三相缺相检测电路的原理分析(20220228140529).pdf

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1、1 三相缺相检测电路的原理分析本部事业部电源开发部付应红前言：对于使用三相交流电的用电设备，一个最基本的可靠性保护功能就是三相输入缺相检测功能，当三相输入中任何一相电压缺相时，该电路模块输出缺相告警信号。通过对告警信号的处理，保证了对用电设备的安全保护。一、工作原理1、电路原理图原理图如图1 所示：图 1 电路原理图2、工作原理其工作原理如下：当三相输入电压正常时，其三相输入相电压波形如图2 所示，为便于分析，将一个电源周期分为6 等份，如图2 所示 T1、T2、T3、T4、T5、T6。在这六个区间，三相电源之间的关系如表1 所示：T1 T2 T3 T4 T5 T6 三相电源之间的关系UAUC

2、UBUAUBUCUBUAUCUBUCUAUCUBUAUCUAUBR72KR815KC100.47uF/63VC111uF/100VR959KV D11N4148V T1P N2222R10910V T2A 673R111KVD21N4148V D31N4148R122KC130.1uF/63VR135.6KR142.4KC121uF/100VR156.8KR166.8KR176.8KV D41N4148VD51N4148D 1TLP621R18150k/2WR19150k/2WR20150k/2WVD61N4148D 2T LP621D3T LP621PHFLABC+15V+5V1243D 6

3、T LP621542123D 21AL M339761D 21BLM3399814D 21CL M339111013D 21DL M339UCURUBUAUD2 图 2 三相正常时检测电路波形图在区间 T1 内，UAUCUB，A 相电压最大，B 相电压最小，因此，在图1 中的光藕 D1 和二极管VD5 导通，此时，控制信号UC为低电平，当时间从T1 进入 T2 区间时，UAUBUC，A 相电压最大，C 相电压最小，因此，在图1 中的光藕 D1 和二极管VD4 导通，控制信号UC为低电平，如此类推，在区间T3、T4、T5、T6时，控制信号UC均为低电平，所以，在一个电源周期内，控制信号UC为低电

4、平，也就是说，当三相输入电压正常时（不缺相），控制信号UC一直为低电平，从而使缺相告警信号PHFL 为低电平，表示输入正常。当三相输入电压缺相时，其检测电路波形图如图3 所示，图 3 三相缺 C 相时检测电路波形图由于缺 C 相时，线电压只有UAB一相，当UAB在过零点附近时，光藕D1 不导通，UABUABtUCt3 其余二个光藕也不导通，此时，控制信号UC为高电平，从而使缺相告警信号PHFL 为高电平，表示输入缺相，送ECU 处理。3、电路设计说明（1）控制信号CV的计算图 1 中，各点电压说明如下：VA：光藕输出；VB：电压比较器LM339第 4 脚输入；VC：三极管VT1基极控制信号；V

5、R：所有比较器的比较电压基准。光藕 TLP621GR的电流传输比CTR取最小值，即CTRMIN=100%。电压基准VR为：VVR5.108156.5又VIVA5.108.615则光藕集电极电流为：mAIc66.08.65.1015根据 CTRMIN=100%，可得mAIcIF66.08.65.1015。在光藕原边电路中：mAUIF66.015015012.1所以原边最小电压应为VmAU7.2002.230066.0当光藕原边电路线电压瞬时值大于200V 时，AV10.5V，则CV为高电平。因此在三相输入电压缺相时，控制信号CV为一个方波信号，波形见图3。一个电源周期msT20，而线电压从0V

6、上升到 200V 的时间设为t，则有wtsin3802200，则85.21)3722.0arcsin()537200arcsin(wt所 以mst2.1，则 控 制 信 号CV高 电 平 维 持 时 间 为2.4ms，低 电 平维 持 时 间 为10-2.4=7.6ms。（2）充放电回路分析计算充放电回路由电阻R9、R10、VT2、C10、C11组成。当控制信号CV为高电平时，三极管 VT1、VT2导通，+15V电源通过电阻R9、R10给电容 C10、C11，当控制信号CV为低电平时，三极管VT1、VT2截止，电容C10、C11通过电阻R9放电，显然，BV实际上4 为一个直流电压迭加一个脉动信

7、号，只要BV的波不小于10.5 V，则 电 压 比 较 器LM339 的第 2 脚输出就一直为低电平，缺相告警信号PHFL 为高电平，表示三相输入缺相。波形见图4图 4 三相缺 C 相时BV波形图充电时间常数：msCRR317.11047.110)59/91.0()9/10(63在CV的 2.4ms 高电平维持时间内，BV电压从 0V 上升到 10.5V 所用时间为t，则有)1(155.10te，所以mst58.12.1317.1)155.101ln(显然此时间小于2.4ms。放电时间常数：msCR73.861047.11059963在CV的 7.6ms 低电平维持时间内，BV电压从 15V

8、下降到电压U，则有VeeUt76.1309.1115151573.866.7，也就是说在整个7.6ms 低电平维持时间内，BV一直大于10.5V，所以缺相告警信号PHFL恒为高电平。二、实验结果这次实验是在ZXD5000 100A(V2.0)开关整流器上进行的，缺相工作和正常工作时的测试波形如图5、图 6 所示：UCtUBtVR=10.5V5 A缺 C 相时控制信号UC的实测波形B缺 C 相时BV的实测波形C缺 C 相时DV的实测波形图 5 三相缺 C 相时检测电路实测波形图6 A正常工作时控制信号UC的实测波形B正常工作时BV的实测波形C正常工作时DV的实测波形图 6 正常工作时检测电路实测波形图7 三、结论本电路实现三相交流输入电压缺相检测功能，当三相输入中任何一相电压缺相时，该电路模块输出缺相告警信号。测试结果和理论分析一致。