基于RC網(wǎng)絡(luò)的相序保護(hù)器設(shè)計(jì)

三相交流電源的相序識(shí)別與相序控制在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要意義。一般用電設(shè)備對(duì)三相電源的相位順序有嚴(yán)格的要求，如螺桿泵電機(jī)、風(fēng)機(jī)、閥門(mén)電機(jī)和液壓站電機(jī)等。突然出現(xiàn)的負(fù)向相序，將導(dǎo)致事故發(fā)生。
    在傳統(tǒng)工業(yè)控制中，往往是確保外部電源相序接線的準(zhǔn)確性，而忽略了一般情況下確認(rèn)三相交流電源的相序是比較困難的，況且供電線路的相序一旦改變，則需重新判定相序。若在設(shè)備中裝有相序自動(dòng)判定電路，對(duì)供電相序預(yù)先作出判定，顯示相序正常與否，這對(duì)于保證用電設(shè)備的正常工作具有重要意義。為此，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的三相交流電源相序保護(hù)器。

1 原理
    圖1是相序保護(hù)器的RC網(wǎng)絡(luò)電路圖，假設(shè)A、B、C三端加三相交流電正相序電壓，其中R1、C1、C2和滿足下列關(guān)系：
   
    下面運(yùn)用相量法求解空載電壓。

    設(shè)線電壓有效值為U．則三相交流電線電壓可表示為：
    若RC網(wǎng)絡(luò)的A、B、C三端加正相序電壓，如圖2所示。由θ=30°做出電壓三角形ADB，從而可以求得電壓

    結(jié)論1：當(dāng)RC網(wǎng)絡(luò)的A、B、C三端加正相序電壓時(shí)，DE兩端輸出電壓大小約為線電壓的0．87倍。
    若圖1中B和C接線互換，RC網(wǎng)絡(luò)的A、B、C三端加負(fù)相序電壓，則R1和C1上電壓為，C2和C3上電壓為，其相量圖如圖3所示。

    結(jié)論2：當(dāng)RC網(wǎng)絡(luò)的A、B、C三端加負(fù)相序電壓時(shí)，DE兩端輸出電壓為0V。

2 元器件參數(shù)的選擇
    如圖4所示，RC網(wǎng)絡(luò)電路DE兩端接有繼電器作為負(fù)載。當(dāng)RC網(wǎng)絡(luò)加正相序電壓時(shí)，繼電器線圈RL中通有大小為IL的電流，繼電器吸合；當(dāng)加負(fù)相序電壓時(shí)，繼電器線圈中無(wú)電流通過(guò)，繼電器不動(dòng)作。

    圖4中繼電器線圈對(duì)DE兩端可近似看成短路，為計(jì)算短路電流，使用戴維寧定理求DE兩端的等效阻抗Z

    據(jù)以上分析，在已知線電壓有效值為U的三相交流用電系統(tǒng)中，根據(jù)式(1)～(7)可計(jì)算出電路各元器件的選型參數(shù)。

3 典型應(yīng)用
    在電動(dòng)閥門(mén)控制系統(tǒng)中，三相交流電的相序的正確與否直接關(guān)系著電機(jī)是否能夠按照指令進(jìn)行正反轉(zhuǎn)動(dòng)作，為此在電機(jī)控制電路加入相序保護(hù)裝置顯得十分必要，如圖5所示。

    三相交流電機(jī)M、開(kāi)關(guān)QS、熔斷器FU1和交流接觸器KM2、KM3組成電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)。相序保護(hù)電路由電阻R1、電容C1～C4、整流橋VD1、穩(wěn)壓管VDZ1、中間繼電器KA、指示氖氣燈N1和交流接觸器KM1組成。當(dāng)三相交流電L1、L2和L3為正相序時(shí)，繼電器KA線圈得電，KA常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，交流接觸器KM1線圈得電，KM1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，從而KM2和KM3能夠正確控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，同時(shí)N1點(diǎn)亮，表明相序正確；當(dāng)三相交流電為負(fù)相序時(shí)，繼電器KA線圈失電，交流接觸器KM1線圈失電，KM1常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，同時(shí)N1熄滅，表明相序錯(cuò)誤。
    若按三相交流電線電壓U為380 V，中間繼電器KA線圈的額定電流為13 mA計(jì)算，R1兩端承受的峰值電壓為，C1、C2、C3兩端承受的峰值電壓為，則R1取56 kΩ／5 W、C1=C2=C3=0．1μF／1 kV。為了元器件選擇方便，元器件參數(shù)可以允許有10％的誤差，在繼電器控KA制回路中加入了穩(wěn)壓管VZ1，所以在加負(fù)相序電壓時(shí)，VZ1克服了DE兩端的殘余電壓，使繼電器KA不會(huì)誤動(dòng)作。

4 結(jié)論
    設(shè)計(jì)了一種基于RC網(wǎng)絡(luò)的相序保護(hù)器，描述了其硬件電路、工作原理和使用方法。在實(shí)際應(yīng)用中，保護(hù)器能對(duì)380 V三相交流電源作出正確的相序判斷，且響應(yīng)時(shí)間小于1 s。與傳統(tǒng)相序保護(hù)裝置相比具有兩方面優(yōu)點(diǎn)：一是該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，且成本較低；二是該電路不僅可以應(yīng)用到三相四線制系統(tǒng)中，還可以應(yīng)用到?jīng)]有中性點(diǎn)的三相系統(tǒng)中。