CN104698291A - 三相四线制缺零线功能检测电路及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三相四线制缺零线功能检测电路及检测方法。目的是提供一种检测电路及检测方法，在三相四线制智能电表端即可检测零线是否接入。方案：检测电路包括光耦IC1，其发射侧的UN端经开关电路与***地COM相连，另一端分为三路，一路经串联的电阻R4、R3、R2、R1和二极管D12后与三相电压中的A相相连，一路经串联的电阻R8、R7、R6、R5和二极管D13后与三相电压中的B相相连，一路经串联的电阻R12、R11、R10、R9和二极管D14后与三相电压中的C相相连；光耦IC1接收侧的一个引脚接地，另一个引脚Testin输出用于判断是否缺零线的波形。本发明用于检测三相四线制交流电度表端的零线状态。

Description

三相四线制缺零线功能检测电路及检测方法

技术领域

本发明涉及一种三相四线制缺零线功能检测电路及检测方法，主要用于有效的检测三相四线制交流电度表端的零线状态。

背景技术

在目前国际、国内的三相四线制供电***中，由于零线的存在(即配电变压器中性点接地完好)，使得三相电压保持稳定及平衡，不随三相负载的不平衡而发生中性点位移。零线与A、B、C三相线构成了一个有效的整体。在零线连接完好的情况下，即使A、B、C三相任意一相电压断开，其他两相负荷仍然可以在正常电压情况下工作。如果零线断开，即使三相负载平衡，但只要负载使用不同步，也将发生中性点位移现象，更不用说负载不平衡情况下导致三相电压不平衡，间接使得各相负载由于不稳定的电压不工作甚至损坏用电设备。

纵观国际国内，三相四线制电能表计终端缺零线检测功能运用非常稀少。传统的做法是采用零线采样功能(即在零线上使用传感器，如：互感器)与火线同等规模采样测量已达到检测零线状态功能，既大幅增加了整表体积又浪费材料！

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种三相四线制缺零线功能检测电路及检测方法，在三相四线制智能电表端即可有效的检测零线是否接入。

本发明所采用的技术方案是：三相四线制缺零线功能检测电路，其特征在于：它包括光耦IC1，其发射侧的UN端经开关电路与***地COM相连，另一端分为三路，一路经串联的电阻R4、R3、R2、R1和二极管D12后与三相电压中的A相相连，一路经串联的电阻R8、R7、R6、R5和二极管D13后与三相电压中的B相相连，一路经串联的电阻R12、R11、R10、R9和二极管D14后与三相电压中的C相相连；光耦IC1接收侧的一个引脚接地，另一个引脚Testin输出用于判断是否缺零线的波形。

所述开关电路包括三极管Q1，以及与该三极管Q1的输出端相连的继电器V1，其中继电器V1的两个输出端分别连接UN端和***地COM。

所述三极管Q1采用型号BC807-40LT1的PNP型三极管，其基极经电阻R14接Test_control，发射极接3.3V电压并经电阻R15接Test_control，集电极经电阻R13与继电器V1相连；控制Test_control高电平，则不进行缺零线检测，控制Test_control低电平，则进行缺零线检测。

所述继电器V1采用型号PS7141-1B/AQV414的固态继电器，其引脚1经电阻R13与三极管Q1的集电极相连，引脚4接UN端，引脚6接***地COM。

三相四线制缺零线功能检测方法，其特征在于包括：

在表计接入两相或三相电的情况下，控制Test_control为低电平，以1KHz的中断频率检测引脚Testin的波形，分别累加波形中高电平的次数和低电平的次数；当高电平次数和低电平次数的和为24时，控制Test_control为高电平；

判断低电平次数是否大于高电平次数，若是，则认为当前为不缺零线状态，若否，则认为当前为缺零线状态。

本发明有益效果在于提供一种开放式的功能检测电路，通过检测光耦IC1引脚Testin的波形，达到在三相四线制智能电表端即可有效的检测零线的状态(连接或者断开)，输出检测的零线状态信号，不限定的为后续缺零线保护电路或者报警信号提供依据。本发明还能控制检测功能的开关(通过控制Test_control为高电平来关闭检测功能，Test_control为低电平来开启检测功能)，以利于某些特定测试场合，检测零线状态导致的其他功能干扰，更加开放及普遍应用化。

附图说明

图1是本发明三相四线制功能型缺零线检测电路的原理图(SOC***平台工作电压3.3VDC)。

图2是三相230VAC输入有零线时R1到R12任意一个电阻两端的电压有效值测试图。

图3是三相230VAC输入无零线时R1到R12任意一个电阻两端的电压有效值测试图。

图4是三相230VAC时，有零线至无零线波形变化图。

图5是图4的A部放大图。

图6是图4的B部放大图。

图7是输入任意两相230VAC，有零线测试图。

图8是输入任意两相230VAC，无零线测试图。

图9是本发明检测方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例三相四线制缺零线功能检测电路是利用现代高集成电子电路实现检测零线是否正确接入智能电表(三相四线电能表)内的功能电路。由于A、B、C三相电之间存在120度相角，三相四线电能表在不接入零线时至少输入两相电压电能表才可以正常工作。所以三相电能表首先要检测至少有两相电压输入的情况下，才能开启缺零线检测功能。本实施例以3*230/400V，50Hz电网为参考，检测电路具体包括光耦IC1，其发射侧的UN端经开关电路与***地COM相连，另一端分为三路，一路经串联的电阻R4、R3、R2、R1和二极管D12后与三相电压中的A相相连，一路经串联的电阻R8、R7、R6、R5和二极管D13后与三相电压中的B相相连，一路经串联的电阻R12、R11、R10、R9和二极管D14后与三相电压中的C相相连；光耦IC1接收侧的一个引脚接地，另一个引脚Testin输出用于判断是否缺零线的波形，同时经上拉电阻R16接3.3V电压。

所述开关电路包括三极管Q1，以及与该三极管Q1的输出端相连的继电器V1；其中三极管Q1采用型号BC807-40LT1的PNP型三极管，其基极经电阻R14接输入控制端Test_control，发射极接3.3V电压并经电阻R15接输入控制端Test_control，集电极经电阻R13与继电器V1相连；控制Test_control高电平，则不进行缺零线检测，控制Test_control低电平，则进行缺零线检测；继电器V1采用型号PS7141-1B/AQV414的固态继电器，其引脚1经电阻R13与三极管Q1的集电极相连，引脚2、3接地，引脚4接UN端(电压零线的进线端)，引脚6接***地COM，通过输入控制端test_control产生触发信号控制输出端的通断(UN端与***地COM的通断)。

输入控制端test_control为高电平时，不进行缺零线检测，三极管Q1关断，继电器V1的输入控制端无触发信号，输出受控端不动作，UN端和***地COM连通，此时，不管是否接入零线，光耦IC1的发射侧都可以形成回路。输入控制端test_control为低电平时，进行缺零线检测，三极管Q1导通，继电器V1的输入控制端产生触发信号，接入继电器V1输出端的UN和COM断开，通过检测引脚TESTNI的波形来判断是否缺零线。在test_control为低电平的条件下，只有电表中接入零线时光耦IC1发射侧才能形成回路，Testin可以产生触发信号；没有零线接入时，光耦IC1发射侧不会形成回路，Testin一直为高电平。

图2结合图1在三相230VAC输入有零线时R1到R12任意一个电阻两端的电压有效值测试，根据示波器测得电压有效值计算的电流＝39.8÷75k＝0.53mA。

图3结合图1在三相230VAC输入无零线时R1到R12任意一个电阻两端的有效电压测试，根据示波器测得电压有效值计算的电流＝35.8÷75k＝0.48mA。

图4、图5、图6描述输入三相230VAC时，有零线至无零线波形变化图；有零线时，继电器V1断开后，引脚Testin的电平没有被拉高；无零线时，继电器V1断开后，引脚Testin的电平被拉高。

图7在输入任意两相230VAC，有零线测试图。在零线存在的前提下，因为输入为任意两相电压，所以在一个周期内缺少120°电流，所以下图波形中一个周期内有三分之一的高电平出现。

图8在输入任意两相230VAC，无零线测试图。在输入任意两相电压时，缺零线的状态下，假设任意两相电压为A相与B相，A相与B相存在120度相位差。所以在某一时刻A相处于半波正半部分B相处于负半部分，电流方向从A流向B；在另一时刻A相处于半波负半部分B相处于正半部分，电流从B流向A，这两个时刻间隔大约为10ms。

如图9所示，本实施例三相四线制缺零线功能检测方法，包括：

设置缺零线检测的间隔时间10s，每10s的间隔时间到，则判断表计是否接入两相或三相电；

在表计接入两相或三相电的情况下，控制Test_control为低电平，开启缺零线检测功能，以1KHz的中断频率检测引脚Testin的波形，分别累加波形中高电平的次数和低电平的次数；当高电平次数和低电平次数的和为24时，控制Test_control为高电平，关闭缺零线检测功能；表计未接入两相或三相电的情况下，控制Test_control为高电平，关闭缺零线检测功能；

判断低电平次数是否大于高电平次数，若是，则认为当前为不缺零线状态，若否，则认为当前为缺零线状态。

Claims (5)

1.一种三相四线制缺零线功能检测电路，其特征在于：它包括光耦IC1，其发射侧的UN端经开关电路与***地COM相连，另一端分为三路，一路经串联的电阻R4、R3、R2、R1和二极管D12后与三相电压中的A相相连，一路经串联的电阻R8、R7、R6、R5和二极管D13后与三相电压中的B相相连，一路经串联的电阻R12、R11、R10、R9和二极管D14后与三相电压中的C相相连；光耦IC1接收侧的一个引脚接地，另一个引脚Testin输出用于判断是否缺零线的波形。

2.根据权利要求1所述的三相四线制缺零线功能检测电路，其特征在于：所述开关电路包括三极管Q1，以及与该三极管Q1的输出端相连的继电器V1，其中继电器V1的两个输出端分别连接UN端和***地COM。

3.根据权利要求2所述的三相四线制缺零线功能检测电路，其特征在于：所述三极管Q1采用型号BC807-40LT1的PNP型三极管，其基极经电阻R14接Test_control，发射极接3.3V电压并经电阻R15接Test_control，集电极经电阻R13与继电器V1相连；控制Test_control高电平，则不进行缺零线检测，控制Test_control低电平，则进行缺零线检测。

4.根据权利要求3所述的三相四线制缺零线功能检测电路，其特征在于：所述继电器V1采用型号PS7141-1B/AQV414的固态继电器，其引脚1经电阻R13与三极管Q1的集电极相连，引脚4接UN端，引脚6接***地COM。

5.一种三相四线制缺零线功能检测方法，其特征在于包括：

在表计接入两相或三相电的情况下，控制Test_control为低电平，以1KHz的中断频率检测引脚Testin的波形，分别累加波形中高电平的次数和低电平的次数；当高电平次数和低电平次数的和为24时，控制Test_control为高电平；

判断低电平次数是否大于高电平次数，若是，则认为当前为不缺零线状态，若否，则认为当前为缺零线状态。