CN101788615B - 一种简易三相工频交流电相序测量的方法及检测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种简易三相工频交流电相序测量的方法及检测设备，是采用三相工频交流电的相位时间差原理，对三相电压过零上升沿分别单独采样、单点测量和比较，通过相位时间差的计算，判断三相工频交流电的相序和相位；其步骤如下：首先测量三相交流电任意一相的电压上升过零点；以此相为A相，以此相上升沿过零点作为基准点，开始采用时钟计算时间；然后依次测量其他两相的电压上升过零点，测量其它两相的相位上升过零点与基准点间的时间差T1和T2；通过计算判定B相、C相。本发明能够实现三相工频交流电的测量，其集成多功能的检测设备具有小型化、系统化、构造简单、计算量小，并能够减轻电气安装、维护人员的劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及三相工频交流电的相序测量技术领域，尤其适用于电气施工、及检修的一种简易三相工频交流电相序测量的方法及检测设备。
背景技术
目前，在变压器安装、电动机接线、检修等电气安装时，经常需要对三相工频交流电的相序进行测量，保证正序运行或同相位并联运行，避免出现重大设备运行事故。现有常用的相序检测技术，是通过对三相交流电同时采样，通过旋转坐标系和静止坐标系间的比较和相位换算，确定相位的顺序。这种方法的采样部分和相位计算公式较为复杂，无法在普通的电子式电笔上实现，只能用于专用的三相交流电相序测量仪，使电气安装、维护人员增加劳动强度。
发明内容
为了克服现有的技术不足，简化三相工频交流电的相序测量方法，减轻电气、维护人员的劳动强度。本发明提出了一种简易三相工频交流电相序测量的方法及检测设备，能够在常用的电子式电笔中即可实现三相工频交流电的测量其系统构造简单、计算量小，能够减轻电气安装、维护人员的劳动强度。
为实现上述发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
一种简易三相工频交流电相序测量的方法，是采用三相工频交流电的相位时间差原理，对三相电压过零上升沿分别单独采样、单点测量和比较，通过相位时间差的计算，判断三相工频交流电的相序和相位；其步骤如下：
首先测量三相交流电任意一相的电压上升过零点；以此相为A相，以此相上升沿过零点作为基准点，开始采用时钟计算时间；然后依次测量其他两相的电压上升过零点，测量其它两相的相位上升过零点与基准点间的时间差T1和T2；按照公式计算相位时间差t1、t2：
t＝T-取整(T/20ms)
T----------测量时间差(ms)；
t----------相位时间差(ms)；
t1、t2会有两种结果，计算结果为6.667ms的是B相，计算结果为13.334ms的是C相。
所述的一种简易三相工频交流电相序测量的方法，既适用于工频电压，还适用于已知相数、频率电网的电压相位检测；对于已知相数n和频率f的电网电压相位，其相应的单周波相位时间差为
的整数倍，第一相为OS，第二相为第三相为
以此类推；当计算任意时间段内的相位时间差时，可按照下式计算：
T----------测量时间差(S)；
t----------相位时间差(S)。
所述的一种简易三相工频交流电相序测量的方法，实际使用当中还可以用t＝0ms的结果来检测所测量相位是否为同相。
实施上述方法的一种简易三相工频交流电相序测量的检测设备，具有采集电压上升沿信号的电压上升沿检测电路，当通过采样次数选择电路确认为首次采样时，该上升沿信号用于启动20ms计时器1、计时器2；计时器开始以20ms为周期通过时钟电路循环计时；当确认为第二次采样时，采样到的电压上升沿信号用于终止计时器1的计时，该计时结果在比较器1中进行比较，得到第二次采样电压的相位结果，将信号送至显示终端进行显示；同样可以确认第三次采样时，采样到的电压上升沿信号用于终止计时器2的计时，该计时结果在比较器2中进行比较，得到第三次采样电压的相位结果，最后信号送至显示终端进行显示。
所述的一种简易三相工频交流电相序测量的检测设备，为程序计算检测设备，由单片机与电压上升沿检测电路、采样次数选择电路、计时器、比较器和显示终端构成，其程序计算流程如下：
1、开始——采样第一个电压上升沿信号，并设置采样第一信号为A相；
2、以第一个电压上升沿信号为计时器的启动信号，开启两个计时器T1、T2开始计时，两个计时器T1、T2以20ms为周期自动复位；
3、采样第二个电压上升沿信号，终止第一个计时器T1，并储存计时结果t1；
4、当第一个计时器T1储存的计时结果t1为0.667ms，设置采样第二信号为B相；当t1为13.334ms，设置采样第二信号为C相；当t1为0ms，设置采样第二信号为A相；否则信号错误；
5、采样第三个电压上升沿信号，终止第二个计时器T2，并储存计时结果t2；
6、当第二个计时器T2储存的计时结果t2为0.667ms，设置采样第三信号为B相；当t2为13.334ms，设置采样第三信号为C相；当t2为0ms，设置采样第三信号为A相；否则信号错误；
7、最后，按照采样顺序，显示终端显示三个信号的相位——结束。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：
一种简易三相工频交流电相序测量的方法及检测设备，其测量方法采用电源单点采样，计算量小，系统构造简单，在常用的电子式电笔中即可实现三相工频交流电的测量。能够在常用的电子式电笔中即可实现三相工频交流电的测量，其集成多功能的电笔具有小型化、系统化、构造简单、计算量小，能够减轻电气安装、维护人员的劳动强度。
附图说明
图1为三相工频交流电三相间的相位时间差关系单周波内的示意图；
图2为三相工频交流电三相间的相位时间差关系任意时间段内的示意图；
图3为三相工频交流电相序测量装置的分立件电路框图；
图4为三相工频交流电相序测量的程序计算流程图；
图5为三相工频交流电相序测量装置的单片机电路框图；
具体实施方式
实施方式一
如图1、2、3所示：一种简易三相工频交流电相序测量的方法，是采用三相工频交流电的相位时间差原理，对三相电压过零上升沿分别单独采样、单点测量和比较，通过相位时间差的计算，判断三相工频交流电的相序和相位；其方法如下：
首先测量三相交流电任意一相的电压上升过零点；以此相为A相，以此相上升沿过零点作为基准点，开始采用时钟计算时间；然后依次测量其他两相的电压上升过零点，测量其它两相的相位上升过零点与基准点间的时间差T1和T2；按照公式计算相位时间差t1、t2：
t＝T-取整(T/20ms)
T----------测量时间差(ms)；
t----------相位时间差(ms)；
t1、t2会有两种结果，计算结果为6.667ms的是B相，计算结果为13.334ms的是C相。当交流频率为50HZ，每周波为20ms，则每相的上升过零点间时间差为20ms；三相间相位差各位120°，即三相上升过零点相位时间差为6.667ms；三相交流电的相位顺序为相对关系，即可首先确定任意一相为A，落后A相120°的相为B相，落后A相240°或超前A相120°的相为C相；并且从图1中可以看出正常工频交流电的单周波相位时间差是0ms，6.667ms，13.334ms三种情况，可以通过相位时间差的方式确定A，B，C三相的相位和相序情况。该一种简易三相工频交流电相序测量的方法，在实际使用当中还可以用t＝0ms的结果来检测所测量相位是否为同相。
实施上述方法制造的一种简易三相工频交流电相序测量的检测设备——交流电相序测量仪，具有采集电压上升沿信号的电压上升沿检测电路，工作时，电压通过电压上升沿检测线路，采集电压上升沿信号；当通过采样次数选择电路确认为首次采样时，该上升沿信号用于启动20ms计时器T1、计时器T2；计时器T1、计时器T2计开始以20ms为周期通过时钟电路循环计时；当确认为第二次采样时，采样到的电压上升沿信号用于终止计时器T1的计时，该计时结果在比较器1中进行比较，得到第二次采样电压的相位结果，将信号送至显示终端进行显示；用同样的方法可以得到第三次采样电压的相位结果；当确认第三次采样时，采样到的电压上升沿信号用于终止计时器T2的计时，该计时结果在比较器2中进行比较，得到第三次采样电压的相位结果，最后信号送至显示终端进行显示，具体实现电路结构参见图3。
使用该三相工频交流电相序测量仪测量相序时，可以按照以下步骤实施：首先采用测量头接触三相交流电中的任一相，按下测量按钮后，信号检测完毕，并显示当前相位A；然后测量第二相，按下测量信号后，信号测量运算完毕后，显示相对相位关系，例如：相位A B或A C；最后测量第三相，信号检测完毕后，显示三相的相位关系结果，例如：相位A B C或A C B；测量完毕后按下复位键，显示结果消失，测量数据归零，开始准备下一次测量。当用于检测相位关系是否相同时，依然采用上述步骤，但仅测量2次即可，结果可能是相位A A，A B，A C；如果相位不同可以按下复位键重新测量，直到出现相位A A时，即检测到了相同相位。当出现结果为信号故障指示ERR时，可复位后再次测量；当出现结果为相位A B B或其他相位顺序错误信号时，说明动力线路接线有误，需要检查线路接线。
由于本结构中仪使用单测量点检测和单电压上升过零点检测，对电压的各项数据均不需要精确测量，而且结构中仅应用了简单的计数器和比较器，所以系统结构简介，易于小型化应用。
实施方式二
如图2、4、5所示：一种简易三相工频交流电相序测量的方法，既适用于工频电压，还适用于已知相数、频率电网的电压相位检测；对于已知相数n和频率f的电网电压相位，其相应的单周波相位时间差为
的整数倍，第一相为OS，第二相为
第三相为以此类推；当计算任意时间段内的相位时间差时，可按照下式计算：
T----------测量时间差(S)；
t----------相位时间差(S)。
当采用单电压上升沿过零采样模式时，设定首次采样电压相位为A相，第二次采样时虽然经过了一段不固定的时间，但是其时间必定为20ms整数倍加上一个单周波相位时间差。因此，用第二次采样和第一次采样间隔时间T减去一个整数倍的20ms就可以得到第二次采样电压的单周波相位时间差，同理可以得到第三次采样的单周波相位时间差。由此可以通过相位时间差的方式确定A，B，C三相的相位和相序情况；见图2。
该一种简易三相工频交流电相序测量的检测设备，也可采用程序计算检测设备，由单片机与电压上升沿检测电路、采样次数选择电路、计时器、比较器和显示终端构成，即采用单片微处理芯片MCU实现本测量方法：MCU使用低功耗的MSP430单片机，外部高速比较器，电压信号被比较器采集，数次翻转采样上升沿过零点后，在设定误差范围内，则单片机驱动液晶屏显示出当前波形，并在液晶屏上给出更换线序提示；更换测量线序后步骤同上步，点阵液晶屏通过相位时间差对比显示出当前电压信号相序；再次更换测量线序后步骤同上步，点阵液晶屏通过相位时间差对比显示出当前电压信号相序参见图4。
其程序计算流程如下：
1、开始——采样第一个电压上升沿信号，并设置采样第一信号为A相；
2、以第一个电压上升沿信号为计时器的启动信号，开启两个计时器T1、T2开始计时，两个计时器T1、T2以20ms为周期自动复位；
3、采样第二个电压上升沿信号，终止第一计时器T1，并储存计时结果t1；
4、当第一个计时器T1储存的计时结果t1为0.667ms，设置采样第二信号为B相；当t1为13.334ms，设置采样第二信号为C相；当t1为0ms，设置采样第二信号为A相；否则信号错误；
5、采样第三个电压上升沿信号，终止第二计时器T2，并储存计时结果t2；
6、当第二个计时器T2储存的计时结果t1为0.667ms，设置采样第三信号为B相；当t1为13.334ms，设置采样第三信号为C相；当t1为0ms，设置采样第三信号为A相；否则信号错误；
7、最后，按照采样顺序，显示终端显示三个信号的相位——结束。该程序计算流程图参见图5。
Claims (4)
1.一种简易三相工频交流电相序测量的方法，其特征在于：是采用三相工频交流电的相位时间差原理，对三相电压过零上升沿分别单独采样、单点测量和比较，通过相位时间差的计算，判断三相工频交流电的相序和相位；其步骤如下：
首先测量三相交流电任意一相的电压上升过零点；以此相为A相，以此相上升沿过零点作为基准点，开始采用时钟计算时间；然后依次测量其他两相的电压上升过零点，测量其它两相的相位上升过零点与基准点间的时间差T1和T2；按照公式计算相位时间差t1、t2：
t＝T-取整(T/20ms)
T----------测量时间差(ms)；
t----------相位时间差(ms)；
t1、t2会有两种结果，计算结果为6.667ms的是B相，计算结果为13.334ms的是C相；
所述的一种简易三相工频交流电相序测量的方法，既适用于工频电压，还适用于已知相数、频率电网的电压相位检测；对于已知相数n和频率f的电网电压相位，其相应的单周波相位时间差为
的整数倍，第一相为0S，第二相为第三相为
……以此类推；当计算任意时间段内的相位时间差时，可按照下式计算：
T----------测量时间差(S)；
t----------相位时间差(S)。
2.根据权利要求1所述的一种简易三相工频交流电相序测量的方法，其特征在于：使用当中还可以用t＝0ms的结果来检测所测量相位是否为同相。
3.实施权利要求1所述方法的一种简易三相工频交流电相序测量的检测设备，其特征在于：具有采集电压上升沿信号的电压上升沿检测电路，当通过采样次数选择电路确认为首次采样时，该上升沿信号用于启动20ms计时器T1、计时器T2；计时器T1和计时器T2开始以20ms为周期通过时钟电路循环计时；当确认为第二次采样时，采样到的电压上升沿信号用于终止计时器1的计时，该计时结果在比较器1中进行比较，得到第二次采样电压的相位结果，将信号送至显示终端进行显示；同样可以确认第三次采样时，采样到的电压上升沿信号用于终止计时器2的计时，该计时结果在比较器2中进行比较，得到第三次采样电压的相位结果，最后信号送至显示终端进行显示。
4.根据权利要求3所述的一种简易三相工频交流电相序测量的检测设备，其特征在于：所述检测设备为程序计算检测设备，由单片机与电压上升沿检测电路、采样次数选择电路、计时器T1和计时器T2、比较器1和比较器2和显示终端构成，
其程序计算流程如下：
1)开始——采样第一个电压上升沿信号，并设置采样第一信号为A相；
2)以第一个电压上升沿信号为计时器的启动信号，开启两个计时器T1、T2开始计时，两个计时器T1、T2以20ms为周期自动复位；
3)采样第二个电压上升沿信号，终止第一个计时器T1，并储存计时结果t1；
4)当第一个计时器T1储存的计时结果t1为0.667ms，设置采样第二信号为B相；当t1为13.334ms，设置采样第二信号为C相；当t1为0ms，设置采样第二信号为A相；否则信号错误；
5)采样第三个电压上升沿信号，终止第二个计时器T2，并储存计时结果t2；
6)当第二个计时器T2储存的计时结果t2为0.667ms，设置采样第三信号为B相；当t2为13.334ms，设置采样第三信号为C相；当t2为0ms，设置采样第三信号为A相；否则信号错误；
7)最后，按照采样顺序，显示终端显示三个信号的相位——结束。
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