CN106026030B - 一种曳引电梯三相交流电相序保护器及保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种曳引电梯三相交流电相序保护器及保护方法，其中，所述相序保护器包括三相变压器、振幅信息采集组件以及微处理器，所述三相变压器中包括第一变压器、第二变压器以及第三变压器，所述振幅信息采集组件中包括具备相同结构的第一采集组件、第二采集组件以及第三采集组件，所述采集组件中包括互相并联的振幅大小调节器和振幅方向鉴别器，所述振幅信息采集组件与所述微处理器之间通过外部总线相连，所述采集组件与所述外部总线之间通过信号线相连。本发明实施方式提供的一种曳引电梯三相交流电相序保护器及保护方法，能够精确地对曳引电梯电路中的相序进行检测，并可以在相序改变时及时对电路进行保护。

Description

一种曳引电梯三相交流电相序保护器及保护方法
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种曳引电梯三相交流电相序保护器及保护方法。
背景技术
正常的电力供电***中的三相电路分别用红、绿、黄三种颜色表示供电***50Hz的三条交流电力线三相之间的相对次序。在交流曳引电梯***中，为保障运行安全防止因错相电动机反转造成事故，不允许因接线的原因造成电梯三相供电电源线之间相序发生改变的情况发生，有关规程规定需通过接入相序保护组件以防止相序发生改变的情况。现有的相序保护器的往往通过设置常开和常闭的触点，在发生相序改变的情况时，通过改变触点的常开或者常闭的状态，来保护电路的安全。然而现有技术中的相序保护器有时会出现误判的情况，导致电路会突然关闭或者无法对电路进行保护。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种曳引电梯三相交流电相序保护器及保护方法，能够精确地对曳引电梯电路中的相序进行检测，并可以在相序改变时及时对电路进行保护。
为实现上述目的，本发明实施方式提供了一种曳引电梯三相交流电相序保护器，所述曳引电梯由A相电源线、B相电源线以及C相电源线通过电源总开关供电，所述相序保护器包括三相变压器、振幅信息采集组件以及微处理器，其中，所述三相变压器中包括分别与所述A相电源线、B相电源线以及C相电源线相连的第一变压器、第二变压器以及第三变压器，所述振幅信息采集组件中包括分别与所述第一变压器、第二变压器以及第三变压器相连接的具备相同结构的第一采集组件、第二采集组件以及第三采集组件，所述采集组件中包括互相并联的振幅大小调节器和振幅方向鉴别器，所述振幅信息采集组件与所述微处理器之间通过外部总线相连，所述采集组件与所述外部总线之间通过信号线相连。
进一步地，各相电源线与对应的变压器之间通过熔断器相连，各个变压器与对应的采集组件之间通过熔断器相连。
进一步地，所述三相变压器中的各个变压器中的绕组采用星形接线法相接，以确保所述三相变压器的一次侧与二次侧的电压相位相同。
进一步地，在各个变压器与对应的采集组件中的振幅大小调节器之间还连接有采样缓冲器。
进一步地，所述采样缓冲器以及所述振幅大小调节器中均包括型号为LM224J的运算放大器。
为实现上述目的，本申请还提供一种相序保护方法，所述方法包括：按照预设采样周期对所述A相电源线、B相电源线以及C相电源线供应的电压进行采样，得到所述三相交流电对应的基准信号，所述基准信号中包括预设数量的三相电压信息组，所述三项电压信息组中包括所述A相电源线、B相电源线以及C相电源线分别对应的电压振幅大小以及电压振幅方向；在所述曳引电梯正常工作时，利用所述第一采集组件、第二采集组件以及第三采集组件分别对所述第一变压器、第二变压器以及第三变压器输出的电压进行电压振幅大小以及电压振幅方向的测量，得到电压振幅测量结果；将所述电压振幅测量结果与所述基准信号中的三相电压信息组进行对比，当所述电压振幅测量结果与所述基准信号中的任一三相电压信息组均不匹配时，生成错相信号并禁止所述曳引电梯启动。
进一步地，所述预设采样周期为100微秒，所述三相电压信息组的所述预设数量为100。
由上述本申请实施方式可见，本发明在曳引电梯正常工作之前，通过对所述A相电源线、B相电源线以及C相电源线供应的电压进行采样，从而可以得到所述三相交流电对应的基准信号。接着可以通过所述第一采集组件、第二采集组件以及第三采集组件分别对所述第一变压器、第二变压器以及第三变压器输出的电压进行电压振幅大小以及电压振幅方向的测量，从而得到曳引电梯正常工作时的电压振幅测量结果。通过将所述电压振幅测量结果与所述基准信号进行对比，从而可以确定当前曳引电梯的电路中是否出现了相序改变的情况，一旦出现，那么可以生成错相信号并禁止所述曳引电梯启动。由此可见，本发明提供的一种曳引电梯三相交流电相序保护器及保护方法，能够精确地对曳引电梯电路中的相序进行检测，并可以在相序改变时及时对电路进行保护。
附图说明
图1为本发明中相序保护器的结构示意图；
图2为本发明实施方式提供的相序保护方法的流程图；
图3本发明中对三相交流电进行采样的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都应当属于本申请保护的范围。
本申请实施方式提供一种曳引电梯三相交流电相序保护器，请参阅图1，所述曳引电梯由A相电源线13、B相电源线以及C相电源线通过电源总开关12供电，所述相序保护器包括三相变压器10、振幅信息采集组件以及微处理器7，其中，所述三相变压器10中包括分别与所述A相电源线、B相电源线以及C相电源线相连的第一变压器、第二变压器以及第三变压器，所述振幅信息采集组件中包括分别与所述第一变压器、第二变压器以及第三变压器相连接的具备相同结构的第一采集组件、第二采集组件以及第三采集组件，所述采集组件中包括互相并联的振幅大小调节器3和振幅方向鉴别器5，所述振幅信息采集组件与所述微处理器7之间通过外部总线8相连，所述采集组件与所述外部总线8之间通过信号线4、6相连。
在本申请一优选实施方式中，各相电源线与对应的变压器之间通过熔断器11相连，各个变压器与对应的采集组件之间通过熔断器9相连。
在本申请一优选实施方式中，所述三相变压器中的各个变压器中的绕组采用星形接线法相接，以确保所述三相变压器的一次侧14与二次侧1的电压相位相同。
在本申请一优选实施方式中，在各个变压器与对应的采集组件中的振幅大小调节器3之间还连接有采样缓冲器2。
在本申请一优选实施方式中，所述采样缓冲器2以及所述振幅大小调节器3中均包括型号为LM224J的运算放大器。
本发明的相序保护器可以适用于交流曳引电梯TN-S供电***，线电压为380V。如图1所示，本发明采用三相变压器10将一次侧14的较高压降压为二次侧1的较低电压，一次侧14和二次侧1皆采用熔断器9、11来保护三相变压器和主电路。三相变压器中的各个变压器中的绕组均采用星形接线法相接，以确保所述三相变压器的一次侧14与二次侧1的电压相位相同。二次侧1电压的大小与一次侧14电压的大小成比例变化，对二次侧1电压相序的检测等价于对一次侧14信号相序的检测。
在本实施方式中，三相电压经三相变压器10降压后，二次侧1的输出电压可以作为相序保护器的测量信号。供电的三相交流电在正常情况下，其三相间相序是一定的，各相电压彼此之间在每个周期内的大小和相位关系可以按照一定规律变化。请参阅图3，如图3所示的三相电压归一化波形，在某三个连续的采样时刻t1、t2、t3，三相电压瞬时值之间存着如表1所示的关系。
下面以A、B、C分别表示A相电源线、B相电源线以及C相电源线对应的电压。如表1所示，在t1时刻的瞬时值：A(相振幅值最小，方向为负)、B(相振幅大于A且小于C，方向为负)；C(相振幅最大、方向为正)；在下一个采样时刻t2：A(本次电压值大于上一次t1采样时刻A相的振幅值，本次电压大于B小于C的振幅，方向为负)、B(本次电压值小于上一次t1采样时刻B相的振幅值且振幅小于A和C，方向为负)；C(本次电压值大于上一次t1采样时刻C相的振幅值，本次电压大于B、大于C的振幅，方向为正)；在接下来的采样时刻t3：A(本次电压值大于上一次t2采样时刻A相的振幅值，本次电压大于B小于C的振幅，方向为正)、B(本次电压值小于上一次t2采样时刻B相的振幅值且振幅小于A和C，方向为负)；C(本次电压值小于上一次t2采样时刻C相的振幅值，本次电压大于B、大于C的振幅，方向为正)。由于三相电压是周期函数，因此三相之间的这些固有关系在每个周期内均会重复出现。
表1连续采样时三相电压振幅大小和方向的状态
在本实施方式中，基于上述三相交流电压的周期规律，可以在曳引电梯正常工作之前，按照预设采样周期对所述A相电源线、B相电源线以及C相电源线供应的电压进行采样，从而得到所述三相交流电对应的基准信号。在所述基准信号中包括预设数量的三相电压信息组，所述三项电压信息组中包括所述A相电源线、B相电源线以及C相电源线分别对应的电压振幅大小以及电压振幅方向。其中，所述电压振幅大小可以如表1中所示的相对大小关系，所述电压振幅方向也可以为表1中所示的正负关系。
在获取所述三项交流电对应的基准信号后，该基准信号可以被录入所述微处理器7中。然后便可以正常启动所述曳引电梯，以对所述曳引电梯的电路的相序进行检测。具体地，在所述曳引电梯正常工作时，可以利用所述第一采集组件、第二采集组件以及第三采集组件分别对所述第一变压器、第二变压器以及第三变压器输出的电压进行电压振幅大小以及电压振幅方向的测量，得到电压振幅测量结果。所述电压振幅测量结果中同样可以包括所述A相电源线、B相电源线以及C相电源线分别对应的电压振幅大小以及电压振幅方向。这样，通过将所述电压振幅测量结果与所述基准信号中的三相电压信息组进行对比，从而可以确定当所述电压振幅测量结果与所述基准信号中的任一三相电压信息组均不匹配时，所述曳引电梯的电路发生了相序改变，从而可以生成错相信号并禁止所述曳引电梯启动。
在具体应用场景中，当某一相电源线的输出电压信号一直持续不发生变化，那么证明此时出现了断相故障，应当生成断相信号并禁止所述曳引电梯启动。
在本申请一实际应用场景中，交流曳引电梯供电***为TN-S供电***，线电压380V。各个变压器可以选用380/10V，额定容量为10VA的三相变压器，各个三相变压器的绕组采用星形接线法相接，以确保所述三相变压器的一次侧与二次侧的电压相位相同。采样缓冲器和振幅大小比例调节器可以选用型号为LM224J的运算放大器。振幅方向鉴别器的型号可以为INA193。所述微控制器可以选用MSP430f169芯片。MSP430f169微控制器内部的FLASH存储器可以用来存储所述基准信号。
在该应用场景中，相序保护器投入保护运行之前，可以进行预处理运行。电网工频为50Hz，周期为10毫秒。预处理运行时电网一个电压周期内等间隔采集100个电压点，因此采样周期可以设定为100微秒，并将采样结果按时间序列次序储存在FLASH存储器中完成基准信号的建立。投入保护监测后，相序保护器在其一个工作周期内的300毫秒内，等时间间隔对三相电压采样三次。正常情况下任意时刻三相电压的采样结果与基准信号之间村可以存在对应关系。因此，对于被采样的三组三相电压信息，如果不能和储存的基准信号相匹配的话，则该三相电压信息可以为错相信息，所述微处理器可以生成错相信号传输至电梯控制***的电压继电器中，禁止电梯启动。若某一相的信号维持不发生变化，则判断为发生了断相故障，发出相应的断相信号，禁止电梯启动。
本申请还提供一种相序保护方法。请参阅图2，所述方法可以包括以下步骤。
步骤S1：按照预设采样周期对所述A相电源线、B相电源线以及C相电源线供应的电压进行采样，得到所述三相交流电对应的基准信号，所述基准信号中包括预设数量的三相电压信息组，所述三项电压信息组中包括所述A相电源线、B相电源线以及C相电源线分别对应的电压振幅大小以及电压振幅方向；
步骤S2：在所述曳引电梯正常工作时，利用所述第一采集组件、第二采集组件以及第三采集组件分别对所述第一变压器、第二变压器以及第三变压器输出的电压进行电压振幅大小以及电压振幅方向的测量，得到电压振幅测量结果；
步骤S3：将所述电压振幅测量结果与所述基准信号中的三相电压信息组进行对比，当所述电压振幅测量结果与所述基准信号中的任一三相电压信息组均不匹配时，生成错相信号并禁止所述曳引电梯启动。
在本申请一优选实施方式中，所述预设采样周期为100微秒，所述三相电压信息组的所述预设数量为100。
由上述本申请实施方式可见，本发明在曳引电梯正常工作之前，通过对所述A相电源线、B相电源线以及C相电源线供应的电压进行采样，从而可以得到所述三相交流电对应的基准信号。接着可以通过所述第一采集组件、第二采集组件以及第三采集组件分别对所述第一变压器、第二变压器以及第三变压器输出的电压进行电压振幅大小以及电压振幅方向的测量，从而得到曳引电梯正常工作时的电压振幅测量结果。通过将所述电压振幅测量结果与所述基准信号进行对比，从而可以确定当前曳引电梯的电路中是否出现了相序改变的情况，一旦出现，那么可以生成错相信号并禁止所述曳引电梯启动。由此可见，本发明提供的一种曳引电梯三相交流电相序保护器及保护方法，能够精确地对曳引电梯电路中的相序进行检测，并可以在相序改变时及时对电路进行保护。
上面对本申请的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本申请的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本申请旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。
本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。
虽然通过实施方式描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (5)

1.一种曳引电梯三相交流电相序保护器，所述曳引电梯由A相电源线、B相电源线以及C相电源线通过电源总开关供电，其特征在于，所述相序保护器包括三相变压器、振幅信息采集组件以及微处理器，其中，所述三相变压器中包括分别与所述A相电源线、B相电源线以及C相电源线相连的第一变压器、第二变压器以及第三变压器，所述振幅信息采集组件中包括分别与所述第一变压器、第二变压器以及第三变压器相连接的具备相同结构的第一采集组件、第二采集组件以及第三采集组件，所述采集组件中包括互相并联的振幅大小调节器和振幅方向鉴别器，所述振幅信息采集组件与所述微处理器之间通过外部总线相连，所述采集组件与所述外部总线之间通过信号线相连；
各相电源线与对应的变压器之间通过熔断器相连，各个变压器与对应的采集组件之间通过熔断器相连；
所述三相变压器中的各个变压器中的绕组采用星形接线法相接，以确保所述三相变压器的一次侧与二次侧的电压相位相同。
2.根据权利要求1所述的相序保护器，其特征在于，在各个变压器与对应的采集组件中的振幅大小调节器之间还连接有采样缓冲器。
3.根据权利要求2所述的相序保护器，其特征在于，所述采样缓冲器以及所述振幅大小调节器中均包括型号为LM224J的运算放大器。
4.一种如权利要求1至3中任一权利要求所述的曳引电梯三相交流电相序保护器的保护方法，其特征在于，所述方法包括：
按照预设采样周期对所述A相电源线、B相电源线以及C相电源线供应的电压进行采样，得到所述三相交流电对应的基准信号，所述基准信号中包括预设数量的三相电压信息组，所述三相电压信息组中包括所述A相电源线、B相电源线以及C相电源线分别对应的电压振幅大小以及电压振幅方向；
在所述曳引电梯正常工作时，利用所述第一采集组件、第二采集组件以及第三采集组件分别对所述第一变压器、第二变压器以及第三变压器输出的电压进行电压振幅大小以及电压振幅方向的测量，得到电压振幅测量结果；
将所述电压振幅测量结果与所述基准信号中的三相电压信息组进行对比，当所述电压振幅测量结果与所述基准信号中的任一三相电压信息组均不匹配时，生成错相信号并禁止所述曳引电梯启动。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设采样周期为100微秒，所述三相电压信息组的所述预设数量为100。
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