先进工艺下的全定制电路设计（具有多种保护功能电路的设计）

先进工艺下的全定制电路设计（具有多种保护功能电路的设计）2.1.2工作原理分析待延时结束后，控制保护器工作触点释放，其原有触点由原接通状态变至断开状态。直至其过压值又重新回至正常电压工作带，其保护触点“ ”中3、4触点工作状态，其中触点4工作状态只有当保护器工作电压L1、L2、L3同时处于断相时，则保护触点立即由接通状态变至为断开工作状态，从而完成其过压保护工作。2.1过压保护状态2.1.1时序图分析（图2）当保护器工作至小于过压最小值，大于欠压最小值（参见图2工作时序图）正常工作带时，工作保护触点吸合。此时如某项工作电压值超出其过压设定值时，吸合工作触点进入所设定的延时保护（设定时间可调0~30s）。

本文对过压及欠压延时保护以及相序保护、灵敏度等保护功能，从保护电路相应时序图和其工作原理都一并给予了详细介绍。该保护电路有过压、欠压、相序、灵敏度等多种保护功能，且保护延时可调 可广泛用于上述保护场所进行相应的电器设备保护。

在工业控制中 用电设备通常工作在三相电源中，而很多用电设备在使用中对相应提供的工作电源有着较高的要求。不仅要求供电电网的电压波动要满足其使用要求；另外周围大功率感性负载如电机的频繁起动也会影响其供电质量；并且还有较多用电设备对其所加电源工作相序也有相应的要求。

总之以上情况所造成的电压波动，又会给用电设备造成不应有的过电压、欠电压现象。如设备或电器长期工作在该环境中，会极大程度的损坏其用电设备。针对上述情况保护器不仅能对常见的过压、欠压进行有效保护，并且在电器正常工作情况下，因其供电的某相发生变化（设备超出过压或欠压设定值时）具有其灵敏度保护特点，这为用电设备提供了更好的供电质量；另外对保护的设备还有相序鉴别保护功能，因为有以上的保护功能，从而确保用电设备及电器的正常安全运行。

1过欠压保护参数（图1）

保护器如工作电压处于相应过压或欠压设定值时，保护器应进行保护。在过压最小值与欠压最小值（图中两者中间虚线部分）中间部分，通常可称为正常工作电压值（也称正常电压工作带）。在此工作带中的三相电压值如在此工作带内有电压波动，如某相呈过压或欠压状态时（超出其设定值），保护器应进入相应的保护状态。

2 保护分析

2.1过压保护状态

2.1.1时序图分析（图2）

当保护器工作至小于过压最小值，大于欠压最小值（参见图2工作时序图）正常工作带时，工作保护触点吸合。此时如某项工作电压值超出其过压设定值时，吸合工作触点进入所设定的延时保护（设定时间可调0~30s）。

待延时结束后，控制保护器工作触点释放，其原有触点由原接通状态变至断开状态。直至其过压值又重新回至正常电压工作带，其保护触点“ ”中3、4触点工作状态，其中触点4工作状态只有当保护器工作电压L1、L2、L3同时处于断相时，则保护触点立即由接通状态变至为断开工作状态，从而完成其过压保护工作。

2.1.2工作原理分析

在工作原理图中，分别由IC1A与IC1B构成过压与欠压保护线路。其中RP1为过欠压保护基准设定电位器，经R13电阻端分别加至IC1A反相输入②端与IC1B同相输入⑤端。取自RP1电位器的基准电压设定值随加入保护器⑦端（L3相电压）的变化，使加至RP1的电压值发生变化。

如呈过压状态时，经RP1加入IC1A反相输入②端与IC1B同相输入端⑤的电压值也随之升高。过压保护设定电位器RP3（根据所需过压保护值整定至所需保护值上）由IC4三端稳压电压输出端经RP3分压（由R7、RP3、R8、RP4、R9构成串联回路）后其电压值通过R16加入IC1A③端同相输入端，与IC1A反相输入端电压值比较。

V③＞V②时，则IC1A输出端①输出为“0”电平，从而使IC2⑥端从MR手动控制复位端为“0”，其IC2输出端⑧处于延时工作（输出高电平按设定延时值工作后变低电平）。

2.2欠压保护工作状态

2.2.1时序图分析(图2)

当保护器工作至小于过压最小值 大于欠压最小值(工作时序图中过压与欠压中虚线中间部分 也称为正常电压工作带)时 工作保护触点吸合.此时如工作电压欠压值超出其欠压设定值时 吸合工作触点进入所设定的延时保护(设定时间可调0~30s)。待延时结束后，控制器工作触点释放，其触点由原接通状态变至断开状态。直至其欠压值又重新回至正常电压工作带，其保护触点又转换为接通状态。在工作时序图中参看其保护触点“ ”中2、3触点工作状态。从而完成其欠压保护工作。

图2 工作时序图

2.2.2工作原理分析（图3）

图3 工作原理图

在工作原理图中，欠压工作状态基本与过压工作原理相似。欠压保护设定电位器RP4（根据所需欠压保护值整定至所需保护值上），由于IC4三端稳压电压输出端经RP4分压后其电压值通过R17加至IC1B⑥端反相输入端，与之⑤端同相输入端电压值比较。此时RP1过压保护基准设定电位器因外加电压处于欠压状态下，RP1取样电压值也随之下降，使得IC1B中V⑤＜V⑥，则使IC1B输出端⑦输出为“0”电平，从而使IC2⑥端MR手动控制端为“0”，其IC2输出端⑧端处于延时工作（输出高电平按设定延时工作后变为低电平）。

在过欠压保护电路设计上，为保证保护线路准确可靠进行过压或欠压保护，将过欠压设定基准（RP1设定）分别接至IC1A反相输入②端和IC1B同相输入⑤端，从而保证了过压或欠压保护的唯一性。另外在电路设计中增加了VD4、VD3保证在相应反馈回路中，如出现过压或欠压时能保证欠压或过压工作单元更为可靠工作；在加入IC2中⑥端手动控制端口的VD1、VD2、VD5构成了“与”门电路，保证了过压、欠压、灵敏度保护的工作。

2.3正常工作状态

当保护器外接工作电源在正常电压工作带时，此时无欠压或过压状态发生。IC1A输出端①和IC2B输出端⑦均为“1”电平，使得IC2⑥端MR手动控制复位端为“1”，其IC2输出端⑧处于延时工作状态（输出高电平），直到下一次过压或欠压情况发生进行延时保护。或保护器在正常电压工作带工作时，所加的外界工作电压L1、L2、L3突然断相，使其工作触点断开。

2.4相位灵敏度保护

2.4.1工作时序图（图2）

在保护器处于正常工作带时（此时所加三相电源为正相序L1、L2、L3），如此时灵敏度 %超出其设定值后，保护器工作触点进入延时保护状态，直至延时保护触点断开结束。当检测的电压值逐渐小至设定值且低于其最小值时（此时保护器应处于正常工作带情况下），工作保护触点重新开始接通。在工作时序图中参看其保护触点“”中1、2触点工作状态。

在保护器电源输入端⑤、⑥、⑦串接相应的RC移相电路（R4、RP9、C11、RP10、R5、R3）。调整相应电位器RP9、RP10，使其加至整流桥电压信号输入端M、Q 确定某一值（在保护器工作电源处于额定电压下进行调整）。如此时加至保护器正常工作带的电压如有相应波动，则由相应RC移相电路使其整流桥电压输入端MQ电压发生变化，从而使其加入IC3A②反向输入端电压Vcc也随之发生变化。

在取样电路中加入V1稳压管，则保证其电压检测值不得超过其V1稳压值（如出现严重的三相不平衡或某项相电压出现断相时），如超出则IC3A中V③＜V②，其输出①端为“0”，并使其IC3B中⑤端电平变为“0”（C6经R28放电，使其电平下降），在IC3B输入端V⑤＜V⑥（V⑥电平由R24、R23分压取得），输出端⑦也亦为“0”，使其IC2⑥端电平为“0”，所以产品处于保护状态。%相位灵敏度的设定，由RP2、RP5组成，其将设定的电压值由R26电阻加至IC3A同相输入端③与经RC移相处理后所产生的Vcc（经R25电阻加入IC3A反相输入端②）比较。通常情况下Vcc电压值应小于V1稳压值。当IC3A中V③＞V②时，IC3A输出①端为“1”，保证其IC3B中V⑤＞V⑥（V⑤电压经VD7向C6快速充电），输出端⑦为“1”，使IC2⑥端MR为“1”，则说明 %相位灵敏度保护不工作。此时保护器能够在具有过压或欠压情况下起到保护作用。

2.5相序保护

2.5.1工作时序图分析（图2）

在保护器处于正常工作带时，且工作电源端所加电压相序（L1、L2、L3）为相应正相序，工作保护触点吸合。如此时当L1电压呈断相状态时，则其余两相呈过压状态，保护器也随之进入保护状态（工作分析同过压保护）。在工作时序图中参看其保护触点“5、6触点工作状态。在工作电源输入端，L1相从断相状态又重新恢复供电，且加入的电压L1、L2、L3都在其规定的正常工作带范围内时，则保护触点6又重新开始吸合工作，直到三相电源出现过、欠压时状态保护触点进入延时保护状态。在6触点工作状态中，如控制触点工作的内部继电器线圈呈失电状态时（线圈内部出现开路或线圈接线端开路时），控制触点由吸合接通变为释放断开。

当加入工作电源输入端由L1、L2、L3分别变为：L2、L1、L3；L3、L2、L1情况时，因加入的相序发生变化，此时保护器的保护触点都呈释放断开状态，无保护功能。在相应工作时序图中无触点保护工作。

保护器的正常工作状态（当无过压、欠压、灵敏度保护、相序保护）内部执行继电器呈吸合状态。当出现上述情况时，吸合状态的保护触点进入所设定延时保护工作状态，待延时结束后，保护触点释放。当保护器所加工作电压待又归至规定的正常工作电压时，保护触点又呈吸合状态，直到下个保护状态出现。

2.5.2相序保护原理分析

在工作原理图中，由电源输入端⑤、⑥、⑦中所加的RC移相电路起相序鉴别和保护作用。以下分别通过相序的变化分析其矢量图。

2.5.2.1相序正常时矢量分析（L1、L2、L3）

图4 正常相序

图5 正常相序矢量图

2.5.2.2相序变化时矢量分析（L2、L1、L3）

图6 变化相序I

图7 变化相序矢量图I

2.5.2.3相序变化时矢量分析（L3、L2、L1）

图8 变化相序II

图9 变化相序矢量图II

通过上述相序变化矢量分析，当相应相序发生变化后，其加入整流桥输入电压值UMQ也随之变化（当相序为逆相序时其电压值基本相同），并使得加入IC3A反相输入端②的Vcc电压随其变化。

当保护器所加相序为L1、L2、L3时，IC3A中同相输入端③端电压V③＞V②（Vcc），此时则保证加入IC2手动复位控制端MR为“1”，计时器呈自动复位导通状态，如此时所加入的L1、L2、L3中有出现过压、欠压等状态时，吸合触点进入延时保护状态，待完成其延时保护状态后，吸合触点呈释放状态，直到所加工作电压L1、L2、L3又重归至安全电压工作带后，保护继电器又重新吸合。

保护器所加相序发生变化后（由L1、L2、L3变至L3、L2、L1和L2、L1、L3时），其加入整流桥输入电压值UMQ增大，从而也使Vcc随之增大，IC3A中同相输入端③的电压V③＜V②此时加入IC2手动复位控制端MR为“0”，计时器工作延时，而IC2输出控制端（9端）为“1”（清零之后，输出起始状态为“1”），此时计算器不处在清零控制状态，则输出状态Q端（8端）输出为“0”，保护继电器触点呈释放状态。

3触点保护状态

保护器通过对所供电压进行取样检测 如电压出现过压、欠压现象时(过压、欠压值可根据所需设定);所加相序发生变化;在正常电压工作带工作时 超出其所设定的灵敏度值 保护器内部执行继电器都会先延时(根据要求0~30s)可选择)后释放(保护电路正常工作时继电器及保护触点呈吸合状态)进行可靠的保护。

为实现上述状态，选择可编程定时电路4541来完成上述功能。延时部分可通过集成电路①~③脚外接RTC、CTC来完成延时功能；又通过集成输入、输出控制端的设定来控制输出端Q（8端）的起始电平状态。并在输出端处串接V2稳压管以保证控制输出满足要求（因集成CD4541提供的逻辑电平值“1”电平最小为11V，“0”电平最大为4V）。

保护器内部继电器线圈因从L3相中给予提供（L3与N），再加至C3电容的存在，其工作线圈始终有相应工作电流通过（工作时序图中L3）；此时V2工作，继电器吸合（正常状况下），如发生过压、欠压情况时，V3在导通工作延时后变为截至状态，V2指示灯熄灭，继电器释放。在驱动保护电路增加其R12、R31、R30、V4则为保证产品在过压情况下起到相应保护使其可靠工作。

4结束语

该保护电路属典型电压取样检测型保护电路，因不受被保护电路及设备功率大小限制得到广泛应用。保护功能有过压、欠压、相序鉴别、灵敏度设定保护延时等特点，极大的便利了用电设备的有效保护，使其用电设备以及电器产品不因电源质量而造成不必要的损坏。

（本文选编自《电气技术》，原文标题为“具有多种保护功能电路的设计”，作者为钱金川、朱守敏。）