CN105356416A - 一种三相交流电压相序监控*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三相交流电压相序监控***，包括：降压滤波整形电路；将经过降压滤波整形电路处理的三相交流电压与参考电压作比较并输出三路比较结果的比较电路；根据三路比较结果对三相交流电压的相序进行检测并输出判断信号的逻辑电路；根据判断信号驱动继电器的驱动保护电路；以及根据驱动保护电路的输出信号产生指示信号，当三相交流电压的相序正确时输出相序正确指示信号；当三相交流电压的相序紊乱或出现缺相时输出报警指示信号的继电器。本发明通过对三相交流电压的相序进行检测，以此驱动继电器，进而保护用电设备的安全，有效避免相序紊乱和缺相问题带来的不必要的损失；同时由于本发明集成于芯片的电路模块内，体积小，操作方便，检测精度高。

Description

一种三相交流电压相序监控***

技术领域

本发明涉及用电安全领域，特别是涉及一种三相交流电压相序监控***。

背景技术

三相交流电的相序包括正序、负序和零序，三相交流电应用时，相序对电力、电子、仪表、自动控制和电力电子领域中设备的安全运行具有重要作用，往往需要检测判断三相交流电源的相序是否正确和是否存在缺相问题，如果相序有误或产生缺相，就要及时对电路中的器件进行保护以避免器件的损伤。在三相光伏并网逆变器并网时，如果逆变器和电网的相序不一致，将引起较大的冲击电流，甚至损坏功率模块等器件。另外，对于只允许单相旋转的设备而言，如果相序有误可能造成其旋转器件损坏，如载人电梯因相序的改变，使运行方向与预定方向相反，可能危及人身安全。因此，有必要对三相交流电的相序进行检测。

现有技术中的三相交流电压的相序检测通常采用如下三种方法：

1、采用一个电容和两个灯泡对三相交流电压的相序进行检测，但是这种方法只能短时工作，否则会烧坏灯泡，虽然结构简单，但电体积较大，不好安装；2、采用相序表，该方法同样只能短时工作，否则会烧坏；3、采用已知转向的异步电动机，该方法的前提是需要知道正确相序的转向，否则无法判断。

在现今电子、电力、仪表、自动控制和电力电子领域中，以嵌入式***为控制核心，向更小、更薄发展已成为普遍的趋势，因此，如何在完成相序检测的前提下进一步缩小电路规模，简化电路，同时提高三相交流电压相序检测的准确性已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种三相交流电压相序监控***，用于解决现有技术中三相交流电压相序检测电路体积大、准确性低、操作复杂等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种三相交流电压相序监控***，所述三相交流电压相序监控***至少包括：

降压滤波整形电路、比较电路、逻辑电路、驱动保护电路以及继电器；

所述降压滤波整形电路接收三相交流电压，三相交流电压包括第一相交流电压、第二相交流电压以及第三相交流电压，所述降压滤波整形电路对三相交流电压分别进行降压、滤波及整形处理；

所述比较电路与所述降压滤波整形模块相连，将经过所述降压滤波整形电路处理的三相交流电压分别与一参考电压作比较并输出三路比较结果；

所述逻辑电路与所述比较电路相连，根据所述比较电路输出的三路比较结果对三相交流电压的相序进行检测，并输出一判断信号；

所述驱动保护电路与所述逻辑电路相连，根据所述逻辑电路输出的判断信号驱动所述继电器；

所述继电器根据所述驱动保护电路的输出信号产生指示信号，当三相交流电压的相序正确时输出相序正确指示信号；当三相交流电压的相序紊乱或出现缺相时输出报警指示信号。

优选地，所述第二相交流电压的相位滞后所述第一相交流电压120°，所述第三相交流电压的相位滞后所述第二相交流电压120°，所述第一相交流电压的相位滞后所述第三相交流电压120°。

优选地，所述比较模块包括3个比较器，经过所述降压滤波整形电路处理的三相交流电压分别连接于各比较器的反相输入端，各比较器的正相输入端连接所述参考电压。

更优选地，所述参考电压不小于零且不大于三相交流电压交叉点幅值的绝对值。

更优选地，所述逻辑电路包括D触发器，三相交流电压所对应的三路比较结果通过与运算连接于所述D触发器的置位端，所述第一相交流电压所对应的第一比较结果连接于所述D触发器的时钟端，所述第二相交流电压对应的第二比较结果连接于所述D触发器的数据输入端，所述D触发的复位端接地。

优选地，还包括电源电路，所述电源电路接收三相交流电压，产生直流电压以为所述三相交流电压相序监控***供电。

更优选地，所述电源电路为阻容降压电路，包括三相全波整流单元、电容滤波单元、一级稳压单元、分压单元以及二级稳压单元。

优选地，还包括连接于所述继电器的信号指示灯，当所述继电器输出所述相序正确指示信号时所述指示灯点亮；当所述继电器输出所述报警指示信号时所述指示灯熄灭。

如上所述，本发明的三相交流电压相序监控***，具有以下有益效果：

本发明的三相交流电压相序监控***通过对三相交流电压的相序进行检测，以此驱动继电器，进而保护用电设备的安全，避免不必要的损失；同时由于本发明的三相交流电压相序监控***集成于芯片的电路模块内，体积小，操作方便，检测精度高。

附图说明

图1显示为本发明的三相交流电压相序监控***示意图。

图2显示为三相交流电压的相位示意图。

图3显示为本发明的三相交流电压相序监控***的比较电路的结构示意图。

图4显示为本发明的三相交流电压相序监控***的逻辑电路的结构示意图。

图5显示为本发明的三相交流电压相序监控***的继电器的结构示意图。

图6显示为本发明的三相交流电压相序监控***的电源电路的结构示意图。

图7～8显示为本发明的三相交流电压相序监控***检测到正确相序时的波形示意图。

图9～10显示为本发明的三相交流电压相序监控***检测到相序紊乱时的波形示意图。

图11～13显示为本发明的三相交流电压相序监控***检测到缺相时的波形示意图。

元件标号说明

1三相交流电压相序监控***

11降压滤波整形电路

12比较电路

121～123第一～第三比较器

13逻辑电路

131D触发器

132三输入与门

14驱动保护电路

15继电器

16电源电路

161三相全波整流单元

162电容滤波单元

163一级稳压单元

164分压单元

165二级稳压单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图13。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供一种三相交流电压相序监控***1，所述三相交流电压相序监控***1包括：

降压滤波整形电路11、比较电路12、逻辑电路13、驱动保护电路14、继电器15以及电源电路16。

如图1所示，所述降压滤波整形电路11接收三相交流电压，三相交流电压包括第一相交流电压L1、第二相交流电压L2以及第三相交流电压L3，所述降压滤波整形电路11对三相交流电压分别进行降压、滤波及整形处理。

具体地，如图2所示，三相交流电压的相位差为120°，且所述第二相交流电压L2的相位滞后所述第一相交流电压L1的相位120°，所述第三相交流电压L3的相位滞后所述第二相交流电压L2的相位120°，所述第一相交流电压L1的相位滞后所述第三相交流电压L3的相位120°。所述降压滤波整形电路11分别对所述第一相交流电压L1、所述第二相交流电压L2以及所述第三相交流电压L3进行初步的处理，包括但不限于降压、滤波及整形处理。在本实施例中，处理后的三相交流电压幅值降低，且只保留幅值为正的半周期波形。所述降压滤波整形电路11输出三路整形信号，分别为第一相整形信号L1’，第二相整形信号L2’以及第三相整形信号L3’。

如图1所示，所述比较电路12与所述降压滤波整形模块相连，将经过所述降压滤波整形电路11处理的三相交流电压分别与一参考电压Vref作比较并输出三路比较结果。

具体地，如图3所示，在本实施例中，所述比较模块包括第一比较器121、第二比较器122以及第三比较器123。所述第一比较器121的反相输入端连接所述第一相整形信号L1’，正相输入端连接所述参考信号Vref，输出第一比较结果C1；所述第二比较器122的反相输入端连接所述第二相整形信号L2’，正相输入端连接所述参考信号Vref，输出第二比较结果C2；所述第三比较器123的反相输入端连接所述第三相整形信号L3’，正相输入端连接所述参考信号Vref，输出第三比较结果C3；经过所述降压滤波整形电路11处理的三相交流电压分别连接于各比较器的反相输入端，各比较器的正相输入端连接所述参考电压Vref。在本实施例中，由于所述第一相整形信号L1’、所述第二相整形信号L2’以及所述第三相整形信号L3’分别连接在比较器的反相输入端，因此所述参考电压Vref设定为0～V3，其中V3为三相交流电压交叉点幅值的绝对值。当所述第一相整形信号L1’、所述第二相整形信号L2’以及所述第三相整形信号L3’分别连接在比较器的正相输入端，而所述参考电压Vref连接于比较器的反相输入端，或后续逻辑电路发生变化时，所述参考电压的取值范围将发生变化，可根据整体逻辑关系做进具体设定，在理解本实施例的所述比较模块的具体电路结构及所述参考电压的取值范围的基础上，本领域技术人员能对所述比较模块的具体电路和所述参考电压做适应性的调整，且该调整均包含于本发明所揭示的内容。

如图1所示，所述逻辑电路13与所述比较电路12相连，根据所述比较电路12输出的三路比较结果对三相交流电压的相序进行检测，并输出一判断信号Q。

具体地，所述逻辑电路13接收所述第一比较结果C1、所述第二比较结果C2及所述第三比较结果C3，并进行逻辑运算以对三相交流电压的相序进行检测，获取判断信号Q。所述逻辑电路13包括但不限于D触发器、单片机、异或门、与或门，任意能实现相序检测的逻辑电路13均适用于本发明。如图4所示，在本实施例中，所述逻辑电路13采用D触发器131实现。所述第一比较结果C1连接于所述D触发器131的时钟端CK；所述第二比较结果C2连接于所述D触发器131的数据输入端D；所述第一比较结果C1、所述第二比较结果C2及所述第三比较结果C3通过与运算连接于所述D触发器131的置位端SET，在本实施例中，通过三输入与门132实现与运算，通过任意逻辑器件组成的与逻辑电路13均适用于本发明，不以本实施例为限；所述D触发器131的复位端RST接地。

如图1所示，所述驱动保护电路14与所述逻辑电路13相连，根据所述逻辑电路13输出的判断信号驱动所述继电器15。

具体地，所述驱动保护电路14根据所述判断信号Q输出相应的驱动信号Drv。

如图1所示，所述继电器15根据所述驱动保护电路14的输出信号产生指示信号，当三相交流电压的相序正确时输出相序正确指示信号；当三相交流电压的相序紊乱或出现缺相时输出报警指示信号。

具体地，如图5所示为最典型的继电器15结构，包括线圈L，衔铁K、常开触点d1、常闭触点d2以及弹簧S。当所述继电器15接收到所述驱动信号Drv后，所述线圈L根据所述驱动信号Drv产生电磁力，若三相交流电压的相序正确，则所述线圈L励磁，产生电磁力吸引所述衔铁K向所述常开触点d2闭合，有电流流过，输出相序正确指示信号，后续电路导通且能正常工作；若三相交流电压的相序紊乱或有缺相的情况发生，则所述线圈L消磁，电磁力消失，在所述弹簧S的作用下，所述衔铁K回到所述常开触点d1，无电流流过，输出报警指示信号，后续电路被断开，无法正常工作。所述继电器15还连接一信号指示灯，当所述继电器15输出所述相序正确指示信号时所述指示灯点亮；当所述继电器15输出所述报警指示信号时所述指示灯熄灭；可更直观地获取输出信号信息。

如图1所示，所述电源电路16接收三相交流电压，产生直流电压以为所述三相交流电压相序监控***供电。

具体地，如图6所示，在本实施例中，所述电源电路16为阻容降压电路，包括三相全波整流单元161、电容滤波单元162、一级稳压单元163、分压单元164以及二级稳压单元165。三相交流电压通过所述三相全波整流单元161、所述电容滤波单元162、以及所述一级稳压单元163产生第一电压信号V1，在本实施例中，所述第一电压V1为27V，用于为所述继电器15供电。所述第一电压V1经过所述分压单元164和所述二级稳压单元165产生第二电压V2，在本实施例中，所述第二电压V2为15V，用于为所述比较电路12、所述逻辑电路13以及所述驱动保护电路14供电。

上述三相交流电压相序监控***的工作原理如下：

相序正确的情况下：

如图2所示，若三相交流电压的相序正确，则三相交流电压的相位差为120°，且所述第二相交流电压L2的相位滞后所述第一相交流电压L1的相位120°，所述第三相交流电压L3的相位滞后所述第二相交流电压L2的相位120°，所述第一相交流电压L1的相位滞后所述第三相交流电压L3的相位120°。如图7所示，经过所述降压滤波整形电路11后，各相信号的幅值降低，且只保留幅值为正的半周期波形。将所述参考电压Vref设定为0～V3，如图2所示，其中V3为三相交流电压交叉点幅值的绝对值。如图8所示，各比较结果的低电平的脉宽即为三相交流电压幅值大于所述参考电压的周期，当所述参考电压Vref设定V3时，不考虑延时则各比较结果的低电平依次到来，各占1/3个周期，由于本实施例中的所述参考电压Vref介于0～V3之间，因此，低电平的脉宽会产生互相覆盖，不存在同时为高电平的情况，因此，所述D触发器131的置位端SET始终保持为0，不起效。如图4所示，同时，所述D触发器131的复位端RST接地，始终保持为0，不起效；因此，所述D触发器131正常工作，在时钟信号的上升沿触发一个数据信号，由于在本实施例中，所述第一比较结果C1作为时钟信号，所述第二比较结果C2作为数据信号，由图8可知，在所述第一比较结果C1的上升沿，所述第二比较结果C2为低电平信号，因此所述判断信号Q为低电平。所述驱动保护电路14在该低电平信号的作用下输出驱动信号以使所述继电器15励磁，进而输出所述相序正确指示信号，连接于所述继电器15的指示灯点亮，后续电路正常工作。

相序紊乱的情况下：

若三相交流电压的相序紊乱，所述第一相交流电压L1的相位滞后所述第二相交流电压L2的相位120°，所述第三相交流电压L3的相位滞后所述第一相交流电压L1的相位120°，所述第二相交流电压L2的相位滞后所述第三相交流电压L3的相位120°，经过所述降压滤波整形电路11后，各相信号如图9所示；经过所述比较电路12后，各比较结果如图10所示，由于本实施例中的所述参考电压Vref介于0～V3之间，因此，低电平的脉宽会产生互相覆盖，不存在同时为高电平的情况，因此，所述D触发器131的置位端SET始终保持为0，不起效。如图4所示，同时，所述D触发器131的复位端RST接地，始终保持为0，不起效；因此，所述D触发器131正常工作，在时钟信号的上升沿触发一个数据信号，由于在本实施例中，所述第一比较结果C1作为时钟信号，所述第二比较结果C2作为数据信号，由图10可知，在所述第一比较结果C1的上升沿，所述第二比较结果C2为高电平信号，因此所述判断信号Q为高电平。所述驱动保护电路14在该高电平信号的作用下输出驱动信号以使所述继电器15消磁，进而输出所述报警指示信号，连接于所述继电器15的指示灯熄灭，后续电路无法正常工作。

其他相序紊乱的情况下，所述逻辑电路13均输出高电平，最终所述继电器15输出所述报警指示信号，后续电路无法正常工作，其工作原理与所述第二相交流电压超前于所述第一相交流电压的情况一致，在此不一一赘述。

缺相的情况：

缺所述第一相交流电压：在实际使用时，当某一相交流电压缺失时，其他两相交流电压的相位差会变大，经过降压、滤波、整形以及比较后，输出的各比较结果波形如图11所示，其中所述第一比较结果C1始终为高电平信号，则所述D触发器131的时钟端CK没有触发信号。当各比较结果为均为高电平时，所述D触发器131的置位端RST起效，输出高电平；当各比较结果不全为高电平时，输出不变。因此所述D触发器131的输出信号始终为高电平，所述继电器15输出所述报警指示信号。

缺所述第二相交流电压：经过降压、滤波、整形以及比较后，输出的各比较结果波形如图12所示，其中所述第二比较结果C2始终为高电平信号，则在各比较结果均为高电平时，所述逻辑电路13输出高电平信号；在各比较结果不均为高电平时，所述第一比较结果C1的上升沿，所述第二比较结果C2为高电平，因此，所述逻辑电路13仍然输出高电平。最终所述继电器15输出所述报警指示信号。

缺所述第三相交流电压：经过降压、滤波、整形以及比较后，输出的各比较结果波形如图13所示，其中所述第三比较结果C3始终为高电平信号，则在各比较结果均为高电平时，所述逻辑电路13输出高电平信号；在各比较结果不均为高电平时，所述第一比较结果C1的上升沿，所述第二比较结果C2为高电平，因此，所述逻辑电路13仍然输出高电平。最终所述继电器15输出所述报警指示信号。

本发明的三相交流电压相序监控***通过对三相交流电压的相序进行检测，以此驱动继电器，进而保护用电设备的安全，有效避免相序紊乱和缺相问题带来的不必要的损失；同时由于本发明的三相交流电压相序监控***集成于芯片的电路模块内，体积小，操作方便，检测精度高。

综上所述，本发明提供一种三相交流电压相序监控***，包括：降压滤波整形电路；将经过所述降压滤波整形电路处理的三相交流电压分别与一参考电压作比较并输出三路比较结果的比较电路；根据所述比较电路输出的三路比较结果对三相交流电压的相序进行检测并输出一判断信号的逻辑电路；根据所述逻辑电路输出的判断信号驱动继电器的驱动保护电路；以及根据所述驱动保护电路的输出信号产生指示信号，当三相交流电压的相序正确时输出相序正确指示信号；当三相交流电压的相序紊乱或出现缺相时输出报警指示信号的继电器。本发明的三相交流电压相序监控***通过对三相交流电压的相序进行检测，以此驱动继电器，进而保护用电设备的安全，有效避免相序紊乱和缺相问题带来的不必要的损失；同时由于本发明的三相交流电压相序监控***集成于芯片的电路模块内，体积小，操作方便，检测精度高。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种三相交流电压相序监控***，其特征在于，所述三相交流电压相序监控***至少包括：

降压滤波整形电路、比较电路、逻辑电路、驱动保护电路以及继电器；

所述降压滤波整形电路接收三相交流电压，三相交流电压包括第一相交流电压、第二相交流电压以及第三相交流电压，所述降压滤波整形电路对三相交流电压分别进行降压、滤波及整形处理；

所述比较电路与所述降压滤波整形模块相连，将经过所述降压滤波整形电路处理的三相交流电压分别与一参考电压作比较并输出三路比较结果；

所述逻辑电路与所述比较电路相连，根据所述比较电路输出的三路比较结果对三相交流电压的相序进行检测，并输出一判断信号；

所述驱动保护电路与所述逻辑电路相连，根据所述逻辑电路输出的判断信号驱动所述继电器；

所述继电器根据所述驱动保护电路的输出信号产生指示信号，当三相交流电压的相序正确时输出相序正确指示信号；当三相交流电压的相序紊乱或出现缺相时输出报警指示信号。

2.根据权利要求1所述的三相交流电压相序监控***，其特征在于：所述第二相交流电压的相位滞后所述第一相交流电压120°，所述第三相交流电压的相位滞后所述第二相交流电压120°，所述第一相交流电压的相位滞后所述第三相交流电压120°。

3.根据权利要求1所述的三相交流电压相序监控***，其特征在于：所述比较模块包括3个比较器，经过所述降压滤波整形电路处理的三相交流电压分别连接于各比较器的反相输入端，各比较器的正相输入端连接所述参考电压。

4.根据权利要求3所述的三相交流电压相序监控***，其特征在于：所述参考电压不小于零且不大于三相交流电压交叉点幅值的绝对值。

5.根据权利要求4所述的三相交流电压相序监控***，其特征在于：所述逻辑电路包括D触发器，三相交流电压所对应的三路比较结果通过与运算连接于所述D触发器的置位端，所述第一相交流电压所对应的第一比较结果连接于所述D触发器的时钟端，所述第二相交流电压对应的第二比较结果连接于所述D触发器的数据输入端，所述D触发的复位端接地。

6.根据权利要求1所述的三相交流电压相序监控***，其特征在于：还包括电源电路，所述电源电路接收三相交流电压，产生直流电压以为所述三相交流电压相序监控***供电。

7.根据权利要求6所述的三相交流电压相序监控***，其特征在于：所述电源电路为阻容降压电路，包括三相全波整流单元、电容滤波单元、一级稳压单元、分压单元以及二级稳压单元。

8.根据权利要求1所述的三相交流电压相序监控***，其特征在于：还包括连接于所述继电器的信号指示灯，当所述继电器输出所述相序正确指示信号时所述指示灯点亮；当所述继电器输出所述报警指示信号时所述指示灯熄灭。