一种三相电源监控保护器原理及设计

 众所周知用电器如果不能在正常电压范围内工作，轻则影响用电器的安全，重则损坏用电器。因此，应尽量使用电器工作在正常电压下。但我们由于各种原因不能经常检查电压的状况，所以作者设计了这款三相电源监控器。

下面介绍的这款三相电源监控保护器，能对三相电源过压、欠压及缺相做出及时的控制动作，以保护使用三相电源的负载工作在安全电压范围之内。本保护器的保护范围为：220V±10%(根据需要可作适当调整)。电路典型接线应用如下图所示：


控制电路原理

电路组成

U、V、W输入端后的整流稳压滤波电路产生直流电源，以U相输入端为例：C1、R1、R6、D2、D3、D4组成整流稳压电路，C12、L1、C7组成丌形滤波电路。其余两个端口同理，在电感L1端可以得到12V直流电压作为后级电路的供电电压。信号取样电路由D1半波整流，R4、R5分压及C4滤波后得到(其它两组相同)。基准参考电路由精密基准源TL431、RW1(高限调整)、RW2(低限调整)及外围电路组成。比较电路由四运放LM224组成的窗口电压比较器组成。驱动电路由NE555及外围电路组成。

装配选件注意

取样电阻R4、R5、R8、R9、R10、R11最好采用精度较高的金属膜电阻;R6、R9、R12选用1W的电阻;电感L的电流不小于100毫安;设定电位器RW1、RW2最好采用3296系列精密型电位器;电容C1、C2、C3选用耐压630V质量较好的CBB电容，可以保证监控器长时间运行的可靠性与稳定性，其它元件无特殊要求。制作可以使用万能实验板，有条件的最好做PCB板，最后找一个塑料外壳把电路板装进去，并把DS1、DS2、DS3露出盒外，以便于观察保护器的工作状态。

电路工作原理分析

三相电源监控器由3组完全相同的单相电源监控器组合在一起形成的。每一组的工作原理相同，以U相为例来说明其工作原理，如下图所示：

电路工作原理图

当送入电压正常的三相交流电电压正常时，取样信号经R4、R5分压后加到U1A的同相输入端，U2A的反相输入端，由于取样电压低于U1A的反向输入电压，高于U2A的同相输入电压，所以运放U1A、U2A都输出低电平，Q1截止，电源经R19向C10充电，当2、6脚电压达到2/3电源电压时NE555输出低电平，继电器K1吸和，工作正常指示灯亮;当输入电源电压过高时，U1A输出高电平，过压指示灯点亮，同时由R18向C9充电，当充到一定值时Q1饱和导通，NE555输出高电平继电器释放，电压正常指示灯熄灭，断开负载电源;当输入电源电压过低时，U2A输出高电平欠压指示灯点亮，NE555输出高电平继电器释放，电压正常指示灯熄灭，断开负载电源;当电源缺相时，输入电压会低于正常值，监控器会以电源欠压的方式进行处理，以实现缺相保护。

调试

由于电路未与市电隔离，调试应注意不要触摸电路元件裸露处防止触电。在检查焊接无误后，将监控器接入自耦调压器。上图2中电路参数的监控范围为：220V±10%(根据需要可作适当调整)。

调整自耦调压器电压为198V(低限)，调节RW2使DS3刚刚点亮继电器释放;调整白耦调压器电压为242V(高限)，调节RWl使DS2刚刚点亮继电器释放。适当调整R18、C9、R19、C10的值，可使响应时间增加、减少，以适用不同的要求。至此调节完成，监控器可投入正常使用。