CN102004193A

CN102004193A - 三相交流电相序检测方法及其装置

Info

Publication number: CN102004193A
Application number: CN2010102869278A
Authority: CN
Inventors: 徐国治
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2011-04-06

Abstract

本发明属于电学技术领域，涉及一种三相交流电相序检测方法及其装置。它解决了现有技术相序判断过程复杂，判断电路复杂，成本较高等技术问题。本检测方法的检测过程如下：a、信号采集；b、信号处理；c、相序判断。检测装置包括连接在三相用电设备或者三相交流电源上用于采集各相电信号的A相采样单元、B相采样单元和C相采样单元，处理器、排序单元、判断单元、A相采样单元、B相采样单元、C相采样单元、模/数转换器等零部件。其优点在于：1、电网周期任意时刻都可以实时体现相序状态，相序判断及时有效，提高用电安全性。2、应用于数字控制领域时，将有效的简化外围硬件判断电路。3、相序检测方法简单实用，抗干扰能力强。

Description

三相交流电相序检测方法及其装置

技术领域

本发明属于电学技术领域，涉及三相交流电，尤其是涉及一种三相交流电相序检测方法及其装置。

背景技术

在三相用电设备应用领域中，三相交流电的相序对用电设备的正常运行有着重要的影响，很多情况下不允许出现相反的供电相序。以三相交流电拖动的电力传动设备为例，如行车、吊车、电梯等起重设备等，交流电机拖动的设备通过改变电动机供电电压的相序来控制传动设备的运转方向。在正常运行中，一旦相序反相，运转方向也将发生改变，因此在传动设备的控制中必需引入相序的检测，否则会造成设备故障，甚至人身伤害。因此，三相电相序的正确检测是很多三相用电设备的基本要求。

现有技术中，对于相序检测及保护的电路结构较为复杂，造价成本高，并且在实际应用时安全性较差。现有相序测量技术中主要有两种方法：方法一：通过相序测量装置构造不平衡负载，导致相序检测电路三相负载各相电压不平衡，同时将不平衡电压的大小关系通过显示器件体现出来，由于相序不同时，同样两相负载上的相电压大小关系相反，据此可以判断相序。这种方法在三相严重不平衡时，可能引起误判。方法二：利用三相交流电瞬时电压波形的特征，在预定的时间隔交替扫描各相位；借助一种合适的预定的测算法来测算测量值，仅仅测算两个时刻的测量值的符号来确定相序，以大约3倍于电网频率的测量频率来测量三相电网信号，根据两个采样时刻的测量值符号信息，即可判断相序的正反，这种方法本质上是基于波形特征的，波形的好坏对测量结果的准确性有影响。

为此，人们进行了长期的探索，提出了各种各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种三相电源相序检测及断相保护电路[申请号：200620045859.5]，包括三相电路处理信号、放大信号和触发信号，其中三相电路信号处理电路为三相电源B、A、C三相分别经二极管D1、D2、D3半波整流，再经电阻R1、R2、R3衰减，通过由稳压管D4、D5、D6与电阻R4、R5、R6组成的稳压电路削波后输出接近矩形的脉冲信号，送至数字集成IC，输出一个宽度约3MS(50周交流电)的矩形负脉冲，矩形负脉冲的前沿正好与B相正弦波过零点同步，负脉冲经过放大电路触发触发电路控制三相负载。如果接错相序或是断相，双向可控硅SCR均不会开通，负载端将无电，避免了故障。还有人发明了一种三相交流电相序判断方法和装置[申请号：02118647.2]，该方案根据旋转矢量角的旋转方向确定三相交流电的相序，旋转矢量角的旋转方向通过采集三相实时电压/电流信号，求取电压/电流旋转矢量的相角差，计算一定时间间隔之间的旋转矢量相角差，根据所计算的旋转矢量相角差的符号确定旋转矢量角的旋转方向，旋转矢量角的旋转方向可通过计算在一个市电周期之间的旋转矢量相角差确定，旋转矢量角可根据反三角函数计算，其所处象限值由坐标变换后的两相值的极性判别，相角差经滤波处理或求平均值后可以得到准确稳定的数据。

上述方案虽然实现了相序检测，但是仍然存在着判断过程复杂，判断电路复杂，成本较高等技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于典型数据所对应的时刻的大小来判断三相交流电的相序，实用可靠、抗干扰能力强的三相交流电相序检测方法。

本发明的另一目的是提供一种设计合理，结构简单，易于实施，设备成本较低的三相交流电相序检测装置。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本三相交流电相序检测方法，其特征在于，本检测方法的检测过程如下：

a、信号采集：分别采集三相用电设备各相电信号或者分别采集连接在三相用电设备上的三相交流电源各相电信号，所采集到的电信号即为A相信号、B相信号和C相信号；

b、信号处理：将A相信号、B相信号和C相信号按一定时序进行模数转换从而获得与所述电信号相对应的数字信号，即A相数字信号、B相数字信号和C相数字信号，将A相数字信号、B相数字信号和C相数字信号分别存储在A存储单元、B存储单元和C存储单元；

c、相序判断：由处理器分别读取A存储单元、B存储单元和C存储单元的上述数字信号中的典型数据，并由处理器计算所述典型数据所对应的时刻，即Ta、Tb和Tc，然后处理器根据Ta、Tb和Tc的大小进行排序，若Ta＜Tb＜Tc、或Tb＜Tc＜Ta、或Tc＜Ta＜Tb，则判断为正相序，若Ta＜Tc＜Tb、或Tc＜Tb＜Ta、或Tb＜Ta＜Tc，则判断为反相序。

在上述的三相交流电相序检测方法中，所述的A相信号、B相信号和C相信号为由电压信号或电流信号。

在上述的三相交流电相序检测方法中，所述的A相信号、B相信号和C相信号分别由A相采样单元、B相采样单元和C相采样单元采集。

在上述的三相交流电相序检测方法中，所述的A相采样单元、B相采样单元和C相采样单元为电压互感器、电流互感器和分压电阻中的任意一种。

在上述的三相交流电相序检测方法中，所述的典型数据为过零点、最大值或最小值中的任意一项。

在上述的三相交流电相序检测方法中，所述的A相信号、B相信号和C相信号分别通过模/数转换器按一定时序进行模数转换从而获得相对应的A相数字信号、B相数字信号和C相数字信号。

上述的三相交流电相序检测方法是在下述装置中实现的：三相交流电相序检测装置，其特征在于，本装置包括连接在三相用电设备或者三相交流电源上用于采集各相电信号的A相采样单元、B相采样单元和C相采样单元，所述的A相采样单元、B相采样单元和C相采样单元分别与模/数转换器相连接且模/数转换器能够将所述电信号按一定时序进行模数转换从而获得与所述电信号相对应的数字信号，即A相数字信号、B相数字信号和C相数字信号，所述的模/数转换器与用于存储A相数字信号的A存储单元、用于存储B相数字信号的B存储单元和用于存储C相数字信号的C存储单元相连接，处理器与A存储单元、B存储单元和C存储单元相连接，且处理器能够分别读取A存储单元、B存储单元和C存储单元的上述数字信号中的典型数据并由处理器计算所述典型数据所对应的时刻，即Ta、Tb和Tc，所述的处理器包括能够根据Ta、Tb和Tc的大小进行排序的排序单元和连接在排序单元上能够根据排序结果判断正相序或反相序的判断单元，并且若Ta＜Tb＜Tc、或Tb＜Tc＜Ta、或Tc＜Ta＜Tb，则判断单元判断为正相序，若Ta＜Tc＜Tb、或Tc＜Tb＜Ta、或Tb＜Ta＜Tc，则判断单元判断为反相序。

与现有的技术相比，本三相交流电相序检测方法及其装置的优点在于：1、在电网周期任意时刻都可以实时体现相序状态，相序判断及时有效，而且实现了三相电网严重畸变条件下对相序的准确检测，提高用电安全性。2、当应用于数字控制领域时，将有效的简化外围硬件判断电路。3、相序检测方法简单实用，抗干扰能力强，为三相用电设备或者三相交流电源提供了快速准确的三相交流电相序信息。

附图说明

图1是本发明提供的结构框图。

图中，三相用电设备1、三相交流电源2、A存储单元31、B存储单元32、C存储单元33、处理器4、排序单元41、判断单元42、A相采样单元51、B相采样单元52、C相采样单元53、模/数转换器6。

具体实施方式

本三相交流电相序检测方法检测过程如下：

a、信号采集：分别采集三相用电设备1各相电信号或者分别采集连接在三相用电设备1上的三相交流电源2各相电信号，所采集到的电信号即为A相信号、B相信号和C相信号。

这里的A相信号、B相信号和C相信号为由电压信号或电流信号。A相信号、B相信号和C相信号分别由A相采样单元51、B相采样单元52和C相采样单元53采集。A相采样单元51、B相采样单元52和C相采样单元53为电压互感器、电流互感器和分压电阻中的任意一种。

b、信号处理：将A相信号、B相信号和C相信号按一定时序进行模数转换从而获得与所述电信号相对应的数字信号，即A相数字信号、B相数字信号和C相数字信号，将A相数字信号、B相数字信号和C相数字信号分别存储在A存储单元31、B存储单元32和C存储单元33。

这里的A相信号、B相信号和C相信号分别通过模/数转换器6按一定时序进行模数转换从而获得相对应的A相数字信号、B相数字信号和C相数字信号。

c、相序判断：由处理器4分别读取A存储单元31、B存储单元32和C存储单元33的上述数字信号中的典型数据，并由处理器4计算所述典型数据所对应的时刻，即Ta、Tb和Tc，然后处理器4根据Ta、Tb和Tc的大小进行排序，若Ta＜Tb＜Tc、或Tb＜Tc＜Ta、或Tc＜Ta＜Tb，则判断为正相序，若Ta＜Tc＜Tb、或Tc＜Tb＜Ta、或Tb＜Ta＜Tc，则判断为反相序。

这里的典型数据为过零点、最大值或最小值中的任意一项。当然，根据实际情况可以选取其他数值。

如图1所示，本三相交流电相序检测装置包括连接在三相用电设备1或者三相交流电源2上用于采集各相电信号的A相采样单元51、B相采样单元52和C相采样单元53。A相采样单元51、B相采样单元52和C相采样单元53分别与模/数转换器6相连接且模/数转换器6能够将所述电信号按一定时序进行模数转换从而获得与所述电信号相对应的数字信号，即A相数字信号、B相数字信号和C相数字信号。A相采样单元51、B相采样单元52和C相采样单元53为电压互感器、电流互感器和分压电阻中的任意一种。模/数转换器6与用于存储A相数字信号的A存储单元31、用于存储B相数字信号的B存储单元32和用于存储C相数字信号的C存储单元33相连接。

处理器4与A存储单元31、B存储单元32和C存储单元33相连接，且处理器4能够分别读取A存储单元31、B存储单元32和C存储单元33的上述数字信号中的典型数据并由处理器4计算所述典型数据所对应的时刻，即Ta、Tb和Tc，所述的处理器4包括能够根据Ta、Tb和Tc的大小进行排序的排序单元41和连接在排序单元41上能够根据排序结果判断正相序或反相序的判断单元42，并且若Ta＜Tb＜Tc、或Tb＜Tc＜Ta、或Tc＜Ta＜Tb，则判断单元42判断为正相序，若Ta＜Tc＜Tb、或Tc＜Tb＜Ta、或Tb＜Ta＜Tc，则判断单元42判断为反相序。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了三相用电设备1、三相交流电源2、A存储单元31、B存储单元32、C存储单元33、处理器4、排序单元41、判断单元42、A相采样单元51、B相采样单元52、C相采样单元53、模/数转换器6等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims

1.一种三相交流电相序检测方法，其特征在于，本检测方法的检测过程如下：

a、信号采集：分别采集三相用电设备(1)各相电信号或者分别采集连接在三相用电设备(1)上的三相交流电源(2)各相电信号，所采集到的电信号即为A相信号、B相信号和C相信号；

b、信号处理：将A相信号、B相信号和C相信号按一定时序进行模数转换从而获得与所述电信号相对应的数字信号，即A相数字信号、B相数字信号和C相数字信号，将A相数字信号、B相数字信号和C相数字信号分别存储在A存储单元(31)、B存储单元(32)和C存储单元(33)；

c、相序判断：由处理器(4)分别读取A存储单元(31)、B存储单元(32)和C存储单元(33)的上述数字信号中的典型数据，并由处理器(4)计算所述典型数据所对应的时刻，即Ta、Tb和Tc，然后处理器(4)根据Ta、Tb和Tc的大小进行排序，若Ta＜Tb＜Tc、或Tb＜Tc＜Ta、或Tc＜Ta＜Tb，则判断为正相序，若Ta＜Tc＜Tb、或Tc＜Tb＜Ta、或Tb＜Ta＜Tc，则判断为反相序。

2.根据权利要求1所述的三相交流电相序检测方法，其特征在于，所述的A相信号、B相信号和C相信号为由电压信号或电流信号。

3.根据权利要求1或2所述的三相交流电相序检测方法，其特征在于，所述的A相信号、B相信号和C相信号分别由A相采样单元(51)、B相采样单元(52)和C相采样单元(53)采集。

4.根据权利要求3所述的三相交流电相序检测方法，其特征在于，所述的A相采样单元(51)、B相采样单元(52)和C相采样单元(53)为电压互感器、电流互感器和分压电阻中的任意一种。

5.根据权利要求1或2所述的三相交流电相序检测方法，其特征在于，所述的典型数据为过零点、最大值或最小值中的任意一项。

6.根据权利要求1或2所述的三相交流电相序检测方法，其特征在于，所述的A相信号、B相信号和C相信号分别通过模/数转换器(6)按一定时序进行模数转换从而获得相对应的A相数字信号、B相数字信号和C相数字信号。

7.一种三相交流电相序检测装置，其特征在于，本装置包括连接在三相用电设备(1)或者三相交流电源(2)上用于采集各相电信号的A相采样单元(51)、B相采样单元(52)和C相采样单元(53)，所述的A相采样单元(51)、B相采样单元(52)和C相采样单元(53)分别与模/数转换器(6)相连接且模/数转换器(6)能够将所述电信号按一定时序进行模数转换从而获得与所述电信号相对应的数字信号，即A相数字信号、B相数字信号和C相数字信号，所述的模/数转换器(6)与用于存储A相数字信号的A存储单元(31)、用于存储B相数字信号的B存储单元(32)和用于存储C相数字信号的C存储单元(33)相连接，处理器(4)与A存储单元(31)、B存储单元(32)和C存储单元(33)相连接，且处理器(4)能够分别读取A存储单元(31)、B存储单元(32)和C存储单元(33)的上述数字信号中的典型数据并由处理器(4)计算所述典型数据所对应的时刻，即Ta、Tb和Tc，所述的处理器(4)包括能够根据Ta、Tb和Tc的大小进行排序的排序单元(41)和连接在排序单元(41)上能够根据排序结果判断正相序或反相序的判断单元(42)，并且若Ta＜Tb＜Tc、或Tb＜Tc＜Ta、或Tc＜Ta＜Tb，则判断单元(42)判断为正相序，若Ta＜Tc＜Tb、或Tc＜Tb＜Ta、或Tb＜Ta＜Tc，则判断单元(42)判断为反相序。

8.根据权利要求7所述的三相交流电相序检测装置，其特征在于，所述的A相采样单元(51)、B相采样单元(52)和C相采样单元(53)为电压互感器、电流互感器和分压电阻中的任意一种。