基于PC104的某型導(dǎo)彈地面電源相序檢測與校正

摘要：在不改變某型導(dǎo)彈地面電源原有硬件的情況下，通過研制的轉(zhuǎn)接電纜和轉(zhuǎn)控機箱與地面電源連接，依托以PC104為核心的在線測試儀，實現(xiàn)了某型導(dǎo)彈地面電源相序的在線測試與監(jiān)控，從而完成對故障部件和系統(tǒng)進(jìn)行實時診斷、實施故障報警、應(yīng)急處理等。三相異步電機因其旋轉(zhuǎn)方向與三相電源的相序有關(guān)，當(dāng)三相電源的相序因某種原因出現(xiàn)錯誤時，有可能導(dǎo)致彈載儀器和地面測發(fā)控設(shè)備的損壞。為了防止三相電源相序因某種原因接反，本文介紹基于相序檢測和缺相檢測的相序保護(hù)電路與相序自動矯正電路。
關(guān)鍵詞：PC104：相序檢測；缺相檢測；相序自動矯正

    在電子、電力、儀表和自動控制等設(shè)備中，往往需要檢測判斷三相交流電源的相序以及是否缺相。如果產(chǎn)生缺相或者是相序有誤的時候就要及時形成保護(hù)。特別是對于只允許單向旋轉(zhuǎn)的設(shè)備而言，如果相序有誤可能造成其旋轉(zhuǎn)件損壞，如載入電梯因相序的改變，使運行方向與預(yù)定方向相反，可能危及人身安全，這時就有必要采取措施進(jìn)行相序檢測和缺相保護(hù)。
    三相交流電源的相序檢測在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也具有重要意義。在許多場合下，是不允許出現(xiàn)逆向相序的，如水泵電機，大型空調(diào)器用非往復(fù)式壓縮機和風(fēng)機，移動供配電裝置等。偶爾出現(xiàn)的逆向相序，將導(dǎo)致事故的發(fā)生。為此，設(shè)計相序檢測報警電路和相序檢測自動校正電路很有必要。

1 相序檢測和缺相保護(hù)
    早期的相序、缺相檢測電路主要依靠簡單的電容、電阻等硬件電路來完成，其檢測速度較慢，與數(shù)字電路的快速發(fā)展是極不相稱。為此本文以三路交流信號的相位檢測為例，一方面設(shè)計了基于相序指示器的三相電源相序檢測電路；另一方面采用相序檢測極速算法，將采樣的三路交流信號通過特定的算法，推算出待測相序是否與參考相序相一致，從而給出相序判定信號。
1．1 基于雙極型晶體管的相序檢測電路
    其工作原理是：如圖1所示，因三相電源的A相和B相分別接至a和b兩端時，晶體管VBG截止，所以電壓繼電器KV不動作；當(dāng)三相電源相序接反時，即三相電源的A相接至a端，而C相接至b端，此時晶體管VBC導(dǎo)通，電壓繼電器KV吸合動作。

    該電路中，電壓繼電器可選用上海無線電八廠的JZC-221FB(HB4130)或JZC-22FB(HG4123)或4088等超小型中功率繼電器，線圈吸引電壓額定值為6 V(DC)，觸點負(fù)載220V(AC)3 A。[!--empirenews.page--]
1．2 基于相序檢測極速算法的檢測電路
    不妨假定三相交流信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式為(參考相序A、B、C，待測相序a、b、c)：

    由上述推導(dǎo)可以得出，當(dāng)W(t，φ)對時間t的偏導(dǎo)為0時，相序檢測為正序，即待測相序與參考相序一致。反之，相序為逆序時，如將a、c互換，同樣利用上述方法構(gòu)造W(t，φ)函數(shù)，有
    [!--empirenews.page--]
   
    從上面推導(dǎo)容易得出為相序一致的充要條件。對其充要條件進(jìn)行離散化，以便在計算機上實現(xiàn)相序的檢測。離散化形式為：△W(t，φ)=0，即W(tk+1，φ)=W(tk，φ)。若W(tk+1，φ)=W(tk，φ)，則兩者相序一致；反之，則為逆序，需要校正。其計算機程序流程圖如圖2所示。

    在實際運行過程中，如果忽略程序的運行時間，則從一開始到給出相序判別信號，整個執(zhí)行過程的時間就是采樣周期的長度，一般為T／12，而實際的采樣周期比T／12小得多，可以做到T／12 000，甚至更小。所以，該算法為極速檢測相序奠定了堅實的理論基礎(chǔ)，使相序檢測的速度提高了近百倍。但實際運用中應(yīng)兼具速度與效果兩項指標(biāo)。
    為進(jìn)一步增強運行的可靠性，有時還可以用作為判別條件，但速度隨著N的增大而減慢，N可根據(jù)具體情況確定。

2 相序檢測報警電路
    相序檢測報警電路的采樣信號是完全脫離信號設(shè)備的，當(dāng)本報警器發(fā)生故障時，不影響電源的正常使用。電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由電容、電阻、發(fā)光二極管組成。A、B、C分別接在三相電能表電源變壓器的二次側(cè)，三相電源經(jīng)三組變壓器后保持相序不變，線電壓降為約20 V交流電壓。[!--empirenews.page--]

    該電路的工作原理是：當(dāng)A、B、C按正確的相序接入電源時，1、2節(jié)點之間的電壓很小，不能點亮LED燈；當(dāng)A、B、C與電源相序接錯時，1、2節(jié)點之間的電壓將增大至一定幅度，點亮LED報警。電路中發(fā)光二極管LED串聯(lián)電阻RL構(gòu)成逆相序指示電路，它作為逆相序檢測部分的負(fù)載，在分析時可將其斷開，列出圖3所示的等效電路：對節(jié)點1、2之間電壓變化進(jìn)行理論分析。

3 相序檢測校正
    根據(jù)前面分析，相序檢測為逆序時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，其相序自動矯正電路如圖4所示，其工作原理是：首先合上刀開關(guān)OS，則控制變壓器T1的初級回路通電，它將220VAC變成110 VAC。提供電控部分各交流接觸器線包工作所需電源，此時交流接觸器KM吸合，其主觸頭KM閉合，負(fù)載啟動運轉(zhuǎn)。當(dāng)三相電源的A、B相分別接至相序指示器的a和b兩端、零線接至d端時，相序指示器中晶體管VBG截止，所以電壓繼電器KV不動作，其常閉觸頭k1和k3閉合將負(fù)載電源接通，使其正常工作；當(dāng)三相電源相序接反時，即三相電源的A相接至a端。而C相接至b端，此時晶體管VBG導(dǎo)通，電壓繼電器KV吸合動作，其常閉觸頭k1和k3斷開，常開觸頭k2和k4閉合，使負(fù)載的三相電源相序保持不變。

4 結(jié)束語
    通過PC104為核心的在線測試儀，本文所述電路已成功應(yīng)用于某型導(dǎo)彈地面電源故障檢測儀中。交-直-交逆變電源輸入為380 V+10％，輸出為200 V+10％，最大噪聲電壓為U2Noise=5 mV，系統(tǒng)的測試精度高于5％，針對部隊實際，有效地縮短了導(dǎo)彈的測發(fā)控流程。實踐表明，該電路效果良好，基本滿足測量要求。