專利名稱：三相無中線交流過零檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過零檢測電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三相無中線交
流過零^r測裝置。
背景技術(shù)：
電路中的過零檢測技術(shù)，在很多應(yīng)用場合都會(huì)用到，比如電源功 率因素校正電路中電壓的過零點(diǎn)用來產(chǎn)生基準(zhǔn)信號或者控制信號，三 相交流電網(wǎng)中準(zhǔn)確的相序判斷需要以過零信息為輸入。 一個(gè)準(zhǔn)確的過 零點(diǎn)信息對保證對象的可靠運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。
當(dāng)前使用的過零檢測方法， 一般基于有中線配置的電路中。比如 單相交流輸入或者三相四線(三根火線和一根零線，零線又稱為中線) 制交流電網(wǎng)，這種應(yīng)用場合電壓過零檢測相對比較容易，以火線和零 線為輸入，經(jīng)過運(yùn)算^:大器或者光耦隔離產(chǎn)生過零信號進(jìn)行后續(xù)處理 即可。比如2008年9月10日7>告的專利號為CN200720172697.6的 實(shí)用新型和2009年1月7日7〉告的專利號為CN200820044398.9的實(shí) 用新型就是基于有中線配置的電路來實(shí)現(xiàn)過零檢測的。
然而，上述過零檢測方法存在必須依靠零線進(jìn)行過零點(diǎn)檢測的缺 點(diǎn)，不適合在沒有配置零線的電路的運(yùn)用，影響了過零檢測方法的使 用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)必須依靠零線進(jìn)行過零 點(diǎn)檢測的缺點(diǎn)等問題，提出了一種解決該問題的三相無中線交流過零 檢測裝置。
本發(fā)明三相無中線交流過零^r測裝置，包括三個(gè)光電耦合器，所 述光電耦合器包括發(fā)光二極管和對應(yīng)的三才及管，所述發(fā)光二極管的陽 極分別與一火線相連接，所述三極管的發(fā)射極接地，其特征在于，所述發(fā)光二極管的陰極相連接。
進(jìn)一步地，在所述裝置中，還包括智能處理單元，所述智能處理 單元與所述三極管的集電極相連接，用于接收和處理集電極輸出的信 號，并輸出所述集電極輸出的信號的上升沿和下降沿信號。
進(jìn)一步地，在所述裝置中，所述智能處理單元還用于對所述上升 沿和下降沿信號補(bǔ)償所述光電耦合器的死區(qū)時(shí)間，將所述上升沿信號
右移所述死區(qū)時(shí)間，將所述下降沿信號左移所述死區(qū)時(shí)間。
進(jìn)一步地，在所述裝置中，所述智能處理單元為數(shù)字信號處理器、 微處理器或者單片機(jī)之一。
進(jìn)一步地，在所述裝置中，還包括分壓電路，所述發(fā)光二極管的 陽極通過所述分壓電路與火線相連接。
進(jìn)一步地，在所述裝置中，所述分壓電路包括一端連接火線，另 一端連接所述發(fā)光二極管的陽極的電阻。
進(jìn)一步地，在所述裝置中，還包括濾波電路，所述三極管的集電 才及與發(fā)射極之間并聯(lián)所述濾波電路。
進(jìn)一步地，在所述裝置中，所述三極管的集電極用于接收一直流 參考電壓。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，采用本發(fā)明三相無中線交流過零檢測裝置， 克服了現(xiàn)有技術(shù)必須依靠零線進(jìn)行過零點(diǎn)檢測的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對三相 三線無零線制式電網(wǎng)電壓的過零檢測技術(shù)的突破，而且，對電網(wǎng)不平
衡的情形同樣適用。另外，本發(fā)明三相無中線交流過零^r測裝置實(shí)現(xiàn)
了交流電與直流電的電氣隔離，有效屏蔽了電路中的各種高低頻干擾 信號，增強(qiáng)了電路運(yùn)行的可靠性。


圖l是本發(fā)明三相無中線交流過零檢測裝置模塊示意圖； 圖2是本發(fā)明三相無中線交流過零^r測裝置的火線電壓與過零 輸出信號的波形示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明三相無中線交流過零檢測裝置進(jìn)行說明。 請參閱圖1,其是本發(fā)明三相無中線交流過零檢測裝置模塊示意圖。
本發(fā)明過零檢測裝置，包括三個(gè)光電耦合器U1、 U2、 U3，三 個(gè)二極管D1、 D2、 D3， 一個(gè)智能處理單元、六個(gè)起分壓作用的電阻 Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6和三個(gè)起濾波作用的電容Cl、 C2、 C3。 其中，三個(gè)光電耦合器Ul、 U2、 U3分別包括一發(fā)光二極管和一三 極管。三個(gè)光電耦合器U1、 U2、 U3為同一型號，三個(gè)二極管D1、 D2、 D3為同一型號，電阻R1、 R2、 R3為同一型號，電阻R4、 R5、 R6為同一型號，所述智能處理單元用于接收和處理三個(gè)光電耦合器 Ul、 U2、 U3的三極管的集電極輸出的信號，并輸出該集電極輸出的 信號的上升沿和下降沿信號，智能處理單元可以為數(shù)字信號處理器、 微處理器或者單片機(jī)。
本發(fā)明過零檢測裝置所包括的模塊組成三個(gè)線路，為具有對稱關(guān) 系的線路一、線路二和線^各三，具體如下所述
線路一電阻Rl —端連接火線a,另一端連接光電耦合器Ul 的發(fā)光二極管的陽極。光電耦合器U1的發(fā)光二極管的陰極連接其他 光電耦合器U2、 U3的發(fā)光二極管的陰極。二極管D1與光電耦合器 Ul的發(fā)光二極管反向并聯(lián)。光電耦合器Ul的三極管的集電極連接 智能處理單元，發(fā)射極接地。電阻R4—端連4妄參考電壓Vcc,另一 端連接光電耦合器U1的三極管的集電極。電容C1并聯(lián)于光電耦合 器U1的三極管的集電極和發(fā)射極。
線路二電阻R2—端連接火線b,另一端連接光電耦合器U2 的發(fā)光二極管的陽極。光電耦合器U2的發(fā)光二極管的陰極連接其他 光電耦合器U1、 U3的發(fā)光二極管的陰極。二極管D2與光電耦合器 U2的發(fā)光二極管反向并聯(lián)。光電耦合器U2的三極管的集電極連接 智能處理單元，發(fā)射極接地。電阻R5—端連接參考電壓Vcc，另一 端連接光電耦合器U2的三極管的集電極。電容C2并聯(lián)于光電耦合 器U2的三極管的集電極和發(fā)射極。
線路三電阻R3 —端連接火線c，另一端連接光電耦合器U3的發(fā)光二極管的陽極。光電耦合器U3的發(fā)光二極管的陰極連接其他 光電耦合器U1、 U2的發(fā)光二極管的陰極。二極管D3與光電耦合器 U3的發(fā)光二極管反向并聯(lián)。光電耦合器U3的三極管的集電極連接 智能處理單元，發(fā)射極接地。電阻R6—端連接參考電壓Vcc,另一 端連接光電耦合器U3的三極管的集電極。電容C3并聯(lián)于光電耦合 器U3的三極管的集電極和發(fā)射極。
目前，工業(yè)中^f吏用的三相三線制交流電網(wǎng)，三才艮火線a、 b和c 相位上互差120度，幅值大小相同。
由于線路一、線路二和線路三為對稱關(guān)系，所以以線路一為例來 i兌明線3各一中各元件的作用。
當(dāng)忽略三個(gè)光電耦合器Ul、 U2、 U3的發(fā)光二極管的壓降，假 設(shè)三個(gè)光電耦合器U1、 U2、 U3的發(fā)光二極管的陰極電位為v,,三根 火線a、 b和c電壓瞬時(shí)值分別為v。、 ve,三才艮火線a、 b和c電 壓峰值分別為K、 ^、 ^。由過零檢測裝置所包括的模塊組成三個(gè)線 路，可得
凡
由于& n,
可付=
3
另外，當(dāng)三相電網(wǎng)平衡時(shí)，即^=^=^=^時(shí)，
va + v6 + vc = Fa sin(e>0 + sin(oz1 — 2;r / 3) + F"c sin(<yf + 2丌/ 3) =F sin(紐)+ F sin(紐-2;r / 3) + K sin(W + 2丌/ 3) = 0
可付vx=—
由Vx-O,可推知當(dāng)三相電網(wǎng)平^f軒時(shí)，直4妻相連的三個(gè)光電耦 合器U1、 U2、 U3的發(fā)光二極管的陰極與零線基本等電位。
根據(jù)上述推導(dǎo)，加在三個(gè)光電耦合器Ul、 U2、 U3的發(fā)光二極 管的陽極和陰極上的電壓即為某一相相電壓，過零檢測裝置的三個(gè)線 路即可等效成三個(gè)獨(dú)立的單相過零檢測電路。以線路一為例，當(dāng)某一相電位大于零時(shí)，該相對應(yīng)的光電耦合器 Ul的發(fā)光二極管動(dòng)作，該動(dòng)作的發(fā)光二極管對應(yīng)的三極管的集電極 輸出一低電平信號，集電極輸出的信號定義為過零輸出信號，記為
Sig一A;當(dāng)該相電位小于零時(shí)，光電耦合器的發(fā)光二極管工作在反相 輸入狀態(tài)，對應(yīng)的三極管處于截止區(qū)，由于參考電壓Vcc的存在，這 時(shí)過零輸出信號Sig—A被上拉至直流電源，得到高電平信號。
請參閱圖2,其是本發(fā)明三相無中線交流過零檢測裝置的火線電 壓與過零輸出信號的波形示意圖。其中，圖2(a)為火線a電壓Va與 過零輸出信號Sig—A的波形示意圖。
該過零輸出信號Sig一A被傳送到智能處理單元進(jìn)行處理，得到該 t時(shí)刻對應(yīng)的過零檢測信號跳變信息CAP一A,如圖2(b)所示。
然而，上述集電極輸出的信號，即過零輸出信號Sig—A,是在理 想情況下得到的計(jì)算值，實(shí)際中使用的光電耦合器Ul，驅(qū)動(dòng)電流過 小時(shí)，光電耦合器U1的發(fā)光二極管并不工作。這種情況稱為光電耦 合器Ul存在死區(qū)時(shí)間A,。該A,為火線a交流電壓Va周期T的一半 與t的差值，即Ab772—。為了消除光電耦合器U1的死區(qū)時(shí)間A^的 影響，在智能處理單元對過零輸出信號Sig一A的處理結(jié)果中，補(bǔ)償死 區(qū)時(shí)間A"此時(shí)，分兩種情況，第一種情況是火線a交流電壓Va由 正變?yōu)樨?fù)時(shí)，將t+A^時(shí)刻集電極輸出的信號當(dāng)作過零輸出信號Sig—A ',交由智能處理單元進(jìn)行處理；第二種情況是火線a交流電壓Va 負(fù)向過零時(shí)，將t+A, + 7V2時(shí)刻集電極輸出的信號當(dāng)作過零輸出信號 Sig—A'，交由智能處理單元進(jìn)行處理。
經(jīng)過補(bǔ)償后的過零輸出信號Sig—A'被傳送到智能處理單元進(jìn) 行處理，對跳變信息CAP—A的上升沿和下降沿補(bǔ)償所述光電耦合器 的死區(qū)時(shí)間，將上升沿信號右移該死區(qū)時(shí)間，將下降沿信號左移該死 區(qū)時(shí)間，得到過零檢測信號Zero—A,如圖2(b)所示。
同理，線3各二和線3各三也可分別輸出過零沖企測信號Zero—B 、 乙ero一C。
另外，上述過程是基于三相電網(wǎng)平衡時(shí)得出的，但工業(yè)中實(shí)際使 用的電網(wǎng)，并不能^f故到三相電壓完全對稱。首先，計(jì)算三相電網(wǎng)平衡時(shí)，線路一、線路二和線路三的三根火
線a、 b和c電壓瞬時(shí)值^、 Va、、過零點(diǎn)的時(shí)刻/。、 fA、 ^。 通過、=Fsin(cO = 0; vA =Ksin(>/ —2W3) = 0 ; vc = F sin(W + 2;r / 3) = 0 ,得到
^ =10"; g=H + 10w; ^=-^ + 10";
a 63 c 3
其中，n=l、 2、 3....., t、 i ,c單位為ms。
當(dāng) 三 相 電 網(wǎng) 不 平 《軒 時(shí)， 也 即 、=V。 + + 、 = & sin(W) + ^ sin(W — 2;r / 3) + Fc sin(紐+ 2;r / 3)并不為零,而
是一個(gè)偏離了零點(diǎn)的正弦波動(dòng)值，考慮三相電網(wǎng)最大有10%的不平衡 度，假設(shè)線路一火線a電壓峰值^正向偏差10%，線路三火線c電壓 峰值rc負(fù)向偏差10%,即r。 = 110%r ， ^ = 7 ， 「c = 90%r 。 jt匕日tvv。 + v6 + 、01 sin(W) + 0. IF sin(紐—2;r / 3)
再分別計(jì)算v。-、-0,^-、=0,V￡-V;c=0,分別得到對應(yīng)的過零
點(diǎn)時(shí)間,。"、^、 L，如下所示
=0.089 + 10w; " =3.15 + 10w; ^ =-3.24 +衡
于是，得到三相電網(wǎng)過零點(diǎn)偏差如下
k 一l
x 100% = 0.89% ; l~ 一" x 100% = 1.8% ; ^ " x 100% = 0.93%
10 10 10
可以看出，即使電網(wǎng)電壓有著最大10%的不平衡度時(shí)，過零檢測 信號的偏差也在2%以內(nèi)，滿足一般工業(yè)設(shè)計(jì)要求。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，采用本發(fā)明三相無中線交流過零檢測裝置， 克服了現(xiàn)有技術(shù)必須依靠零線進(jìn)行過零點(diǎn)檢測的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對三相 三線無零線制式電網(wǎng)電壓的過零檢測技術(shù)的突破，而且，對電網(wǎng)不平 衡的情形同樣適用。另外，本發(fā)明三相無中線交流過零檢測裝置實(shí)現(xiàn)了交流電與直流電的電氣隔離，有效屏蔽了電路中的各種高低頻干擾 信號，增強(qiáng)了電^各運(yùn)行的可靠性。
以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施案例而已，并不用于限制本發(fā)明，對 于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包 含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種三相無中線交流過零檢測裝置，包括三個(gè)光電耦合器，所述光電耦合器包括發(fā)光二極管和對應(yīng)的三極管，所述發(fā)光二極管的陽極分別與一火線相連接，所述三極管的發(fā)射極接地，其特征在于，所述發(fā)光二極管的陰極相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括智能處理單元，所述智能處理單元與所述三極管的集電極相連接，用于接收和處理集電極輸出的信號，并輸出所述集電極輸出的信號的上升沿和下降沿信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述智能處理單元還用于對所述上升沿和下降沿信號補(bǔ)償所述光電耦合器的死區(qū)時(shí)間，將所述上升沿信號右移所述死區(qū)時(shí)間，將所述下降沿信號左移所述死區(qū)時(shí)間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述智能處理單元為數(shù)字信號處理器、微處理器或者單片機(jī)之一。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括分壓電路，所述發(fā)光二極管的陽極通過所述分壓電路與火線相連4妄。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述分壓電路包括一端連接火線，另 一端連接所述發(fā)光二極管的陽極的電阻。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括濾波電路，所述三極管的集電極與發(fā)射極之間并聯(lián)所述濾波電路。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述三極管的集電極用于接收一直流參考電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三相無中線交流過零檢測裝置。該裝置包括三個(gè)光電耦合器，所述光電耦合器包括發(fā)光二極管和對應(yīng)的三極管，所述發(fā)光二極管的陽極分別與一火線相連接，所述三極管的發(fā)射極接地，所述發(fā)光二極管的陰極相連接。采用本發(fā)明三相無中線交流過零檢測裝置，克服了現(xiàn)有技術(shù)必須依靠零線進(jìn)行過零點(diǎn)檢測的缺點(diǎn)。
文檔編號G01R19/175GK101598749SQ20091010817
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者輝 劉, 瀅 魏 申請人:中興通訊股份有限公司