三相电源断相与相序保护器设计说明书
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GMR-32B系列是采用数字电路设计而成的新型电源保护器,对在额定电压500V以下的电路
中为三相电机或其他设备在开机前逆相或运行中出现动静断相、过压、欠压、三相电压不平衡
的现象进行保护,其不受负载电流大小、负载性质、线路和电流不平衡的影响。
产品具有过欠
压保护精确,故障显示明确,故障判断准确、工作电压范围宽等特点。
能够在极其恶劣的环境
(如温度、湿度、电磁干扰)下长期稳定工作。
1特点
逆相//断相//过电压//欠电压//三相电压不平衡
-逆相保护:R、S、T相序错误时,逆相灯亮
-动、静态断相保护:R、S、T任一相丢失,断相灯亮, 并优先
-过欠压保护:高于或低于电压保护设定值,过欠压灯亮
-三相电压不平衡:三相电压不平衡率{(Umax-Umin)/Uave}*100大于20%,断相灯亮,并优先
保护功能:逆相/动静态断相/过压/欠压/电压不平衡
过欠压设定:±15%
过欠压回差:7V
电压允许误差:﹢3V
工作电压:200-500V AC 、50/60Hz
动作时间:逆相0.1秒、断相1秒、过欠压7秒、电压不平衡5秒异常保护:输入电源异常时继电器不动作
复位:自动复位
触点容量:5A/250V AC阻抗负荷。
三相电源相序监控及断相保护控制电路设计
陆丽妍
【期刊名称】《广西轻工业》
【年(卷),期】2010(000)007
【摘要】三相电源作为工控系统的最直接能源,在实际应用中有其特殊性,因此对其进行正确的利用、控制尤为重要.利用电子元件及光电耦合器组成可靠电路,对三相电路中的负载进行相序控制及断相保护.电路可用于水泵电动机、大型空调器用非往复式压缩机和风机、移动供配电装置的相序监控及断相保护.
【总页数】2页(P53,68)
【作者】陆丽妍
【作者单位】广东省华侨职业技术学校机电教研室,广东,广州,510650
【正文语种】中文
【中图分类】H02
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关于ABB断相与相序保护器(CM-MPS.41)动作的分析报告
大功率三相异步电动机的启动对电网的冲击,主要表现在有限的配电容量下,电流大幅增加,配电系统阻抗上的压降增大,导致负载端电压下降,轻则导致电动机不能正常启动,重则危及所在配电网的正常运行。
为避免电动机在较低的电压下工作,一般的大功率电机都设有电压保护(包括过压、欠压、逆缺相、不平衡等保护功能)。
1 CM-MPS.41断相与相序保护器
在目前的离心机启动柜中(星三角启动柜及降压启动柜),使用的是ABB断相与相序保护器(CM-MPS.41如图1),主要用于监视三相电源系统的参数,如相序、缺相、过欠压和不平衡。
护;对于有转向规定的电动机,则需将DIP拨码开关2至于OFF位置,开启相序保护功能。
仅供个人学习参考
仅供个人学习参考。
断相与相序保护继电器工作原理及接线图解电气自动化控制网断相与相序保护继电器是一种用于工业自动化控制三相电路中的器件。
这种断相与相序保护继电器,内部安装三根相线的取样电路,特别是一些要求不可随便调相的行车或者机床正反转中。
这种结构的保护器,在三相交流电路中作过欠压、断相保护及不可逆转传动设备中作相序保护,具有性能可靠,适用范围广,使用方便等特点。
该系列保护器按图接入电源控制回路,即能起到保护作用,当正常运行的三相电路中,任何一相熔断器开路或者是低压供电线路有断相时,内部的继电器受控于集成电路芯片输出信号,可以迅速的动作,控制交流接触器的线圈,将交流接触器的触头切断,这样就使主电路的3×380V电源没有电源到达被控制的负载电机上,从而达到交流接触器主触头动作,对负载进行断相保护。
其实,这种断相与相序保护继电器它是集成了相序保护,通过继电器来扩大控制交流接触器线圈的一种装置,出厂设计有状态指示灯,一般指示灯亮则说明它工作正常,如果指示灯不亮,则说明断相了或者说的相序出现问题了。
⚡断相保护接线时注意,一般交流电的三根相线分为L1、L2、L3,需要将它们分别接到断相与相序继电器的1、2、3接线端中,如果初次接线,它的指示灯不亮,可以将三相电源端之间任意一相对调一下即可,当接线正确,指示灯常亮。
如果正常使用时,出现断相或者是有一相的线电压< 85%的问题时,保护器是要可靠动作的,动作时间< 2 s。
这种相序保护器还可以鉴别三相电压不平衡,如果三相电源中任意一相电压与另两相电压之间的不对称度满足下式时,保护器可靠动作,动作时间< 2s。
这种断相与相序继电器的输出有5、6、7、8四个接线端子,5、6为一组常开触点,7、8为一组常闭触点,一般都使用5、6接线端子为控制交流接触器的线圈用,而它的7、8一般作为故障报警的喇叭控制使用,只是一种提示音给人们的提示。
高精度:采用功能强大的微处理器芯片,尤其采用交流采样技术,电压测量精度为±1%,能分别显示
,保证全球通用(不能使用于变频器输出回路)。
,使相序保护继电器的规格大为减少,高可靠:采用独特的三相电源供电技术,即使在极低电压、甚至在缺相情况下,也能保证保护、报警、
相序保护器原理图
相序监测:当相序保护继电器通电时,如果相序正确并且所有三相带电,继电器吸合。
过欠压保护器原理
缺相保护器原理图
缺相检测:当缺相故障时,继电器断电。
正常工作(无故障)时继电器吸合。
当缺相时立即断电。
电压不平衡保护器原理图
A、B、C:“不平衡”字符闪烁D:“不平衡”字符长亮。
abb相序保护器cm_pvs说明书
1.动态缺相、静态缺相保护:指被保护设备在运行状态或非运行状态时,任意一相发生断相故障。
指示灯形式为:红灯亮,并优先
2.错相保护:防止L1、L2、L3三相交流电源相序接错的一种保护措施。
即时动作。
指示灯形式为:黄灯亮;
3.电压不平衡保护:指三相电压不平衡将会影响设备安全运行的一种电压不平衡率的保护。
电压不平衡率高于8%时。
指示灯形式为:缺相红灯亮,并优先
4.延时保护:有故障出时监视器延时1~2秒后动作,继电器释放
5.防雷击,抗浪涌功能:内置防雷,抗浪涌保护电路,最大限度保护您的用电设备。
断相与相序保护继电器
一般情况下,设备安装完成后,电动机的转向是固定的,。
如果由于某种原因,导致相序变化电动机反转会将会使设备无法正常工作甚至损坏。
相序保护就是为了防止这类事故发生。
相序保护可采用相序继电器,当电路中相序与指定相序不符时,相序继电器将触发动作,切断控制电路的电源从而达到切断电动机电源、保护电动机的目的。
1、断相与相序保护继电器用途:断相保护器是为了保护电机,相序保护器是为了相线之间调换位置改变相序。
2、断相保护器又称电机断相保护器或者电源源相保护器,一般多用在三相电机电路上,如果缺少一路电,电机扭力会变小,转子转速会下降,从而导致其它两路电流增大,烧毁电机绕组起原理就是通过不同手段,对三相电进行监控,如有断路情况,就会自动切断电源,避免烧毁绕组,由于科技发展迅速,断相保护器的类型,有通过监测各路电压控制通断的,有监测各路电流进行控制的。
3、相序保护继电器是一种智能型电源保护器件,采用微控制器和数字处理技术,集电压显示、过欠压保护、缺相保护和相序保护功能于一体,中文液晶显示,具有操作简便、体积小巧、可靠性高等特点。
可广泛应用于各种相序保护继电器系统,替代传统的相序继电器和过欠压保护器。
相序保护器接线不需要其他配件,上端三个接线点接三相电源的火线。
下端只有触点控制,没有内部电源,需要外部电源,通常使用相序保护器的触点控制中间继电器的吸合,再通
过中间继电器的触点控制总电源接触器。
相序不对或断相,相序保护器触点动作,中间继电器线圈动作,断开总电源接触器的控制回路。
使整个设备的动力电源断开。
三相的断相与相序保护继电器通常是与电机控制电路一起应用的,参考附图:。
FLEXUS 10KVA-20KVA Three PhaseUninterruptable Power SupplyAbsolute ProtectionThe Flexus series is suitable for protecting all IT and telecommunications systems, information networks and critical systems in general. The Flexus series is available in 10, 12, 15 and 20 kVA three-phase input and output models, with double conversion on-line technology according to the VFI-SS-111 classification as defined by IEC EN 62040-3. Flexus has been designed and produced with state-of-art technologies and components in order to guarantee maximum protection, no impact on the supply mains and energy savings.Zero Impact SourceThanks to the technology used, Flexus can solve issues that often arise with installations where the supply mains has a limited installed power, where the UPS is powered by a generator set or where there are problems of compatibility with loads that generate current harmonics. The following features enable the Flexus range to have zero impact on the power supply source, be it utility mains or a generator set: • low input current distortion, less than 3%• Input power factor 0.99• Power walk-in function that guarantees progressive start-up of the rectifier• Delayed switch-on function to restart the rectifier when the mains returns, in case of configurations with various UPS.Flexus also acts a filter and phase-shift mechanism in respect of the utility supply mains ahead by removing harmonic components and reactive power generated by the load.Battery Care SystemManagement of the batteries is fundamental to guaranteeing operation of the power supply unit under emergency conditions. The Battery Care System manages the batteries to obtain the best performance and to extend battery life.Battery RechargeFlexus is suitable for working with hermetically sealed (VRLA), AGM and GEL lead batteries, and Nickel-Cadmium batteries. Depending on the battery type, various recharge methods are available:• One-level recharge, typical for the most commonly used VRLA AGM batteries• Two voltage levels recharge according the IU characteristic• Charge block system to reduce consumption of the electrolyte and further extend the life of VRLA batteries.Recharge Voltage Temperature Compensation in order to avoid excessive charging and battery overheating.Battery Test in order to detect performance falloff or battery failure in good time.Deep Discharge Protection: in the case of long low-load discharges, the end-of-discharge voltage is increased as recommended by the battery manufacturers in order to avoid damage to or a performance drop of the batteries.Ripple Current: the recharge ripple current (residual AC component) is one of the most important causes that reduce battery reliability and life. Flexus, thanks to the high-frequency battery charger, reduces this value to negligible levels, extending battery life and maintaining high performance for a long time.Wide voltage range: the rectifier is designed to be operated with a wide range input voltage range (up to -40% with half load), reducing the need to discharge the batteries and, as a result, extending battery life.Low Management CostFlexus technology along with the use of high performance components allow Flexus to obtain exceptional performance and efficiency levels from a very low footprint and dimensions:• The lowest footprint in this category, only 0.26 sq. m. for the 20kVA Flexus, batteries included• High efficiency of up to 94% permits 33% savings in dissipated energy compared to similar products present on the market (with an average performance of 91%).• Output power factor of 0.9 provides up to 15% more active power compared to a normal commercial UPS, guaranteeing the greatest margin in sizing of the UPS for further load increases.FlexibilityFlexus can be used for a wide range of applications:• Suitable for powering capacitive loads such as blade servers, without any reduction of the active power, from 0.9 leading to 0.9 lagging• Modes of operation: On Line, Eco, Smart Active and Stand By Off• Frequency converter mode• Power Share sockets that can be configured in order to maintain back-up time for the most critical loads or to be activated only when the mains fails• Cold Start allows the UPS to switch on without utility mains being present• Battery cabinets of various dimensions and capacity, for longer back-up times• Optional temperature sensor for external battery cabinets, for recharge voltage compensation• Additional battery chargers to optimize recharge times• Optional dual utility mains input• Isolation transformers to modify the neutral arrangements, for separate sources or galvanic isolation between input and output.Advanced CommunicationFlexus is equipped with a graphic display that provides management and status information that is available in five languages.• Advanced multiplatform communication, for most operating systems and network environments.• Compatible with PowerNetGuard for the remote assistance service• 3 communication slots for optional accessories such as network adapters, volt-free contacts, etc.• REPO (Remote Emergency Power Off) emergency power down by a remote pushbutton• Input connection for auxiliary contact of an external manual bypass• Input for synchronization from an external source• Graphic mimic panel display for remote operator panel supportApplicationsCash Registers, Data centers, e.Business (Server Farms, ISP/ASP/POP), Electro-medical devices, Emergency Engines, Industrial PLCs, Local Area Networks (LAN), Personal computers, Poin Of Sales Systems (POS), Servers, Small computer networks, Telecommunication Engines, WorkstationsModel Range10000 FT 10 3+N 320x840x930 From 85 to 190 12000 FT 12 3+N 320x840x930 From 85 to 190 15000 FT 15 3+N 320x840x930 From 90 to 195 20000 FT 20 3+N 320x840x930 From 90 to 195SpecificationsRated power 380-400-415V Three-phase with Neutral VAVoltage tolerance 400V ±20%Frequency 50-60HzAccepted frequency ± 20%Current distortion THDi ≤3%Power factor ≥ 0,99Input phases 3Soft start (Power Walk In) Programmable from 5 to 30 sec. in steps of 1 sec.Rated voltage 380-400-415V Three-phase with NeutralVoltage tolerance -20%; -15% (selectable in step of 1V)Rated frequency 50-60HzFrequency tolerance ± 5% (selectable)Type Maintenance-free sealed lead acidBatteries number 40/12V/7Ah-9Ah 40/12V/9Ah Recharge time 8 hoursRated power 10000 VA 12000 VA 15000 VA 20000 VA Active power 9kW 10,8kW 13,5kW 18kW Phases number 3+NWaveform SinewaveRated voltage 380-400-415V Three-phase with NeutralVoltage distortion withdistorting load≤ 3%Voltage distortion with linearload≤ 1%Frequency 50-60Hz (also frequency converter with batteries) Dynamic stability ± 3% in 20msec.Static stability ± 1%Crest factor (Ipeak/Irms) 3:1Output phases 3Overload 110% continuously; 125% for 10 minutes; 150% for 5 sec Load power factor 0,9AC/AC efficiency ≥ 94% On-line; ≥ 98% Eco-ModeOperating altitude 1000 m a.s.l.Noise ≤ 50dbAOperating temperature 0 ÷ 40°CRelative humidity < 95% non condensingRemote controls Remote Emergency Power Off (REPO), input battery, temperature probe, input external synchronismRemote signals 1 slot for rely cardSafety compliance EN 62040-1-1 and Directives 73/23/EC, 93/68/EC EMC conformance EN 62040-2 and Directives 2004/108/EC Protection degree IP20Communication 1 RS232 or 1 USB, 1 input AS400, 2 slots for optional communicationcardsCooling forced ventilationColour RAL 7024 (Dark Grey)Technology On-line double conversionWeight (kg) From 85 to 190 Kg From 90 to 195 Kg Dimensions (WxDxH) mm 320x840x930 mmBack up time at full load (min) From 0 to 15Min.From 0 to 10 Min. From 0 to 8 Min. From 0 to 6 Min.Installation TowerConfiguration Parallel UnitBattery cabinets for longerruntimesYesEmpty battery cabinets forlonger runtimesYesParallel kit YesIsolation transformer module(WxDxH)YesAuxiliary serial connection YesLCD-based remote controlpanelYesMultiCom 351 x x x x MultiCom 352 x x x x MultiCom 301 x x x x MultiCom 302 x x x x NetMan 101 Plus x x x x NetMan 102 Plus x x x x MultiCom 362 x x x x MultiCom 372 x x x x MultiCom 382 x x x x Multi I/O x x x x IRMS Multi-Switch x x x x AS/400 interface kit x x x x Multifunction I/O x x x x Profibus DP Gateway x x x x。
三相电源断相与相序保护器设计 摘 要 三相电源在我们的生活中扮演着一个极其重要的角色,并且运用的地方多于大功率仪器设备上,在原来的传统工业控制中,是由外部电源相序接线的准确性来控制,这样对操作者有较高的要求。为了降低操作者的要求,因此一个缺相与相序保护继电器对于三相电源来说作用是相当大的,三相电源保护继电器的核心是通过单片机编程对三相电检测是否有缺相、错相问题来对电机进行及时的保护。
首先要对三相电源的断相、错相问题故障进行分析,并结合PIC12F675单片机编程的功能,找出可靠性高、实施性强的保护方案,同时通过发光二级管来反馈给使用者所需要的信息。有了保护继电器就可以避免三相电源一些不必要的损失,不仅降低了操作者的要求,同时也减少了很多的物力人力,具有十分重要的意义!
关键词:三相电源,断相检测,错相检测,继电器 目 录 摘 要 ......................................................... I 第1章 绪 论 ................................................. 1 1.1 三相电源简介 ........................................... 1 1.2 本课题的主要内容 ....................................... 2 1.3 工作原理图 ............................................. 2 第2章 硬件电路设计与实现 ..................................... 3 2.1 方案的设计 ............................................. 3 2.2 电源模块设计 ........................................... 5 2.3电压采样及其电路设计 .................................... 6 2.4 PIC12F675单片机的介绍 .................................. 7 第3章 软件设计 .............................................. 10 3.1 主程序设计 ............................................ 10 3.2 断相检测部分 .......................................... 11 3.3 相序检测部分 .......................................... 12 第4章 系统制作与调试 ........................................ 13 4.1 元器件清单 ............................................ 13 4.2 硬件与软件调试 ........................................ 14 第5章 总结与体会 ............................................ 15 致 谢 ........................................................ 16 参考文献 ...................................................... 17 附 录 ........................................................ 18 附录A 原理图 ............................................. 18 附录B 程 序 ............................................. 18 附录C PCB图 ............................................. 33 附录D 实物图 ............................................. 34 1
第1章 绪论 1.1 三相电源简介 三相交流电是电能的一种输送形式,简称为三相电。三相交流电源,是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流电势组成的电源。三相交流电的用途很多,工业中大部分的交流用电设备,例如电动机,都采用三相交流电,也就是经常提到的三相四线制。而在日常生活中,多使用单相电源,也称为照明电。当采用照明电供电时,使用三相电其中的一相对用电设备供电,例如家用电器,而另外一根线是三相四线之中的第四根线,也就是其中的零线,该零线从三相电的中性点引出。 “三相电”的概念是:线圈在磁场中旋转时,导线切割磁场线会产生感应电动势,它的变化规律可用正弦曲线表示。如果我们取三个线圈,将它们在空间位置上相差点120度角,三个线圈仍旧在磁场中以相同速度旋转,一定会感应出三个频率相同的感应电动势。由于三个线圈在空间位置相差点120度角,故产生的电流亦是三相正弦变化,称为三相正弦交流电。工业用电采用三相电,如三相交流电动机等。任两相之间的电压都是380VAC,任一相的对地电压都是220VAC。分为A相,B相,C相,线路上用L1,L2,L3来表示。能产生幅值相等、频率相等、相位互差120°电势的发电机称为三相发电机;以三相发电机作为电源,称为三相电源;以三相电源供电的电路,称为三相电路。U、V、W称为三相,相与相之间的电压是线电压,电压为380V。相与中线之间称为相电压,电压是220V。三相电的相位关系图如图1-1所示:
图1-1 三相电的相位关系图 2
1.2 本课题的主要内容 本课题的主要任务是设计一个三相电保护继电器,该保护继电器能够起到对缺相、错相等主要电气故障进行保护的功能,具有故障检测、故障识别、故障指示等,当检测发现缺相故障、相序错误时,继电器工作。由于采用了多种软件、硬件的抗干扰措施,该新型的保护继电器工作非常可靠。
1.3 工作原理图 虽然三相电源断相与相序保护器就有好多不同的设计方案,如何选择就是根据不同的工作电路图来确定不同的设计方案,而本课题选择的是当电路中出现缺相或错相时,保护继电器能识别和指示。其工作原理图如图1-2所示:
图1-2 三相电保护继电器工作原理图 3
第2章 硬件电路设计与实现 2.1 方案的设计 设计的三相电保护继电器整个系统是由硬件和软件组成,硬件是整个系统的载体,而软件是系统的控制中心。 根据工作原理图可以设计出不同的方案,如方案一:来自三相交流电源的三相交流信号经过采样电路降压处理后,变为直流电压送给断相与相序鉴别电路。方案二:来自三相交流电源的三相交流信号经过采样电路降压处理,输出三相电分别经过三组比较器后送给断相与相序鉴别电路。方案三:来自三相交流电源的三相交流信号经过采样电路降压处理后,电压电流同时送给断相与相序鉴别电路,这是最保险的但也是不好操作的方案。而我用的方案系统的基本组成如图2-1所示:
图2-1 系统的基本组成图 从系统的基本组成图就可看出电压/电流采样是整个系统的关键,只有采样出的数据才能让单片机PIC12F675芯片识别处理。不然就无法进行下去,不能判断出是断相还是错相引起的问题。 怎么知道电路中是否出现了断相和相序的问题?这个问题牵扯着一个方案的设计,选择不同的方案就有不同的解决办法,而我所用的方案是当电压/电流 4
采样过后,根据所给的一组数据(由‘0’和‘1’组成)比较,如果得到的数据与设定的数据一样,说明相序正确;如果得到的数据与设定的数据不同,就判断是断相引起的还是缺相引起的问题。 如何准确无误的判断出是断相还是错相呢?当三相交流电源A、B、C 经降压模块处理后输出三相交流电a、b、c,分别经过三组比较器后,在输出端a、b、c三点可以得到对应于交流电源的三组方波,各点波形如图2-2所示:
图2-2 波形图 同一时刻读取a 、b、c 三点的状态,就可获得一组数据;同样,把三组交 5
流电源A、B、C 作各种不同状态组合,同时读取各点的状态,也能得到一组组编码,把这些编码列成表,如表1所示: 表1 各组编码列表 ABC ACB BCA BAC CAB CBA
101 110 011 011 110 101 110 101 101 110 011 011 011 011 110 101 101 110 101 110 011 011 110 101 110 101 101 110 011 011 011 011 110 101 101 110 101 110 011 011 110 101 110 101 101 110 011 011 011 011 110 101 101 110 101 110 011 011 110 101 110 101 101 110 011 011 011 011 110 101 101 110 101 110 011 011 110 101 正确编码:110011101 错误编码:110101011
通过上述的分析过程,对各种状态下的编码进行组合、比较,可以发现它们之间的规律:相序正常(为ABC)时,编码110011101 重复出现;错相时, 编码为110101011;若断相时,既不能得到110011101的编码,也不能得到110101011 的编码,这就为我们正确处理断相与错相提供了理论依据。
2.2 电源模块设计 保护系统是否稳定、可靠的工作,电源的设计是非常重要的,其实质是为