三相交流电相序判别方法

摘要

本发明涉及一种三相交流电相序判别方法，其利用交流采样技术，离散采集一个市电周期内N(N大于10并能被4整除)点三相瞬时电压值，通过处理器计算分析判别相序的正负序。本发明具有抗干扰能力强，判别方法简单，判定结果准确等优点。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种三相交流电相序判别方法，属于交流电流监测技术领域。

背景技术：

三相交流电的相序对许多三相用电设备的正常运行有着至关重要的影响，在很多情况下不允许出现相反的供电相序。以交流电牵引的电力传动设备为例，如起吊设备、电梯、车床等，交流电机牵引设备通过改变电机供电电压的相序来控制传动设备的运转方向，此种设备在启动或运行中一旦相序错误，其运转方向将发生改变，容易造成设备故障和人身伤害事故，因此在此种设备的控制中必须引入相序检测和判别。

现有技术检测和判别三相交流电相序的方法，存在误判和判别方法复杂等缺点。如公开号为CN1766662A，发明名称为“三相交流电源相序判断电路”的专利所公开的一种相序的检测电路，该电路通过比较电路生成相位差为120°的方波，利用正反相序时方波高电平出现次序不同，通过CC4024计数芯片比较来输出相序信号。缺点是当电源波形有干扰时方波差异可能不再相差120°，容易造成误判。又如公开号为CN101320063A，发明名称为“三相交流电相序检测装置和方法”的专利所公开的检测方法，该方法基于同步旋转坐标系原理，实施过程太复杂。

发明内容：

本发明的目的在于提供克服现有技术的缺陷和不足，提供一种抗干扰能力强，判别方法简单可靠的三相交流电相序判断的方法。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现的：

一种三相交流电相序判别方法，其利用交流采样技术，通过离散采集三相电压的瞬时值，按确定的数学模型计算分析确定三相交流电的相序。

所述的离散采集三相电压的瞬时值是指在一个市电周期内按N等分时间间隔同时采集三相电压的瞬时值，将其按次序分别存贮在数组UA[N]，UB[N]和UC[N]中。为保准相序判别准确可靠，其N值应大于10并能被4整除。

所述的确定的数学模型采用如下的数学公式：

$X_{\mathrm{AB}}=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}\mathrm{UA}\left[i\right]\times \mathrm{UB}[(i+\frac{N}{4})\%N]$

$X_{\mathrm{BC}}=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}\mathrm{UB}\left[i\right]\times \mathrm{UC}[(i+\frac{N}{4})\%N]$

$X_{\mathrm{CA}}=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}\mathrm{UC}\left[i\right]\times \mathrm{UA}[(i+\frac{N}{4})\%N]$

其中：N表示一个市电周期内采集的点数，其数值应大于10并能被4整除，优先采用32；UA[i]表示A相第i次采集的瞬时电压值；UB[i]表示B相第i次采集的瞬时电压值；UC[i]表示C相第i次采集的瞬时电压值；表示A相滞后i采集点四分之一周期后采集的瞬时电压值；表示B相滞后i采集点四分之一周期后采集的瞬时电压值；表示C相滞后i采集点四分之一周期后采集的瞬时电压值；X_AB表示N次A相瞬时电压与B相滞后四分之一周期瞬时电压值乘积的平均；X_BC表示N次B相瞬时电压与C相滞后四分之一周期瞬时电压值乘积的平均；X_CA表示N次C相瞬时电压与A相滞后四分之一周期瞬时电压值乘积的平均。

所述的三相交流电相序判别方法为：只要判断X_AB、X_BC、X_CA计算结果中任一个，如为负数即可判定三相交流电的相序为负序，反之则可判定三相交流电的相序为正序。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明的相序判别方法可直接应用于数字控制领域，对于需要检测三相交流电压的控制设备不需要额外增加硬件电路；

(2)本发明的相序判别方法简单、准确，抗干扰能力强，即使在三相交流电严重谐波畸变条件下能对相序进行准确检测。

附图说明：

图1根据本发明方法设计的三相交流电相序判别装置示意框图

图2三相交流电正序矢量示意图

图3三相交流电负序矢量示意图

具体实施方式：

为了更好理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，根据本发明方法设计的三相交流电相序判别装置包括：交流电压信号采集电路(1)，信号滤波处理电路(2)，模数转换电路(3)和包含相序判别程序的微处理器(4)。电网三相交流电UA、UB、UC、UN经交流电压信号采集电路(1)后变成数字电路能处理的小信号Ua、Ub、Uc，此信号经信号滤波处理电路(2)处理后有模数转换电路(3)将其转换成数字信号，微处理器(4)读取数字信号存贮在数据存储区等待处理分析。微处理器(4)和模数转换电路(3)可以是分开的两个独立器件，也可以是同一个集成芯片，本发明实施例采用集成模数转换电路(3)的微处理器，型号为TMS320F28015。

本实施例的三相交流电相序判别方法是微处理器(4)利用交流采样技术，通过离散采集三相电压的瞬时值，按确定的数学模型计算分析确定三相交流电的相序。离散采集三相电压的瞬时值是指在一个市电周期内按N等分时间间隔同时采集三相电压的瞬时值，将其按次序分别存贮在数组UA[N]，UB[N]和UC[N]中。为保准相序判别准确可靠，其N值应大于10并能被4整除，本实例中N值为32。其数学模型采用如下的数学公式：

$X_{\mathrm{AB}}=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}\mathrm{UA}\left[i\right]\times \mathrm{UB}[(i+\frac{N}{4})\%N]$

$X_{\mathrm{BC}}=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}\mathrm{UB}\left[i\right]\times \mathrm{UC}[(i+\frac{N}{4})\%N]$

$X_{\mathrm{CA}}=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}\mathrm{UC}\left[i\right]\times \mathrm{UA}[(i+\frac{N}{4})\%N]$

其中N表示一个市电周期内采集的点数；UA[i]表示A相第i次采集的瞬时电压值；UB[i]表示B相第i次采集的瞬时电压值；UC[i]表示C相第i次采集的瞬时电压值；表示A相滞后i采集点四分之一周期后采集的瞬时电压值；表示B相滞后i采集点四分之一周期后采集的瞬时电压值；表示C相滞后i采集点四分之一周期后采集的瞬时电压值；X_AB表示N次A相瞬时电压与B相滞后四分之一周期瞬时电压值乘积的平均；X_BC表示N次B相瞬时电压与C相滞后四分之一周期瞬时电压值乘积的平均；X_CA表示N次C相瞬时电压与A相滞后四分之一周期瞬时电压值乘积的平均。

如图2和图3所示，现有电网三相交流电按正序其UA与UB、UB与UC、UC与UA的矢量角为120°左右，而负序的矢量角为240°左右。按上述采用计算公式计算，如果UA与UB的矢量角在90°到180°之间则X_AB为正值，UA与UB的矢量角在180°到270°之间则X_AB为负值，同理可以得出X_BC、X_CA的值。在三相交流电中任意两相如为正序，则整个相序都为正序，反之任意两相如为负序，则整个相序都为负序。因此三相交流电相序判别方法为：只要判断X_AB、X_BC、X_CA计算结果中任一个，如为负数即可判定三相交流电的相序为负序，反之则可判定三相交流电的相序为正序。

前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对该较佳实施例，本领域内的任何技术人员在不脱离本发明原理的基础上可以作出各种修改或变换，即凡是依据本发明申请的权利要求书或说明书的内容所作出简单、等效变化与修饰，皆落入本发明的权利要求保护范围。