三相交流电相序_缺相检测保护电路设计

W1 的阻值即改变了相序、缺相检测电路的负载，达到
调节电路平衡点改变输出电压的目的，D10 为 5.2V 的
稳压二极管，防止整流电路的输出电压过高损坏后极
迟滞比较电路。 在调试的过程中首先将电路处于缺相 或者是逆序状态， 调节 W1 使整流输出电压为 7V 左
右，此时 D7 点亮。 恢复电路使电路处于正序状态，整 流电路输出电压将降低到 1V 左右，同时 D7 熄灭。 D7
判断三相交流电源的相序和缺相，克服了三相交流电在不平衡点波动造成保护电路频繁动作的缺
陷，大大提高了电路的抗干扰性能和适用性。
关键词：三相交流电源；相序；缺相
中图分类号：TP311
文献标识码：A
文章编号：1007-8320（2009）01-0034-03
Three-phase AC phase sequence,with lack of protection of the detection circuit
收稿日期：2008-12-24 作者简介：陈柱峰（1973-），男，湖南长沙人，大学本科，助理试验
师，主要从事电力电子技术方面的教学和科研工作。
缺相检测保护电路，能够避免三相交流电在不平衡点 波动造成保护电路频繁动作的缺陷，经使用取得了良 好的效果，已经成功应用在自动控制设备的控制系统 中。 该电路的设计是基于纯硬件模拟电路，结构简单， 体积小，可靠性高，极大地提高了电路的稳定性和抗 干扰能力，且具有保护隔离输出功能。
动化装置，1999，（4）. ［4］石生.电路基本分析［M］．北京：高等教育出版社，2003.
第 ３６ 卷第 １ 期
陈柱峰：三相交流电相序、缺相检测保护电路设计
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uB=Umsin（ωt-
2π 3
-π 3
）=-Umsinωt
与 uA=Umsinωt 处于反相 状态 。 如 图 1 所 示，粗 线
为
uA
和
uB
未移相之前的波形，细线为
uB
移
相
π 3
之后
的波形。
同理将
uC
延迟
π 3
后与 uB 处于 反 相状 态 ，将
由于电路中分布参数的影响，如果按照上述原理
计算分析设置电路参数则会导致电路的平衡点 （R、C
移 相 之 后 的 电 压 U= 姨U2R+U2X 应 该 与 前 一 相 经 电 阻 分压后的相电压相等）产生偏差，为此在设计电路中
设 置了 W1、R10 和 D10 组成 的 分压 调节 电 路 ， 改 变
根据上面的分析，只要将三相交流电的每一相电
压延迟 π 相位角后与前一相电压叠加整流输出，如果 3
相序正确则整流后的电压将为 0。 如果处于逆序或者
是缺相状态，输出电压将不为 0。 根据上述原理可设计
制作出相序、缺相检测电路。 电路原理图如图 3 所示。
图 ３ 相序、缺相检测保护电路原理图
图 3 中 相 序 、 缺 相 检 测 电 路 由 R1～R9、C1～C3、
早期的相序、缺相检测电路由简单的电容、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，且不能实现自动检测输出；现有 的相序检测方法有的使用数字逻辑电路或单片机，电 路较为复杂，而且由于单片机的特殊结构，很容易受 到电磁的干扰，使程序跑飞。
鉴于上述原因本文提出设计了一种新颖的相序、
当然实现这个功能的电路不是唯一的，但本电路 具有简单易行、使用方便、体积小和功耗低等优点，已 经成功应用在自动控制设备中。 如果此电路再增加一 路电源供给后极迟滞比较器，则此电路可以单独作为 三相电源检测报警使用。
参考文献 ［1］邱关源.电路［M］.北京：高等教育出版社，1999. ［2］秦曾煌.电工学(上册［) M］.北京：高等教育出版社，1999. ［3］杨秀双.程序判别三相电压相序错误的方法［J］.工业仪表与自
U= 姨U2R+U2X
欲使
φ＝
π 3
，
且通过 RC 移相后的电压 U 等于相
电压经过分压电阻分压后的电压，只需适当选择 R 和 C 便可，通过计算和制作试验验证移相 R 和 C 可分别
取值 120 kΩ 和 153pF， 且在电路中 R 的取值不能过
小，如果过小会使电阻的功耗过大发热严重。
２．３ 电路调试
π 3
后与 uB 相叠加。
理想
状态下适当选择电路中的参数可使在三相电压平衡
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湖南农机
２００９ 年 １ 月
且相序正确的状态下整流后输出电压为 0。
２．２ 电路参数的设置
移相准确与否关键是看电路中 的 R1～R3、C1～C3
的参数设定。 根据计算公式：
XC=
1 ωC
=
1 2πfC
φ＝arctan XC R
D1～D6 构成。 其中 R4～R9 为分压限流电阻，D1～D6 构
成三 相桥 式 整流 电 路，R1、C1 组 成 uA 相 移 相 电 路 ，将
uA
相
延
迟
π 3
后与分压后的
uC
相 叠 加 ；R2、C2
组成
uB
相移相电路，将
uB
相延迟 π 3
后与
uA
相 叠 加 ；R3、C3
组
成
相移相电路，将
uC
相延迟
可同时作为三相交流电源的相序正确与否和是否缺
相的工作指示灯。
电路中的 U1、R13、R14、R15 构成迟滞比较器，调
节 R13、R14 的 分 压 比 可 改 变 电 路 中 比 较 器 U1 同 相
端的电压，从而设置保护输出起控点。 在此电路中将
比较器 U1 同相端的电压设置为 2.5V 左右，是为防止 在三相电源不平衡还未达到影响设备正常工作的时 候电路起控。 R15 是正反馈电阻，改变它的大小可改 变迟滞比较器的滞回曲线的宽度，可防止电路在三相 电压不平衡处于临界点的时候引起电路保护输出端 频繁动作。
CHEN Zhu-feng
（Deparment of Logistics Engineering, Hunan Modern Logistics 0ccupation Technical College,Changsha,Hunan 410131，China）
Abstract:A new phase of the sequence, missing phase detection circuit. The use of phase-shifting circuit of the superposition principle as a means of testing to determine the three-phase AC power with the relative lack of order and overcome the three -phase alternating current at the point of imbalance caused by fluctuations in the protection of the frequent movement of the defective circuit，the circuit has greatly enhanced the anti-And to the application.
uA
延迟
π 3
后与
uC
处于反相状态。
u
uA uB
ωt
π 3
图 １ Ａ、Ｂ 相移相前后波形图
如果将延迟后的 相 电压 按正 序 uA－uB－uC－uA 相互
叠加，在三相平衡的状态下其结果为 0。但是在逆序的
情况下相互叠加，其结果则将不会为 0。 例如以 uA－uC－
uB－uA
的相序移相叠加，将
uC
相位
同理将
uB
延迟
π 3
后，
亦与
uC
相位角相差
π 3
；将
uA
延迟
π 3
后，亦与
uB
相位角相差
π 3
。
如果是在正序的情况下缺相，则三相电压叠加后
结 果 一 样 不 为 0。 假 设 现 在 的 相 序 正 确 但 是 缺 少 uC
相，则
uB
延迟
π 3
后与
uA
相叠加使
uA
相输出衰减为
0，
但是由于缺少 uC 相，uB 相将得不到衰减， 结果电路相 当于 uB 相单相整流输出。
３ 结论
由上述分析可知，本检测电路是根据在正、逆相 序、缺相时电路输出电压的不同，从而达到相序、缺相 检测保护输出的目的。 虽然电路是针对三相电源电压 对称状态设计的，但是对于三相电源电压不平衡超过 一定范围仍然具有保护输出作用。 而且由于电路后极 加入了迟滞比较器，克服了以往的三相交流电在不平 衡点波动时引起电路频繁动作的缺陷。
Key words:three-phase AC power；phase sequence；lack phase
１ 引言
在电子、电力、仪表、自动控制和电力电子等设备 中，往往需要检测判断三相交流电源的相序和是否缺 相，如果产生缺相或者是相序有误的时候就要及时形 成保护。 特别是对于只允许单向旋转的设备而言，如 果相序有误可能造成其旋转件损坏；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。 这时就有必要采取措施进行相序检测。
第 ３６ 卷第 １ 期 Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．１
湖南农机
ＨＵＮＡＮ ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ
２００９ 年 １ 月 Ｊａｎ．２００９
三相交流电相序、缺相检测保护电路设计
陈柱峰wk.baidu.com
（湖南现代物流职业技术学院物流工程系， 湖南 长沙 410131）
摘 要：设计了一种新颖的相序、缺相检测电路。该电路使用移相叠加的原理作为检测手段来
角延迟
π 3
得：
uC=Umsin（ωt+
2π 3
－
π 3
）＝Umsin（ωt+
π 3
）
与
uA=Umsinωt
相
比较
相位
角超
前
π 3
，而不是反相
状态。 如图 2 所示粗线为未移相之前的 uA 和 uC 的波
形图，细线为移相 π 3
后的
uC
相波形图。
u
uA
uC
ωt
π 3 图 ２ Ａ、Ｃ 相移相前后的波形图
D8 为 保 护 指 示 灯 ，Q2、U2 为 保 护 开 路 隔 离 输 出 端， 在三相交流电处于正序且不缺相的情况下 U1 输 出为高电平，Q1 饱和导通，D8 点亮；Q2 截止， 隔离光 耦 U2 截止。当三相交流电逆序或缺相时 U1 输出低电 平，Q1 截止，D8 熄灭；Q2 饱和导通，隔离光耦 U2 导通 提供保护输出信号。 且由于 U2 的隔离作用增加了后 极电路的安全性。
２ 电路原理分析
２．１ 相序、缺相检测电路原理
根据三相交流电知识三相交流电的相电压三角
函数表达式为：
uA=Umsinωt
uB=Umsin（ωt-
2π 3
）
uC=Umsin（ωt+
2π 3
）
分析上述表达式可知三相交流电源每相的相位角
相差
2π 3
。以
uA 和 uB 相为例，如果将
uB
相
位
角
延
迟
π 3
得：