CN100339719C - 三相交流电分时采样相序测量方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种三相交流电分时采样相序测量方法及其装置，其中方法包括用一感应探头分别采取三相线上的交流电压信号，把所采三相线的交流正弦波电压整形为方波，并令A相方波的上升沿或下降沿为2nπ点，令B相方波的上升沿或下降沿为2nπ′点，令C相方波的上升沿或下降沿为2nπ″点，将三相方波与虚拟D相对比。实现该方法的装置包括一感应探头、一由运算放大器IC2A和IC2B组成的电路、一MCU微处理器和一显示电路。

Description

三相交流电分时采样相序测量方法及其装置

技术领域

本发明涉及三相交流电的相序测量方法及其装置，主要是指一种三相交流电分时采样相序测量方法及其装置。

背景技术

三相供电设备的正常运行与三相电的相序有直接关系，因此三相电相序的正确检测是大多数设备的基本要求。传统的三相交流电相序测量方法是用三根导线连接到三相线上，将采样到的信号进行相位比较，然后显示三相交流电的顺、逆相关系。这样，至少要用三根导线，操作较为繁琐，也不便携带。一种利用三相交流电瞬时电压波形的特性，在预定的时间交替扫描各相位的方法，该方法借助于一种合适的预置测算法来测算测量值，或通过测算两个时刻的测量值来确定相序。该方法受波形的影响，可能干扰测量的准确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种三相交流电分时采样相序测量方法及其装置，以便解决现有三相交流电相序测量方法及其装置存在的不足，更简便快捷地实现三相电相序的正确检测。

实现本发明的方法包括：

用一感应探头分别采取三相线上的交流电压信号；

把所采三相线的交流正弦波电压整形为方波；

令A相方波的上升沿或下降沿为2nπ点，令B相方波的上升沿或下降沿为2nπ′点，令C相方波的上升沿或下降沿为2nπ″点；

将第一次采到的工频周期存储起来，根据工频周期，建立一个虚拟D相，以虚拟D相的上升沿为零度参考点，并使该点与A相的2nπ点对齐，作为下一步测量的基准，同时A相被确定；和

一用于识别、计算、存储信号的MCU微处理器。

该方法还包括：

以MCU微处理器内部的定时器建立虚拟D相；

将三相交流电的任一相与虚拟D相比较，相对D相的零点，其中A相落在±60°范围内；B相落在60～180°范围内；C相落在180～300°范围内。

实现本发明的装置是：该装置包括一感应探头、一由运算放大器IC2A和IC2B组成的电路、一MCU微处理器、一显示电路；其中IC2B、R9组成高输入阻抗开环放大器，IC2A、R3、R11组成方波整形电路；由感应探头所采集到的相线交流正弦波电压信号经放大、整形后，再经MCU微处理器对信号进行识别、计算、存储后驱动显示电路输出。

该装置还包括：一基本电路，感应头Y1接IC2B负输入端，电阻R9跨接在IC2B负输入端与地之间，IC2B正输入端接地，电容C1跨接在IC2B负输入端与输出端之间，IC2B输出端经电容C2接IC2A正输入端，IC2A负输入端接地，IC2A输出端经电阻R8接MCU微处理器IC4脚7、8，电容C2与IC2A正输入端之间经电阻R3接电源VCC、经电阻R11接地；IC4脚16、17经电阻R7接三极管Q3基极，Q3集电极接地、发射极经蜂鸣器BZ接电源VCC，IC4脚4、5接在晶振X两端，IC4脚11、12、14分别经电阻R6、R29、R4和发光二极管D2、D1、D3接电源VCC，IC4脚10接地、脚20接电源VCC、脚1经电容C19接电源E1；IC3是电源倒向模块。

本发明的有益效果：分时采样简称分时法，测相序时可以不要任何连接导线，只需一只探头分别在三相线上采样，即可测量相序。具有操作简单，测量快速、准确等特点。

附图说明

图1是本发明中三相方波与虚拟D相对应示意图。

图2是本发明的相序笔示意图，其中1感应探头、2主体。

图3是本发明的电路框图。

图4是本发明的MCU微处理器程序流程简图。

图5是本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

分时采样相序测量原理

测相序是一种定性的测量。把被采样的交流正弦波电压整形成方波，令A相方波的上升沿(或下降沿)为2nπ点，B相方波的上升沿(或下降沿)为2nπ′点，C相方波的上升沿(或下降沿)为2nπ″点，如图1所示。将第一次采到的工频周期存储起来，根据工频周期，在相序笔内建立一个虚拟D相，以虚拟D相的上升沿为零度参考点，并使其与A相的2nπ点对齐，为下一步的测量做好准备。同时A相被定义。将三相交流电的任一相与虚拟D相比较，图1中，相对D相的零点，只要2nπ点落在±60°范围内，2nπ′点落在60°~180°范围内，2nπ″点落在180°~300°范围内即可得知被测相线是A相、B相或C相。实际应用中虚拟D相的精度是有限的，经一定时间的积累误差后，零点会发生漂移。如果虚拟D相的周期与A相周期的误差为6uS，在测量60Hz交流电时，经计算7秒时零点已漂移约59°。这会在7秒后把B相或C相误测为A相。根据A、B、C相相互间隔120°的关系，测量过程中，在确定被测相后，因被测相2nπ与A相2nπ点之差是已知的，可使D相零点重新与A相2nπ点对齐。达到改善D相零点漂移的目的。那么只要测量探头在采样两组信号之间的时间间隔小于7秒(对于60Hz工频)，就有足够的时间可以满足测量的需要。如果由于偶然因素使D相零点意外对齐了B相或C相的2nπ点，相序的测量结果也是正确的(因A相是人为确定的)。

应用范围

可应用在需要测量三相交流电相序的地方。可以成为手持式仪表的附加测量功能。可以应用在感应式相序测量笔上。在生产和维修过程中，许多场合只需要定性测量，感应式相序测量笔可以推广成为普通电工的测电工具。

实施例(感应式相序测量笔)

图2是用分时采样相序测量法设计的相序笔，其外表设计成无外露金属结构。图3是它的电路框图，图4是MCU程序流程简图，图5是使用的具体电路，该电路在相序笔的主体2内。相序笔内电路与人体与大地之间的分布电容构成地通路。相序笔头(感应探头1)与被测相线之间的电容构成信号通路，完成被测信号的采样。工频正弦波整形成方波后，利用MCU的计算和存储等功能，使MCU能识别50~60Hz工频。将工频周期测量和存储。以MCU内部的定时器建立虚拟D相，使虚拟D相的零点与第一相工频的2nπ点对齐。之后的被测相线的相序经MCU测量计算后输出到显示电路驱动不同颜色的LED，区别不同的相线。设先后被点亮LED的颜色为红、绿、蓝，红为顺向测量，否则为逆向测量。顺向测量时笔内的蜂鸣器会发出声响。

电路工作原理

图5中，Y1是感应探头，由IC2B组成高输入阻抗开环放大器，R9是它的输入电阻，C1是消震电容；由IC2A、R3、R11组成方波整形电路；当没有信号输入时，由于正输入端3脚电压比2脚高，1脚输出高电平。这样，只有当经C2偶合到3脚的输入信号幅度足够大，1脚才能输出站空比为50％的方波。再经限流电阻R8送入IC4的7、8脚，给单片机提供测量信号。信号经单片机处理后由IC4的11、12、14、15脚输出驱动三色发光二极管D1、D2、D3显示。若是顺向测量，16、17脚还输出约3KHz的音频信号经R7到射随器Q3基极，经发射极驱动蜂鸣器BZ发声。

Claims (3)

1.一种三相交流电分时采样相序测量方法，其特征是包括

a.用一感应探头分别采取三相线上的交流电压信号；

b.把所采三相线的交流正弦波电压整形为方波；

c.令A相方波的上升沿或下降沿为2nπ点，令B相方波的上升沿或下降沿为2nπ′点，令C相方波的上升沿或下降沿为2nπ″点；

d.将第一次采到的工频周期存储起来，根据工频周期，建立一个虚拟D相，以虚拟D相的上升沿为零度参考点，并使该点与A相的2nπ点对齐，作为下一步测量的基准，同时A相被确定；

e.一用于识别、计算、存储信号的MCU微处理器；

f.以MCU微处理器内部的定时器建立虚拟D相；

g.将三相交流电的任一相与虚拟D相比较，相对D相的零点，其中A相落在±60°范围内；B相落在60～180°范围内；C相落在180～300°范围内。

2.实现如权利要求1的三相交流电分时采样相序测量方法的装置，其特征是所述装置包括一感应探头、一由运算放大器IC2A和IC2B组成的电路、一MCU微处理器、一显示电路；其中IC2B、电阻R9组成高输入阻抗开环放大器，IC2A、电阻R3、电阻R11组成方波整形电路；由感应探头所采集到的相线交流正弦波电压信号经放大、整形后，再经MCU微处理器对信号进行识别、计算、存储后驱动显示电路输出。

3.如权利要求2所述的三相交流电分时采样相序测量方法的装置，其特征是一基本电路：感应头(Y1)接IC2B负输入端，电阻R9跨接在IC2B负输入端与地之间，IC2B正输入端接地，电容C1跨接在IC2B负输入端与输出端之间，IC2B输出端经电容C2接IC2A正输入端，IC2A负输入端接地，IC2A输出端经电阻R8接MCU微处理器IC4脚7、8，电容C2与IC2A正输入端之间经电阻R3接电源VCC、经电阻R11接地；IC4脚16、17经电阻R7接三极管Q3基极，Q3集电极接地、发射极经蜂鸣器(BZ)接电源VCC，IC4脚4、5接在晶振(X)两端，IC4脚11、12、14分别经电阻R6、R29、R4和发光二极管D2、D1、D3接电源VCC，IC4脚10接地、脚20接电源VCC、脚1经电容C19接电源E1；IC3是电源倒向模块。

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