專利名稱：三相無中線交流過零檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及過零檢測電路技術領域，尤其涉及一種三相無中線交
流過零^r測裝置。
背景技術：
電路中的過零檢測技術，在很多應用場合都會用到，比如電源功 率因素校正電路中電壓的過零點用來產生基準信號或者控制信號，三 相交流電網中準確的相序判斷需要以過零信息為輸入。 一個準確的過 零點信息對保證對象的可靠運行起著至關重要的作用。
當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，這種應用場合電壓過零檢測相對比較容易，以火線和零 線為輸入，經過運算^:大器或者光耦隔離產生過零信號進行后續處理 即可。比如2008年9月10日7>告的專利號為CN200720172697.6的 實用新型和2009年1月7日7〉告的專利號為CN200820044398.9的實 用新型就是基于有中線配置的電路來實現過零檢測的。
然而，上述過零檢測方法存在必須依靠零線進行過零點檢測的缺 點，不適合在沒有配置零線的電路的運用，影響了過零檢測方法的使 用范圍。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是現有技術必須依靠零線進行過零 點檢測的缺點等問題，提出了一種解決該問題的三相無中線交流過零 檢測裝置。
本發明三相無中線交流過零^r測裝置，包括三個光電耦合器，所 述光電耦合器包括發光二極管和對應的三才及管，所述發光二極管的陽 極分別與一火線相連接，所述三極管的發射極接地，其特征在于，所述發光二極管的陰極相連接。
進一步地，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 沿和下降沿信號補償所述光電耦合器的死區時間，將所述上升沿信號
右移所述死區時間，將所述下降沿信號左移所述死區時間。
進一步地，在所述裝置中，所述智能處理單元為數字信號處理器、 微處理器或者單片機之一。
進一步地，在所述裝置中，還包括分壓電路，所述發光二極管的 陽極通過所述分壓電路與火線相連接。
進一步地，在所述裝置中，所述分壓電路包括一端連接火線，另 一端連接所述發光二極管的陽極的電阻。
進一步地，在所述裝置中，還包括濾波電路，所述三極管的集電 才及與發射極之間并聯所述濾波電路。
進一步地，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。
與現有技術相比較，采用本發明三相無中線交流過零檢測裝置， 克服了現有技術必須依靠零線進行過零點檢測的缺點，實現了對三相 三線無零線制式電網電壓的過零檢測技術的突破，而且，對電網不平
衡的情形同樣適用。另外，本發明三相無中線交流過零^r測裝置實現
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，增強了電路運行的可靠性。
圖l是本發明三相無中線交流過零檢測裝置模塊示意圖； 圖2是本發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。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明三相無中線交流過零檢測裝置進行說明。 請參閱圖1,其是本發明三相無中線交流過零檢測裝置模塊示意圖。
本發明過零檢測裝置，包括三個光電耦合器U1、 U2、 U3，三 個二極管D1、 D2、 D3， 一個智能處理單元、六個起分壓作用的電阻 Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6和三個起濾波作用的電容Cl、 C2、 C3。 其中，三個光電耦合器Ul、 U2、 U3分別包括一發光二極管和一三 極管。三個光電耦合器U1、 U2、 U3為同一型號，三個二極管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字信號處理器、 微處理器或者單片機。
本發明過零檢測裝置所包括的模塊組成三個線路，為具有對稱關 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 的發光二極管的陽極。光電耦合器U1的發光二極管的陰極連接其他 光電耦合器U2、 U3的發光二極管的陰極。二極管D1與光電耦合器 Ul的發光二極管反向并聯。光電耦合器Ul的三極管的集電極連接 智能處理單元，發射極接地。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并聯于光電耦合 器U1的三極管的集電極和發射極。
線路二電阻R2—端連接火線b,另一端連接光電耦合器U2 的發光二極管的陽極。光電耦合器U2的發光二極管的陰極連接其他 光電耦合器U1、 U3的發光二極管的陰極。二極管D2與光電耦合器 U2的發光二極管反向并聯。光電耦合器U2的三極管的集電極連接 智能處理單元，發射極接地。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并聯于光電耦合 器U2的三極管的集電極和發射極。
線路三電阻R3 —端連接火線c，另一端連接光電耦合器U3的發光二極管的陽極。光電耦合器U3的發光二極管的陰極連接其他 光電耦合器U1、 U2的發光二極管的陰極。二極管D3與光電耦合器 U3的發光二極管反向并聯。光電耦合器U3的三極管的集電極連接 智能處理單元，發射極接地。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并聯于光電耦合 器U3的三極管的集電極和發射極。
目前，工業中^f吏用的三相三線制交流電網，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。
當忽略三個光電耦合器Ul、 U2、 U3的發光二極管的壓降，假 設三個光電耦合器U1、 U2、 U3的發光二極管的陰極電位為v,,三根 火線a、 b和c電壓瞬時值分別為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線 路，可得
凡
由于& n,
可付=
3
另外，當三相電網平衡時，即^=^=^=^時，
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,可推知當三相電網平^f軒時，直4妻相連的三個光電耦 合器U1、 U2、 U3的發光二極管的陰極與零線基本等電位。
根據上述推導，加在三個光電耦合器Ul、 U2、 U3的發光二極 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線 路即可等效成三個獨立的單相過零檢測電路。以線路一為例，當某一相電位大于零時，該相對應的光電耦合器 Ul的發光二極管動作，該動作的發光二極管對應的三極管的集電極 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;當該相電位小于零時，光電耦合器的發光二極管工作在反相 輸入狀態，對應的三極管處于截止區，由于參考電壓Vcc的存在，這 時過零輸出信號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行處理，得到該 t時刻對應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 想情況下得到的計算值，實際中使用的光電耦合器Ul，驅動電流過 小時，光電耦合器U1的發光二極管并不工作。這種情況稱為光電耦 合器Ul存在死區時間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的死區時間A^的 影響，在智能處理單元對過零輸出信號Sig一A的處理結果中，補償死 區時間A"此時，分兩種情況，第一種情況是火線a交流電壓Va由 正變為負時，將t+A^時刻集電極輸出的信號當作過零輸出信號Sig—A ',交由智能處理單元進行處理；第二種情況是火線a交流電壓Va 負向過零時，將t+A, + 7V2時刻集電極輸出的信號當作過零輸出信號 Sig—A'，交由智能處理單元進行處理。
經過補償后的過零輸出信號Sig—A'被傳送到智能處理單元進 行處理，對跳變信息CAP—A的上升沿和下降沿補償所述光電耦合器 的死區時間，將上升沿信號右移該死區時間，將下降沿信號左移該死 區時間，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平衡時得出的，但工業中實際使 用的電網，并不能^f故到三相電壓完全對稱。首先，計算三相電網平衡時，線路一、線路二和線路三的三根火
線a、 b和c電壓瞬時值^、 Va、、過零點的時刻/。、 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 三 相 電 網 不 平 《軒 時， 也 即 、=V。 + + 、 = & sin(W) + ^ sin(W — 2;r / 3) + Fc sin(紐+ 2;r / 3)并不為零,而
是一個偏離了零點的正弦波動值，考慮三相電網最大有10%的不平衡 度，假設線路一火線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)
再分別計算v。-、-0,^-、=0,V￡-V;c=0,分別得到對應的過零
點時間,。"、^、 L，如下所示
=0.089 + 10w; " =3.15 + 10w; ^ =-3.24 +衡
于是，得到三相電網過零點偏差如下
k 一l
x 100% = 0.89% ; l~ 一" x 100% = 1.8% ; ^ " x 100% = 0.93%
10 10 10
可以看出，即使電網電壓有著最大10%的不平衡度時，過零檢測 信號的偏差也在2%以內，滿足一般工業設計要求。
與現有技術相比較，采用本發明三相無中線交流過零檢測裝置， 克服了現有技術必須依靠零線進行過零點檢測的缺點，實現了對三相 三線無零線制式電網電壓的過零檢測技術的突破，而且，對電網不平 衡的情形同樣適用。另外，本發明三相無中線交流過零檢測裝置實現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，增強了電^各運行的可靠性。
以上僅為本發明的優選實施案例而已，并不用于限制本發明，對 于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發 明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包 含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種三相無中線交流過零檢測裝置，包括三個光電耦合器，所述光電耦合器包括發光二極管和對應的三極管，所述發光二極管的陽極分別與一火線相連接，所述三極管的發射極接地，其特征在于，所述發光二極管的陰極相連接。
2、 根據權利要求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、 根據權利要求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償所述光電耦合器的死區時間，將所述上升沿信號右移所述死區時間，將所述下降沿信號左移所述死區時間。
4、 根據權利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述智能處理單元為數字信號處理器、微處理器或者單片機之一。
5、 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括分壓電路，所述發光二極管的陽極通過所述分壓電路與火線相連4妄。
6、 根據權利要求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 一端連接所述發光二極管的陽極的電阻。
7、 根據權利要求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射極之間并聯所述濾波電路。
8、 根據權利要求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。該裝置包括三個光電耦合器，所述光電耦合器包括發光二極管和對應的三極管，所述發光二極管的陽極分別與一火線相連接，所述三極管的發射極接地，所述發光二極管的陰極相連接。采用本發明三相無中線交流過零檢測裝置，克服了現有技術必須依靠零線進行過零點檢測的缺點。
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 優先權日2009年6月26日
發明者輝 劉, 瀅 魏 申請人:中興通訊股份有限公司