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在工業(yè)控制中,用電設備通常使用三相電源作為工作電源。但工作電源經(jīng)常會(huì )受到各種因素的干擾，從而產(chǎn)生電壓波動(dòng)，造成過(guò)、欠電壓等狀況。如設備或電器長(cháng)期工作在該環(huán)境中，會(huì )受到極大程度的損壞。因此，電源保護器要能對過(guò)壓、欠壓進(jìn)行有效保護；此外，其還應具備相序鑒別保護功能，以確保用電設備能在各種條件下正常安全地運行。 保護分析 如圖1所示，過(guò)壓最小值與欠壓最小值之間通常被稱(chēng)為正常工作電壓（也稱(chēng)正常電壓工作帶）。電器的工作電壓在此范圍內波動(dòng)，如達到過(guò)壓或欠壓設定值時(shí)，則保護器開(kāi)始進(jìn)行保護。 圖1 過(guò)欠壓保護參數 1過(guò)壓保護狀態(tài) ① 時(shí)序圖分析 當保護器工作電壓處在正常工作帶時(shí)，工作保護觸點(diǎn)吸合。如工作電壓值超出過(guò)壓設定值時(shí)，吸合工作觸點(diǎn)進(jìn)入設定的延時(shí)保護狀態(tài)。待延時(shí)結束后，工作觸點(diǎn)釋放，由接通變至斷開(kāi)狀態(tài)，直至工作電壓重新回至正常電壓工作帶。 ② 工作原理分析 如圖2所示，IC1A與IC1B構成過(guò)壓與欠壓保護線(xiàn)路。其中，RP1為過(guò)欠壓保護基準設定電位器，輸入電壓經(jīng)R13分別加至IC1A反相輸入②端與IC1B同相輸入⑤端。取自RP1電位器的基準電壓設定值隨保護器⑦端電壓變化而變化。如過(guò)壓時(shí)，經(jīng)RP1加至IC1A反相輸入②端與IC1B同相輸入端⑤的電壓值也隨之升高。過(guò)壓保護設定電位器RP3上的電壓由IC4三端穩壓輸出端經(jīng)RP3分壓（由R7、RP3、R8、RP4、R9構成串聯(lián)回路）后通過(guò)R16加至IC1A③端同相輸入端，與IC1A反相輸入端電壓比較。當V③＞V②時(shí)，則IC1A輸出端①輸出“0”電平，從而使IC2⑥端復位為“0”，IC2輸出端⑧處于延時(shí)工作狀態(tài)。 圖2 工作時(shí)序圖 2欠壓保護工作狀態(tài) ① 時(shí)序圖分析 如工作電壓超出其欠壓設定值時(shí),吸合工作觸點(diǎn)進(jìn)入所設定的延時(shí)保護狀態(tài)(設定時(shí)間為0～30s)。待延時(shí)結束后，控制器工作觸點(diǎn)釋放，由接通狀態(tài)變至斷開(kāi)狀態(tài)，直至電壓重新回至正常電壓工作帶。在工作時(shí)序圖中，保護觸點(diǎn)狀態(tài)2、3即為欠壓保護工作狀態(tài)。 ② 工作原理分析 如圖3所示，欠壓保護機理與過(guò)壓保護非常相似。RP4是欠壓保護設定電位器，IC4三端穩壓電壓輸出電壓經(jīng)RP4分壓后通過(guò)R17加至IC1B⑥端，與⑤端電壓值比較。此時(shí)，過(guò)壓保護基準設定電位器RP1處于欠壓狀態(tài)，RP1取樣電壓值也隨之下降，使得IC1B中V⑤＜V⑥，則IC1B輸出端⑦輸出 “0”電平，從而將IC2⑥端MR手動(dòng)控制端置為“0”， IC2輸出端⑧端處于延時(shí)工作狀態(tài)。 圖3工作原理圖 在過(guò)欠壓保護電路設計上，為保證保護線(xiàn)路準確可靠地進(jìn)行過(guò)壓或欠壓保護，將過(guò)欠壓設定基準（RP1設定）電壓分別接至IC1A反相輸入②端和IC1B同相輸入⑤端，從而保證了過(guò)壓或欠壓保護的唯一性。另外在電路中增加了VD4、VD3以保證在相應反饋回路中，如出現過(guò)壓或欠壓狀態(tài)，工作單元能可靠地工作；加入IC2中⑥端的VD1、VD2、VD5構成了“與”門(mén)電路，實(shí)現了過(guò)壓、欠壓、靈敏度等保護功能。 3正常工作狀態(tài) 當保護器外接工作電源在正常電壓下工作時(shí)，無(wú)欠壓或過(guò)壓發(fā)生。IC1A輸出端①和IC2B輸出端⑦均為“1”電平，使得IC2⑥端為“1”，輸出端⑧處于延時(shí)工作狀態(tài)（輸出高電平），直到下一次過(guò)壓或欠壓情況發(fā)生。 4相位靈敏度保護 在保護器處于正常工作帶時(shí)（此時(shí)三相電源為正相序L1、L2、L3），如靈敏度超出設定值，保護器工作觸點(diǎn)進(jìn)入延時(shí)保護狀態(tài)，直至延時(shí)保護觸點(diǎn)斷開(kāi)。當檢測的電壓值逐漸小于設定值且低于最小值時(shí)，工作保護觸點(diǎn)重新開(kāi)始接通。 在保護器電源輸入端⑤、⑥、⑦串接相應的RC移相電路（R4、RP9、C11、RP10、R5、R3）。調整相應電位器RP9、RP10，使加至整流橋輸入端M、Q的電壓為確定值（在保護器工作電源處于額定電壓下進(jìn)行調整）。如工作電壓有波動(dòng)，則由相應RC移相電路使整流橋電壓輸入端電壓發(fā)生變化，從而使IC3A②端電壓Vcc也發(fā)生變化。在取樣電路中加入V1穩壓管，則保證電壓檢測值不得超過(guò)V1穩壓值。如超出，則IC3A中V③＜V②，輸出①端為“0”，并使IC3B⑤端電平為“0”（C6經(jīng)R28放電，電平下降）；同時(shí)，IC3B輸入端V⑤＜V⑥（V⑥電平由R24、R23分壓取得），輸出端⑦亦為“0”，使IC2⑥端電平為“0”，產(chǎn)品處于保護狀態(tài)。 相位靈敏度的調整電路由RP2、RP5組成，其將設定的電壓值由R26加至IC3A同相輸入端③，與經(jīng)RC移相處理后所產(chǎn)生的Vcc比較。通常情況下，Vcc電壓值應小于V1穩壓值。當IC3A中V③＞V②時(shí)，IC3A輸出①端為“1”，保證IC3B中V⑤＞V⑥（V⑤電壓經(jīng)VD7向C6快速充電），輸出端⑦為“1”，使IC2⑥端為“1”，則相位靈敏度保護不工作。 5相序保護 ①工作時(shí)序圖分析 在保護器電壓處于正常工作帶時(shí)，且工作電源端所加電壓相序（L1、L2、L3）為正相序，工作保護觸點(diǎn)吸合。如L1電壓呈斷相狀態(tài)時(shí)，則其余兩相呈過(guò)壓狀態(tài)，保護器也隨之進(jìn)入保護狀態(tài)。當L1相又重新恢復供電，且加入電壓的L1、L2、L3都在其規定的正常工作帶范圍內時(shí)，保護觸點(diǎn)6又重新開(kāi)始吸合工作。 當加入工作電源輸入端由L1、L2、L3變?yōu)長(cháng)2、L1、L3或L3、L2、L1時(shí)，因相序發(fā)生變化，保護器的保護觸點(diǎn)都呈釋放斷開(kāi)狀態(tài)，無(wú)保護功能。 ②相序保護原理分析 電源輸入端⑤、⑥、⑦上所加的RC移相電路起相序鑒別和保護作用。以下為其相序矢量圖。 A相序正常時(shí)矢量分析（L1、L2、L3） 圖4 正常相序 圖5 正常相序矢量圖 B相序變化時(shí)矢量分析（L2、L1、L3） 圖6 變化相序I 圖7 變化相序矢量圖I C相序變化時(shí)矢量分析（L3、L2、L1） 圖8 變化相序II 圖9 變化相序矢量圖II 通過(guò)分析可知，當相應相序發(fā)生變化后，整流橋輸入電壓值UMQ也隨之變化，并使得IC3A反相輸入端②的Vcc電壓隨其變化。 當保護器所加相序為L(cháng)1、L2、L3時(shí)，IC3A中同相輸入端③端電壓V③＞V②（Vcc），此時(shí)IC2手動(dòng)復位控制端MR為“1”，計時(shí)器呈自動(dòng)復位導通狀態(tài)，如出現過(guò)壓、欠壓等狀態(tài)，吸合觸點(diǎn)進(jìn)入延時(shí)保護狀態(tài)。待完成延時(shí)保護狀態(tài)后，吸合觸點(diǎn)斷開(kāi)，直到工作電壓L1、L2、L3又重歸至安全電壓工作帶。 保護器所加相序發(fā)生變化后，整流橋輸入電壓值UMQ增大，從而使Vcc隨之增大，IC3A中同相輸入端③的電壓V③＜V②，IC2手動(dòng)復位控制端MR為“0”，計時(shí)器工作延時(shí)，而IC2輸出控制端為“1”，此時(shí)計算器不在清零控制狀態(tài)，則輸出狀態(tài)Q端（8端）輸出為“0”，保護繼電器觸點(diǎn)呈釋放狀態(tài)。 觸點(diǎn)保護狀態(tài) 保護器對所供電壓進(jìn)行取樣檢測,如電壓出現異常時(shí),保護器內部執行繼電器都會(huì )先延時(shí)后釋放，進(jìn)行可靠的保護。為實(shí)現上述功能，需要選擇可編程定時(shí)電路4541。延時(shí)部分可通過(guò)集成電路①～③腳外接RTC、CTC來(lái)完成。通過(guò)集成輸入、輸出控制端的設定來(lái)控制輸出端Q的起始電平狀態(tài)，并在輸出端處串接V2穩壓管以保證控制輸出滿(mǎn)足要求。 保護器內部繼電器線(xiàn)圈始終有工作電流通過(guò)，繼電器吸合。如發(fā)生過(guò)壓、欠壓情況，V3在導通工作延時(shí)后變?yōu)榻刂範顟B(tài)，V2指示燈熄滅，繼電器釋放。在驅動(dòng)保護電路中增加R12、R31、R30、V4，可保證產(chǎn)品在過(guò)壓情況下起到相應的保護功能。 |
