一种新型智能三相电网缺相保护器的研制
摘要：智能三相电网缺相保护器是一种通过对三相电网内部多种电量的检测与分析，找出更加合理的负载缺相保护依据。利用ram 高速数据处理功能统计算法，直接计算各交流电参量，省略了小信号整流电路。设计的电网计量算法，可对待测电网的不平衡度、缺相状况进行实时监测。采用lpc2103作为其控制核心，电路含有抗干扰和功率放大输出功能，实现了小信号输出控制大功率负载。
关键词： arm；三相电网；缺相保护
中图分类号：tm588 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）16-0054-02
0 引言
现代化工业生产中，由于大型工业生产需要及其产业特性。生产中使用的三相电动机需在高温、多尘埃的环境中工作，容易发生堵转、短路、断相等工作故障，由于电机维护成本高昂，电机保护器成了现今生产保障的必须产品。本系统在原有缺相保护系统基础上对其进行改进，设计出一种运行稳定，灵敏度高的三相电网缺相保护器[1]。
通过多次电网运行模拟实验发现，负载运行过程中，当其出现故障时，会导致电网输出电流发生改变，电网中电流变化趋势可以反应电网运行状况。本系统针对此种状况，通过电流互感器对三相电网中各相电流进行实时采集。通过电网计量算法得到电网运行各项参数，以此对整个电网运行状况进行判断[2]。可对电网中的不平
衡度、功率参数进行实时监测，实现对三相电网运行过程中的各项参数检测与保护。
1 系统总体设计
该系统按照功能特点主要分为三大模块，信号采集模块，数据处理模块以及控制输出模块。本系统选用arm7芯片作为其控制核心，对三相电网运行情况进行监测与保护。由于电网中电流属于强电流信号，而本系统电源属于ma级别。为此本系统电流采集模块选取电流互感器对电网上电流信号进行转换提取，转换过的电流在用于检测同时也为整套检测系统进行供电。
为了降低该系统本身对电网中各项运行参数造成影响，本系统设计过程中在原有基础上简化了系统结构。在电流采集模块设计中，采用lpc2103芯片内部10位a.d采集模块对电网信号进行采集。控制模块采用三极管多级放大电路，将单片机小信号输出转化成可供后续负载动作的驱动信号。
2 硬件设计
本缺相保护器根据使用要求选用arm7作为本系统控制核心，系统芯片外部电路包含电流转换器、电源控制、报警电路等单元[3]。利用二极管整流电路与开关三极管，搭建稳压电路，为整套系统进行供电。在系统稳压电路中，利用开关三极管，搭建三极管开关电源电路。利用场效应管放大作用结合开关三极管对单片机输出信号进行放大，最终实现输出24v、30ma控制信号[4]。图2为系统硬件结构图。
2.1 电源电路本系统电源电路采用电流互感器从三相电网中直接获取电源，通过互感器转换后的电信号为交流信号。为此本系统在电流采集系统之后添加二极管整流系统，为整套系统进行供电。本系统将转换后的电流进行并联处理，使得通过转换后的电流可以满足整套系统供电要求。在电源后方添加可调负载，避免因输入功率过高而造成的芯片损坏。
本系统利用24v稳压管与三极管相结合，通过控制额外负载r12的开启与关闭，进而控制整套系统的工作电压。图3为电源模块原理图与三极管放大特性曲线。当回路电压超过24v时，稳压管导通，三极管基极与发射极产生压差，该三极管发射极与集电极导通，通过在发射极前端增加负载，增加系统功耗，降低输入电压的目的。
2.2 采集电路由于电网运行过程中，其内部电流过高，直接测量由于过高的电压与电流，容易导致测量系统烧损。为保证系统安全，选取电流互感器将电网中电流信号转化成可以采集的微小信号，实现了电网与系统的电气隔离。
该电路利用电流互感器对电网电流进行转换后，通过测量其最大功率输出时电流大小。选取合适采样电阻，利用分压采集方式对电流信号进行采集。由于采集信号为交流信号，故可由该测量信号对三相电网工作状况进行检测。
2.3 控制电路采用三极管叠加放大原理实现小信号控制大信号的控制要求，通过对先期采集数据计算处理得出各个测量点运行状况。以此为根据控制芯片各端口信号输出，以三相电源是否缺相与
三相电网不平衡度<2%为判断依据。通过判断测量端口是否为零得出三相电网中各个线路输出状况。当三相电网缺相时，采集端口输入电压为0v，系统控制输出端口输出1（5v）。通过控制后续三极管与场效应管动作进而控制回路输出电信号（24v，35ma），以此控制继电器吸合。当系统正常工作时，单片机输出0，继电器输出断开[5]。图4为三极管组合控制原理图。
3 结论
本系统针对目前我国三相电网缺相的智能化方向，研究了基于单片机的智能三相电网缺相保护系统。系统可以串接于各种三相电网用电设施中，实现了电网检测的便携式。延长了电机的使用寿命，节约了电机检测与维护成本。提高了整套三相电网的稳定、安全性，减免了各种不必要的损失。通过长时间压力测试与稳定性试验，本系统均能符合实际使用标准。
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