三相電源自然換相點檢測方法的研究

引言

        在使用三相交流電時，往往要利用三相交流電的自然換相點作為控制的參考點，所以需要對三相交流電的自然換相點進行檢測，以保證用電設備的安全可靠運行，同時對三相交流電的頻率、相序、缺相情況進行實時監測，并且在三相電源出現異常時，進行相應的告警并做出保護措施。

換相點檢測工作原理

        三相電源在自然換相點處，兩相電壓相等，并且是電壓反相的起始點，該設計正是利用這一特點實現對自然換相點的檢測，如圖1所示。
 在一個周期內，u1和u2存在兩個交點，即a，b兩點。a點是u2>u1的起始點，b點是u1>u2的起始點，該設計對a點進行檢測，通過電路變換，在每一個周期的a時刻產生相應的脈沖信號，并將該信號送至單片機的外部中斷，單片機對中斷進行處理和判斷，從而檢測到自然換相點，同時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]。

硬件電路設計

        三相電源自然換相點的檢測有很多方法，大多數是采用模擬電路，通過比較器對相與相之間的電壓進行比較，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；另外也有通過數字電路實現的，但是大多數電路存在器件較多，電路復雜，并占用較多單片機資源的缺點。

        傳統的檢測電路設計：圖2是一種傳統的數字型自然換相點檢測電路的原理圖，其中占用了7個I/O口，并且還需要ADC、數值寄存器和脈沖邏輯組合電路。電路相當復雜，在程序設計上也需要進行設計以后才能對自然換相點作出判斷。另外這種方法還存在換相點丟失的情況，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。