使用少量无源元件的相位序列指示器

在三相交流电系统中,带有三根导线的电源提供的交流电位具有相同频率以及相对于零电位导线的振幅,从一根导线到下一根导线的相移均为120。存在两种可能性来建立相位序列。在第一种可能性中,第二根导线上的电压相对于第一根移动120,而在第二种可能性中,相对于第一根导线发生-120 相移。相位次序确定了三相交流电机的旋转方向,并影响其它需要正确相位序列（正120相移）的设备。你可以使用几个低成本无源元件来构建相位序列指示器。

图 1 示出了一种概念性的电路,它能检测这两种相位序列。对于特定的元件值,适用以下条件 ：只有当VS2正好在VS1之前120出现时（这表明了正确的相位序列）,R1和C2两端的电压才相等,即它们的大小和相位均相同。在这种情况下,A和B点之间的电压为零。与此相反,只有当VS2在 VS3之前120时（这对应于相反序列）,C2和R3两端的电压才相等。

参考图2中的相图,当R1和C2两端的电压相等时,VC1=-VR2,VC1+VR1=VS1,VC2+VR2=VS2。以下公式满足这些条件： VR1= VC2=(1/2) VS2=(1/2) VS1, VC1= VR2=cos 30 VS1=cos 30 VS2。解以下公式来计算元件值： XC1= tan 60R1=√3R1。且R2=tan 60 XC2,其中XC2=-j[1/(2pfC)],f表示VS电压的频率。

另外,为了确保反向相位序列的检测,C1=C3并且 R1=R3,即第三条支路中的元件与第一条支路中的元件相同。图3中的相位序列检测电路添加了与第一条和第三条支路并联的电阻器 R4和R5,从而无需通过地线。消除了对地线的需要,这也就规定了 XC1+R1和 XC2+R2之间的比例。要想没有电流从节点G流向地,各支路中的电流总和就必须等于零,如果把节点G和地断开,那么它相对于地的电位也是零。

只要XC1与R1、XC2与R2、XC3与 R3之比如上所述,那么R1、C2和R3两端的电压降的平衡状态就能得到保持。用一个常数乘以任何支路的阻抗,只会影响流过相应支路的电流大小。流过任何支路的电流呈现的相位角度与该支路中的电阻器两端电压相同。图4中的相图表明了图3中的电流。从这张示意图来看,如果 I2=tan 60 I1,则 I1+I2=-2I3。因此,I3的大小是 (I1+I2) 的一半,方向刚好相反。

这些电流的矢量图表明：如果添加两股电流,每股的大小等于I3,相位与VS1和VS3相同,则产生的总电流的大小和相位与I3相同,因此,节点 G的总电流为零：I1+I2+I3+I1''+I3''= I1+I2+2I3=0。为使电流总和为零,R4=R5= R1+XC1= R1-j[1/(2pfC1)] 。图3中的两个 LED 指示正确相位序列或反向相位序列。当LED2亮,LED1不亮时,节点A和B之间的电压是0V,这对应于正确的相位序列。反向相位序列点亮LED1,而LED2不亮。与LED并联的二极管可防止超过LED的反向击穿电压,并且电阻器R6和R7限制了流过LED的正向电流。要想达到更高的灵敏度,可用高输入阻抗的交流电检测电路代替LED。

该电路的最终版包含一些表明所有三个相位是否携带电压的指示器。在图3的电路中,携带0V的相位点亮两个LED。根据应用的不同,可把由LED和保护二极管组成的电压检测电路与VS1/VS2/VS3和节点G之间的限流电阻器串联。还可使用具有适当串联限流电阻器的低功率霓虹灯。

在选择元件时,应确保它们的值符合以下比例。对于C1的任选值,R1=R2=R3=1/(2pfC1tan 60)、C1=C3、C2=3C1、R4=R5=2R1。在为C1选值时,流过检测电路的电流应明显低于流过各支路的电流,这就为C1排除了任意低的值。