一種數(shù)字式三相電源保護(hù)器
仲揚(yáng)，李少華，施火泉（江南大學(xué)，江蘇無錫214122）
摘要：設(shè)計了一種數(shù)字式三相電源多功能保護(hù)器，該保護(hù)器采用單片機(jī)實測三相電壓瞬時值，實現(xiàn)錯相、斷相或三相不平衡、過壓、欠壓保護(hù)，滿足保護(hù)動作對準(zhǔn)確性、快速性的要求=電路結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，使用方便。
關(guān)鍵詞：三相電源；保護(hù)器；單片機(jī)
中圖分類號：TM307+．3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004 -7018(2008) 09 -0011 -02
O引 言
由于供電狀態(tài)和電壓質(zhì)量的多變性，使得用電設(shè)備往往不能一直在額定工作環(huán)境中工作[1]，常出現(xiàn)錯相、斷相或不平衡、過壓、欠壓等故障，給工廠生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)造成了極大的損失。因此，超前、準(zhǔn)確、及時地判斷電源狀態(tài)，并采取相應(yīng)保護(hù)措施顯得極為重要，目前市場上低成本的電源保護(hù)器功能都比較單一，本文設(shè)計的三相電源保護(hù)器通過單片機(jī)采樣三相電壓，通過濾波，數(shù)據(jù)計算迅速作出判斷，能夠很好地解決上述各類問題。
1電路設(shè)計及工作原理
要對用電設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，必須快速、準(zhǔn)確完成對這些保護(hù)所需輸入量的采集，以及根據(jù)各保護(hù)昀特點(diǎn)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而達(dá)到有效保護(hù)的目的，否則保護(hù)的誤動作或不及時也將影響到生產(chǎn)。圖1為電壓瞬時值采樣電路，其主要設(shè)計思路是通過三個220 V和一個3 Ω的電阻把每一相工頻電壓的有效值降為1V，同時考慮到單片機(jī)采樣不到負(fù)值瞬時電壓，于是把各相電路的零點(diǎn)電壓抬高2V，從而確保單片機(jī)采樣到的電壓信號在0 -4 V之間，圖中零線N相對參考點(diǎn)的電壓為2 V。單片機(jī)對采樣的三相電壓瞬時值，進(jìn)行均方根運(yùn)算，即得三相電壓有效值，再按照設(shè)定的算法作出斷相或三相不平衡、過壓、欠壓等故障判斷，并輸出跳閘動作信號。三相不平衡、過壓、欠壓的保護(hù)動作點(diǎn)可現(xiàn)場設(shè)定并保存。
有些設(shè)備嚴(yán)格要求輸入三相電壓是正相序，三相交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與電壓相序有關(guān)，錯相引起反轉(zhuǎn)會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，因此對錯相保護(hù)的快速性有特殊要求。為了實現(xiàn)檢測保護(hù)的快速性，采用三相電壓瞬時值比較并產(chǎn)生中斷的方法。如圖2所示，當(dāng)A相電壓從小于B相電壓增大到大于B相電壓的時刻，如果三相電壓是正相序，此時C相電壓為正峰值電壓（如圖中交點(diǎn)1所在位置），如果三相電壓逆相序.A相和B相互換位置，此時C相電壓為負(fù)峰值（如圖中變點(diǎn)2所）此當(dāng)A相電壓從小于B相電壓到大于B相電壓的時刻只要檢測C相電壓值就可以判斷三相電壓是否錯相，檢測到錯相時，采用速斷保護(hù)方法斷開繼電器。
如圖3所示，采用一個比較器檢測4相和B相電壓，得到一個周期為工頻電源周期，的方波電壓Fint并引入單片機(jī)中斷輸圖3相序檢測中斷信號 入端。當(dāng)單片機(jī)上電開始工作，起動A/D轉(zhuǎn)換，先采樣三相電壓瞬時值，如果Ua>Ub則設(shè)置單片機(jī)中斷輸入端為下降沿觸發(fā)，否則設(shè)置為上升沿觸發(fā)，在Fint上升沿，Uc>Ua=Ub，在Fint下升沿，Uca=Ub 如圖4巾的跳變沿，它們分別是由圖2中對應(yīng)交點(diǎn)2、1經(jīng)過比較器所產(chǎn)生的波形。所以在單片機(jī)兩個邊沿中斷中，都可根據(jù)三相電壓瞬時值判斷是否錯相，錯相保護(hù)的判斷時間為半個工頻周期T。
ATMEGA88單片機(jī)為本系統(tǒng)核心，它具有8k字節(jié)FALASH存儲器、1 024字節(jié)RAM程存儲器空間，512字節(jié)的EEPROM空間可保存關(guān)鍵數(shù)據(jù)，能滿足本系統(tǒng)程序存儲需要。它還具有三個I/0 (PB，PC，PD)、三個計數(shù)器定時器和26個中斷源，其中PC口的六個I0口可用作AD采樣口。圖5為保護(hù)器主控電路，其中RY - C為控制繼電器通斷的控制端口：
當(dāng)上電開始工作，起動A/D轉(zhuǎn)換，檢測三相電壓各點(diǎn)瞬時值并存儲。在第一個外部跳變沿中斷F int時，讀取三相電壓，判斷是否錯相，如果是，馬上斷開繼電器，小燈作故障報警，否則依次采樣三相電壓，并計算得到電壓有效值，進(jìn)一步判斷是否折相或不平衡、過壓、 |
