基于PC104的某型导弹地面电源相序检测与校正

摘要：在不改变某型导弹地面电源原有硬件的情况下，通过研制的转接电缆和转控机箱与地面电源连接，依托以PC104为核心的在线测试仪，实现了某型导弹地面电源相序的在线测试与监控，从而完成对故障部件和系统进行实时诊断、实施故障报警、应急处理等。三相异步电机因其旋转方向与三相电源的相序有关，当三相电源的相序因某种原因出现错误时，有可能导致弹载仪器和地面测发控设备的损坏。为了防止三相电源相序因某种原因接反，本文介绍基于相序检测和缺相检测的相序保护电路与相序自动矫正电路。
关键词：PC104：相序检测；缺相检测；相序自动矫正

    在电子、电力、仪表和自动控制等设备中，往往需要检测判断三相交流电源的相序以及是否缺相。如果产生缺相或者是相序有误的时候就要及时形成保护。特别是对于只允许单向旋转的设备而言，如果相序有误可能造成其旋转件损坏，如载入电梯因相序的改变，使运行方向与预定方向相反，可能危及人身安全，这时就有必要采取措施进行相序检测和缺相保护。
    三相交流电源的相序检测在工农业生产中也具有重要意义。在许多场合下，是不允许出现逆向相序的，如水泵电机，大型空调器用非往复式压缩机和风机，移动供配电装置等。偶尔出现的逆向相序，将导致事故的发生。为此，设计相序检测报警电路和相序检测自动校正电路很有必要。

1 相序检测和缺相保护
    早期的相序、缺相检测电路主要依靠简单的电容、电阻等硬件电路来完成，其检测速度较慢，与数字电路的快速发展是极不相称。为此本文以三路交流信号的相位检测为例，一方面设计了基于相序指示器的三相电源相序检测电路；另一方面采用相序检测极速算法，将采样的三路交流信号通过特定的算法，推算出待测相序是否与参考相序相一致，从而给出相序判定信号。
1．1 基于双极型晶体管的相序检测电路
    其工作原理是：如图1所示，因三相电源的A相和B相分别接至a和b两端时，晶体管VBG截止，所以电压继电器KV不动作；当三相电源相序接反时，即三相电源的A相接至a端，而C相接至b端，此时晶体管VBC导通，电压继电器KV吸合动作。

    该电路中，电压继电器可选用上海无线电八厂的JZC-221FB(HB4130)或JZC-22FB(HG4123)或4088等超小型中功率继电器，线圈吸引电压额定值为6 V(DC)，触点负载220V(AC)3 A。[!--empirenews.page--]
1．2 基于相序检测极速算法的检测电路
    不妨假定三相交流信号的数学表达式为(参考相序A、B、C，待测相序a、b、c)：

    由上述推导可以得出，当W(t，φ)对时间t的偏导为0时，相序检测为正序，即待测相序与参考相序一致。反之，相序为逆序时，如将a、c互换，同样利用上述方法构造W(t，φ)函数，有
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    从上面推导容易得出为相序一致的充要条件。对其充要条件进行离散化，以便在计算机上实现相序的检测。离散化形式为：△W(t，φ)=0，即W(tk+1，φ)=W(tk，φ)。若W(tk+1，φ)=W(tk，φ)，则两者相序一致；反之，则为逆序，需要校正。其计算机程序流程图如图2所示。

    在实际运行过程中，如果忽略程序的运行时间，则从一开始到给出相序判别信号，整个执行过程的时间就是采样周期的长度，一般为T／12，而实际的采样周期比T／12小得多，可以做到T／12 000，甚至更小。所以，该算法为极速检测相序奠定了坚实的理论基础，使相序检测的速度提高了近百倍。但实际运用中应兼具速度与效果两项指标。
    为进一步增强运行的可靠性，有时还可以用作为判别条件，但速度随着N的增大而减慢，N可根据具体情况确定。

2 相序检测报警电路
    相序检测报警电路的采样信号是完全脱离信号设备的，当本报警器发生故障时，不影响电源的正常使用。电路结构如图3所示，它由电容、电阻、发光二极管组成。A、B、C分别接在三相电能表电源变压器的二次侧，三相电源经三组变压器后保持相序不变，线电压降为约20 V交流电压。[!--empirenews.page--]

    该电路的工作原理是：当A、B、C按正确的相序接入电源时，1、2节点之间的电压很小，不能点亮LED灯；当A、B、C与电源相序接错时，1、2节点之间的电压将增大至一定幅度，点亮LED报警。电路中发光二极管LED串联电阻RL构成逆相序指示电路，它作为逆相序检测部分的负载，在分析时可将其断开，列出图3所示的等效电路：对节点1、2之间电压变化进行理论分析。

3 相序检测校正
    根据前面分析，相序检测为逆序时，系统发出报警信号，其相序自动矫正电路如图4所示，其工作原理是：首先合上刀开关OS，则控制变压器T1的初级回路通电，它将220VAC变成110 VAC。提供电控部分各交流接触器线包工作所需电源，此时交流接触器KM吸合，其主触头KM闭合，负载启动运转。当三相电源的A、B相分别接至相序指示器的a和b两端、零线接至d端时，相序指示器中晶体管VBG截止，所以电压继电器KV不动作，其常闭触头k1和k3闭合将负载电源接通，使其正常工作；当三相电源相序接反时，即三相电源的A相接至a端。而C相接至b端，此时晶体管VBG导通，电压继电器KV吸合动作，其常闭触头k1和k3断开，常开触头k2和k4闭合，使负载的三相电源相序保持不变。

4 结束语
    通过PC104为核心的在线测试仪，本文所述电路已成功应用于某型导弹地面电源故障检测仪中。交-直-交逆变电源输入为380 V+10％，输出为200 V+10％，最大噪声电压为U2Noise=5 mV，系统的测试精度高于5％，针对部队实际，有效地缩短了导弹的测发控流程。实践表明，该电路效果良好，基本满足测量要求。