中心議題:

• 討論有多種保護功能的設計電路

解決方案:

• 實現過壓保護
  
  、欠壓保護
• 實現靈敏度保護、相序保護

在工業控製中,用電設備通常使用三相電源作為工作電源。但工作電源經常會受到各種因素的幹擾，從而產生電壓波動，造成過
、欠電壓等狀況。如設備或電器長期工作在該環境中，會受到極大程度的損壞。因此
，電源保護器要能對過壓、欠壓進行有效保護；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
，過壓最小值與欠壓最小值之間通常被稱為正常工作電壓（也稱正常電壓工作帶）。電器的工作電壓在此範圍內波動，如達到過壓或欠壓設定值時，則保護器開始進行保護。

1過壓保護狀態

① 時序圖分析
當(dang)保(bao)護(hu)器(qi)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)處(chu)在(zai)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)帶(dai)時(shi)，工(gong)作(zuo)保(bao)護(hu)觸(chu)點(dian)吸(xi)合(he)。如(ru)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)值(zhi)超(chao)出(chu)過(guo)壓(ya)設(she)定(ding)值(zhi)時(shi)，吸(xi)合(he)工(gong)作(zuo)觸(chu)點(dian)進(jin)入(ru)設(she)定(ding)的(de)延(yan)時(shi)保(bao)護(hu)狀(zhuang)態(tai)。待(dai)延(yan)時(shi)結(jie)束(shu)後(hou)，工(gong)作(zuo)觸(chu)點(dian)釋(shi)放(fang)，由(you)接(jie)通(tong)變(bian)至(zhi)斷(duan)開(kai)狀(zhuang)態(tai)，直(zhi)至(zhi)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)重(zhong)新(xin)回(hui)至(zhi)正(zheng)常(chang)電(dian)壓(ya)工(gong)作(zuo)帶(dai)。

② 工作原理分析
如圖2所示
，IC1A與IC1B構成過壓與欠壓保護線路。其中
，RP1為過欠壓保護基準設定電位器
，輸入電壓經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。如過壓時
，經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。過壓保護設定電位器RP3上的電壓由IC4三端穩壓輸出端經RP3分壓（由R7、RP3
、R8、RP4、R9構成串聯回路）後通過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，則IC1A輸出端①輸出“0”電平，從而使IC2⑥端複位為“0”，IC2輸出端⑧處於延時工作狀態。 [page]
2欠壓保護工作狀態

① 時序圖分析
如工作電壓超出其欠壓設定值時,吸合工作觸點進入所設定的延時保護狀態(設定時間為0～30s)。daiyanshijieshuhou，kongzhiqigongzuochudianshifang，youjietongzhuangtaibianzhiduankaizhuangtai，zhizhidianyazhongxinhuizhizhengchangdianyagongzuodai。zaigongzuoshixutuzhong，baohuchudianzhuangtai2
、3即為欠壓保護工作狀態。

② 工作原理分析
如圖3所示
，欠壓保護機理與過壓保護非常相似。RP4是欠壓保護設定電位器
，IC4三端穩壓電壓輸出電壓經RP4分壓後通過R17加至IC1B⑥端，與⑤端電壓值比較。此時
，過壓保護基準設定電位器RP1處於欠壓狀態，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手動控製端置為“0”， IC2輸出端⑧端處於延時工作狀態。

在過欠壓保護電路設計上
，為保證保護線路準確可靠地進行過壓或欠壓保護
，將過欠壓設定基準（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，如出現過壓或欠壓狀態
，工作單元能可靠地工作
；加入IC2中⑥端的VD1、VD2、VD5構成了“與”門電路

，實現了過壓
、欠壓
、靈敏度等保護功能。

3正常工作狀態

當保護器外接工作電源在正常電壓下工作時
，無欠壓或過壓發生。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處於延時工作狀態（輸出高電平）
，直到下一次過壓或欠壓情況發生。

4相位靈敏度保護

在保護器處於正常工作帶時（此時三相電源為正相序L1
、L2、L3），如(ru)靈(ling)敏(min)度(du)超(chao)出(chu)設(she)定(ding)值(zhi)
，保(bao)護(hu)器(qi)工(gong)作(zuo)觸(chu)點(dian)進(jin)入(ru)延(yan)時(shi)保(bao)護(hu)狀(zhuang)態(tai)，直(zhi)至(zhi)延(yan)時(shi)保(bao)護(hu)觸(chu)點(dian)斷(duan)開(kai)。當(dang)檢(jian)測(ce)的(de)電(dian)壓(ya)值(zhi)逐(zhu)漸(jian)小(xiao)於(yu)設(she)定(ding)值(zhi)且(qie)低(di)於(yu)最(zui)小(xiao)值(zhi)時(shi)
，工(gong)作(zuo)保(bao)護(hu)觸(chu)點(dian)重(zhong)新(xin)開(kai)始(shi)接(jie)通(tong)。
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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於額定電壓下進行調整）。如工作電壓有波動
，則由相應RC移相電路使整流橋電壓輸入端電壓發生變化，從而使IC3A②端電壓Vcc也發生變化。在取樣電路中加入V1穩壓管，則保證電壓檢測值不得超過V1穩壓值。如超出，則IC3A中V③＜V②，輸出①端為“0”，並使IC3B⑤端電平為“0”（C6經R28放電，電平下降）；同時
，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”，產品處於保護狀態。

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RC移相處理後所產生的Vcc比較。通常情況下，Vcc電壓值應小於V1穩壓值。當IC3A中V③＞V②時，IC3A輸出①端為“1”
，保證IC3B中V⑤＞V⑥（V⑤電壓經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工作時序圖分析
在保護器電壓處於正常工作帶時
，且工作電源端所加電壓相序（L1、L2、L3）為正相序
，工作保護觸點吸合。如L1電壓呈斷相狀態時
，則其餘兩相呈過壓狀態，保護器也隨之進入保護狀態。當L1相又重新恢複供電
，且加入電壓的L1
、L2、L3都在其規定的正常工作帶範圍內時，保護觸點6又重新開始吸合工作。當加入工作電源輸入端由L1、L2、L3變為L2、L1、L3或L3、L2、L1時，因相序發生變化，保護器的保護觸點都呈釋放斷開狀態，無保護功能。

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相序正常時矢量分析（L1
、L2

、L3）
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B相序變化時矢量分析（L2、L1、L3）
c相序變化時矢量分析（L3、L2、L1）
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通過分析可知，當相應相序發生變化後，整流橋輸入電壓值UMQ也隨之變化，並使得IC3A反相輸入端②的Vcc電壓隨其變化。
當保護器所加相序為L1、L2、L3時
，IC3A中同相輸入端③端電壓V③＞V②（Vcc），此時IC2手動複位控製端MR為“1”

，計時器呈自動複位導通狀態
，如出現過壓、欠壓等狀態
，吸合觸點進入延時保護狀態。待完成延時保護狀態後，吸合觸點斷開

，直到工作電壓L1
、L2、L3又重歸至安全電壓工作帶。

保護器所加相序發生變化後，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手動複位控製端MR為“0”
，計時器工作延時

，而IC2輸出控製端為“1”，此時計算器不在清零控製狀態，則輸出狀態Q端（8端）輸出為“0”，保護繼電器觸點呈釋放狀態。

觸點保護狀態

保護器對所供電壓進行取樣檢測,如電壓出現異常時,保護器內部執行繼電器都會先延時後釋放，進行可靠的保護。為實現上述功能，需要選擇可編程定時電路4541。延時部分可通過集成電路①～③腳外接RTC、CTC來完成。通過集成輸入、輸出控製端的設定來控製輸出端Q的起始電平狀態

，並在輸出端處串接V2穩壓管以保證控製輸出滿足要求。

保護器內部繼電器線圈始終有工作電流通過
，繼電器吸合。如發生過壓

、欠壓情況
，V3在導通工作延時後變為截止狀態，V2指示燈熄滅
，繼電器釋放。在驅動保護電路中增加R12、R31
、R30、V4，可保證產品在過壓情況下起到相應的保護功能。

總結

本文通過對具有多種保護功能電路的設計
，探討出一種保護功能較為強大的 一yi種zhong電dian路lu
，其qi實shi這zhe也ye是shi一yi種zhong設she計ji電dian路lu的de一yi種zhong思si路lu，因yin為wei你ni從cong學xue會hui設she計ji保bao護hu電dian路lu的de原yuan理li開kai始shi
，然ran後hou考kao慮lv到dao各ge種zhong電dian路lu上shang可ke能neng會hui出chu現xian的de問wen題ti，這zhe樣yang對dui我wo們men學xue會hui設she計ji出chu合he理li而er且qie應ying用yong比bi較jiao廣guang泛fan的de電dian路lu是shi十shi分fen重zhong要yao的de。