CN112117741A - 三相电压输入保护设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三相电压输入保护设备，包括：电源电路、电压比较电路、三相供电取样电路、驱动电路和继电器电路；所述电源电路的输入端与三相电源的L1相和L2相连接，所述电源电路的输出端与电压比较电路的输入端连接，其中正电源VCC为后续电路提供直流工作电压；所述三相供电取样电路的输入端分别与三相电源的三相连接，所述电压比较电路和所述三相供电取样电路的输出端与驱动电路的输入端连接；所述驱动电路的输出端与继电器电路的输入端连接，所述继电器电路的输出端分别与三相电源的三相连接。本发明结构简单，成本低廉，可靠性高，可解决三相电源的电压过高、波动、缺相等问题，延长设备使用寿命。

Description

三相电压输入保护设备

技术领域

本发明属于电气设备技术领域，尤其是涉及一种三相电压输入保护电路。

背景技术

三相电源线路中经常会出现电压过高、波动或缺相等故障，造成设备损坏，另外实际使用时，如果误将220V接到380V，也会将设备瞬间损毁。目前市面上的三相电源保护设备大多结构复杂，成本较高，得不到很好的应用。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种结构简单，成本低廉，可靠性高的三相电压输入保护设备，用于解决三相电源的电压过高、波动、缺相，及误将220V接到380V等问题，延长设备使用寿命。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种三相电压输入保护设备，包括：电源电路、电压比较电路、三相供电取样电路、驱动电路和继电器电路；

所述电源电路的输入端与三相电源的L1相和L2相连接，所述电源电路的输出端与电压比较电路的输入端连接，其中正电源VCC为后续电路提供直流工作电压；所述三相供电取样电路的输入端分别与三相电源的三相连接，所述电压比较电路和所述三相供电取样电路的输出端与驱动电路的输入端连接；所述驱动电路的输出端与继电器电路的输入端连接，所述继电器电路的输出端分别与三相电源的三相连接。

于本发明的一实施例中，所述电源电路包括保险丝F1、保险丝F2、变压器T1、整流桥B1、电容C1、稳压单元U1、快恢复整流管D1、电感L1、电容C2；

变压器T1的两个交流输入端分别与保险丝F1、保险丝F2串联后接入三相电源的L1相和L2相，变压器T1的输出端接整流桥B1的交流输入端，整流桥B1输出端的正极同时与稳压单元U1的第一管脚和电容C1的正极连接，整流桥B1输出端的负极、电容C1的负极、稳压单元U1的第三管脚和第五管脚均接地，稳压单元U1的第二管脚同时与快恢复整流管D1的负极和电感L1的一端连接，电感L1的另一端同时与电容C2的正极和稳压单元U1的第四管脚连接，电容C2的负极接地。

于本发明的一实施例中，所述电压比较电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、二极管D2、电压比较器U2；

电阻R1与电阻R2串联，串联后的中间节点与电压比较器U2的反相输入端连接，电阻R1的另一端与整流桥B1输出端的正极连接，电阻R2的另一端接地；电阻R3与电阻R4串联，串联后的中间节点与电压比较器U2的同相输入端连接，电阻R3的另一端与电源VCC连接，电阻R4的另一端接地，电压比较器U2的输出端与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与驱动电路的输入端连接。

于本发明的一实施例中，所述三相供电取样电路包括多个电阻、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电压比较器U3；

电阻R5、电阻R6、电阻R7串联，电阻R14和电阻R15串联，电阻R5的另一端与三相电源的L3相连接，电阻R14和电阻R15的中间节点与电阻R7的另一端连接；电阻R8、电阻R9、电阻R10串联，电阻R16和电阻R17串联，电阻R8的另一端与三相电源的L2相连接，电阻R16和电阻R17的中间节点与电阻R10的另一端连接；电阻R11、电阻R12、电阻R13串联，电阻R18和电阻R19串联，电阻R11的另一端与三相电源的L1相连接，电阻R18和电阻R19的中间节点与电阻R13的另一端连接；电阻R14、电阻R16、电阻R18的另一端连接在一起，二极管D3、二极管D4反向并联后一端与电阻R14、电阻R16、电阻R18的公共端连接，另一端接地；电阻R20和电阻R23串联，电阻R20与电阻R23的中间节点与电阻R14、电阻R16、电阻R18的公共端连接，电阻R20的另一端与电压比较器U3的同相输入端连接，电阻R23的另一端接地；电阻R15、电阻R17、电阻R19的另一端连接在一起，电阻R21和电阻R22串联，电阻R21与电阻R22的中间节点与电阻R15、电阻R17、电阻R19的公共端连接，电阻R21的另一端与电压比较器U3的反相输入端连接，电阻R22的另一端接地；电压比较器U3的输出端与二极管D5的负极连接，二极管D5的正极与驱动电路的输入端连接。

于本发明的一实施例中，所述驱动电路包括电阻R24、二极管D6、二极管D7、电阻R25、电阻R26、电容C3和三极管Q1；

电阻R24的一端接电源VCC，另一端接二极管D2、二极管D5、二极管D6的正极，二极管D6的负极与二极管D7的正极连接，二极管D7的负极与电阻R25的一端连接，电阻R26与电容C3并联，并联后的一端与三极管Q1的基极和电阻R25的另一端连接，并联后的另一端接地，三极管Q1的集电极与继电器K2连接，三极管Q1的发射极接地。

于本发明的一实施例中，所述继电器电路包括继电器K1、继电器K2、二极管D8；

二极管D8反向并联在继电器K2的线圈接口两端，继电器K2线圈接口的正极接电源VCC，负极接三极管Q1的集电极；继电器K2的一组触点接口串接在继电器K1线圈接口的一端和三相电源的L3相之间；继电器K1线圈接口的另一端与三相电源L1连接，继电器K1的三组触点接口分别与三相电源的三相连接。

如上所述，本发明的三相电压输入保护设备，具有以下有益效果：本发明对线路中的电压过高、波动或缺相进行保护，结构简单，成本低，可靠性高。

本发明三相电压输入保护设备初始状态为断开，接入三相电源后，若三相电源电压正常，电压比较器U2和电压比较器U3输出高电平到驱动电路，驱动电路使继电器电路得电，继电器闭合，设备正常工作。

若误将220V接成380V，或三相电源电压出现过压、波动或断相故障，电压比较器U2或电压比较器U3输出低电平到驱动电路，驱动电路使继电器电路失电，保持断开状态。

本发明的变压器T1的初级和继电器K1的控制端分别接三相电源的L1相、L2相、L3相，当任意一相失电时，会造成变压器T1和继电器K1其中之一或同时失电，导致本保护设备在缺相状态下无法闭合继电器K1，实现缺相保护。

附图说明

图1显示为本发明三相电压输入保护设备的结构框图。

图2显示为本发明三相电压输入保护设备的电路图。

元件标号说明

1电源电路；2、电压比较电路；3、三相供电取样电路；4、驱动电路；5、继电器电路。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，本发明提供一种使用方便，可提供过压保护、缺相保护和电压波动保护的三相电压输入保护设备。包括：电源电路1、电压比较电路2、三相供电取样电路3、驱动电路4和继电器电路5；所述电源电路1的输入端与三相电源的L1相和L2相连接，所述电源电路1的输出端与电压比较电路2的输入端连接，其中正电源VCC为后续电路提供直流工作电压；所述三相供电取样电路3的输入端分别与三相电源的三相连接，所述电压比较电路2和所述三相供电取样电路3的输出端与驱动电路4的输入端连接；所述驱动电路4的输出端与继电器电路5的输入端连接，所述继电器电路5的输出端分别与三相电源的三相连接。

本发明三相电压输入保护设备初始状态为断开，接入三相电源后，若三相电源电压正常，电压比较器U2、U3输出高电平到驱动电路4，驱动电路使继电器电路5得电，继电器闭合，设备正常工作；若误将220V接成380V，或三相电源电压出现过压、波动或断相故障，电压比较器U2或电压比较器U3输出低电平到驱动电路4，驱动电路4使继电器电路5失电，继电器保持断开状态。

请参阅图2，电源电路1包括保险丝F1、保险丝F2、变压器T1、整流桥B1、电容C1、稳压单元U1、快恢复整流管D1、电感L1、电容C2；

本实施例中稳压单元U1采用稳压芯片LM2575。变压器T1的两个交流输入端分别与保险丝F1、保险丝F2串联后接入三相电源的L1相和L2相，变压器T1的输出端接整流桥B1的交流输入端，整流桥B1输出端的正极同时与稳压单元U1的第一管脚和电容C1的正极连接，整流桥B1输出端的负极、电容C1的负极、稳压单元U1的第三管脚和第五管脚均接地，稳压单元U1的第二管脚同时与快恢复整流管D1的负极和电感L1的一端连接，电感L1的另一端同时与电容C2的正极和稳压单元U1的第四管脚连接，电容C2的负极接地。

电源电路1取三相电源的L1相和L2相，保险丝F1、F2为线路提供保护。输入的交流电经变压器T1降压、整流桥B1整流、电容C1滤波后转为直流电，为稳压单元U1提供工作电压，稳压单元U1输出的电源VCC经稳压、滤波后为后续电路提供工作电压。

请参阅图2，电压比较电路2包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、二极管D2、电压比较器U2；

电阻R1与电阻R2串联，串联后的中间节点与电压比较器U2的反相输入端连接，电阻R1的另一端与整流桥B1输出端的正极连接，电阻R2的另一端接地；电阻R3与电阻R4串联，串联后的中间节点与电压比较器U2的同相输入端连接，电阻R3的另一端与电源VCC连接，电阻R4的另一端接地，电压比较器U2的输出端与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与驱动电路的输入端连接。

电源VCC经过电阻R3、R4分压后，输入电压比较器U2的同相输入端，作为基准电压。整流桥B1输出的直流电源经电阻R1、R2分压后输入电压比较器U2的反相输入端。

请参阅图2，三相供电取样电路3包括多个电阻、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电压比较器U3；

电阻R5、电阻R6、电阻R7串联，电阻R14和电阻R15串联，电阻R5的另一端与三相电源的L3相连接，电阻R14和电阻R15的中间节点与电阻R7的另一端连接；电阻R8、电阻R9、电阻R10串联，电阻R16和电阻R17串联，电阻R8的另一端与三相电源的L2相连接，电阻R16和电阻R17的中间节点与电阻R10的另一端连接；电阻R11、电阻R12、电阻R13串联，电阻R18和电阻R19串联，电阻R11的另一端与三相电源的L1相连接，电阻R18和电阻R19的中间节点与电阻R13的另一端连接；电阻R14、电阻R16、电阻R18的另一端连接在一起，二极管D3、二极管D4反向并联后一端与电阻R14、电阻R16、电阻R18的公共端连接，另一端接地；电阻R20和电阻R23串联，电阻R20与电阻R23的中间节点与电阻R14、电阻R16、电阻R18的公共端连接，电阻R20的另一端与电压比较器U3的同相输入端连接，电阻R23的另一端接地；电阻R15、电阻R17、电阻R19的另一端连接在一起，电阻R21和电阻R22串联，电阻R21与电阻R22的中间节点与电阻R15、电阻R17、电阻R19的公共端连接，电阻R21的另一端与电压比较器U3的反相输入端连接，电阻R22的另一端接地；电压比较器U3的输出端与二极管D5的负极连接，二极管D5的正极与驱动电路的输入端连接。

电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13为降压限流电阻，电阻R14、R16、R18和电阻R15、R17、R19组成两组归零电路，电阻R20、R21、R22、R23稳定归零信号后输入电压比较器U3。

为了节省空间，可采用电压比较器集成芯片LM393来实现电压比较器U2和U3的功能。

请参阅图2，驱动电路4包括电阻R24、二极管D6、二极管D7、电阻R25、电阻R26、电容C3和三极管Q1；

电阻R24的一端接电源VCC，另一端接二极管D2、二极管D5、二极管D6的正极，二极管D6的负极与二极管D7的正极连接，二极管D7的负极与电阻R25的一端连接，电阻R26与电容C3并联，并联后的一端与三极管Q1的基极和电阻R25的另一端连接，并联后的另一端接地，三极管Q1的集电极与继电器K2连接，三极管Q1的发射极接地。

电阻R24为电压比较器U2和U3输出端的上拉电阻，电源VCC通过电阻R25限流，再经过二极管D6、D7降压，为三极管Q1的基极提供工作电压。

请参阅图2，继电器电路5包括继电器K1、继电器K2、二极管D8；

二极管D8反向并联在继电器K2的线圈接口两端，保护继电器K2不被烧坏。继电器K2线圈接口的正极接电源VCC，负极接三极管Q1的集电极；继电器K2的一组触点接口串接在继电器K1线圈接口的一端和三相电源的L3相之间；继电器K1线圈接口的另一端与三相电源L1连接，继电器K1的三组触点接口分别与三相电源的三相连接。

为保护设备，本发明三相电压输入保护设备初始状态为断开。接入三相电源后，若三相电源输入电压在正常范围内，电压比较器U2的反相输入电压值小于基准电压值，输出高电平，二极管D2截止；若三相电源的相位正常，电压比较器U3的输入端为零，输出端为高阻态，二极管D5截止；此时电源VCC经过电阻R25限流，二极管D6、D7降压，为三极管Q1的基极提供电压，Q1导通，继电器K2线圈得电后吸合，继电器K2吸合后使得继电器K1的线圈得电，继电器K1吸合，三相电源线路接通，设备正常工作。

若客户误将220V接到380V，或输入电压出现过压或波动故障时，电压比较器芯片U2的输出端为低电平，二极管D2导通；当输入电压出现缺相时，电压比较器芯片U3的输出端为低电平，二极管D5导通；二极管D2或D5任意一个导通，均会将电源VCC的电压值拉低，导致三极管Q1截止，继电器K2线圈失电后断开，K2断开导致继电器K1线圈失电断开，切断线路，保护设备不会因电压故障而损坏。

变压器T1的初级和继电器K1的控制端分别接三相电源的三相，当任意一相失电时，会造成变压器T1和继电器K1其中之一或同时失电，导致本保护设备在缺相状态下无法闭合继电器K1，实现第二重缺相保护。

综上所述，本发明三相电压输入保护设备初始状态为断开，接入三相电源后，若三相电源电压正常，电压比较器U2、电压比较器U3的输出端输出高电平到驱动电路，驱动电路使继电器电路得电，继电器闭合，设备正常工作；若误将220V接成380V，或三相电源电压出现过压、波动或断相故障，电压比较器U2、电压比较器U3的输出端输出低电平到驱动电路，驱动电路使继电器电路失电，继电器保持断开状态。本发明对线路中的电压过高、波动或缺相进行保护，结构简单，成本低，可靠性高。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种三相电压输入保护设备，其特征在于，包括：电源电路、电压比较电路、三相供电取样电路、驱动电路和继电器电路；

所述电源电路的输入端与三相电源的L1相和L2相连接，所述电源电路的输出端与电压比较电路的输入端连接，其中正电源VCC为后续电路提供直流工作电压；所述三相供电取样电路的输入端分别与三相电源的三相连接，所述电压比较电路和所述三相供电取样电路的输出端与驱动电路的输入端连接；所述驱动电路的输出端与继电器电路的输入端连接，所述继电器电路的输出端分别与三相电源的三相连接。

2.根据权利要求1所述的三相电压输入保护设备，其特征在于：所述电源电路包括保险丝F1、保险丝F2、变压器T1、整流桥B1、电容C1、稳压单元U1、快恢复整流管D1、电感L1、电容C2；

变压器T1的两个交流输入端分别与保险丝F1、保险丝F2串联后接入三相电源的L1相和L2相，变压器T1的输出端接整流桥B1的交流输入端，整流桥B1输出端的正极同时与稳压单元U1的第一管脚和电容C1的正极连接，整流桥B1输出端的负极、电容C1的负极、稳压单元U1的第三管脚和第五管脚均接地，稳压单元U1的第二管脚同时与快恢复整流管D1的负极和电感L1的一端连接，电感L1的另一端同时与电容C2的正极和稳压单元U1的第四管脚连接，电容C2的负极接地。

3.根据权利要求1所述的三相电压输入保护设备，其特征在于：所述电压比较电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、二极管D2、电压比较器U2；

电阻R1与电阻R2串联，串联后的中间节点与电压比较器U2的反相输入端连接，电阻R1的另一端与整流桥B1输出端的正极连接，电阻R2的另一端接地；电阻R3与电阻R4串联，串联后的中间节点与电压比较器U2的同相输入端连接，电阻R3的另一端与电源VCC连接，电阻R4的另一端接地，电压比较器U2的输出端与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与驱动电路的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的三相电压输入保护设备，其特征在于：所述三相供电取样电路包括多个电阻、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电压比较器U3；

电阻R5、电阻R6、电阻R7串联，电阻R14和电阻R15串联，电阻R5的另一端与三相电源的L3相连接，电阻R14和电阻R15的中间节点与电阻R7的另一端连接；电阻R8、电阻R9、电阻R10串联，电阻R16和电阻R17串联，电阻R8的另一端与三相电源的L2相连接，电阻R16和电阻R17的中间节点与电阻R10的另一端连接；电阻R11、电阻R12、电阻R13串联，电阻R18和电阻R19串联，电阻R11的另一端与三相电源的L1相连接，电阻R18和电阻R19的中间节点与电阻R13的另一端连接；电阻R14、电阻R16、电阻R18的另一端连接在一起，二极管D3、二极管D4反向并联后一端与电阻R14、电阻R16、电阻R18的公共端连接，另一端接地；电阻R20和电阻R23串联，电阻R20与电阻R23的中间节点与电阻R14、电阻R16、电阻R18的公共端连接，电阻R20的另一端与电压比较器U3的同相输入端连接，电阻R23的另一端接地；电阻R15、电阻R17、电阻R19的另一端连接在一起，电阻R21和电阻R22串联，电阻R21与电阻R22的中间节点与电阻R15、电阻R17、电阻R19的公共端连接，电阻R21的另一端与电压比较器U3的反相输入端连接，电阻R22的另一端接地；电压比较器U3的输出端与二极管D5的负极连接，二极管D5的正极与驱动电路的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的三相电压输入保护设备，其特征在于：所述驱动电路包括电阻R24、二极管D6、二极管D7、电阻R25、电阻R26、电容C3和三极管Q1；

电阻R24的一端接电源VCC，另一端接二极管D2、二极管D5、二极管D6的正极，二极管D6的负极与二极管D7的正极连接，二极管D7的负极与电阻R25的一端连接，电阻R26与电容C3并联，并联后的一端与三极管Q1的基极和电阻R25的另一端连接，并联后的另一端接地，三极管Q1的集电极与继电器K2连接，三极管Q1的发射极接地。

6.根据权利要求1所述的三相电压输入保护设备，其特征在于：所述继电器电路包括继电器K1、继电器K2、二极管D8；

二极管D8反向并联在继电器K2的线圈接口两端，继电器K2线圈接口的正极接电源VCC，负极接三极管Q1的集电极；继电器K2的一组触点接口串接在继电器K1线圈接口的一端和三相电源的L3相之间；继电器K1线圈接口的另一端与三相电源L1连接，继电器K1的三组触点接口分别与三相电源的三相连接。

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