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

夏云生，方孝剛

（中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司襄樊輸油處，湖北襄樊441002）

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[1-2]。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[2-3]。

在傳統(tǒng)工業(yè)控制中，往往是確保外部電源相序接線(xiàn)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(xiàn)路的相序一旦改變，則需重新判定相序[4]。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[1，4-5]。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[6]。

1 原理

下面運(yùn)用相量法求解空載電壓。

圖1 RC網(wǎng)絡(luò)電路圖Fig.1 RC network circuit

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

圖2 RC網(wǎng)絡(luò)正相序相量圖Fig.2 Positive phase-sequence diagram of RC network

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(xiàn)電壓的0.87倍。

圖3 RC網(wǎng)絡(luò)負(fù)相序相量圖Fig.3 Negative phase-sequence diagram of RC network

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0 V。

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(xiàn)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(xiàn)圈中無(wú)電流通過(guò)，繼電器不動(dòng)作。

圖4 保護(hù)器負(fù)載電路圖Fig.4 Load circuit of protector

圖4中繼電器線(xiàn)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[7]

考慮到式（1）和式（2），式（3）可化簡(jiǎn)為式（4）。

又因?yàn)檎嘈驎r(shí)DE兩端空載電壓UDE=0.87U，忽略整流橋VD1的壓降，則繼電器線(xiàn)圈中通過(guò)的電流IL可表示為：

由以上計(jì)算可知，R1、C1、C2、C3兩端電壓有效值無(wú)論在正相序或負(fù)相序時(shí)都滿(mǎn)足下列關(guān)系：

據(jù)以上分析，在已知線(xiàn)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[5]，如圖5所示。

圖5 保護(hù)器應(yīng)用電路圖Fig.5 Application circuit of protector

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(xiàn)圈得電，KA常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，交流接觸器KM1線(xiàn)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(xiàn)圈失電，交流接觸器KM1線(xiàn)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(xiàn)電壓U為380 V，中間繼電器KA線(xiàn)圈的額定電流為13 mA計(jì)算，R1兩端承受的峰值電壓為56 kΩ/5 W、C1=C2=C3=0.1 μF/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VDZ1，所以在加負(fù)相序電壓時(shí)，VDZ1克服了DE兩端的殘余電壓，使繼電器KA不會(huì)誤動(dòng)作[8]。

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(xiàn)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。

[1]錢(qián)金川.具有多種保護(hù)功能電路的設(shè)計(jì)[J].電氣技術(shù)，2008（12）：57-60.

QIAN Jin-chuan.Circuit design of multi-protecting function[J].Electrical Engineering，2008（12）：57-60.

[2]歐偉明，瞿遂春.三相交流電源相序指示與控制器[J].高壓電器，2006，42（1）：75-76.

OU Wei-ming，QU Sui-chun.An indicator and controller of the phase sequence for 3 phases AC power source[J].High Voltage Apparatus，2006，42（1）：75-76.

[3]冷惠文.一種三相電源相序與斷相自動(dòng)檢測(cè)電路[J].電測(cè)與儀表，2003，40（5）：35-38.

LENG Hui-wen.An automatic detecting circuit of phase sequence and open phase of a three-phase power[J].Electrical Measurement&Instrumentation，2003，40（5）：35-38.

[4]姚廣平.一種相序判定方法分析及其實(shí)用電路[J].江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003（2）：50-52.

YAO Guang-ping.Analysis of unbalance three-phase circuit and a practical circuit for judging phase sequence[J].Journal of Jiangsu Polytechnic University，2003（2）：50-52.

[5]許應(yīng)坤.斷相與相序保護(hù)繼電器：中國(guó)，CN2567848Y[P].［2003-8-20］.

[6]高巍.SJC-1型電機(jī)鑒相保護(hù)器的原理及應(yīng)用[J].東方電氣評(píng)論，2002，16（3）:163-166.

GAO Wei.Principle and application of SJC-1 motor phase recognition and protection device[J].Dongfang Electric Review，2002，16（3）：163-166.

[7]王世才.電工基礎(chǔ)及測(cè)量[M].北京：中國(guó)電力出版社，2002:38-41.

[8]劉永紅.鍋爐MFT硬繼電器回路可靠性分析與改造[J].陜西電力，2010，38（3）：55-57.

LIU Yong-hong.Reliability analysis&retrofitting of boiler MFT hard relay circuit[J].Shaanxi Electric Power，2010，38（3）：55-57.