CN101413975B - 一种三相电源输入缺相检测电路 - Google Patents

一种三相电源输入缺相检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三相电源输入缺相检测电路，包括分别连接到第一相线、第二相线和第三相线的第一限流电阻、第二限流电阻以及第三限流电阻，还包括上拉电阻，阴极连接到第三限流电阻的第三二极管，输出端串联连接于所述上拉电阻和信号地之间的第一光耦和第二光耦，与所述第一光耦的输入端串联到第一限流电阻和第三二极管阳极之间的第一二极管，与所述第二光耦的输入端串联到第二限流电阻和第三二极管阳极之间的第二二极管，并接于第一光耦输入端的第一电容，并接于第二光耦输入端的第二电容，所述上拉电阻连接到缺相检测电路的输出端。本发明降低了限流电阻上的损耗，使限流电阻因发热小而难于损坏，提高了电路可靠性和使用寿命。

Description

一种三相电源输入缺相检测电路 
技术领域
本发明涉及变频器领域，更具体地说，涉及一种三相电源输入缺相检测电路。 
背景技术
变频调速已成为主流的调速方式，而变频器作为其调速***核心部分，要保证变频器可靠，安全地工作，需要对变频器提供多种保护。输入缺相保护电路作为变频器中最常用和重要的保护电路，已经在变频器中得到广泛应用。 
如图1所示，是现有变频器中的缺相保护电路的示意图。三相电输入端的电阻部分(即R1-R6)用于对三相电源输入起限流作用，三相全波整流部分(即D1-D3)用于对输入电源进行整流；光耦U1在三相全波整流电路的输出为零时截止、在三相全波整流部分输出电流非零时导通；在光耦U1导通时，电路输出点(PL)输出低电平(0V)，反之在光耦U1截止时电路输出点输出高电平(5V)。 
在变频器的三相输入不缺相时，三相全波整流部分输出的电流为一个六次谐波，且从不过零点。此时光耦U1一直导通，从而电路一直输出低电平(0V)送至后续的数字信号处理器(DSP)电路部分。在变频器的三相输入缺相时，三相全波整流电路输出电流过零点，从而光耦U1在导通和截止状态间切换，而电路则输出周期性方波。 
在DSP收到连续的低电平时，计算方波脉冲个数为零，从而判定电源输入不缺相。当DSP收到周期性方波时，通过计算方波脉冲个数是否等于或大于设定脉冲个数(该脉冲个数根据电源输入频率设定)判定电源输入是否缺相，即在方波脉冲个数等于或大于设定脉冲个数时，判定电源输入缺相；否则判定电源输入不缺相。
由于上述缺相检测电路采用全波整流方式，当三相输入不缺相时，整个正负半周的电流均将在三相限流电阻上产生损耗，发热严重，使电路可靠性降低，且长时间使用时，电阻极有可能因损耗过大而损坏，使电路寿命降低。通过电磁兼容(EMC)测试发现，上述缺相检测电路抗干扰性极差，特别是在进行换相缺口、群脉冲(EFT)、输入频率变化等抗干扰性测试时，电路容易被干扰，而出现误报缺相故障，不能保证设备在恶劣的电磁环境下正常可靠地工作。 
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述缺相检测电路能耗大、可靠性不高、电路寿命低的缺陷，提供一种三相电源输入缺相检测电路。 
本发明解决上述技术问题的技术方案是，构造一种三相电源输入缺相检测电路，包括分别连接到第一相线、第二相线和第三相线的第一限流电阻、第二限流电阻以及第三限流电阻，还包括上拉电阻，阴极连接到第三限流电阻的第三二极管，输出端串联连接于所述上拉电阻和信号地之间的第一光耦和第二光耦，与所述第一光耦的输入端串联到第一限流电阻和第三二极管阳极之间的第一二极管，与所述第二光耦的输入端串联到第二限流电阻和第三二极管阳极之间的第二二极管，并接于第一光耦输入端的第一电容，并接于第二光耦输入端的第二电容，所述上拉电阻连接到所述缺相检测电路的输出端，还包括输入端连接到所述上拉电阻、输出端连接到检测电路输出端的方波产生电路，用于在输入低电平或输入频率高于其起振频率的方波时输出高电平并在输入高电平时输出方波。 
在本发明所述的三相电源输入缺相检测电路中，所述方波产生电路包括阴极连接到所述上拉电阻的第四二极管以及输入端连接到所述第四二极管的阳极的振荡电路，所述振荡电路的输出端连接到检测电路输出端。 
在本发明所述的三相电源输入缺相检测电路中，还包括并接于所述第一光耦输入端的第四电阻和/或并接于所述第二光耦输入端的第五电阻。 
在本发明所述的三相电源输入缺相检测电路中，还包括与所述上拉电阻连接的电容。 
本发明的三相电源输入缺相检测电路，使限流电阻上的损耗大为减少，且长时间使用时，电阻因发热小而难于损坏，提高了电路可靠性和使用寿命。通过EMC测试发现，本发明的缺相检测电路抗干扰性极强，进行了严酷的抗干扰测试均能通过，从而保证了设备在恶劣的电磁环境下，仍能正常可靠地工作，而不会出现误报缺相故障的情况。 
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中： 
图1是现有三相电源输入缺相检测电路的电路图； 
图2是本发明三相电源输入缺相检测电路的第一实施例的电路图； 
图3是本发明三相电源输入缺相检测电路的第二实施例的电路图； 
图4是本发明三相电源输入缺相检测电路的第三实施例的电路图。 
具体实施方式
如图2所示，是本发明三相电源输入缺相检测电路的第一实施例的电路图。该缺相检测电路包括分别连接到第一相线R、第二相线S和第三相线T的第一限流电阻R1、第二限流电阻R2以及第三限流电阻R3、以及连接到高电位(5V)的上拉电阻R6，阴极连接到第三限流电阻R3的第三二极管D3，输出端串联连接的第一光耦U1和第二光耦U2、与第一光耦U1的输入端串联到第一限流电阻R1和第三二极管D3阳极之间的第一二极管D1、与第二光耦U2的输入端串联到第二限流电阻R2和第三二极管D3的阳极之间的第二二极管D2，其中上拉电阻R6连接到所述缺相检测电路的输出端。 
在上述电路中，还包括并接于第一光耦U1输入端的第一电容C1和并接于第二光耦U2输入端的第二电容C2。 
在三相输入不缺相时，第一光耦U1和第二光耦U2间歇导通，从而检测电路的输出端输出方波(当R相和S相电压幅值均大于T相幅值时，第一光耦U1和第二光耦U2都导通，检测电路的输出端输出低电平(0V)；否则第一光耦U1和第二光耦U2中至少一个不导通，检测电路的输出端输出高电平)；在三相输入缺相时，第一光耦U1和第二光耦U2至少有一个不导通或都不导通，此时检测电路的输出端一直输出高电平(5V)。通过判断检测电路输出端输出的电平可判断是否缺相，即检测电路输出高电平时判定缺相；否则判定不缺相。 
上述缺相检测电路在三相输入不缺相时输出方波的频率随输入电源频率的变化而变化，通常为50-60Hz。 
上述缺相检测电路与现有的缺相检测电路相比，当三相输入不缺相时，仅有当R相和S相电压幅值均大于T相幅值时，才会在限流电阻产生损耗，这样使限流电阻上的损耗大为减少，且长时间使用时，电阻因发热小而难于损坏，提高了电路可靠性和使用寿命。通过EMC测试发现，上述缺相检测电路抗干扰性极强，进行了严酷的抗干扰测试均能通过，从而保证了设备在恶劣的电磁环境下，仍能正常可靠地工作，而不会出现误报缺相故障的情况。 
如图3所示，是本发明三相电源输入缺相检测电路的第二实施例的电路图。与第一实施例相比，本实施例的检测电路还包括输入端连接到上拉电阻R6、输出端连接到检测电路输出端PL的方波产生电路。 
上述的方波产生电路用于在上拉电阻R6为高电平时输出方波，并在上拉电阻R6为低电平时输出高电平，其包括阴极连接到上拉电阻R6的第四二极管D4以及输入端连接到第四二极管D4的阳极的振荡电路，该振荡电路的输出端连接到检测电路输出端PL。该振荡电路包括电阻R8、电容C4以及芯片“74HC14”，且其振荡频率小于三相输入不缺相时上拉电阻R6输出方波的频率。检测电路输出端PL连接到DSP，DSP通过计数振荡电路输出的方波脉冲个数判断三相输入是否缺相。当方波脉冲个数超过设定的脉冲个数时，判定三相输入缺相；否则判定三相输入不缺相。例如，当DSP每秒检测500次时，若检测到脉冲个数小于或等于5，表示三相输入不缺相；若脉冲个数大于5且 小于或等于485，表示三相输入缺相；若脉冲个数大于485时，表示三相输入掉电。 
在第四二极管D4的阴极为低电平时(0V)，该第四二极管D4导通，振荡电路被停止；在第四二极管D4的阴极为高电平(5V)时，该第四二极管D4一直处于截止状态，振荡电路始终处于振荡状态。在三相输入不缺相时，由于振荡电路的频率低于上拉电阻R6输出方波的频率，因此振荡电路永远不起振，从而该缺相检测电路一直输出高电平(5V)至DSP部分，由于DSP一直收到高电平，其通过计算方波脉冲个数为零，从而判定电源输入不缺相；在三相输入缺相时，第四二极管D4截止，振荡电路起振，从而缺相检测电路输出周期性方波至DSP电路部分。当DSP计算方波脉冲个数在设定脉冲个数范围内时，则判定电源输入缺相。 
当然，图3中的振荡电路也可采用其它类型的振荡电路替换。 
图1所示的缺相检测电路由于在电源输入缺相时，其输出的周期性方波频率受输入频率的变化而变化，给后面的DSP判定输入电源是否实际缺相带来困难，容量造成误判，特别是在电源输入被干扰时，极容易因计算到干扰脉冲而误判。而上述方波产生电路由于输出的周期性方波频率固定，且不受电源输入频率的影响，振荡频率完全由振荡电路决定，给后面的DSP判定带来容易性、准确性，完全不会因脉冲计算错误，而出现误判定的情况。 
图3中的方波产生电路及方波振荡电路仅是一个例子，在实际应用中，可采用任何可产生上述方波的电路。 
如图4所示，是本发明三相电源输入缺相检测电路的第三实施例的电路图。与第二实施例不同，在本实施例中，还包括并接于第一光耦U1输入端的第四电阻R4和/或并接于第二光耦U2输入端的第五电阻R5。上述第四电阻R4和第五电阻R5用于光耦U1和U2的保护。 
此外，分压电阻R6还连接有电容C3，该电容C3用于抗电磁干扰。 
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明 的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 

Claims (4)

1.一种三相电源输入缺相检测电路，包括分别连接到第一相线、第二相线和第三相线的第一限流电阻、第二限流电阻以及第三限流电阻，其特征在于，还包括上拉电阻，阴极连接到第三限流电阻的第三二极管，输出端串联连接于所述上拉电阻和信号地之间的第一光耦和第二光耦，与所述第一光耦的输入端串联到第一限流电阻和第三二极管阳极之间的第一二极管，与所述第二光耦的输入端串联到第二限流电阻和第三二极管阳极之间的第二二极管，并接于第一光耦输入端的第一电容，并接于第二光耦输入端的第二电容，所述上拉电阻连接到所述缺相检测电路的输出端，还包括输入端连接到所述上拉电阻、输出端连接到检测电路输出端的方波产生电路，用于在输入低电平或输入频率高于其起振频率的方波时输出高电平并在输入高电平时输出方波。
2.根据权利要求1所述的三相电源输入缺相检测电路，其特征在于，所述方波产生电路包括阴极连接到所述上拉电阻的第四二极管以及输入端连接到所述第四二极管的阳极的振荡电路，所述振荡电路的输出端连接到检测电路输出端。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的三相电源输入缺相检测电路，其特征在于，还包括并接于所述第一光耦输入端的第四电阻和/或并接于所述第二光耦输入端的第五电阻。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的三相电源输入缺相检测电路，其特征在于，还包括与所述上拉电阻连接的电容。
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