基于单片机的三相自复式过、欠压保护器

摘要

本发明涉及一种基于单片机的三相自复式过、欠压保护器。现有的过压、欠压保护产品针对三相电压保护的很少，且采用降压变压器来完成电压检测，这就导致系统功能无法完全同步。本发明的保护器由电源电路、电压检测取样电路、单片机控制电路和磁保持继电器驱动电路组成；电源电路的输入端为三相电进线端，输出端为单片机控制电路和磁保持继电器驱动电路；电压检测取样电路的输入端为三相电进线端，输出端为单片机控制电路；单片机控制电路的输出端为磁保持继电器驱动电路，单片机控制电路接收电压信号转换判断，再经延时控制输出至磁保持继电器驱动电路。本发明体积小、使用寿命长、一致性好，可实现保护电压参数的精确调整，保护可靠。

说明书

技术领域

    本发明涉及一种电源的过、欠压保护装置，具体涉及一种基于单片机的三相自复式过、欠压保护器。

背景技术

2008年起执行的《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008中规定，“住宅配电箱的进线端应装设短路、过负荷和过、欠电压保护器”。目前可市购的大多为单项自复式过欠压保护器，适用于家庭住宅等使用，但其他较大物业单位如酒店、别墅等对用电安全有同样甚至更高的要求，单项保护器已不能满足。市场上现有的针对三相电的过压、欠压保护系统都是用三个独立的单相简单拼接而成，事实上这种用法由于本身构造设计的局限，并不能实现同步，所以在现实使用中是不能起到保护作用的。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于大型物业的基于单片机的三相自复式过、欠压保护器，功耗更低、更可靠、使用寿命更长。

本发明所采用的技术方案是：

基于单片机的三相自复式过、欠压保护器，其特征在于：

所述的保护器由电源电路、电压检测取样电路、单片机控制电路和磁保持继电器驱动电路组成；

所述的电源电路的输入端为三相电进线端，输出端为单片机控制电路和磁保持继电器驱动电路；

所述的电压检测取样电路的输入端为三相电进线端，输出端为单片机控制电路；

所述的单片机控制电路的输出端为磁保持继电器驱动电路；

单片机控制电路接收电压检测取样电路提供的电压信号进行转换判断，再经延时控制输出至磁保持继电器驱动电路，即对取样电压过、欠压情况进行判断。

所述的电源电路中，三相相电压A、B、C分三路输入，相电压A、N经并联的压敏电阻RV1，再经滤波器C1滤波后，第一路经电阻R1分压，由滤波器C2滤波，送给二极管D1、D2和电容E1进行半波整流平波，产生直流供电电源，然后经电阻R9和R2、三极管Q5、电阻R3及二极管D4送入稳压电路芯片TL7812，由其输出12V直流电源；第二路送至电源芯片TL7805形成+5V电源；

B、C两相与A相相同。

所述的电压检测取样电路采集A、B、C三相电，为单片机提供电压信号；A相电经二极管D3完成半波整流，经电阻R14、电容E2滤波降压，由可调电阻W1采集输入信号，经电容E3滤波送入单片机控制电路；

B、C两相与A相相同。

所述的单片机控制电路包括单片机U2、电容C7、稳压管Z1、Z2、Z3；

电源电路提供的+5V电源为单片机U2提供供电电源，其正负极之间并接电容C7完成滤波；稳压管Z1-Z3为采样输入电压信号提供异常保护，其稳压值为+5.1V,采集信号值一般为1.5～3V,一旦输入异常，信号值大于+5.1V时，稳压管击穿将输入电压值箝位于稳压值，保护单片机；

电压检测取样电路采集的A、B、C三相电压信号送入单片机U2，经内部A/D转换后变为数字信号，与设定值比较产生过、欠压及缺相信号，分别用于驱动发光二极管L1-L4显示保护器状态；同时，产生的信号输出指令输出至磁保持继电器驱动电路，根据检测量大小接通或断开所保护的主电路。

所述的磁保持继电器驱动电路包括磁保持继电器K3、三极管Q1-Q4以及电阻R6、R7、R10、R11、R19、R20、R21和R22；

电阻R7、R10、R19、R20及Q1、Q3组成一组功率放大电路，单片机U2输出指令时，其高电平信号经电阻R10、三极管Q3至地形成回路，使三极管Q3导通，从而使+12V电源经三极管Q1、电阻R20、三极管Q3至地，使三极管Q1导通，则+12V电源经三极管Q1加至磁保持继电器K3线圈，驱动磁保持继电器K3工作，其主触点闭合，接通三相电源主电路；

电源出现过、欠压故障时，单片机U2输出指令经电阻R11、R6、三极管Q2、Q4、电阻R21、R22组成的功率放大电路，给磁保持继电器K3的1、2端送入反向脉冲驱动信号，使其状态反转，主触点断开，保护主电路。

本发明具有以下优点：

本发明涉及的过、欠压保护系统具有功耗小、工作可靠、使用寿命长、一致性好的优点；而且，主控单元采用单片机控制，可实现比较电压任意设置。 

附图说明

图1为电源电路图（A相）。

图2为电压检测取样电路图（A相）。

图3为单片机控制电路图。

图4为磁保持继电器驱动电路。

图5基于单片机的三相自复式过、欠压保护器软件流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明所涉及的一种基于单片机的三相自复式过、欠压保护器，由电源电路、电压检测取样电路、单片机控制电路和磁保持继电器驱动电路组成，电源电路的输入端为三相电进线端，输出端为单片机控制电路和磁保持继电器驱动电路；电压检测取样电路的输入端为三相电进线端，输出端为单片机控制电路；单片机控制电路的输出端为磁保持继电器驱动电路。单片机控制电路接收电压检测取样电路提供的电压信号进行转换判断，再经延时控制输出至磁保持继电器驱动电路，即对取样电压过、欠压情况进行判断。保护器工作时，电源电路输入三相电压经集成稳压电路产生系统所需直流电源；电压检测取样电路采集A、B、C三相电，为单片机提供电压信号；单片机控制单元电路完成对检测到的电压信号经内部A/D转换进行判断处理；三相磁保持继电器接受单片机输出控制指令，由驱动电路驱动动作，完成对主电源的保护。

本发明具有以下结构功能特点：（1）采用专用集成稳压电路稳压，提供系统单片机及磁保持继电器的工作电源；（2）单片机A/D转换器采样输入信号及基准信号电路，用以分别采样输入三相电压及基准电压；（3）单片机对输入及基准信号采样，自动判断过压、欠压；（4）单片机及驱动电路输出过、欠压信号，产生驱动磁保持继电器的能量；（5）专用磁保持继电器作为执行器，最终控制三相电源的通断。

参见图1，电源电路中，三相相电压A、B、C分三路输入，相电压A、N经并联的压敏电阻RV1，再经滤波器C1滤波后，第一路经电阻R1分压，由滤波器C2滤波，送给二极管D1、D2和电容E1进行半波整流平波，产生直流供电电源，然后经电阻R9和R2、三极管Q5、电阻R3及二极管D4送入稳压电路芯片TL7812，由其输出12V直流电源；第二路送至电源芯片TL7805形成+5V电源。B、C两相与A相相同。

参见图2，电压检测取样电路采集A、B、C三相电，为单片机提供电压信号；A相电经二极管D3完成半波整流，经电阻R14、电容E2滤波降压，由可调电阻W1采集输入信号，经电容E3滤波送入单片机控制电路。B、C两相与A相相同。

参见图3，单片机控制电路包括单片机U2、电容C7、稳压管Z1、Z2、Z3。电源电路提供的+5V电源为单片机U2提供供电电源，其正负极之间并接电容C7完成滤波；稳压管Z1-Z3为采样输入电压信号提供异常保护，其稳压值为+5.1V,采集信号值一般为1.5～3V,一旦输入异常，信号值大于+5.1V时，稳压管击穿将输入电压值箝位于稳压值，保护单片机。电压检测取样电路采集的A、B、C三相电压信号送入单片机U2，经内部A/D转换后变为数字信号，与设定值比较产生过、欠压及缺相信号，分别用于驱动发光二极管L1-L4显示保护器状态；同时，产生的信号输出指令输出至磁保持继电器驱动电路，根据检测量大小接通或断开所保护的主电路。

参见图4，磁保持继电器驱动电路包括磁保持继电器K3、三极管Q1-Q4以及电阻R6、R7、R10、R11、R19、R20、R21和R22。电阻R7、R10、R19、R20及Q1、Q3组成一组功率放大电路，单片机U2输出指令时，其高电平信号经电阻R10、三极管Q3至地形成回路，使三极管Q3导通，从而使+12V电源经三极管Q1、电阻R20、三极管Q3至地，使三极管Q1导通，则+12V电源经三极管Q1加至磁保持继电器K3线圈，驱动磁保持继电器K3工作，其主触点闭合，接通三相电源主电路。电源出现过、欠压故障时，单片机U2输出指令经电阻R11、R6、三极管Q2、Q4、电阻R21、R22组成的功率放大电路，给磁保持继电器K3的1、2端送入反向脉冲驱动信号，使其状态反转，主触点断开，保护主电路。

电压检测取样电路把电源信号输入单片机U2，单片机U2对电网电压实时检测，当检测到电压在正常范围之内时，由单片机U2给磁保持继电器驱动电路发出脉冲吸合指令。磁保持继电器驱动电路驱动磁保持继电器的吸合线圈，完成合闸，给负载供电。若因电网电源故障造成电压过高或过低而超出设定之后，则启动延时，延时到时后，则由单片机U2发出脉冲分闸指令，再经磁保持继电器驱动电路驱动磁保持继电器分闸线圈，完成分闸，停止向负载供电。当切断向负载供电后，单片机U2仍实时检测电网电压，当电网电压恢复至正常值时，单片机U2启动自复延时，以防止电压突然恢复，供电时电源不稳定影响用户用电，延时到时后，由单片机U2给磁保持继电器驱动电路发出脉冲吸合指令，完成自动复位合闸，恢复给负载供电。这样的延时设计，既保证了供电连续性，也可以保护用电设备的安全用电。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。