CN102095945A - 数字式三相交流相序缺相检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字式三相交流相序缺相检测装置，包括三相交流电压整波电路、数字信号处理器和输出端口，数字信号处理器包括方波上升沿捕捉模块、电源相序检测模块和电源缺相检测模块；本发明还公开了一种数字式三相交流相序缺相检测装置的检测方法。本发明通过将三相交流数字转换并查询三相交流电源正反相序数字逻辑分析TAB表，直接可得出当前三相交流电相序方向及是否缺相。

Description

数字式三相交流相序缺相检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及三相交流电源检测和电机相序控制领域，具体涉及一种数字式三相交流相序缺相检测装置及检测方法。

背景技术

随着变频器的大量推广应用，在市场应用的过程非常多的地方使用变频器运行至50HZ时向工频电源切换，在这种情况下绝对不允许出现相序反相，一旦出现相序错误，会造成极大的冲击电流，造成电机故障，甚至损坏，就算能正常切换过去由于工变频器相序不一致，会导致电机的运行方向的不一致，会造成更大的设备故障，甚至人身安全故障，如起重吊车，机床，电梯，扶梯等。所以可靠的三相电源相序检测非常有必要。

目前解决三相电源相序检测问题主要采用的2种方法如下：

1、硬件测量法，利用三相交流互差120度原理采用比较器和触发器来识别正反相序，缺点是硬件电路复杂，抗干扰性差，容易产生误判，信号输出单一，如公开号为“CN1766662A”的专利申请。

2、a：实时采集三相交流电压的瞬间值，进行坐标变换获取角频率的旋转方向来进行判别，如公开号为“CN 101329963A”的专利申请。b：实时采集三相交流电压和电流，求电压/电流旋转矢量相角差，再通一系列的数学运算和坐标变换求得当前相序方向，如公开号为“CN 1387048A”的专利申请。c：利用交流采样技术，离散采集一个市电周期内N点三相瞬时电压值，通过处理器计算分析判别相序方向，如公开号为“CN 101713799A”的专利申请。可以看出a，b，c三种情况都需处理器采样大量的离散模拟量，并利用复杂的数学算法间接求出三相交流相序方向，存在数据处理量大、容易出错、对处理器要求高、实现过程非常复杂等缺点。

发明内容

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种简单可靠的数字式三相交流相序缺相检测装置。

本发明的另一目的在于提供一种数字式三相交流相序缺相检测装置的检测方法。本发明通过将三相交流数字转换并查询三相交流电源正反相序数字逻辑分析TAB表，直接可得出当前三相交流电相序方向及是否缺相。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本数字式三相交流相序缺相检测装置，其特征在于：包括三相交流电压整波电路、数字信号处理器和输出端口，数字信号处理器包括方波上升沿捕捉模块、电源相序检测模块和电源缺相检测模块；

三相电线连接三相交流电压整波电路，三相交流电压整波电路连接方波上升沿捕捉模块，方波上升沿捕捉模块连接电源相序检测模块和电源缺相检测模块，电源相序检测模块和电源缺相检测模块连接输出端口；

三相交流电压整波电路，用于将三相交流正弦波整成方波，并滤波送至数字信号处理器的方波上升沿捕捉模块；

方波上升沿捕捉模块，用于捕捉方波上升沿并产生相应中断和存储输入状态；

电源相序检测模块，根据中断和存储输入状态查三相交流电源正反相序数字逻辑分析TAB表判别电源相序，数字逻辑分析TAB表内置于数字信号处理器的ROM中；

三相交流电源正反相序数字逻辑分析表如下：

表1：

电源缺相检测模块，读取三相输入状态变量PULSE状态判别是否有缺相；

输出端口，对当前判别相序和缺相状态进行开关量或者通讯输出。

所述数字信号处理器型号为TMS320LF2406A。

所述输出端口为485接口或者继电器。

上述的数字式三相交流相序缺相检测装置的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、三相电线连接三相交流电压整波电路，将三相交流正弦波整成方波，并滤波送至数字信号处理器的方波上升沿捕捉模块；

(2)、方波上升沿捕捉模块，捕捉方波上升沿并产生相应中断和存储输入状态；

(3)、当方波上升沿捕捉模块有三相方波输入时，只要检测到方波上升沿CAP便会产生第一个中断，中断产生后电源相序检测模块便记录产生第一个中断的是三相电线CAP1、CAP2、CAP3中的哪一个，并把该CAP的ABC相对应的PULSE变量相应位置为100；

当确定第一个方波上升沿时，在第一个方波上升沿第二次被捕捉的一个市电周期时间内，如果检测到第二个CAP产生中断，中断产生后电源相序检测模块便记录产生第二个中断的是三相电线CAP1、CAP2、CAP3中的哪一个，并把该CAP的ABC相对应的PULSE变量相应位置为010；

如果没有检测到第二个CAP产生的中断，则第二个CAP对应的PULSE变量相应位置为000；

当确定第一个方波上升沿时，在第一个方波上升沿第二次被捕捉的一个市电周期时间内，如果检测到第三个CAP产生中断，中断产生后电源相序检测模块便记录产生第三个中断的是三相电线CAP1、CAP2、CAP3中的哪一个，并把该CAP的ABC相对应的PULSE变量相应位置为001；

如果没有检测到第三个CAP产生的中断，则第三个CAP对应的PULSE变量相应位置为000；

当第一个被捕捉到的方波上升沿第二次被捕捉则作为一次采样周期，把相序识别标志位PHASE_FLAG置1，同时读取PULSE变量BIT0-8位，判断三次中断的CAP和ABC相属于三相交流电源正反相序数字逻辑分析表中的1，2，3，4，5，6行中的哪一行，即可得出正反相序；并且电源缺相检测模块读取三相输入状态变量PULSE状态判别是否有缺相，PULSE变量(TMS320LF2406A为16位数字信号处理器，所以变量PULSE是16位的，本发明只用到BIT0-BIT8的前9位)中BIT0-BIT2为000表示CAP3上接线缺相，BIT3-BIT5为000表示CAP2上接线缺相，BIT6-BIT8为000表示CAP1上接线缺相；

(4)、输出端口，对当前判别相序和缺相状态进行开关量或者通讯输出。

下面对发明内容做进一步的说明：

电源相序检测模块，这是整个装置的核心算法模块，相序检测过程主要基于数字逻辑分析法，其分析过程如下：

三相交流共由A、B、C三相组成，按组合方式共有6种组合方式，根据三相交流电源特性可知，按电压旋转方向来分只有两种方式，一是正向相序，二是反向相序，6种组合方式的正反向相序如下：

正向电源的三种状态：A→B→C  B→C→A  C→A→B

反向电源的三种状态：C→B→A  B→A→C  A→C→B

由于三相交流电源互差120度，所以三相A，B，C在同一时间内具有唯一性，用A，B，C分别对应三个二进制数字位BIT8-BIT6、BIT5-BIT3或者BIT2-BIT0，则用数字模型来构造上述正反相序数学模型可表示为：正向电源的三种状态：100→010→001  010→001→100  001→100→010反向电源的三种状态：001→010→100  010→100→001  100→001→010

实际生产应用程中，所接电源在不知A，B，C相的情况下，接线致CPA1、CAP2、CAP3也只有6种组合方式如下：

CAP1∶CAP2∶CAP3＝A∶B∶C

CAP1∶CAP2∶CAP3＝B∶C∶A

CAP1∶CAP2∶CAP3＝C∶A∶B

CAP1∶CAP2∶CAP3＝C∶B∶A

CAP1∶CAP2∶CAP3＝B∶A∶C

CAP1∶CAP2∶CAP3＝A∶C∶B

因此可以构建一个三相交流电源正反相序数字逻辑分析TAB表如表1，并将表1做成一个数字TAB表内置于数字信号处理器ROM中，则所述的三相交流电源相序识别方法为：可以根据接线端CAP1、CPA2、CAP3中断输入状态查内置TAB表，判断当前接线的所属状态，如果输入状态在表1状态的1-3，则为正向相序，如果输入状态在表1状态的4-6，则为反向相序。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

本数字式三相交流相序缺相检测装置及检测方法，相序检测方法采用0和1数字逻辑分析法直接得相序方向，不需进行电压电流模拟量采样及进行复杂的数学运算后再间接求相序方向，方法简单可靠性更高，抗干扰能力强。而且本发明在输入电源缺相的时候可以直接找出当前缺相所在接线端。

附图说明

图1是本发明的数字式三相交流相序缺相检测装置的连接框图。

图2为本发明的三相交流电源A，B，C正反相序正弦波示意图。

图3为本发明的三相交流电源A，B，C正反相序方波示意图。

图4为本发明的三相交流电源相序、缺相的检测流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示的数字式三相交流相序缺相检测装置，包括三相交流电压整波电路、数字信号处理器和输出端口，数字信号处理器包括方波上升沿捕捉模块、电源相序检测模块和电源缺相检测模块；

三相电线连接三相交流电压整波电路，三相交流电压整波电路连接方波上升沿捕捉模块，方波上升沿捕捉模块连接电源相序检测模块和电源缺相检测模块，电源相序检测模块和电源缺相检测模块连接输出端口；

通过简单的二极管和稳压二极管构造一个可靠的三相交流电压整波电路，用于将三相交流正弦波整成三相方波，并滤波送至数字信号处理器的方波上升沿捕捉模块；

方波上升沿捕捉模块，用于捕捉方波上升沿并产生相应中断和存储输入状态；

电源相序检测模块，根据中断和存储输入状态查三相交流电源正反相序数字逻辑分析TAB表判别电源相序，数字逻辑分析表内置于数字信号处理器的ROM中；

三相交流电源正反相序数字逻辑分析TAB表如下：

表1：

电源缺相检测模块，读取三相输入状态变量PULSE状态判别是否有缺相；

输出端口，对当前判别相序和缺相状态进行开关量或者通讯输出。

所述数字信号处理器型号为TMS320LF2406A。

所述输出端口为485接口或者继电器。

上述的数字式三相交流相序缺相检测装置的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、三相电线连接三相交流电压整波电路，将三相交流正弦波整成方波，并滤波送至数字信号处理器的方波上升沿捕捉模块；

(2)、方波上升沿捕捉模块，捕捉方波上升沿并产生相应中断和存储输入状态；

(3)、当方波上升沿捕捉模块有三相方波输入时，只要检测到方波上升沿CAP便会产生第一个中断，中断产生后电源相序检测模块便记录产生第一个中断的是三相电线CAP1、CAP2、CAP3中的哪一个，并把该CAP的ABC相对应的PULSE变量相应位置为100；

当确定第一个方波上升沿时，在第一个方波上升沿第二次被捕捉的一个市电周期时间内，如果检测到第二个CAP产生中断，中断产生后电源相序检测模块便记录产生第二个中断的是三相电线CAP1、CAP2、CAP3中的哪一个，并把该CAP的ABC相对应的PULSE变量相应位置为010；

如果没有检测到第二个CAP产生的中断，则第二个CAP对应的PULSE变量相应位置为000；

当确定第一个方波上升沿时，在第一个方波上升沿第二次被捕捉的一个市电周期时间内，如果检测到第三个CAP产生中断，中断产生后电源相序检测模块便记录产生第三个中断的是三相电线CAP1、CAP2、CAP3中的哪一个，并把该CAP的ABC相对应的PULSE变量相应位置为001；

如果没有检测到第三个CAP产生的中断，则第三个CAP对应的PULSE变量相应位置为000；

当第一个被捕捉到的方波上升沿第二次被捕捉则作为一次采样周期，把相序识别标志位PHASE_FLAG置1，同时读取PULSE变量BIT0-8位，判断三次中断的CAP和ABC相属于三相交流电源正反相序数字逻辑分析表中的1，2，3，4，5，6行中的哪一行，即可得出正反相序；并且电源缺相检测模块读取三相输入状态变量PULSE状态判别是否有缺相，PULSE变量(TMS320LF2406A为16位数字信号处理器，所以变量PULSE是16位的，本发明只用到BIT0-BIT8的前9位，三相电源输入状态分别对应存储在16位变量PULSE的低中高位)中BIT0-BIT2为000表示CAP3上接线缺相，BIT3-BIT5为000表示CAP2上接线缺相，BIT6-BIT8为000表示CAP1上接线缺相；

(4)、输出端口，对当前判别相序和缺相状态进行开关量或者通讯输出。

对检测方法做进一步分析：

三相交流电A，B，C三相接到CAP1、CAP2、CAP3端子上，A，B，C三相方波的上升沿都有可能成为第一个被捕捉到，那么我们这三种情况都做如下分析：

1、第一个上升沿为A时，中断处理程序会将CAP1、CAP2、CAP3对应的PULSE变量按照中断顺序分别置为：100，010，001。

2、第一个上升沿为B时，中断处理程序会将CAP2、CAP3、CAP1对应的PULSE变量按照中断顺序分别置为：100，010，001。

3、第一个上升沿为C时，中断处理程序会将CAP3、CAP1、CAP2对应的PULSE变量按照中断顺序分别置为：100，010，001。

也就是说上面接线方式中，不管哪个相的方波上升先被捕捉到，三种情况对应的PULSE变量查表1，便可以判断出当前输入状态为正向相序。

将A，B，C任意调其中两相再接到CAP1、CAP2、CAP3端子上加以分析，即B，A，C接到CAP1，CAP2，CAP3端子上，同样A，B，C三相方波的上升沿都有可能成为第一个被捕捉到，那么我们这三种情况都做如下分析：

1、第一个上升沿为A时，中断处理程序会将CAP2、CAP1、CAP3对应的PULSE变量位按照中断顺序分别置为：100，010，001；

2、第一个上升沿为B时，中断处理程序会将CAP1、CAP3、CAP2对应的PULSE变量位按照中断顺序分别置为：100，010，001；

3、第一个上升沿为C时，中断处理程序会将CAP3、CAP2、CAP1对应的PULSE变量位按照中断顺序分别置为：100，010，001；

同上述，不管哪个相的方波上升先被捕捉到，三种情况对应的PULSE变量查表1，便可以判断出当前输入状态为反向相序。

这样就可以通过捕捉三相方波上升沿，按中断顺序并查询内置三相交流电源正反相序数字逻辑分析TAB表，便可以直接得出输入的正反相序以及是否缺相。为保证识别的准确性，可以连续采10次样。

上述为本发明较佳实施例，并不用以限制本发明，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，凡是在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.数字式三相交流相序缺相检测装置，其特征在于：包括三相交流电压整波电路、数字信号处理器和输出端口，数字信号处理器包括方波上升沿捕捉模块、电源相序检测模块和电源缺相检测模块；

三相电线连接三相交流电压整波电路，三相交流电压整波电路连接方波上升沿捕捉模块，方波上升沿捕捉模块连接电源相序检测模块和电源缺相检测模块，电源相序检测模块和电源缺相检测模块连接输出端口；

三相交流电压整波电路，用于将三相交流正弦波整成方波，并滤波送至数字信号处理器的方波上升沿捕捉模块；

方波上升沿捕捉模块，用于捕捉方波上升沿并产生相应中断和存储输入状态；

电源相序检测模块，根据中断和存储输入状态查三相交流电源正反相序数字逻辑分析TAB表判别电源相序，数字逻辑分析表内置于数字信号处理器的ROM中；

三相交流电源正反相序数字逻辑分析TAB表如下：

电源缺相检测模块，读取三相输入状态变量PULSE状态判别是否有缺相；

输出端口，对当前判别相序和缺相状态进行开关量或者通讯输出。

2.根据权利要求1所述的数字式三相交流相序缺相检测装置，其特征在于：所述数字信号处理器型号为TMS320LF2406A。

3.根据权利要求1所述的数字式三相交流相序缺相检测装置，其特征在于：所述输出端口为485接口或者继电器。

4.根据权利要求1所述的数字式三相交流相序缺相检测装置的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、三相电线连接三相交流电压整波电路，将三相交流正弦波整成方波，并滤波送至数字信号处理器的方波上升沿捕捉模块；

(2)、方波上升沿捕捉模块，捕捉方波上升沿并产生相应中断和存储输入状态；

(3)、当方波上升沿捕捉模块有三相方波输入时，只要检测到方波上升沿CAP便会产生第一个中断，中断产生后电源相序检测模块便记录产生第一个中断的是三相电线CAP1、CAP2、CAP3中的哪一个，并把该CAP的ABC相对应的PULSE变量相应位置为100；

当确定第一个方波上升沿时，在第一个方波上升沿第二次被捕捉的一个市电周期时间内，如果检测到第二个CAP产生中断，中断产生后电源相序检测模块便记录产生第二个中断的是三相电线CAP1、CAP2、CAP3中的哪一个，并把该CAP的ABC相对应的PULSE变量相应位置为010；

如果没有检测到第二个CAP产生的中断，则第二个CAP对应的PULSE变量相应位置为000；

当确定第一个方波上升沿时，在第一个方波上升沿第二次被捕捉的一个市电周期时间内，如果检测到第三个CAP产生中断，中断产生后电源相序检测模块便记录产生第三个中断的是三相电线CAP1、CAP2、CAP3中的哪一个，并把该CAP的ABC相对应的PULSE变量相应位置为001；

如果没有检测到第三个CAP产生的中断，则第三个CAP对应的PULSE变量相应位置为000；

当第一个被捕捉到的方波上升沿第二次被捕捉则作为一次采样周期，把相序识别标志位PHASE_FLAG置1，同时读取PULSE变量BIT0-8位，判断三次中断的CAP和ABC相属于三相交流电源正反相序数字逻辑分析表中的1，2，3，4，5，6行中的哪一行，即可得出正反相序；并且电源缺相检测模块读取三相输入状态变量PULSE状态判别是否有缺相，PULSE变量中BIT0-BIT2为000表示CAP3上接线缺相，BIT3-BIT5为000表示CAP2上接线缺相，BIT6-BIT8为000表示CAP1上接线缺相；

(4)、输出端口，对当前判别相序和缺相状态进行开关量或者通讯输出。

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