三相电压源(一).
三相交流电源缺相保护电路
三相交流电源缺相保护电路张海涛Ξ(长沙学院物电系,湖南长沙410003) 摘 要:介绍了一个主要由峰值检波器和脉冲宽度鉴别器构成的三相交流电源缺相保护电路.当三相交流电源出现缺相或某相电压过低时,电路动作切断电源,保护用电设备,并发出报警信号.关键词:三相交流电源;缺相;峰值检波器;脉冲宽度鉴别器中图分类号:TN710 文献标识码:A 文章编号:1671-119X(2005)01-0016-04 目前世界上电力系统所采用的供电方式,绝大多数是三相制[1].所谓三相制,就是由三个频率相同而相位不同的电压源作为电源供电的体系.这是由于三相制在发电、输电和用电方面都有许多优点.三相电源一般是由三个同频率、等幅值和初相依次相差120°的正弦电压源按一定的方式连接而成.这组电压源称为对称三相电源,依次称为A相、B相和C相,分别记为U A、U B、U C.U A(t)=U PMcosωtU B(t)=U PMcos(ωt-120°)U B(t)=U PMcos(ωt+120°)它们的波形和向量如下图1:(a)波形 (b)向量图1 三相电压源的波形和向量图 在实际电路中,由于种种原因会出现缺少相序的情况,该情况称之为缺相.如缺少U A,或U B,或U C.电机在缺少相序的情况下不能启动工作,或者工作不稳定甚至烧毁.为了保护用电设备,特此设计电路在缺相时(相电压过低也视为缺相)起保护及报警作用.1 设计思想考虑到三相电源为交变电源,若正常时U A、U B、U C峰值电压出现为等间隔时间,通常在电路中把时间表示转换为脉冲表示,因而把三个峰值表示为三个脉冲形式,如此转换电路可使用峰值检波器[2].如果出现缺相的情况,即缺少峰值,那么脉冲宽度将变宽.考虑到这样的现象,使用脉冲宽度检测便能判断出是否缺相.大致方框图如图2所示.图2 脉冲宽度检测框图2 功能模块实现(1)实现峰值检波部分工作原理如图3所示.该峰值检波器由电压比较器μA760与电容C、电阻R、二极管D组成.V I加在比较器的同相输入端,此时比较器输出高电平,反第15卷第1期2005年3月 湖南工程学院学报Journal of Hunan Institute of EngineeringVo1.15.No.1Mar.2005Ξ收稿日期:2004-06-048作者简介:张海涛(1972-),男,讲师,研究方向:微电子与固体电子.相输入端的电容C 经过二极管、电阻充电到输入信号的峰值.但由于比较器的输入偏流及二极管的漏电流,电容器上的电压在非充电时间内缓慢放电,故在同相端的输入信号到达峰值那一时刻,比较器才有高电平输出.这样在比较器的输出端出现了一串反映峰值的脉冲信号.图3 峰值检波器(2)脉冲宽度鉴别部分 工作原理如图4所示:该鉴别器由比较器与运算放大器及电容、电阻、N 沟道的J FET 管组成.Vi 加在运放的反相输入端,如果J FET 栅极为低电平,那么J FET 处于截止状态,JFET 截止.则Vi 对电容C充电,电容C 两端电压VC 上升,由于V c =(Vi/RC )T ,若令V c <V2比较器输出高电平;充电时间持续到J FET 栅极发生电平翻转,J FET 栅极发生电平翻转,此时J FET 导通,电容C 通过J FET源极漏及开始放电,电容C 两端电压V c0快速下降,V c0<V 2比较器输出仍为高电平.如此反复对电容充电放电.图4 鉴别器3 功能模块仿真测试为进一步证实设计思想的正确性,我们通过计算机辅助电子线路设计软件来帮助我们对该电路进行检测.本文中的所有电路图都是通过Protel [3]制作.以下就便通过Pspice 仿真各功能模块电路如图5所示:通过对各部分的模拟伪真后,发现设计思路基本可行,并无很大的误差,基本能实现设想的情况,对缺相情况时能起到保护作用.图5 整体电路方框图71第1期 张海涛:三相交流电源缺相保护电路 4 外围辅助电路部分411 集成稳压电源此外,我们还要为电路提供供电用的和比较使用的集成稳压源[4],它是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备.其输出电压大小基本上不受电网电压、负载及环境温度的变化而影响.在本电路中需要两种独立提供稳定电压的电路,第一种是给集成块供电用的电压源,另一种是具有精密电压的供比较器作比较时用的基准电压源.(1)供电电压源我们选取CW317,这是一种三端式集成稳压器,它是在三端固定输出集成稳压器的基础上发展起来的.这种稳压器是鉴于许多电子仪器仪表要求稳定的固定输出电压而设计的.它只有3个外部引出端子:输入端、输出端、公共端.使用灵活方便.它的性能指标是:电压调整率为0.005%～0.02%/V ,电流调整率为0.1%～1.0%,纹波抑制比为-65～-85db.其电路设计的特点是使集成片的输入电流几乎全部流到输出端,流到公共端的电流非常小,一般为50～100μA ,当负载电流从10mA 变化到额定值时或从3V 输入到最大的额定输入电压时,其公共端可调整节点电流的变化量为0.2～5μA.基于集成芯片这一特点,可以用少量的外部元件方便地组成精密可调的稳压器或稳流器电路.它的应用电路如图6:图6 供电电压源的应用电路(2)基准电压源我们选用MAX873,这是一种采用激光修正的低功耗、低温漂、精密带隙基准电压源,广泛用于便携数字仪表、数据采集系统、A/D 或D/A 转换器中.MAX873可输出2.500V 的基准电压,最在允许偏差为+—115mV ;低温漂,电压温度系数的典型值为3×10-6℃,最大也不超过7×10-6℃;电源电压范围宽,为+415～18V ,最大工作电流为10mA ;低功耗,静态电流为280μA.它的应用电路如图7:利用TRIM 端能对基准电压进行微调,调节范围是+—4%;在此电路中,C 为消噪电容,取0.1μf ;RP1为100K 精密多圈电位器,对输出电压微调,调节范围是+—95mV ;RP2为20K 精密多圈电位器,调整RP2可获得0～2.5V 的任意基准电压值.图7 MAX873基准电压源的应用电路4.2 控制报警部分作为三相电机电源缺相保护的一部分,当电源出现问题的时候,它必须能够在第一时刻切断电路,以保护电机不受损伤;并且要能够及时发出信号提醒操作者,不管是可见的还是可闻的.我们可以采用双向可控硅组成电子开关,来控制三相交流电源的通断;另外只用一个红色L ED 开关来报警,当然我们可以另加一个音乐芯片.可控硅[5](SCR )是一种三端可控器件,实现了弱电对强电的控制.它体积小、重量轻、效率高、寿命长、无噪声、无磨损、维修方便,在工业上应用广泛.可控硅可用作电子开关,以代替触点交流接触器使用.应用交流场合的可控硅器件,我们可以选用双向可控硅,这是因为它具有双向可控的优点.双向可控硅的管心是用N 型硅单晶片的两面三刀侧扩散形成PN P ,再在两面三刀端设置PN 结,形成N PN PN 五层结构的三极管.它在两个方向均能触发.它用作电子开关时的应用电路如图8所示:图8 可控硅电子开关的应用电路在图8中,Vct1为控制电压,当它取值为高电平时,SCR 导通,所以电源通过SCR 给负载提供电力;而当它取值为低电平时,SCR 截止,负载停止工作.5 完整的电路结构完整的电路结构如图9所示,它将前面分析的各功能模块电路有机有结合在一起,能够较好的完成缺相保护功能。
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A + uA – X uB
B + uC –
C + –
三相电源依次称为： A相、B相、C相。
uA (t ) 2U cos( t ) uB (t ) 2U cos( t 120o )
Y
u uA
Z uB
uC (t ) 2U cos( t 120 )
o
5. 波形图
uC
O
t
/
B + uC –
C + –
三相电源依次称为： A相、B相、C相。
uA (t ) 2U cos( t ) uB (t ) 2U cos( t 120o )
Y
o
Z
uC (t ) 2U cos( t 120 )
o
3. 相量表示
U 0 U A o U B U 120 2U A U120o U U
三相四线制
⑥相电流：流过每相电源(负载)的电流。
+ +
U BC
Y接： UAN, UBN, UCN
C 火线
N 中线 ⑤线电流：流过端线(火线)的电流：
IC
I A , IB , I C
2.三角形联接( 接)： 三相电压源依次连接成一个回路、再从端子引出端线的接法。 IA
Z
UC
C Y –
C +
uC – Z
三相电源依次称为： A相、B相、C相。
+
uA (t ) 2U cos( t ) uB (t ) 2U cos( t 120o )
X
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uC (t ) 2U cos( t 120o )
中国电压相位
中国电压相位
中国的电压相位通常指的是在三相交流电系统中，每相之间的相位差。
在中国以及大多数国家，民用和工业用电的三相交流电源采用的是三相四线制供电系统，标准电压为380V（线电压）/220V（相电压），频率为50Hz。
在三相交流系统中，三个电压源（或称三相）彼此之间的相位差是120度。
这意味着当一个相处于最大值时，另外两个相分别滞后和超前120度。
这种设计使得负载可以平衡分配到各个相上，从而提高电力系统的效率和稳定性。
单相交流电源（例如家用电器使用的220V电源）是从三相系统中的任意两根线（一相和中性线）取得的，其电压波形相对于时间的变化遵循正弦规律，并且有一个固定的初相位，但讨论单相电源时一般不涉及相位差，除非涉及到多相供电或者与其它单相电源比较时。
电路原理课件_第4章_谐振互感三相 (1)
g g 1 IL U ( ) ( j 0C ) U I C j 0 L
g
g
电感电流与电容电流幅值相同，相位差180°
2）并联谐振品质因数
谐振时电路感纳（容 纳）与电导之比。
1 0 L R
IL C Q R 1 1 IR L U
R
1 U 0 L
R 当 Q 0 L
i2 u22
di2 U12 e12 M dt
3）同名端 二个线圈间绕向不同时，产生的互感电压方向不同。
1
di1 0 ， 图1：当 i1 增加时 dt 线圈2互感电压方向为 2 2 。 di1 u2 M dt
di1 0， dt 线圈2互感电压方向为 2 2。
i1
2
u1
减小电阻或增大电感可使UL变大。电压放大。
对于电流源：采用并联谐振方法 。
IL R Q并 0 L I S
增大电阻或减小电感可使IL变大。电流放大。
4.2 互感耦合电路
1）互感现象 邻近线圈间由于磁通 的交链，一个线圈电流的 变化会在另一线圈产生感 应电势（互感电势），这 一现象为互感偶合。 线圈1中通以电流
dψ1 dL1i1 di1 L1 线圈1 的自感电势 e11 dt dt dt
用电压降表示 线圈2 的互感电势
di1 U11 e11 L1 dt
互感电压 参考方向
dψ21 dMi1 di1 e21 M dt dt dt
用电压降表示
i1 u11
u21
di1 U 21 e21 M dt
同理： 当 i 2 变化时，引起 的变化， 二个线圈中产生感应电势， 线圈2 的自感电势: 用电压降表示:
三相电路
Z
+
N'
U B
Z
ICC'
ZI/b3c
Ica
结论
Iab
U A Z
IA
U AN Z/3
3U AN Z
3(U AB 3) 30
3 U A
Z
30
Z
3Iab 30
(1) 线电流大小等于相电流的 3倍, 即Il 3I p.
(2) 线电流相位滞后对应相电流30o。
UUUUBABAUUUU- 1002oo0
U&UC&
C
UU
12-1020
U C
三个同频U B率、等幅值、初相
120°
120° 120°
彼此相差120°1的20正°弦电压
UA
源电源按。一定12的0°连接12方0°式构成U的A
U B
U
不加说明，一般都认为是正序
C
U AB
U CA
+
U
IB C
UB BC
C
2019/11/14
21
+++
_ UA IAA A' Z
N _ UB IBB B' Z
_ UC
IC
C
C'
Z
ZN
_ UA IA A A'
+++
_ UB IB B B'
_ UC
IC
C
C'
2019/11/14
Z
IA'B'
正弦三相交流电
I N I A I B I C 0
.
.
.
.
(４—70)
不对称三相负载的相电压对称， 是因为中线的作 用。 否则， 相电压就不对称。
iA A uA N uC uB a
ZL
i0 Za N’
ZN
iC c
Zc
Zb b
C B
ZL ZL
iB
图 8.8
对称三相四线制Y—Y电路
图中ZL为端线抗，ZN为中线阻抗，Z为负载阻抗，三 . . . U 相均相等， A U B 、 C 和对称。以电源中性点N为参考 U 结点，负载中性点为独立结点，运用弥尔曼定理得：
用iab 、 ibc 、 ica表示， 它们的相量
. . . . . . . .
I AB
U AB U AB YA , ZA
I BC
U BC U BC YB , ZB
I CA
U CA . U CA YC , ZC
各线电流的相量为
I A I AB I CA ,
.
.
.
I B I BC I AB ,
.
.
.
I C I CA I BC ,
.
.
.
பைடு நூலகம்
根据KCL， 有
中线：从中点引出的输电线称为中线，又称地线或零线。 端线：从始端引出的输电线称为端线，俗称火线。
线电压：端线之间的电压，参考方向习惯上规定为由先行相
到后续相，且习惯上用下标字母的次序表示，分别记为uAB， uBC，uCA其有效值用Ul表示。 相电压：端线与中线之间的电压，也常用下标字母次序表示 其参考方向，分别记为uAN，uBN、uCN，简记为uA、uB， uC，其有效值用UP表示。有中线的三相交流电路称为三相四 线制电路，无中线的则称为三相三线制电路。
第6章 三相交流电路
UU UV 时值表达式可作出三相对 称电压的波形图和相量图，如下图所示。由图中三相 对称电压的波形图可以看出：三相对称电压的瞬时值， 在任一时刻的代数和等于零。将图中所示相量图中任 意两个电压相量按平行四边形法则合成，其相量和必 与第三个电压相量大小相等，方向相反，相量和为零， 即
以 U 为参考相量，作出各相电压、线电压的相量图， 如图所示。
U
由上所示相量图可以看出，线电压与相电压之间的 数量关系为
1 U 线 U 相 cos30 2
即
U 线 3U 相
在相位上， 线电压超前对应的相电压30˚，由于三个线电压的大 小相等，频率相同，相位互差120˚，所以也是三相 对称量，即
iL1 iU iW iL 2 iV iU iL 3 iW iV
上式表明线电流的瞬时值等于相应两个相电流的瞬时值之差， 则其相量关系为
I L1 I U I W I L2 I V I U I L3 I W I V
以为参考相量，作出各相电流、线电流 的相量图，如右图1所示。 由相量图可以看出，线电流与相电流之 1 间的数量关系为 I线 I相 cos 30 I线 3I 相 2 在相位上，线电流滞后于对应相 电流，即 线 相 30
L1 L2 L3 N
三相负载与三相电源的联接有星形（Y形）和 三角形（△形）两种连接方式。
6.3.1 三相负载的星形联接
三相负载的星形联接是指把三相负载的一端 连接在一起，它常与三相电源的中线联接；把三相 负载的另一端分别与三相电源的三根相线联接。这 种联接方式就是“著名”的三相四线制供电线路如 下图a所示，下图b中各种负载联接到电源上。
相电压及线电压
电路原理第12章 三相电路
24
25
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28
29
30
31
习 题
12
12.1 把对称三相负载Ｚ＝40＋ｊ30Ω，分别以Ｙ和形连接于对称 三相电源上，电源线电压为ＵL＝380V，试算①负载Ｙ连接时的相电压
和相电流，并画出其相量图；②负载为计连接时相电压、相电流和线电 流，并画出其相量图。
12.2 已知对称三相电路的线电压Ｕl＝380V(电源端)，三角形负载 阻抗Ｚ＝(4.5＋ｊ14)Ω，端线阻抗Ｚl＝(1.5＋ｊ2)Ω。求线电流及负载的 相电流，并作相量图。
9
10
11
12
13
图 12 . 8
14
15
16
17
Байду номын сангаас 12 . 9 不对称三相电路
18
19
20
21
图 12 . 11
22
23
这个电路实际上是一个最简单的相序指示器，可测定相序。 当把可见，B相灯泡因承受1.5Ｕ的电压而较亮，C相灯泡暗。它接 在相序未知的三相电源上时，如果认定接电容C的一相为Ａ相，则 灯泡亮的一相为B相，灯泡暗的一相为C相。
7
图12.4 三相负载的连接形式
8
三相电路由三相电源、三相负载和连接电源和负载的三相输 电线组成， 如图 12 . 5 所示 。如果电源和负载都是对称的，三相 电路就称作是对称三相电路，否则称作不对称三相电路 。 三相电 路按电源和负载的连接形式可分为 Y-Y 连接， Y- △ 连接， △ -Y 连接， △ - △ 连接 4 种形式，其中 Z e 为输电线阻抗 。 在 Y-Y 连接中，如果电源中性点 N 负 载中性点 N′ 用 导线连 接， 其阻抗为 ZN ， 如图 12 . 5（ a ）中所示 。 这种连接形式又 称作三相四线制，其余各种连接形式均称作三相三线制。把负载 端的电压电流及其关系放到对称三相电路的计算一节中介绍 。
第7章 三相电路总结
U A 0 U BA 380V UB U CA 380V UC
在这种情况下，B 相和 C 相的电灯组上所加的电压都超过电灯的额定电压（220V） ， 这是不允许的。 例 7-4 如图 7-15 所示，在例 7-2 中： （1）A 相断开时； （2）A 相断开而中性线又断开时。试求 B 相与 C 相负载上的相电压。
i A 22 2 cos(t 53) A
所以
i B 22 2 cos(t 173 ) A iC 22 2 cos(t 67) A
例 7-2 图 7-13 中，电源电压对称，每相电压 U p 220V ，负载为电灯组，在额定电压下其 电阻分别为 R A 5, RB 10, RC 20 。试求负载相电压、负载电流及中性线电流。
例 7-3 如图 3-14 所示，在上例中： （1）A 相负载短路时； （2）A 相负载短路而中性线又断开时。试求各相负载上的相电压。
63
图 7-14
例 7-3 的图
解:（1）此时 A 相短路电流很大，将 A 相中的熔断器熔断，而 B 相和 C 相未受影响，其相 电压仍为 220V。 （2）此时负载中性点即为 A，因此负载各相电压为
第 7 章 三相电路
[本章必须掌握点]
1. 三相电源，三相电源的星型接法及线电压与相电压之间的关系 2. 对称三相电路和不对称三相电路的概念； 对称三相电路为电源对称， 传输导线对称， 负载对称。 3. 会计算负载星形联结以及负载三角形联结的三相电路的线电流、相电流。 4. 会计算三相功率。
7.1 三相电源
U AB 3800 A 38 53.13A I AB Z 6 j8 3I 30A 65.8 83.13A I A AB
电路原理9.1.3三相电路的基本概念 - 三相电路的基本概念1
+ uC
–
X
Y
Z
三相电源依次称为： A相、B相、C相。
uA(t) 2Ucos(ωt) uB(t) 2Ucos(ωt 120o ) uC(t) 2Ucos(ωt 120o )
三相电路
3.相量表示
U&A U0o U&B U 120o α2U&A U&C U120o αU&A α 1120o 1 + j 3
U&AN
–
+
A
Zl
Z
U&BN
N–
+
B
Zl
– U&CN C
+
Zl
Z
n
三相三线制
Z
U&AN
–
+
A
Zl
Z
N
U&BN
–
+
B
Zl
Zn
三相四线制
– U&CN C
+
Zl
Z
Zn
三相电路
四、 线电压(line voltage)与相电压(phase voltage)的关系
1、星形联结
A +
U&A
– X
Y
Z
C U&C U&B
22
4.对称三相电源的特点
U&C
120°
120°
U&A
120°
U&B
uA uB uC 0 U&A U&B U&C 0
对于三个频率相同、振幅相同、 初相依次相差120o的三相电源，它们 的瞬时值之和必为零，或相量之和必 为零。