三相電源自然換相點(diǎn)檢測方法的研究

引言

        在使用三相交流電時(shí)，往往要利用三相交流電的自然換相點(diǎn)作為控制的參考點(diǎn)，所以需要對三相交流電的自然換相點(diǎn)進(jìn)行檢測，以保證用電設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，同時(shí)對三相交流電的頻率、相序、缺相情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且在三相電源出現(xiàn)異常時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)的告警并做出保護(hù)措施。

換相點(diǎn)檢測工作原理

        三相電源在自然換相點(diǎn)處，兩相電壓相等，并且是電壓反相的起始點(diǎn)，該設(shè)計(jì)正是利用這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對自然換相點(diǎn)的檢測，如圖1所示。
 在一個(gè)周期內(nèi)，u1和u2存在兩個(gè)交點(diǎn)，即a，b兩點(diǎn)。a點(diǎn)是u2>u1的起始點(diǎn)，b點(diǎn)是u1>u2的起始點(diǎn)，該設(shè)計(jì)對a點(diǎn)進(jìn)行檢測，通過電路變換，在每一個(gè)周期的a時(shí)刻產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號，并將該信號送至單片機(jī)的外部中斷，單片機(jī)對中斷進(jìn)行處理和判斷，從而檢測到自然換相點(diǎn)，同時(shí)通過軟件對三相電源的頻率、相序以及是否缺相作出判斷[4]。

硬件電路設(shè)計(jì)

        三相電源自然換相點(diǎn)的檢測有很多方法，大多數(shù)是采用模擬電路，通過比較器對相與相之間的電壓進(jìn)行比較，但是這種方法的精度不高[5]，會直接影響輸出電壓控制的精度；另外也有通過數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的，但是大多數(shù)電路存在器件較多，電路復(fù)雜，并占用較多單片機(jī)資源的缺點(diǎn)。

        傳統(tǒng)的檢測電路設(shè)計(jì)：圖2是一種傳統(tǒng)的數(shù)字型自然換相點(diǎn)檢測電路的原理圖，其中占用了7個(gè)I/O口，并且還需要ADC、數(shù)值寄存器和脈沖邏輯組合電路。電路相當(dāng)復(fù)雜，在程序設(shè)計(jì)上也需要進(jìn)行設(shè)計(jì)以后才能對自然換相點(diǎn)作出判斷。另外這種方法還存在換相點(diǎn)丟失的情況，丟失的概率會隨采樣頻率的降低而增大，極大降低了控制的可靠性。