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 -02
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入量的采集，以及根据各保护昀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1V，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2V，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。
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（如图中变点2所）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4相和B相电压，得到一个周期为工频电源周期，的方波电压Fint并引入单片机中断输图3相序检测中断信号 入端。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Ua>Ub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Fint上升沿，Uc>Ua=Ub，在Fint下升沿，Uca=Ub 如图4巾的跳变沿，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。
ATMEGA88单片机为本系统核心，它具有8k字节FALASH存储器、1 024字节RAM程存储器空间，512字节的EEPROM空间可保存关键数据，能满足本系统程序存储需要。它还具有三个I/0 (PB，PC，PD)、三个计数器定时器和26个中断源，其中PC口的六个I0口可用作AD采样口。图5为保护器主控电路，其中RY - C为控制继电器通断的控制端口：
当上电开始工作，起动A/D转换，检测三相电压各点瞬时值并存储。在第一个外部跳变沿中断F int时，读取三相电压，判断是否错相，如果是，马上断开继电器，小灯作故障报警，否则依次采样三相电压，并计算得到电压有效值，进一步判断是否折相或不平衡、过压、 |
