- 討論有多種保護(hù)功能的設(shè)計電路
- 實現(xiàn)過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)
- 實現(xiàn)靈敏度保護(hù)、相序保護(hù)
在工業(yè)控制中,用電設(shè)備通常使用三相電源作為工作電源。但工作電源經(jīng)常會受到各種因素的干擾,從而產(chǎn)生電壓波動,造成過、欠電壓等狀況。如設(shè)備或電器長期工作在該環(huán)境中,會受到極大程度的損壞。因此,電源保護(hù)器要能對過壓、欠壓進(jìn)行有效保護(hù);此外,其還應(yīng)具備相序鑒別保護(hù)功能,以確保用電設(shè)備能在各種條件下正常安全地運(yùn)行。
保護(hù)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(nèi)波動,如達(dá)到過壓或欠壓設(shè)定值時,則保護(hù)器開始進(jìn)行保護(hù)。
圖1 過欠壓保護(hù)參數(shù)
1過壓保護(hù)狀態(tài)
① 時序圖分析
當(dāng)保護(hù)器工作電壓處在正常工作帶時,工作保護(hù)觸點吸合。如工作電壓值超出過壓設(shè)定值時,吸合工作觸點進(jìn)入設(shè)定的延時保護(hù)狀態(tài)。待延時結(jié)束后,工作觸點釋放,由接通變至斷開狀態(tài),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(gòu)成過壓與欠壓保護(hù)線路。其中,RP1為過欠壓保護(hù)基準(zhǔn)設(shè)定電位器,輸入電壓經(jīng)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(zhǔn)電壓設(shè)定值隨保護(hù)器⑦端電壓變化而變化。如過壓時,經(jīng)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(hù)設(shè)定電位器RP3上的電壓由IC4三端穩(wěn)壓輸出端經(jīng)RP3分壓(由R7、RP3、R8、RP4、R9構(gòu)成串聯(lián)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(dāng)V③>V②時,則IC1A輸出端①輸出“0”電平,從而使IC2⑥端復(fù)位為“0”,IC2輸出端⑧處于延時工作狀態(tài)。
圖2 工作時序圖
2欠壓保護(hù)工作狀態(tài)
① 時序圖分析
如工作電壓超出其欠壓設(shè)定值時,吸合工作觸點進(jìn)入所設(shè)定的延時保護(hù)狀態(tài)(設(shè)定時間為0~30s)。待延時結(jié)束后,控制器工作觸點釋放,由接通狀態(tài)變至斷開狀態(tài),直至電壓重新回至正常電壓工作帶。在工作時序圖中,保護(hù)觸點狀態(tài)2、3即為欠壓保護(hù)工作狀態(tài)。
② 工作原理分析
如圖3所示,欠壓保護(hù)機(jī)理與過壓保護(hù)非常相似。RP4是欠壓保護(hù)設(shè)定電位器,IC4三端穩(wěn)壓電壓輸出電壓經(jīng)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(hù)基準(zhǔn)設(shè)定電位器RP1處于欠壓狀態(tài),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(tài)。
圖3工作原理圖
在過欠壓保護(hù)電路設(shè)計上,為保證保護(hù)線路準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行過壓或欠壓保護(hù),將過欠壓設(shè)定基準(zhǔn)(RP1設(shè)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(hù)的唯一性。另外在電路中增加了VD4、VD3以保證在相應(yīng)反饋回路中,如出現(xiàn)過壓或欠壓狀態(tài),工作單元能可靠地工作;加入IC2中⑥端的VD1、VD2、VD5構(gòu)成了“與”門電路,實現(xiàn)了過壓、欠壓、靈敏度等保護(hù)功能。
3正常工作狀態(tài)
當(dāng)保護(hù)器外接工作電源在正常電壓下工作時,無欠壓或過壓發(fā)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(tài)(輸出高電平),直到下一次過壓或欠壓情況發(fā)生。
4相位靈敏度保護(hù)
在保護(hù)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(shè)定值,保護(hù)器工作觸點進(jìn)入延時保護(hù)狀態(tài),直至延時保護(hù)觸點斷開。當(dāng)檢測的電壓值逐漸小于設(shè)定值且低于最小值時,工作保護(hù)觸點重新開始接通。
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在保護(hù)器電源輸入端⑤、⑥、⑦串接相應(yīng)的RC移相電路(R4、RP9、C11、RP10、R5、R3)。調(diào)整相應(yīng)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(hù)器工作電源處于額定電壓下進(jìn)行調(diào)整)。如工作電壓有波動,則由相應(yīng)RC移相電路使整流橋電壓輸入端電壓發(fā)生變化,從而使IC3A②端電壓Vcc也發(fā)生變化。在取樣電路中加入V1穩(wěn)壓管,則保證電壓檢測值不得超過V1穩(wěn)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(jīng)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(chǎn)品處于保護(hù)狀態(tài)。
相位靈敏度的調(diào)整電路由RP2、RP5組成,其將設(shè)定的電壓值由R26加至IC3A同相輸入端③,與經(jīng)RC移相處理后所產(chǎn)生的Vcc比較。通常情況下,Vcc電壓值應(yīng)小于V1穩(wěn)壓值。當(dāng)IC3A中V③>V②時,IC3A輸出①端為“1”,保證IC3B中V⑤>V⑥(V⑤電壓經(jīng)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(hù)不工作。
5相序保護(hù)
①工作時序圖分析
在保護(hù)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(hù)觸點吸合。如L1電壓呈斷相狀態(tài)時,則其余兩相呈過壓狀態(tài),保護(hù)器也隨之進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。當(dāng)L1相又重新恢復(fù)供電,且加入電壓的L1、L2、L3都在其規(guī)定的正常工作帶范圍內(nèi)時,保護(hù)觸點6又重新開始吸合工作。當(dāng)加入工作電源輸入端由L1、L2、L3變?yōu)長2、L1、L3或L3、L2、L1時,因相序發(fā)生變化,保護(hù)器的保護(hù)觸點都呈釋放斷開狀態(tài),無保護(hù)功能。
②相序保護(hù)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(hù)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(dāng)相應(yīng)相序發(fā)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(dāng)保護(hù)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(fù)位控制端MR為“1”,計時器呈自動復(fù)位導(dǎo)通狀態(tài),如出現(xiàn)過壓、欠壓等狀態(tài),吸合觸點進(jìn)入延時保護(hù)狀態(tài)。待完成延時保護(hù)狀態(tài)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(hù)器所加相序發(fā)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(fù)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(tài),則輸出狀態(tài)Q端(8端)輸出為“0”,保護(hù)繼電器觸點呈釋放狀態(tài)。
觸點保護(hù)狀態(tài)
保護(hù)器對所供電壓進(jìn)行取樣檢測,如電壓出現(xiàn)異常時,保護(hù)器內(nèi)部執(zhí)行繼電器都會先延時后釋放,進(jìn)行可靠的保護(hù)。為實現(xiàn)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(shè)定來控制輸出端Q的起始電平狀態(tài),并在輸出端處串接V2穩(wěn)壓管以保證控制輸出滿足要求。
保護(hù)器內(nèi)部繼電器線圈始終有工作電流通過,繼電器吸合。如發(fā)生過壓、欠壓情況,V3在導(dǎo)通工作延時后變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài),V2指示燈熄滅,繼電器釋放。在驅(qū)動保護(hù)電路中增加R12、R31、R30、V4,可保證產(chǎn)品在過壓情況下起到相應(yīng)的保護(hù)功能。
總結(jié)
本文通過對具有多種保護(hù)功能電路的設(shè)計,探討出一種保護(hù)功能較為強(qiáng)大的 一種電路,其實這也是一種設(shè)計電路的一種思路,因為你從學(xué)會設(shè)計保護(hù)電路的原理開始,然后考慮到各種電路上可能會出現(xiàn)的問題,這樣對我們學(xué)會設(shè)計出合理而且應(yīng)用比較廣泛的電路是十分重要的。