- 討論有多種保護功能的設計電路
- 實現過壓保護、欠壓保護
- 實現靈敏度保護、相序保護
在工業控制中,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干擾，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范圍內波動，如達到過壓或欠壓設定值時，則保護器開始進行保護。
圖1 過欠壓保護參數
1過壓保護狀態
① 時序圖分析
當保護器工作電壓處在正常工作帶時，工作保護觸點吸合。如工作電壓值超出過壓設定值時，吸合工作觸點進入設定的延時保護狀態。待延時結束后，工作觸點釋放，由接通變至斷開狀態，直至工作電壓重新回至正常電壓工作帶。
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）后通過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端復位為“0”，IC2輸出端⑧處于延時工作狀態。
圖2 工作時序圖
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)。待延時結束后，控制器工作觸點釋放，由接通狀態變至斷開狀態，直至電壓重新回至正常電壓工作帶。在工作時序圖中，保護觸點狀態2、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分壓后通過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處于欠壓狀態，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手動控制端置為“0”， IC2輸出端⑧端處于延時工作狀態。
圖3工作原理圖
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處于延時工作狀態（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
在保護器處于正常工作帶時（此時三相電源為正相序L1、L2、L3），如靈敏度超出設定值，保護器工作觸點進入延時保護狀態，直至延時保護觸點斷開。當檢測的電壓值逐漸小于設定值且低于最小值時，工作保護觸點重新開始接通。
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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于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”，并使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”，產品處于保護狀態。
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移相處理后所產生的Vcc比較。通常情況下，Vcc電壓值應小于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
在保護器電壓處于正常工作帶時，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，則其余兩相呈過壓狀態，保護器也隨之進入保護狀態。當L1相又重新恢復供電，且加入電壓的L1、L2、L3都在其規定的正常工作帶范圍內時，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）
圖4 正常相序
圖5 正常相序矢量圖
B相序變化時矢量分析（L2、L1、L3）
圖6 變化相序I
圖7 變化相序矢量圖I
c相序變化時矢量分析（L3、L2、L1）
圖8 變化相序II
圖9 變化相序矢量圖II
通過分析可知，當相應相序發生變化后，整流橋輸入電壓值UMQ也隨之變化，并使得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手動復位控制端MR為“1”，計時器呈自動復位導通狀態，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后，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后，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手動復位控制端MR為“0”，計時器工作延時，而IC2輸出控制端為“1”，此時計算器不在清零控制狀態，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后釋放，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、輸出控制端的設定來控制輸出端Q的起始電平狀態，并在輸出端處串接V2穩壓管以保證控制輸出滿足要求。
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在導通工作延時后變為截止狀態，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 一種電路，其實這也是一種設計電路的一種思路，因為你從學會設計保護電路的原理開始，然后考慮到各種電路上可能會出現的問題，這樣對我們學會設計出合理而且應用比較廣泛的電路是十分重要的。
