三相缺相检测电路的原理分析

三相缺相检测电路的原理分析
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U A>U C>U B U A>U B>U C U B>U A>U C U B>U C>U A U C>U B>U A U C>U A>U B
图2 三相正常时检测电路波形图
在区间T1内，U A >U C >U B ，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U C 为低电平，当时间从T1进⼊T2区间时，U A >U B >U C ，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U C 为低电平，如此类推，在区间T3、T4、T5、T6时，控制信号U C 均为低电平，所以，在⼀个电源周期内，控制信号U C 为低电平，也就是说，当三相输⼊电压正常时（不缺相），控制信号U C 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U AB ⼀相，当U AB 在过零点附近时，光藕D1不导
通，
U C
其余⼆个光藕也不导通，此时，控制信号U C 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C V 的计算图1中，各点电压说明如下：
V A ：光藕输出；V B ：电压⽐较器LM339第4脚输⼊；V C ：三极管VT1基极控制信号；V 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CTR MIN =100%。

电压基准V R 为：
V V R 5.108
15
6.5=×=
⼜ V I V A 5.108.615=×?=
则光藕集电极电流为： mA Ic 66.08.65
.1015=?=
根据CTR MIN =100%，可得mA Ic I F 66.08
.65
.1015=?==。

在光藕原边电路中：mA U I F 66.0150
1501
2.1=+??= 所以原边最⼩电压应为
V mA U 7.2002.230066.0=+×=
当光藕原边电路线电压瞬时值⼤于200V 时，A V <10.5V ，则C V 为低电平。

当光藕原边电路线电压瞬时值⼩于200V 时，A
V >10.5V ，则C V 为⾼电平。

因此在三相输⼊电压缺相时，控制信号C V 为⼀个⽅波信号，波形见图3。

⼀个电源周期ms T 20=，⽽线电压从0V 上升到200V 的时间设为t ，则有
wt sin 3802200××=，则°===85.21)3722.0arcsin()537
200
arcsin(
wt 所以ms t 2.1=，则控制信号C V 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C V 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C V 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，B V 实际上
为⼀个直流电压迭加⼀个脉动信号，只要B V 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B V 波形图
充电时间常数：ms C R R 317.11047.110)59//91.0()9//10(63=×××=×=?τ在C V 的2.4ms ⾼电平维持时间内，B V 电压从0V 上升到10.5V 所⽤时间为t ，则有)1(155.10τ
t e
×=，所以ms t 58.12.1317.1))15
5
.101ln((=×=?
×=τ显然此时间⼩于2.4ms 。

放电时间常数：ms C R 73.861047.11059963=×××=×=?τ在C V 的7.6ms 低电平维持时间内，B V 电压从15V 下降到电压U ，则有V e
e
U t 76.1309
.11
15151573
.866.7=×
=×=×=?
τ
，也就是说在整个7.6ms 低电平维持时间内，B V 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：
U C
U B
A．缺C相时控制信号U C的实测波形
V的实测波形
B．缺C相时B
V的实测波形
C．缺C相时D
图5 三相缺C相时检测电路实测波形图
A．正常⼯作时控制信号U C的实测波形
V的实测波形
B．正常⼯作时B
V的实测波形
C．正常⼯作时D
图6 正常⼯作时检测电路实测波形图
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。