电阻RlO 并联在第一电压比较器UlC输出端，第五电阻R5的一端接电源A相，另一端接第二变压器 T2初级的一端，第二变压器T2另一端接第六电阻R6，第六电阻R6另一端接电源C相，第二 变压器T2次级两端分别接第七电阻R7、第八电阻R8 —端，第七电阻R7、第八电阻R8另一 端分别接第二电压比较器UlD的输入端，第三二极管D3、第四二极管D4反向并联后再跨接 在第二电压比较器UlD的输入端，第二电压比较器UlD输出端与第十一电阻R11、第十二电 阻R12的一端相连后再与数据处理电路3连接，第十一电阻Rll的另一端接电源电路1，第 十二电阻R12的另一端接地，第二电容C2和第十二电阻R12并联在第二电压比较器UlD输 出端。所述的数据处理电路3包括有芯片IC1、第八电容C8、三极管Q1、第十四电阻R14、 第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17，其中，芯片ICl的第二脚2、第三脚3分 别与第一电压比较器U1C、第二电压比较器UlD的输出端相连接，芯片ICl的第二十脚20分 别与第六电容C6、第十四电阻R14—端相连接，第十四电阻R14另一端与第十五电阻R15 — 端相连接，第十五电阻R15另一端与第十六电阻R16、第七电容C7、晶振XL1、极性电容El —端相连接后再连接至第八电容C8的一端，第八电容C8的另一端连接在芯片ICl的第二十 脚20上，三极管Ql的其中两脚连接在第十四电阻R14两端，第三脚与第十六电阻R16、第 十七电阻R17 —端相连接，第十七电阻R17另一端与第七电容C7 —端连接后再连接至芯 片ICl的第十六脚16上，晶振XLl其中两脚分别与芯片ICl的第十七脚17、第十八脚18 相连接，极性电容El另一端与芯片ICl的第十九脚19相连接。本发明在采用了上述方案 后，电源电路将市电220V降压整流后输出5V直流过零检测电路和数据处理电路提供工作 电压。其中，电源电路1内的压敏电阻ZNR可以防止雷击及电网过电压侵入。220V交流电 经第三变压器T3降压后得到10. 5V交流电压，然后经桥式整流滤波DO后输出12V直流电 压。12V电压经三端稳压器VRl稳压及第三电容C3、第五电容C5滤波后输出5V直流电压， 此电压作为过零检测电路2和数据处理电路3的工作电压；过零检测电路2是将电网380V 线电压Uab经第一电阻R1、第二电阻R2降压限流后得到IOV交流电压，经第一变压器Tl隔 离后输出IOV交流电压，第一变压器Tl为1 1隔离变压器，此电压送到芯片ICl的输入 端。其中第三电阻R3、第四电阻R4起降压限流作用，第一二极管D1、第二二极管D2起限幅 保护作用，将输入信号限幅在0. 7V，防止芯片ICl输入口过压损坏。芯片ICl作为电压比较 器使用，当信号在正弦波的正半周时，反相输入端电压高于同相输入端电压，此时电压比较 器输出低电平；当信号在正弦波的负半周时，反相输入端电压低于同相输入端电压，此时电 压比较器输出高电平，即交流电每次过零后，电压比较器输出信号翻转一次，输出一个和正 弦波过零点同步的方波信号，此方波信号直接送入单片机进行数据处理；与此同时，线电压 Uac的过零检测信号也送入数据处理电路。数据处理电路将两个线电压信号UAB、Uac的过零 点时间相比较后便可作出相序是正序、反序或三相电压不平衡的判断，并输出相应的驱动 信号给相序变换执行机构或报警装置。
以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围， 故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
权利要求
一种用于检测三相交流电相序和不对称电压的方法，其特征在于首先，电源电路(1)将220V市电降压整流后输出5V直流电压为过零检测电路(2)、数据处理电路(3)提供工作电压，过零检测电路(2)通过采集线电压UAB和线电压UAC的相位波形，并变换处理后将数据输入数据处理电路(3)内，数据处理电路(3)将接收后的数据进行分析，并比较两个信号的过零点，若线电压UAB超前线电压UAC 60°，表明相序为正相序，若线电压UAC超前线电压UAB 60°，则为反相序，当线电压UAB和UAC之间的角度小于60°时，则三相电压不平衡的判断，并输出相应的驱动信号给相序变换执行机构或报警装置。
2.一种用于检测三相交流电相序和不对称电压的电路，其特征在于它包括有电源 电路(1)、过零检测电路⑵、数据处理电路(3)，其中，电源电路⑴分别与过零检测电路(2)、数据处理电路(3)相连接，过零检测电路(2)与数据处理电路(3)相连接，所述的过零 检测电路(2)包括有第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电 阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第 十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)，第一变压器(T1)、第二变压器(T2)，第一二极管(D1)、 第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一电容(C1)、第二电容(C2)，其中， 第一电阻(R1)的一端接电源A相，另一端接第一变压器(T1)初级的一端，第一变压器(T1) 另一端接第二电阻(R2)，第二电阻(R2)另一端接电源B相，第一变压器(T1)次级两端分 别接第三电阻(R3)、第四电阻(R4)的一端，第三电阻(R3)、第四电阻(R4)另一端分别接第 一电压比较器(U1C)的输入端，第一二极管(D1)、第二二极管(D2)反向并联后再跨接在第 一电压比较器(U1C)的输入端，第一电压比较器(U1C)输出端和第九电阻(R9)、第十电阻 (R10) 一端相连后与数据处理电路(3)连接，第九电阻(R9)的另一端接电源电路(1)，第十 电阻(R10)的另一端接地，第一电容(C1)与第十电阻(R10)并联在第一电压比较器(U1C) 输出端，第五电阻(R5)的一端接电源A相，另一端接第二变压器(T2)初级的一端，第二变 压器(T2)另一端接第六电阻(R6)，第六电阻(R6)另一端接电源C相，第二变压器(T2)次 级两端分别接第七电阻(R7)、第八电阻(R8) —端，第七电阻(R7)、第八电阻(R8)另一端分 别接第二电压比较器(U1D)的输入端，第三二极管(D3)、第四二极管(D4)反向并联后再跨 接在第二电压比较器(U1D)的输入端，第二电压比较器(U1D)输出端与第十一电阻(R11)、 第十二电阻(R12)的一端相连后再与数据处理电路(3)连接，第十一电阻(R11)的另一端 接电源电路(1)，第十二电阻(R12)的另一端接地，第二电容(C2)和第十二电阻(R12)并联 在第二电压比较器(U1D)输出端。
3.根据权利要求2所述的一种用于检测三相交流电相序和不对称电压的电路，其特征 在于所述的电源电路(1)包括有压敏电阻(ZNR)，第三变压器(T3)、桥式整流滤波(DO)、 三端稳压器(VR1)，其中，压敏电阻(ZNR)两端分别与电源连接后再连接至第三变压器(T3) 初级的一端，第三变压器(T3)次级两端与桥式整流滤波(DO)的输入端相连接，桥式整流滤 波(DO)的输出端与三端稳压器(VR1)的输入端相连接，第三电容(C3)、第五电容(C5)并联 在三端稳压器(VR1)的输入端，三端稳压器(VR1)的输出端与并联后的第四电容(C4)、第六 电容(C6)连接后分别与过零检测电路(2)、数据处理电路(3)相连接。
4.根据权利要求2所述的一种用于检测三相交流电相序和不对称电压的电路，其特 征在于所述的数据处理电路(3)包括有芯片(IC1)、第八电容(C8)、三极管(Q1)、第十四 电阻(R14)、第十五电阻(R15)、第十六电阻(R16)、第十七电阻(R17)，其中，芯片(IC1)的第二脚(2)、第三脚(3)分别与第一电压比较器(U1C)、第二电压比较器(U1D)的输出端相 连接，芯片(IC1)的第二十脚(20)分别与第六电容(C6)、第十四电阻(R14) —端相连接， 第十四电阻(R14)另一端与第十五电阻(R15) —端相连接，第十五电阻(R15)另一端与第 十六电阻(R16)、第七电容(C7)、晶振(XL1)、极性电容(E1) —端相连接后再连接至第八电 容(C8)的一端，第八电容(C8)的另一端连接在芯片(IC1)的第二十脚(20)上，三极管(Q1) 的其中两脚连接在第十四电阻(R14)两端，第三脚与第十六电阻(R16)、第十七电阻(R17) 一端相连接，第十七电阻(R17)另一端与第七电容(C7) —端连接后再连接至芯片(IC1)的 第十六脚(16)上，晶振(XL1)其中两脚分别与芯片(IC1)的第十七脚(17)、第十八脚(18) 相连接，极性电容(E1)另一端与芯片(IC1)的第十九脚(19)相连接。
全文摘要
本发明提供一种用于检测三相交流电相序和不对称电压的方法及电路，首先，电源电路将220V市电降压整流后输出5V直流电压为过零检测电路、数据处理电路提供工作电压，过零检测电路通过采集线电压UAB和线电压UAC的相位波形，并变换处理后将数据输入数据处理电路内，数据处理电路将接收后的数据进行分析，并比较两个信号的过零点，若线电压UAB超前线电压UAC 60°，表明相序为正相序，若线电压UAC超前线电压UAB 60°，则为反相序，当线电压UAB和UAC之间的角度小于60°时，则三相电压不平衡的判断，并输出相应的驱动信号给相序变换执行机构或报警装置。采用本方案后能自动检测并调整三相交流电的相序及不对称电压。
文档编号G01R29/18GK101871982SQ20101019246
公开日2010年10月27日 申请日期2010年6月1日 优先权日2010年6月1日
发明者余梦林, 吴明剑, 罗高诚, 肖静, 黄涛 申请人:佛山市中格威电子有限公司
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