具有多种保护功能电路的设计

在 工业控制中,用电设备通常应用三相 电源作为工作电源。但工作电源常常会遭到各类因素的搅扰，从而产生电压动摇，形成过、欠电压等情况。如设备或电器长久工作在该环境中，会遭到极洪水平的破坏。所以，电源保护器要能对过压、欠压进行有用保护；另外，其还应具有相序辨别 保护功能，以确保用电设备能在各类要求下正常安全地运转。

保护分析

如图1所示，过压最小值与欠压最小值之间通常被称为正常工作电压（也称正常电压工作带）。电器的工作电压在此范围内动摇，如达到过压或欠压设定值时，则保护器开始进行保护。

图1 过欠压保护参数

1 过压保护状态

① 时序图分析

当保护器工作电压处在正常工作带时，工作保护触点吸合。如工作电压值超过过压设定值时，吸合工作触点进入设定的延时保护状态。待延时结束后，工作触点释放，由接通变至断开状态，直至工作电压重新回至正常电压工作带。

② 工作原理分析

如图2所示，IC1A与IC1B组成过压与欠压保护线路。其中，RP1为过欠压保护基准设定电位器，输入电压经R13分别加至IC1A反相输入②端与IC1B同相输入⑤端。取自RP1电位器的基准电压设定值随保护器⑦端电压变化而变化。如过压时，经RP1加至IC1A反相输入②端与IC1B同相输入端⑤的电压值也随之升高。过压保护设定电位器RP3上的电压由IC4三端稳压输出端经RP3分压（由R7、RP3、R8、RP4、R9组成串连回路）后通过R16加至IC1A③端同相输入端，与IC1A反相输入端电压比较。当V③＞V②时，则IC1A输出端①输出“0”电平，从而使IC2⑥端复位为“0”，IC2输出端⑧处于延时工作状态。

图2 工作时序图

2欠压保护工作状态

① 时序图分析

如工作电压超过其欠压设定值时,吸合工作触点进入所设定的延时保护状态(设定时间为0～30s)。待延时结束后，控制器工作触点释放，由接通状态变至断开状态，直至电压重新回至正常电压工作带。在工作时序图中，保护触点状态2、3即为欠压保护工作状态。

② 工作原理分析

如图3所示，欠压保护机理与过压保护特别类似。RP4是欠压保护设定电位器，IC4三端稳压电压输出电压经RP4分压后通过R17加至IC1B⑥端，与⑤端电压值比较。此时，过压保护基准设定电位器RP1处于欠压状态，RP1取样电压值也随之降低，使得IC1B中V⑤＜V⑥，则IC1B输出端⑦输出 “0”电平，从而将IC2⑥端MR手动控制端置为“0”， IC2输出端⑧端处于延时工作状态。

图3工作原理图

在过欠压保护 电路设计上，为保障保护线路精确靠得住地进行过压或欠压保护，将过欠压设定基准（RP1设定）电压分别接至IC1A反相输入②端和IC1B同相输入⑤端，从而保障了过压或欠压保护的唯独性。另外在电路中增加了VD4、VD3以保障在相应反应回路中，如出现过压或欠压状态，工作单元能靠得住地工作；参加IC2中⑥端的VD1、VD2、VD5组成了“与”门电路，完成了过压、欠压、敏锐度等保护功能。

3正常工作状态

当保护器外接工作电源在正常电压下工作时，无欠压或过压产生。IC1A输出端①和IC2B输出端⑦均为“1”电平，使得IC2⑥端为“1”，输出端⑧处于延时工作状态（输出高电平），直到下一次过压或欠压情形产生。

4 相位敏锐度保护

在保护器处于正常工作带时（此时三相电源为正相序L1、L2、L3），如敏锐度超过设定值，保护器工作触点进入延时保护状态，直至延时保护触点断开。当检测的电压值逐步小于设定值且低于最小值时，工作保护触点重新开始接通。

在保护器电源输入端⑤、⑥、⑦串接相应的RC移相电路（R4、RP9、C11、RP10、R5、R3）。调整相应电位器RP9、RP10，使加至整流桥输入端M、Q的电压为确定值（在保护器工作电源处于额定电压下进行调整）。如工作电压有动摇，则由相应RC移相电路使整流桥电压输入端电压产生变化，从而使IC3A②端电压Vcc也产生变化。在取样电路中参加V1稳压管，则保障电压检测值不得超过V1稳压值。如超过，则IC3A中V③＜V②，输出①端为“0”，并使IC3B⑤端电平为“0”（C6经R28放电，电平降低）；同时，IC3B输入端V⑤＜V⑥（V⑥电平由R24、R23分压获得），输出端⑦亦为“0”，使IC2⑥端电平为“0”，产品处于保护状态。

相位敏锐度的调整电路由RP2、RP5组成，其将设定的电压值由R26加至IC3A同相输入端③，与经RC移相处置后所产生的Vcc比较。通常情形下，Vcc电压值应小于V1稳压值。当IC3A中V③＞V②时，IC3A输出①端为“1”，保障IC3B中V⑤＞V⑥（V⑤电压经VD7向C6迅速充电），输出端⑦为“1”，使IC2⑥端为“1”，则相位敏锐度保护不工作。

5相序保护

①工作时序图分析

在保护器电压处于正常工作带时，且工作电源端所加电压相序（L1、L2、L3）为正相序，工作保护触点吸合。如L1电压呈断相状态时，则其他两相呈过压状态，保护器也随之进入保护状态。当L1相又重新恢复供电，且参加电压的L1、L2、L3都在其规定的正常工作带范围内时，保护触点6又重新开始吸合工作。

当参加工作电源输入端由L1、L2、L3变成L2、L1、L3或L3、L2、L1时，因相序产生变化，保护器的保护触点都呈释放断开状态，无保护功能。

②相序保护原理分析

电源输入端⑤、⑥、⑦上所加的RC移相电路起相序辨别和保护用处。以下为其相序矢量图。

A相序正常时矢量分析（L1、L2、L3）

图4 正常相序

图5 正常相序矢量图

B相序变化时矢量分析（L2、L1、L3）

图6 变化相序I

图7 变化相序矢量图I

C相序变化时矢量分析（L3、L2、L1）

图8 变化相序II

图9 变化相序矢量图II

通过火析可知，当相应相序产生变化后，整流桥输入电压值UMQ也随之变化，并使得IC3A反相输入端②的Vcc电压随其变化。

当保护器所加相序为L1、L2、L3时，IC3A中同相输入端③端电压V③＞V②（Vcc），此时IC2手动复位控制端MR为“1”，计时器呈自动复位导通状态，如出现过压、欠压等状态，吸合触点进入延时保护状态。待完成延时保护状态后，吸合触点断开，直到工作电压L1、L2、L3又重归至安全电压工作带。

保护器所加相序产生变化后，整流桥输入电压值UMQ增大，从而使Vcc随之增大，IC3A中同相输入端③的电压V③＜V②，IC2手动复位控制端MR为“0”，计时器工作延时，而IC2输出控制端为“1”，此时计算器不在清零控制状态，则输出状态Q端（8端）输出为“0”，保护继电器触点呈释放状态。

触点保护状态

保护器对所供电压进行取样检测,如电压出现异常时,保护器内部实施继电器都先延时后释放，进行靠得住的保护。为完成上述功能，需求选择 可编程定时电路4541。延时部分可通过集成电路①～③脚外接RTC、CTC来完成。通过集成输入、输出控制端的设定来控制输出端Q的肇端电平状态，并在输出端处串接V2稳压管以保障控制输出满足要求。

保护器内部继电器线圈一直有工作电流畅过，继电器吸合。如产生过压、欠压情形，V3在导通工作延时后变成截止状态，V2指导灯熄灭，继电器释放。在驱动保护电路中增加R12、R31、R30、V4，可保障产品在过压情形下起到相应的保护功能。

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