一种数字式三相电源保护器

     仲扬，李少华，施火泉

     (江南大学，江苏无锡214122)

     摘要：设计了一种数字式三相电源多功能保护器，该保护器采用单片机实测三相电压瞬时值，实现错相、断相或三相不平衡、过压、欠压保护，  满足保护动作对准确性、快速性的要求。电路结构简单，性能可靠，使用方便。

     关键词：三相电源；保护器；单片机

     中图分类号：TM307+．3    文献标识码：A    文章编号：1004—7018(2008)09—0011—O2

                            

O引  言

由于供电状态和电压质量的多变性，使得用电设备往往不能一直在额定工作环境中工作[1]，常出现错相、断相或不平衡、过压、欠压等故障，给工厂生产和国民经济造成了极大的损失。因此，超前、准确、及时地判断电源状态，并采取相应保护措施显得极为重要，目前市场上低成本的电源保护器功能都比较单一，本文设计的三相电源保护器通过单片机采样三相电压，通过滤波，数据计算迅速作出判断，能够很好地解决上述各类问题。

1电路设计及工作原理

要对用电设备进行保护，必须快速、准确完成对这些保护所需输人量的采集，以及根据各保护的特点对采集的数据进行处理，从而达到有效保护的目的，否则保护的误动作或不及时也将影响到生产。图1为电压瞬时值采样电路，其主要设计思路是通过三个220 V和一个3 Ω的电阻把每一相工频电压的有效值降为1 v，同时考虑到单片机采样不到负

值瞬时电压，于是把各相电路的零点电压抬高2 V，从而确保单片机采样到的电压信号在0～4 V之间，图中零线N相对参考点的电压为2 V。单片机对采样的三相电压瞬时值，进行均方根运算，即得三相电压有效值，再按照设定的算法作出断相或三相不平衡、过压、欠压等故障判断，并输出跳闸动作信号。三相不平衡、过压、欠压的保护动作点可现场设定并保存。

     

                    图1电压呆样电路

 

有些设备严格要求输入三相电压是正相序，三相交流电机的旋转方向与电压相序有关，错相引起反转会产生严重的后果，因此对错相保护的快速性有特殊要求。为了实现检测保护的快速性，采用三相电压瞬时值比较并产生中断的方法。

   

如图2所示，当A相电压从小于B相电压增大  图2错相检测原理到大于B相电压的时刻，如果三相电压是正相序，此时c相电压为正峰值电压(如图中交点1所在位置)，如果三相电压逆相序，A相和B相互换位置，此时c相电压为负峰值(如图中交点2所在位置)，因此当A相电压从小于B相电压到大于B相电压的时刻只要检测C相电压值就可以判断三相电压是否错相，检测到错相时，采用速断保护方法断开继电器。

    

如图3所示，采用一个比较器检测A相和B相电压，得到一个周期为工频电源周期T的方波电压F_int，并引入单片机中断输图3相序检测中断信号人端。当单片机上电开始工作，起动A／D转换，先采样三相电压瞬时值，如果u_a>u_b则设置单片机中断输入端为下降沿触发，否则设置为上升沿触发，在F_int上升沿，u_c>u_a=u_b在Fint下升沿，u_c>u_a=u_b，如图4中的跳变沿，它们分别是由图2中对应交点2、1经过比较器所产生的波形。所以在单片机两个边沿中断中，都可根据三相电压瞬时值判断是否错相，错相保护的判断时间为半个工频周期T。   

    

 图4方波电压F