一種過壓欠壓及延時(shí)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

　　引言

　　在工業(yè)控制中，用電設(shè)備通常工作至三相電源中，而很多用電設(shè)備在使用中對(duì)相應(yīng)提供的工作電源有著較高的要求。但通常電網(wǎng)產(chǎn)生的電壓偏高(是指給定的瞬間設(shè)備端電壓U與設(shè)備額定電壓Un之差)，以及大功率電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，電焊機(jī)的工作，特別是大型電弧爐和大型軋鋼機(jī)沖擊性負(fù)荷的工作，均會(huì)引起負(fù)荷的急劇變動(dòng)，使電網(wǎng)電壓損耗隨之產(chǎn)生相應(yīng)變動(dòng)，從而使用戶公共供電點(diǎn)的電壓出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象。而上述情況所造成的電壓波動(dòng)，又會(huì)給用電設(shè)備造成不應(yīng)有的過壓、欠壓現(xiàn)象。如長(zhǎng)時(shí)間供給用電設(shè)備，則會(huì)極大的損壞用電設(shè)備。所以在用電設(shè)備使用中，會(huì)加入相應(yīng)的保護(hù)電路，以保證用電設(shè)備在正常的供電狀態(tài)下使用。當(dāng)供電線路出現(xiàn)過、欠壓時(shí)，保護(hù)電路進(jìn)行有效保護(hù)，從而確保用電設(shè)備安全正常運(yùn)行。

　　設(shè)計(jì)思路

　　該保護(hù)電路通過對(duì)所供電設(shè)備電壓進(jìn)行取樣檢測(cè)，如電壓出現(xiàn)過壓、欠壓現(xiàn)象時(shí)(過壓、欠壓值可根據(jù)所需設(shè)定)，保護(hù)電路內(nèi)部執(zhí)行繼電器延時(shí)，釋放(保護(hù)電路在正常工作時(shí)無(wú)過壓、欠壓情況下內(nèi)部執(zhí)行繼電器呈吸合狀態(tài))。從而達(dá)到對(duì)用電設(shè)備的保護(hù)。

　　該保護(hù)電路的工作狀態(tài)圖如圖1所示。

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　　圖1 工作狀態(tài)圖

　　過壓狀態(tài)

　　當(dāng)加入工作電壓大于欠壓狀態(tài)最高值，小于過壓狀態(tài)最小值時(shí)，保護(hù)電路內(nèi)部執(zhí)行繼電器呈吸合工作狀態(tài)。當(dāng)電網(wǎng)電壓超出過壓設(shè)定值時(shí)，此時(shí)保護(hù)器進(jìn)入延時(shí)保護(hù)工作狀態(tài)，延時(shí)T(時(shí)間)到達(dá)后，內(nèi)部執(zhí)行繼電器由吸合狀態(tài)轉(zhuǎn)為釋放。

　　欠壓狀態(tài)

　　當(dāng)加入工作電壓小于過壓狀態(tài)最小值，大于欠壓狀態(tài)最高值時(shí)，保護(hù)電路內(nèi)部執(zhí)行繼電器呈吸合工作狀態(tài)。當(dāng)電網(wǎng)電壓低于欠壓設(shè)定值時(shí)，此時(shí)保護(hù)電路進(jìn)入延時(shí)保護(hù)工作狀態(tài)，延時(shí)T(時(shí)間)到達(dá)后，內(nèi)部執(zhí)行繼電器由吸合狀態(tài)轉(zhuǎn)為釋放。

　　延時(shí)工作

　　保護(hù)電路根據(jù)過壓、欠壓設(shè)定值，對(duì)延時(shí)保護(hù)加入時(shí)間可調(diào)功能，以滿足不同的過壓、欠壓保護(hù)。具體可采用摩托羅拉公司的MC4541可編程定時(shí)集成電路來(lái)完成設(shè)定延時(shí)功能。通過它的1~3引腳為時(shí)鐘振蕩器外接電阻(1引腳RTC為定時(shí)電阻可調(diào))，電容(2引腳CTC定時(shí)電容)來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)。

　　具體延時(shí)時(shí)間T=1.2×2nRRTC×CCTC，由于定時(shí)集成電路12、13引腳為A、B(定時(shí)常數(shù)編程選擇端可外接電平高低進(jìn)行編程)A=0、B=0，2n=8192 T="1".2×8192×1×106×3.3×10-9=32(s),相應(yīng)設(shè)定時(shí)間由RRTC來(lái)調(diào)整。外圍6引腳MR為手動(dòng)復(fù)位控制端，低電平“0”時(shí)，計(jì)時(shí)器工作延時(shí)，高電平“1”時(shí)，計(jì)時(shí)器自動(dòng)復(fù)位導(dǎo)通。9引腳輸出高或低電平選擇端，10引腳MODE單定時(shí)或循環(huán)定時(shí)選擇端分別選擇“1”和“0”時(shí)，則8引腳Q輸出端工作狀態(tài)為通電吸合(輸出高電平)，當(dāng)6引腳MR為低電平“0”時(shí)，計(jì)時(shí)器工作延時(shí)待延時(shí)結(jié)束后，8引腳由高電平跳變?yōu)榈碗娖?外控繼電器由吸合變?yōu)獒尫?。

　　保護(hù)電路技術(shù)參數(shù)

　　保護(hù)電路過壓參數(shù)設(shè)置為：412V、424V、436V、448V、460V、472V?？筛鶕?jù)需求進(jìn)行過壓值設(shè)定。

　　保護(hù)電路欠壓參數(shù)設(shè)置為：376V、364V、352V、340V、328V?？筛鶕?jù)需求進(jìn)行欠壓值設(shè)定。

　　保護(hù)電路延時(shí)時(shí)間30s可調(diào)?？筛鶕?jù)過、欠壓值來(lái)設(shè)定相應(yīng)時(shí)間。

　　保護(hù)電路

　　保護(hù)電路示于圖2。

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　　圖2 保護(hù)電路

　　在正常工作情況下，被檢測(cè)的相電壓L1、L2、L3分別經(jīng)三組電壓檢測(cè)電路(三組相同)，將檢測(cè)的電壓信號(hào)取出與之設(shè)定的欠壓、過壓值進(jìn)行比較。如相電壓L1經(jīng)R22、R23電阻分壓，在R23電阻上取出經(jīng)分壓后的交流電壓信號(hào)，再經(jīng)VD12、C6整流濾波后，由R21分別加入IC5A的反相輸入端和IC5B的同相輸入端。并通過IC5A的同相輸入端3(過壓設(shè)定值)與IC5B的反相輸入端6(欠壓設(shè)定值)進(jìn)行過壓與欠壓比較判定。如屬正常工作狀態(tài)時(shí)，則IC5A輸出端1與IC5B輸出端7均為高電平“1”，分別加入與門IC2A與IC2C的輸入端1和11。其余兩相電壓L2、L3工作狀態(tài)都與之相同。

　　當(dāng)L1、L2、L3相電壓都屬正常工作電壓下工作，則與門IC2C的輸出端9、10均為高電平，經(jīng)功能轉(zhuǎn)換開關(guān)K與IC2B與門處理后，高電平加入IC16端(MR自動(dòng)復(fù)位端)使之呈自動(dòng)復(fù)位導(dǎo)通狀態(tài)，保護(hù)線路中KA1吸合，保護(hù)觸點(diǎn)呈閉合狀態(tài)，用該閉合觸點(diǎn)來(lái)控制加入(串接)用電設(shè)備接觸器的線圈回路中，從而達(dá)到設(shè)備的正常供電。如在檢測(cè)比較回路中出現(xiàn)過壓或欠壓時(shí)，則IC5A與IC5B的輸出端1和7會(huì)出現(xiàn)低電平“0”，分別會(huì)使與門IC2A與IC2C輸出9和10呈低電平狀態(tài)，使保護(hù)線路進(jìn)入保護(hù)工作。在電路中加入IC2B與門保證其無(wú)論是出現(xiàn)過壓、欠壓狀態(tài)下，輸出端6為低電平，經(jīng)功能轉(zhuǎn)換開關(guān)K加入到IC16引腳的MR手動(dòng)復(fù)位控制端，使其延時(shí)，待延時(shí)結(jié)束，IC1輸出端8引腳輸出低電平，保護(hù)電路中KA1線圈失電，保護(hù)觸點(diǎn)斷開，此時(shí)用于加入用電設(shè)備接觸器線圈釋放，外接電源斷開，從而保護(hù)其用電設(shè)備。

　　在欠壓(RP3調(diào)整)，過壓(RP2調(diào)整)基準(zhǔn)調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)結(jié)合RP1進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。通常在欠壓調(diào)整時(shí)，三相線電壓調(diào)至350±10V(此時(shí)相應(yīng)的相電壓低于AC220V，從L1、L2、L3取樣的相電壓處于欠壓狀態(tài))，將RP3調(diào)至中間位置，然后再微動(dòng)調(diào)整RP1，此時(shí)內(nèi)部繼電器處于臨界工作狀態(tài)，功能開關(guān)應(yīng)位于過壓狀態(tài)下。

　　在欠壓處理上，IC5B(其IC4B、IC3B都相同)同相輸入端加入電壓并聯(lián)正反饋(由R19、VD11)，使其在欠壓檢測(cè)時(shí)，如工作正常因正反饋使5端電位升高，保證其工作狀態(tài)穩(wěn)定;同樣在過壓處理上，IC5A(其IC4A、IC3A都相同)也在同相輸入端3加入電壓并聯(lián)正反饋(由R13、VD8)，使其在過壓檢測(cè)時(shí)，如檢測(cè)的過壓值低于其設(shè)定值時(shí)，保證其工作狀態(tài)的穩(wěn)定。

　　在保護(hù)電路電源部分，因供電電源由相電壓AC220V經(jīng)變壓器T1次級(jí)提供工作電壓。電源處理時(shí)，在加入IC6三端穩(wěn)壓的輸入端串接反向穩(wěn)壓管V1，并在驅(qū)動(dòng)V3前端串接反向穩(wěn)壓管V2，可充分保證該相電壓如處于欠壓時(shí)，工作電源無(wú)法使其電路正常工作，從而保證KA1不能正常吸合，使保護(hù)電路處于欠壓保護(hù)狀態(tài)。

　　結(jié)語(yǔ)

　　該保護(hù)電路屬電壓取樣檢測(cè)型保護(hù)電路，因不受被保護(hù)電器及設(shè)備功率大小限制得到廣泛應(yīng)用。在過壓、欠壓保護(hù)設(shè)定較方便，且保護(hù)時(shí)間準(zhǔn)確可調(diào)?？筛鶕?jù)用電設(shè)備的電網(wǎng)質(zhì)量情況進(jìn)行有效保護(hù)，確保用電設(shè)備以及電器產(chǎn)品不因電源質(zhì)量不良而造成損壞。