第24卷增刊 2005年
实验室研究与探索
RESE ARCH AND EXP LORATI ON I N LABORAT ORY
V ol.24Sup.
2005
一种新颖的三相电源相序检测电路
王 栋 刘 利 薛宏民
(西普电力电子有限公司陕西西安710055)
摘 要:介绍了一种新颖的相序检测电路。该电路用数字相位检测和相频变换的方法来检测相序,可极大地提高检测的抗干扰性能,而且提高了检测的准确性。
关键词:数字相位检测 相频转换中图分类号:G 482文献标识码:B 文章编号:100627167(2005)Z 20280203
A Novel Electronic Circuit In Te sting Pha sic sequence
WANG Dong LIU Li XUE Hong 2min
(X i ’an Westpow power electronic C o.Ltd )
Abstract :A novel electronic circuit is introduced in the paper that can be used in testing the phase sequence of AC s ource.It can im prove the capacity of anti 2jamming of instrument.Furtherm ore ,it im proves the veracity of instrument.K ey w ords :digital test.phase sequence ;phase 2frequence conversion
收稿日期:2005204220
作者简介:王栋:电气工程师,主要研究方向为电力电子及自动控制技术与工程。
1 引 言
在电子、电力、仪表、自动控制和电力电子等设备中,往往需要检测交流三相电源的相序。特别是在电力电子装置中,由于移相控制中移相角的计算必须要依据电源的相位与相序,因而务必要稳定可靠。而在使用中,一般的相序检测电路要么体大笨重,要么易受干扰。
由于现今在电子、电力、仪表、自动控制和电力电子等设备中采用以单片计算机为代表的嵌入式系统做为控制核心已成为了普遍的发展趋势,因此,本文提出了一种新颖的相序检测电路,该电路以单片机为控制核心,结构简单,所用元器件少,可极大地提高检测电路的抗干扰能和检测的准确性。
2 电路构成
如图1所示,该电路由两部分构成,第一部分为相
序检测部分,由分压电路和比较器构成。第二部分为缺相检测部分,由RC 电路和比较器构成。如使用集成比较器来做,则仅需一片LM339就可以了。
图1 相序检测电路原理图
3 电路原理分析
3.1 相序检测部分
如图1所示,电路首先将三相电源电压经过分压送到由339构成的过零比较器,过零比较器将经过分压的三相正弦波整形成三相方波信号,经光电隔离后送到单片机输入口。整形后的三相电压波形如图2所示。 如将整形后的三相电压波形送入单片机P1口的低三位,则可直接通过采样P1口的状态就可以检测到三相电源电压的相序。如图所示,若三相电源电压的相序为正相序,则P1口检测到的数据顺序应为5242622232125。若三相电源电压的相序为负相序,则P1口检
测到的数据顺序应为5212322262425。P1口检测到的数
图2 三相电压波形图
据非以上两种顺序,则为无效的干扰信号。若可以看
到,电路通过一个RC 低通滤波器已经先期对干扰信号进行了抑制,同时又将三相电压的模拟信号检测变为了数字信号的检测,如在程序中再使用数字滤波技术,则抗干扰特性将异常优越。
同时,若P1口检测到的数据为0或7,则为缺相。但由于三相电源上往往接有电动机等负载,通过负载线圈感应的作用,可能当缺相发生时,P1口检测到的数据并不是0或7,此时,缺相的检测就需要用到下面的缺相检测电路了。3.2 缺相检测部分
如图1所示,缺相检测电路由一个RC 充放电电路和一个比较电路构成。由于RC 电路的充放电作用,使得比较器反相输入端得到的是一个锯齿波(通过调整充放电电阻可以调整上升和下降沿宽度),再通过比较电路整形可以得到方波信号输入单片机。分压电路提供比较器的翻转电平。缺相检测电路输出端波形如图3所示
。
图3 缺相检测电路输出端波形
由于缺相产生时,三相电源相位将发生很大变化,
导致RC 电路充放电时间发生很大变化。如图3所示,实测得到,不缺相时缺相检测电路输出50H z 的方波信号,而缺相时缺相检测电路输出约150H z 的方波信号。因此,计算机通过检测该电路输出信号的频率变化就可以判断是否缺相。
由于缺相检测电路输入信号取自同步检测电路输出端,为DC12V 的方波信号,因此,不受电源电压幅值
变化的影响。同时,RC 充放电电路本身就构成一个低
通滤波器,可滤掉大多数高次谐波。另外,缺相时频率的变化非常大(50H z150H z ),这样,有限次的低频干扰也可以被有效的滤除,使得电路的可靠性得到极大提高。
4 程序设计
4.1 相序检测部分
相序检测通过对P1口循环检测数据顺序来判断相序的正确与否。为了提高设备的抗干扰特性,必须
使用数字滤波技术,具体的做法如下。
检测P1口数据,与预期值比较,如相符,则相序正确,执行后续程序,同时相序出错标志寄存器减1。如不相符,则重复检测数次,如仍不相符,则设置数据无效标志,不执行后续程序,同时相序出错标志寄存器加2。当相序出错标志寄存器值累计超过预先设置值,则
故障保护。程序流程如图4
。
图4 相序检测流程图
4.2 缺相保护部分
如第3节所述,缺相保护是通过检测缺相保护电路输出信号的频率来实现的。而在实际计算机的处理上,可通过在一定时间内对缺相保护电路输出的方波信号进行计数来计算频率。
考虑到计算机处理的实时性,可利用定时器中断的方法实现,将定时器时间设为两个电源周期,选择定时器溢出中断。在中断子程序中设置缺相标志供主程序查询。具体做法如下。(下转第287页)
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王 栋,等:一种新颖的三相电源相序检测电路
1.2 鼓励学生参与科研项目
让学生参加科研项目,有助于提高他们适应社会的能力。实验室有着实验教学和科学研究的双重功能,坚持实验教学和科学研究相结合,教师科研课题中适宜学生做的内容,可设计成专题实验,使学生有机会参与教师的科研工作,有时间和空间从事自己感兴趣课题的研究。从某种意义上讲,较早地参与科研、感受学术研究的氛围、接受创新意识的熏陶与鼓励、学会必要的方法和能力,也必然会为他们的学习和工作打下坚实的基础。在开放实验中,我认为不能仅仅局限在给定的题目内。让学生能选择研究方向,可在实验的过程中即兴创造一些题目,在学期初公布题目时,可说明实验室的研究方向、实验条件,研究的科研项目、能完成的实验内容等等。让学生能根据自己的爱好和兴趣进行选择。
1.3 加强自身实验队伍建设
保证实验教学质量,深化实验教学改革,更重要的
是要有一批业务、素质、专业水平高,爱岗敬业的实验
师资队伍。这要求我们不仅有扎实的理论基础和工作
的热情,还必须应拓宽自己的知识结构,有过硬的实验技术能力,掌握更多的知识,需撰写出更多、更新的实验内容。及时了解当前社会的发展动向及用人单位的需求,争取把最新最实用的技术介绍给学生。启发他们自主学习、独立思考、自由发挥,保护学生的创造思维和探索精神。开放实验需要在实践中不断总结与研究,我相信在我们共同努力下,把我校的开放实验推上一个更新的台阶。参考文献:
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[2] 李兴玮,等.基于M AT LAB ΠxPCT arget 构建实时仿真系统[J ].计算
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[3] 张志涌,等.掌握和精通M AT LAB[M].北京:北京航空航天大学出
版社.
[4] Richard C.D orf R obert H.Bishop M odern C ontrol Systems[M].科学出
版社,20022Ninth Edition.
(上接第281页
)
图5 缺相检测流程图
对于不缺相情况,缺相保护电路输出信号的频率
为150H z ,两个电源周期内,缺相保护电路输出信号的跳变为13次。对于缺相情况,缺相保护电路输出信号的频率为50H z ,两个电源周期内,缺相保护电路输出信号的跳变为5次。那么,可以在主程序中计数9次就复位定时器。可以看出,当缺相时程序未计满9次(计满9次需4个周期)定时器就会溢出。这样就实现了缺相保护,并且还具有较大的容错能力。
程序流程如图5所示(以I NTE L80196K C ,晶振12MH z 为例)。
5 结 语
该电路已应用于实际设备当中,实际应用显示,抗干扰特性大大提高。对于电网质量较差,空间电磁干扰严重的场合使用效果犹为明显。参考文献:
[1] 陈智豪.交流限流起动异步电动机无触点转换开关的研制[J ].《电
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[2] INTE L 16位单片机原理与应用[M].北京航空航天大学,1998
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姜增如,等:加强能力培养探索开放实验新模式