劉 洋，余仕求

(長江大學電子信息學院，湖北荊州 434023)

YLC-5三相電源過流保護器的設計

劉 洋，余仕求

(長江大學電子信息學院，湖北荊州 434023)

針對當前保護電路裝置存在的問題，提出利用互感器和電壓比較器來設計過流保護器。在分析過流保護器的工作原理的基礎上，簡述了元器件的工作原理及系統(tǒng)參數(shù)的配置。通過實驗測試，表明本設計有很好的實時性及穩(wěn)定性。

過流保護;互感器;電壓比較器

引言

在高校的電工電子實驗過程中，經(jīng)常出現(xiàn)由于失誤或者其他原因造成線路短路，損壞實驗設備或裝置，給實驗室造成很大損失的現(xiàn)象。目前有很多類似的保護電路：有的采用控制芯片設計電路，功能較強，但成本較高;有的采用分立元件設計電路，電路簡單，成本低。本設計主要是針對電工實驗室的實驗要求設計一個三相電源過流保護器，利用互感器、交流接觸器、比較器和可控硅等分立元件實現(xiàn)，電路簡單，成本低，工作穩(wěn)定可靠，在實際應用中達到要求，為實驗設備安全提供保證，產(chǎn)品具有一定的實用價值。

1 電路設計

電源過流保護器的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 過流保護器的電路結(jié)構(gòu)

1.1 主電路

交流接觸器廣泛應用電力的開斷和控制電路。本設計采用的是CJX2系列的交流接觸器。它有四對觸點，主觸點(三對)來開閉電路，用輔助觸點(一對)來執(zhí)行控制指令，并且四對觸點都是常開觸點。當交流接觸器線圈通電時，四對觸點閉合，外部三相交流電源接入;當交流接觸器線圈斷電時，四對觸頭復位，切斷外部三相電源。

調(diào)壓器采用的是自耦式調(diào)壓器，用于將380V的高壓轉(zhuǎn)換成220V電壓或其他電壓，使之滿足電工實驗需求。

1.2 控制電路

1.2.1 電源

電源電路主要是給控制電路供電，如圖2所示：

圖2 電源電路

電源變壓器將220V電壓轉(zhuǎn)換為兩路15V電壓輸出。經(jīng)橋式整流和濾波后得到兩路直流±18V對稱電壓，該電壓通過集成穩(wěn)壓管LM7812和LM7912得到±12V電壓，作為檢測電路的工作電源。

1.2.2 電流檢測

在電流檢測過程中，需要對主電路中的電流進行采樣，轉(zhuǎn)換成電壓后再與基準電壓進行比較。三相電源的其中一相的電流檢測如圖3所示：

圖3 三相電源其中一相的電流檢測

互感器型號為WBCT43B402，穿孔式。設一次回路電流為I1，二次回路電流為I2，電流變比為K，則互感器輸入電流與輸出電流關系如下：

WBCT43B402主要技術指標為：①線性誤差：0.08%;②線性范圍：0%-120%標稱輸入;③輸入頻響：25Hz-5kHz，特別適合工頻;④標稱變比K為2000：1;⑤采樣電阻上的壓降≤2.4V;⑥環(huán)境溫度：-10℃-+70℃。

本過流保護器保護電流為4A。由公式(1)可得互感器輸出電流應為2mA。圖3中的R24為采樣電阻，按技術指標⑤的要求，將雙限比較器的門限值電壓取±2.4V，考慮到正弦電壓的最大值，R24的阻值取1K比較合適。

圖3中B點電壓為+2.4V，D點電壓為-2.4V，即基準門限電壓設定為-2.4V-+2.4V。當電源負載小于4A時，C點正弦電壓最大值小于2.4V，A點輸出為高電平;當電源負載大于4A時，C點正弦電壓最大值大于2.4V，A點輸出為低電平。

1.2.3 過流保護

本設計的過流保護部分有顯示過流、斷開主電路及報警三個功能，其電路圖如圖4所示：

圖4 過流保護電路的電路圖

保護過程：

當電源負載小于4A時，A點為高電平，三極管Q4截止，集電極為低電平;晶閘管Q1沒有正向觸發(fā)電壓，Q1不導通;同時發(fā)光二極管不發(fā)光，繼電器線圈不通電;電路正常工作。

當電源負載大于4A時，A點為低電平，三極管Q4導通，集電極為高電平;晶閘管Q1的控制級與陰級之間有了正向觸發(fā)電壓，晶閘管Q1導通;于是發(fā)光二極管發(fā)光，顯示過流;繼電器線圈通電，導致繼電器的常閉觸點斷開。如圖5所示，當繼電器的常閉觸點斷開后，交流接觸器的線圈失電，交流接觸器的四對觸點斷開，主電路的三相交流電源被切斷;同時開關KM1復位，主電路的控制電路也斷開。

圖5 主電路的控制電路

報警器的主要部件是NE555電路。本設計采用的是間接反饋型無穩(wěn)類電路，如圖6所示，當過流時，繼電器的線圈通電，F(xiàn)點被加上+12電壓，其輸出端有脈沖輸出，其振蕩周期約為1s，驅(qū)動蜂鳴器工作

當按下復位鍵，晶閘管Q1的陽極失去正向電壓，晶閘管Q1截止。于是發(fā)光二極管停止發(fā)光，繼電器線圈失電，報警電路也停止工作。

2 調(diào)試

本設計完成之后，對其進行了調(diào)試。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)由于調(diào)壓器具有電感，當啟動或者斷電瞬間，沖擊電流較大，有時會超過本設計所設定的基準電流范圍。于是對基準門限電壓重新進行限定，適當擴大其范圍。再次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)其運行良好，能很好地完成設定的功能。

總結(jié)

調(diào)試表明，本設計運行良好，并且很穩(wěn)定。將其運用在實驗室，能很好的保護元器件及裝置，對實驗室減少損失及節(jié)約成本有著積極的意義。

圖6 報警器電路

［1］李云勝.電源的截止型過流保護電路設計［J］.實驗科學與技術，2010，(1)：1-3.

［2］張永虎，歐鋼.電源保護電路的設計［J］.電子測量技術，2006，(4)：129-130.

［3］沙占有.單片開關電源最新應用技術［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

［4］康華光.電子技術基礎［M］.北京：高等教育出版社，2005.

(責任編輯：潘 敏)

Design of YLC-5 Type Over-Current Protector Based on Three-Phase Power Supply

LIU Yang，YU Shi-qiu
(Changjiang University，Jingzhou Hubei 434023)

A thought of using transformer and voltage comparator to design over-current protector is introduced.This paper analyzes the working principle of the over-current protector and expounds the reason of using the components and how to allocate system parameters.Experiment results show that this design has good realtime characteristics and stability.

over-current protection;transformer voltage;comparator

2011-07-19

劉洋(1988-)，男，湖北人，長江大學電子信息學院在讀碩士研究生。

TM451+.3 文獻標志碼：A 文章編號：1009-2080(2011)05-0076-02