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保护电路设计

已有 406 次阅读  2009-08-26 14:21
在工业控制中,用电设备通常工作在三相电源中,而很多用电设备在使用中对相应提供的工作电源有着较高的要求。不仅要求供电电网的电压波动要满足其使用要求;另外周围大功率感性负载如电机的频繁起动也会影响其供电质量;并且还有较多用电设备对其所加电源工作相序也有相应的要求。总之以上情况所造成的电压波动,又会给用电设备造成不应有的过电压、欠电压现象。如设备或电器长期工作在该环境中,会极大程度的损坏其用电设备。针对上述情况保护器不仅能对常见的过压、欠压进行有效保护,并且在电器正常工作情况下,因其供电的某相发生变化(设备超出过压或欠压设定值时)具有其灵敏度保护特点,这为用电设备提供了更好的供电质量;另外对保护的设备还有相序鉴别保护功能,因为有以上的保护功能,从而确保用电设备及电器的正常安全运行。

 

  图1 过压欠压保护参数值

  保护器如工作电压处于相应过压或欠压设定值时,保护器应进行保护。在过压最小值与欠压最小值(图1中两者中间虚线部分)中间部分,通常可称为正常工作电压值(也称正常电压工作带)。在此工作带中的三相电压值如在此工作带内有电压波动,如某相呈过压或欠压状态时(超出其设定值),保护器应进入相应的保护状态。

  保护分析

  过压保护状态

  当保护器工作至小于过压最小值,大于欠压最小值(参见图2工作时序图)正常工作带时,工作保护触点吸合。此时如某项工作电压值超出其过压设定值时,吸合工作触点进入所设定的延时保护(设定时间可调0~30s)。待延时结束后,控制保护器工作触点释放,其原有触点由原接通状态变至断开状态。直至其过压值又重新回至正常电压工作带,其保护触点“--”中3、4触点工作状态,其中触点4工作状态只有当保护器工作电压L1、L2、L3同时处于断相时,则保护触点立即由接通状态变至为断开工作状态,从而完成其过压保护工作。
在工作原理图(图2)中,分别由IC1A与IC1B构成过压与欠压保护线路。其中RP1为过欠压保护基准设定电位器,经R13电阻端分别加至IC1A反相输入②端与IC1B同相输入⑤端。取自RP1电位器的基准电压设定值随加入保护器⑦端(L3相电压)的变化,使加至RP1的电压值发生变化。如呈过压状态时,经RP1加入IC1A反相输入②端与IC1B同相输入端⑤的电压值也随之升高。过压保护设定电位器RP3(根据所需过压保护值整定至所需保护值上)由IC4三端稳压电压输出端经RP3分压(由R7、RP3、R8、RP4、R9构成串联回路)后其电压值通过R16加入IC1A③端同相输入端,与IC1A反相输入端电压值比较。V③>V②时,则IC1A输出端①输出为“0”电平,从而使IC2⑥端从MR手动控制复位端为“0”,其IC2输出端⑧处于延时工作(输出高电平按设定延时值工作后变低电平)。

  欠压保护工作状态

  当保护器工作至小于过压最小值,大于欠压最小值(工作时序图中过压与欠压中虚线中间部分,也称为正常电压工作带)时,工作保护触点吸合。此时如工作电压欠压值超出其欠压设定值时,吸合工作触点进入所设定的延时保护(设定时间可调0~30s)。待延时结束后,控制器工作触点释放,其触点由原接通状态变至断开状态。直至其欠压值又重新回至正常电压工作带,其保护触点又转换为接通状态。在工作时序图中参看其保护触点“--”中2、3触点工作状态。从而完成其欠压保护工作。

 

  图2 工作时序图

 

  图3 工作原理图

  欠压工作状态基本与过压工作原理相似。欠压保护设定电位器RP4(根据所需欠压保护值整定至所需保护值上),由于IC4三端稳压电压输出端经RP4分压后其电压值通过R17加至IC1B⑥端反相输入端,与之⑤端同相输入端电压值比较。此时RP1过压保护基准设定电位器因外加电压处于欠压状态下,RP1取样电压值也随之下降,使得IC1B中V⑤

  在过欠压保护电路设计上,为保证保护线路准确可靠进行过压或欠压保护,将过欠压设定基准(RP1设定)分别接至IC1A反相输入②端和IC1B同相输入⑤端,从而保证了过压或欠压保护的唯一性。另外在电路设计中增加了VD4、VD3保证在相应反馈回路中,如出现过压或欠压时能保证欠压或过压工作单元更为可靠工作;在加入IC2中⑥端手动控制端口的VD1、VD2、VD5构成了“与”门电路,保证了过压、欠压、灵敏度保护的工作。

  正常工作状态

  当保护器外接工作电源在正常电压工作带时,此时无欠压或过压状态发生。IC1A输出端①和IC2B输出端⑦均为“1”电平,使得IC2⑥端MR手动控制复位端为“1”,其IC2输出端⑧处于延时工作状态(输出高电平),直到下一次过压或欠压情况发生进行延时保护。或保护器在正常电压工作带工作时,所加的外界工作电压L1、L2、L3突然断相,使其工作触点断开。

  相位灵敏度保护

  在保护器处于正常工作带时(此时所加三相电源为正相序L1、L2、L3),如此时灵敏度 %超出其设定值后,保护器工作触点进入延时保护状态,直至延时保护触点断开结束。当检测的电压值逐渐小至设定值且低于其最小值时(此时保护器应处于正常工作带情况下),工作保护触点重新开始接通。在工作时序图中参看其保护触点“”中1、2触点工作状态。

  在保护器电源输入端⑤、⑥、⑦串接相应的RC移相电路(R4、RP9、C11、RP10、R5、R3)。调整相应电位器RP9、RP10,使其加至整流桥电压信号输入端M、Q 确定某一值(在保护器工作电源处于额定电压下进行调整)。如此时加至保护器正常工作带的电压如有相应波动,则由相应RC移相电路使其整流桥电压输入端MQ电压发生变化,从而使其加入IC3A②反向输入端电压Vcc也随之发生变化。在取样电路中加入V1稳压管,则保证其电压检测值不得超过其V1稳压值(如出现严重的三相不平衡或某项相电压出现断相时),如超出则IC3A中V③

  %相位灵敏度的设定,由RP2、RP5组成,其将设定的电压值由R26电阻加至IC3A同相输入端③与经RC移相处理后所产生的Vcc(经R25电阻加入IC3A反相输入端②)比较。通常情况下Vcc电压值应小于V1稳压值。当IC3A中V③>V②时,IC3A输出①端为“1”,保证其IC3B中V⑤>V⑥(V⑤电压经VD7向C6快速充电),输出端⑦为“1”,使IC2⑥端MR为“1”,则说明 %相位灵敏度保护不工作。此时保护器能够在具有过压或欠压情况下起到保护作用。

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