基于数字逻辑电路的相序检测电路

基于数字逻辑电路的相序检测电路

0电梯相序检测电路由于维修或工作的不同位置，电动汽车、挖掘机和三相电动汽车的设备必须避免将相序连接到重新连接的设备，以便无法正常工作。对于只能通过手动旋转的设备，可能会损坏旋转装置。由于相序的变化，操作方向和预期方向之间的关系可能会发生变化。这时就有必要采取措施进行相序检测。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，电路较为复杂本文介绍的三相电源相序及断相自动检测电路，电路简单可靠，体积小，功耗低，可提供一个TTL电平信号，指示三相电源连接是否正确，还适合于与设备控制装置一起使用。1光电耦合器u1相序检测与显示电路如图1所示。电路可分为两个部分，即相序检测部分与检测结果显示部分。前者由三极管N1和N2、二极管D1～D4、稳压管Z1和Z2、电容C1、光电耦合器U1中发光二极管L1及电阻R1～R7组成，当三相电源的A、B和C相分别接到电路的U、W和V端子（即在正相序）并且在无缺相情况时，L1中将会有电流流过而发光，否则L1不发光；后者包括光电耦合器中的光敏三极管N3、三极管N4、电容C2及电阻R8～R10，在L1断续发光情况下（正相序时），N4将会持续导通，并在U0端输出一个低电平信号；否则输出一个高电平信号。此电信号也可用于控制。2电源的相序接口三相交流电源各相电压可表示为式中Um———相电压最大值，一般情况下利用三角函数关系有uBA、uCA的波形如图2所示，并如图所示分为4个区。不妨取电源的任一相做为A相，并将A相接检测电路U端，则电源的B相和C相与相序检测电路的V和W端连接只有两种接法：(1)C相接W端，B相接V端；(2)B相接W端，C相接V端。下面根据这两种接法，分析图1检测电路对输入的反应。2.1组成uf37f此时有uWU=uCA、uVU=uBA，在一个周期内，对图2波形的4个区间，输入检测电路的电压uWU、uVU如表1所示。Ⅰ区，有uWU=uCA<0与uVU=uBA<0，二极管D1、D2反向截止，光电耦合器U1中的发光二极管L1不会有电流流过，不发光。Ⅱ区，有uWU=uCA<0，而uVU=uBA>0，随着uVU值的增加，二极管D1正向导通，电流的一条主要通路为：V→D1→R2→D3→R5→U,J与U点之间的电位差为正，使三极管N1的发射结电压uJU>0，在约为150.8°时uJU达到0.6V，其发射结导通，三极管N2的集射极间电压uFU大于零；电流的另一条主要路径为V→D1→R1→G→R6→F点，uFU既加在N2的基射极之间又加在N1管的集射极之间，N2的导通条件是其发射结电压uFU≥0.6V,N1管的导通条件则是其集射极间电压为正和其发射结电压uJU≥0.6V。由于电容器C1两端电压不能跃变（初始电压为0V），使得在N2管的发射结电压达到0.6之前，N1管的导通条件就已经满足，N1工作在饱和导通状态。N1导通后，其集射极间电压uFU≈0.3V，而uFU即是N2管的发射结电压，也就是说这一区间N1导通后N2不会导通，发光二极管L1中无电流通过，不发光。Ⅲ区，N1管仍处在饱和导通状态，uFU≈0.3V,N2管不导通，L1不发光。Ⅳ区，uVU=uBA<0，二极管D1截止，L1无电流通过，不发光。由此可见，在接法⑴时，L1中无电流通过，不发光。2.2uv、dna充放电极间电压的变化规律此时有uWU=uBA、uVU=uCA。在一个周期内，检测电路输入电压uWU、uVU如表2所示。Ⅰ区的情况与接法（1）的Ⅰ区情况相同，D1、D2截止，L1不发光。Ⅱ区，uVU=uCA<0,D1截止，uWU=uBA>0，这时电流的流通路径为：W→D2→R3→R4→U，随着uWU值的增大，电阻R4上的压降uR4也逐渐增大，当超过15V时稳压管Z1反向击穿（Z1的反向击穿电压为15V),uFU>0，若不接C1，将会在tr时刻达到uR4=15.6V和uFU=0.6V，而接上C1后，达到uFU=0.6V的时刻要稍迟于tr，但当C1很小时（0.01μF），这个时间延迟也很小。在tr时刻存在如下关系式将R3、R4（见图1）和Um的值代入以上两式计算可知ωtr=1.06π（见图2）。uFU的变化情况见图3曲线1所示，图3中曲线2为流过L1的电流波形，该电流信号与uVU同相位（见图4）。当uFU达到0.6V时，N2管的发射结导通，此时电流的主要路径为：W→D2→R3→Z1→N2→U，但由于uVU=uCA<0,D1截止，L1中仍无电流通过，不发光。Ⅲ区，uVU=uCA>0，当uVU>1.2V时uHU>0,N2管的集射极间电压为正，由于其发射结在Ⅱ区就已导通，所以N2管处于饱和导通状态，其集射极间电压uHU不高于0.3V，二极管D3、D4的正向导通压降都是0.6V，所以uEU不会高于0.9V，从而uJU也不会高于0.3V,uJU即是三极管N1的基射极间电压，所以N1管不导通。N2管导通后，流过L1的电流只有这样一条路径：V→D1→R1→G→R7→L1→N2→U，当uVU大于D1和L1的正向压降之和（约1.7V）后，L1中就会有电流通过而发光，由于稳压管Z2的稳压值为15V,L1的正向压降约1.1V,N2饱和导通时集射极间电压约为0.3V，故流过L1的电流最大值为Ⅳ区，虽有uWU=uBA<0，但uVU=uCA>0，有一条电流路径：V→D1→R1→R6→F→N2→U，仍可保证N2管的发射结继续导通，N2维持导通状态，L1中仍有电流通过而发光。其电流波形如图4中曲线1所示，曲线2为uVU正半周期的波形（由于测量装置的非线性，波形有些失真）。接法（2）为正确相序。通过以上分析，当相序正确时，在第Ⅲ、Ⅳ区L1中有电流通过而发光。表1（错误相序）的Ⅱ区与表2（正确相序）的Ⅳ区均有uWU<0及uVU>0，但在错误相序下，由于三极管N1的箝位作用，使三相管N2无法导通，故L1中无电流通过。2.3uvu3000各相断相在接法（2）（正确相序）时的断相可分为如下三种情况：(1)A相断相时，则D1、D2均截止，L1中无电流通过，不发光；(2)B相断相时，若C同时断相，D1、D2均截止，L1中无电流通过，不发光；而若C相正常，当uVU=uCA>0时，同接法（1）Ⅱ区的工作情况类似，N1导通，N2截止，L1不发光；(3)C相断相或C、B同时断相时，无电流流过L1,L1不发光。因此，当有断相情况发生时，L1将不发光。2.4逆相序状态下k点电位的变化综上所述，当相序正确且无断相情况时，L1将会断续发光；反之，若逆相序或虽正相序但有断相时L1将不发光。光敏三极管N3的集电极直接接+5V直流电源，当L1发光时，N3的基极上就会有光电流，其发射极上就会有放大了的电流流过，这个电流使得K点电位升高，C2则起平均K点电位的作用，使当L1断续发光时也能保持K点电位始终较高。而当L1始终不发光时，N3不导通，K点为低电位。三极管N4的集电极通过电阻R10接到+5V电源上，若L1发光使K点电位升高，则N4基极有电流流过，N4导通，U0为低电平。若L1始终不发光（即逆相序状态）使K点为低电位，N4将不导通，U0为高电平。若将电路中的R10(5.1kΩ)用一个470Ω的电阻和一个发光二极管L2串联电路替换，则当L1发光时，L2也会发光指示；L1不发光，L2也将不发光。可见在正相序时U0处为低平；逆相序或断相时U0为高电平。此电平可作为指示或控制用。2.5导通约个周期由于只有当uWU和uVU为正时D1和D2才能导通（约半个周期），R1、R2和R3的阻值都较大，即使导通，流过R1、R2和R3的电流也都较小，所以检测电路部分的功耗很低，不会超过3到相序检测、断相检测由上述分析可知，本检测电路是根据在正、逆相序时电路输入电压uWU、uVU的不同情况，使在具有正相序时检测电路有输出，从而达到相序检测、断相检测的