三相电路相序控制

1.绪论

1.1 问题的提出

三相用电设备在相电源发生故障造成缺相或使用时相序有误，一般都会影响其正常工作，严重时会造成设备故障甚至损坏。

对三相电源控制的主要内容包括两个部分，一是开机时对将要进入负载的三相电源的相序进行测试，二是在负载工作过程中对三相电源的各相进行全程缺相监控。考虑到相电源不正常工作时对设备的不良影响，用电设备一般都有一些防范措施，但这些措施通常比较简单，在电源发生故障时响应迟缓，加之检测元件不够准确，调整精度较低，操作不够方便，其保护效果不够理想。而在故障发生后，由于一般设备无故障指示，检修也不很方便。此外，普通保护电路无法对相序是否正确作出指示或自动完成相序的改变。对于有固定相序的负荷，若相序有误，就不能正常工作或造成事故。为了确定相序，以三相交流电机为动力的负载，通常先将三相电源接人负载，然后观察电机的转向以确定相序的正负。另外也可考虑用多踪示波器确定相序，这种方法也适合于其它不允许电源相序接错的负载。但这些方法都较麻烦或不太安全，有的还需专用设备，对于一些频繁变换使用地点的仪器设备，若每次使用前都需确定相序，显然是一件极为麻烦的事。

早期的相序检测电路由电容、电阻组成，虽然结构简单，但电容值较大，用指示灯指示，功耗较大，体积也大，还需人工判别灯的亮度，且不能实现自动检

测；现有的相序检测方法有的使用数字逻辑电路或单片机。

为此，本文提出了一种低成本、低功耗、能监测缺相和检测相序、并能作出相应指示的智能化微机监测系统。由于直接从相电源采集信号，因而本系统的准确性和灵敏度都有很大的提高。而采用微机控制，则使系统存在良好的可扩展性，若某一负载系统需增加某些测控功能，一般只需增加很少的硬件，甚至改变软件即可方便地达到目的。

1.2 三相电源状态分析

三相电源根据各相的相位差及工作状态，大致可分为正序、负序及故障三种状态。

(1)正序A，B，C三相电源前后两相相电压的相位差均为120。，其相序为A—B—C —A一⋯。大多数用电设备所需要的电源的正常相序为正序，即当为用电设备提供正序三相电源时，设备能正常工作。对相序有要求的负载，一般正常工作电源已设置为正序。

(2)负序A，B，C三相电源前后两相相电压的相位差为120。，但其相序为A—C—B —A一⋯。

(3)故障相电源的故障主要为缺相，如熔断器开路造成的缺相等。三相电源缺一相或几相时，均会引起负载故障，轻则使设备工作不稳定或无法工作，重则造成设备损坏等严重后果。虽然大部分设备对于缺相有一定的保护措施，但这些保护器件一般动作较慢，设定值准确调整困难，同时在检修时无法指明是哪些相出现故障。若三相全缺，则为停电状态。

2.整体方案的设计

2.1．应用知识简介

（1）单片机又称单片机微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。主芯片PICl2C508是美国Microchip公司推出的8位单片机，PICl2C508的总线结构采用的是数据总线(8位)和指令总线(12位)独立分开的“哈佛结构”，具有精简指令集(RISC)的特点，速度快、效率高、功耗很低等特点。

（2）汇编语言是一种面向机器的计算机低级编程语言，通常是为特定的计算机或系列计算机专门设计的。汇编语言保持了机器语言的优点，具有直接和简洁的特点，其代码具有效率高时性强等优点。

2.2 单片机的选择设计

PIC单片机（Peripheral Interface Controller）是一种用来开发的去控制外围设备的集成电路（IC）。一种具有分散作用（多任务）功能的CPU。与人类相比，大脑就是CPU，PIC共享的部分相当于人的神经系统。

时钟频率与扫描程序的时间和执行程序指令的时间有关系。但不能仅以时钟频率来判断程序处理能力，它还随处理装置的体系结构改变。如果是同样的体系结构，时钟频率较高的处理能力会较强。

这里用字来解释程序容量。用一个指令表示一个字。通常用字节来表示存储器容量。一个字节有8位，每位由1或0组成。PIC16F84A单片机的指令由14位构成。当把1K个子转换成位为：1 x 1,024 x 14 = 14,336位。再转换为字节为：14,336/(8 x 1,024) = 1.75K。在计算存储器的容量时，我们规定 1G字节 = 1,024M字节, 1M字节 = 1,024K字节, 1K字节= 1,024字节.它们不是以1000为倍数，因为这是用二进制计算的缘故。

（1）计算机的物理结构,包括组织结构、容量、该计算机的CPU、存储器以及输入输出设备间的互连。经常特指CPU的组织结构,包括它的寄存器、标志、总线、算术逻辑部件、指令译码与执行机制以及定时和控制部件。

(2）指出某种操作并标识其操作数(如果有操作数的话)的一种语言构造。

(3)作为一个单位来操作(运算)的一个二进制字符串,通常比计算机的一个字短。

(4)处理机内的所有可寻址存储空间以及用于执行指令的其它内存储器。

在计算存储器的容量时，我们规定 1G字节 = 1,024M字节, 1M字节 = 1,024K字节, 1K字节= 1,024字节.它们不是以1000为倍数，因为这是用二进制计算的缘故。用PIC单片机使电路做的很小巧变得可能。因为PIC单片机可以把计算部分、内存、输入和输出等都做在一个芯片内。所以她工作起来效率很高、功能也自由定义还可以灵活的适应不同的控制要求，而不必去更换不同的IC。这样电路才有可能做的很小巧。

主芯片PICl2C508是美国Microchip公司推出的8位单片机，其管脚如图2.1所示。PICl2C508的总线结构采用的是数据总线(8位)和指令总线(12位)独立分开的“哈佛结构”，具有精简指令集(RISC)的特点，速度快、效率高、功耗很低。PICl2C508各管脚的功能如表2.1所示。

图2.1 单片机管脚图

表2.1 单片机管脚功能图

2.3 控制指示电路的设计

为了实现可以三相电源相序控制的要求，为此要求能够在单片机的输出口能观察到相序的结果，控制指示灯状态说明如图2.2：

(1)绿色常亮：正序控制；输出继电器j吸和。

(2)橙色常亮：负序控制；输出继电器j吸和。

(3)绿色闪亮：正序控制；输出继电器j释放。