【導(dǎo)讀】工業(yè)控制中，雖然用電設(shè)備通常工作在三相電源下，但很多情況下對工作電源要求很高。電壓的波動會給用電設(shè)備造成過壓、欠壓、延時等現(xiàn)象，損壞用電設(shè)備，這樣欠壓、過壓及延時電路保護的設(shè)計在實際操作中就起到了重要的作用。
通常電網(wǎng)產(chǎn)生的電壓偏高，以及大功率電動機的起動，電焊機的工作，特別是大型電弧爐和大型軋鋼機沖擊性負(fù)荷的工作，均會引起負(fù)荷的急劇變動，使電網(wǎng)電壓損耗隨之產(chǎn)生相應(yīng)變動，從而使用戶公共供電點的電壓出現(xiàn)波動現(xiàn)象。而上述情況所造成的電壓波動，又會給用電設(shè)備造成不應(yīng)有的過壓、欠壓現(xiàn)象。如長時間供給用電設(shè)備，則會極大的損壞用電設(shè)備。所以在用電設(shè)備使用中，會加入相應(yīng)的保護電路，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，保護電路進行有效保護，從而確保用電設(shè)備安全正常運行。
設(shè)計思路
該保護電路通過對所供電設(shè)備電壓進行取樣檢測，如電壓出現(xiàn)過壓、欠壓現(xiàn)象時(過壓、欠壓值可根據(jù)所需設(shè)定)，保護電路內(nèi)部執(zhí)行繼電器延時，釋放(保護電路在正常工作時無過壓、欠壓情況下內(nèi)部執(zhí)行繼電器呈吸合狀態(tài))。從而達(dá)到對用電設(shè)備的保護。該保護電路的工作狀態(tài)圖如圖1所示。
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，保護電路內(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，此時保護器進入延時保護工作狀態(tài)，延時T(時間)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，保護電路內(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，此時保護電路進入延時保護工作狀態(tài)，延時T(時間)到達(dá)后，內(nèi)部執(zhí)行繼電器由吸合狀態(tài)轉(zhuǎn)為釋放。
延時工作
保護電路根據(jù)過壓、欠壓設(shè)定值，對延時保護加入時間可調(diào)功能，以滿足不同的過壓、欠壓保護。具體可采用摩托羅拉公司的MC4541可編程定時集成電路來完成設(shè)定延時功能。通過它的1~3引腳為時鐘振蕩器外接電阻(1引腳RTC為定時電阻可調(diào))，電容(2引腳CTC定時電容)來實現(xiàn)延時。
具體延時時間T=1.2×2nRRTC×CCTC，由于定時集成電路12、13引腳為A、B(定時常數(shù)編程選擇端可外接電平高低進行編程)A=0、B=0，2n=8192 T="1".2×8192×1×106×3.3×10-9=32(s),相應(yīng)設(shè)定時間由RRTC來調(diào)整。外圍6引腳MR為手動復(fù)位控制端，低電平“0”時，計時器工作延時，高電平“1”時，計時器自動復(fù)位導(dǎo)通。9引腳輸出高或低電平選擇端，10引腳MODE單定時或循環(huán)定時選擇端分別選擇“1”和“0”時，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，計時器工作延時待延時結(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?。
保護電路技術(shù)參數(shù)設(shè)置
保護電路過壓參數(shù)設(shè)置為：412V、424V、436V、448V、460V、472V。可根據(jù)需求進行過壓值設(shè)定。
保護電路欠壓參數(shù)設(shè)置為：376V、364V、352V、340V、328V。可根據(jù)需求進行欠壓值設(shè)定。
保護電路延時時間30s可調(diào)。可根據(jù)過、欠壓值來設(shè)定相應(yīng)時間。
保護電路
保護電路示于圖2。
圖2 保護電路
在正常工作情況下，被檢測的相電壓L1、L2、L3分別經(jīng)三組電壓檢測電路(三組相同)，將檢測的電壓信號取出與之設(shè)定的欠壓、過壓值進行比較。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，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)進行過壓與欠壓比較判定。如屬正常工作狀態(tài)時，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自動復(fù)位端)使之呈自動復(fù)位導(dǎo)通狀態(tài)，保護線路中KA1吸合，保護觸點呈閉合狀態(tài)，用該閉合觸點來控制加入(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。如在檢測比較回路中出現(xiàn)過壓或欠壓時，則IC5A與IC5B的輸出端1和7會出現(xiàn)低電平“0”，分別會使與門IC2A與IC2C輸出9和10呈低電平狀態(tài)，使保護線路進入保護工作。在電路中加入IC2B與門保證其無論是出現(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手動復(fù)位控制端，使其延時，待延時結(jié)束，IC1輸出端8引腳輸出低電平，保護電路中KA1線圈失電，保護觸點斷開，此時用于加入用電設(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，應(yīng)結(jié)合RP1進行相應(yīng)調(diào)節(jié)。通常在欠壓調(diào)整時，三相線電壓調(diào)至350±10V(此時相應(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，然后再微動調(diào)整RP1，此時內(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)，使其在欠壓檢測時，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)，使其在過壓檢測時，如檢測的過壓值低于其設(shè)定值時，保證其工作狀態(tài)的穩(wěn)定。
在保護電路電源部分，因供電電源由相電壓AC220V經(jīng)變壓器T1次級提供工作電壓。電源處理時，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，工作電源無法使其電路正常工作，從而保證KA1不能正常吸合，使保護電路處于欠壓保護狀態(tài)。
總結(jié)
該保護電路屬電壓取樣檢測型保護電路，因不受被保護電器及設(shè)備功率大小限制得到廣泛應(yīng)用。在過壓、欠壓保護設(shè)定較方便，且保護時間準(zhǔn)確可調(diào)。可根據(jù)用電設(shè)備的電網(wǎng)質(zhì)量情況進行有效保護，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。
