三相电源自然换相点检测方法的研究

引言

        在使用三相交流电时，往往要利用三相交流电的自然换相点作为控制的参考点，所以需要对三相交流电的自然换相点进行检测，以保证用电设备的安全可靠运行，同时对三相交流电的频率、相序、缺相情况进行实时监测，并且在三相电源出现异常时，进行相应的告警并做出保护措施。

换相点检测工作原理

        三相电源在自然换相点处，两相电压相等，并且是电压反相的起始点，该设计正是利用这一特点实现对自然换相点的检测，如图1所示。
 在一个周期内，u1和u2存在两个交点，即a，b两点。a点是u2>u1的起始点，b点是u1>u2的起始点，该设计对a点进行检测，通过电路变换，在每一个周期的a时刻产生相应的脉冲信号，并将该信号送至单片机的外部中断，单片机对中断进行处理和判断，从而检测到自然换相点，同时通过软件对三相电源的频率、相序以及是否缺相作出判断[4]。

硬件电路设计

        三相电源自然换相点的检测有很多方法，大多数是采用模拟电路，通过比较器对相与相之间的电压进行比较，但是这种方法的精度不高[5]，会直接影响输出电压控制的精度；另外也有通过数字电路实现的，但是大多数电路存在器件较多，电路复杂，并占用较多单片机资源的缺点。

        传统的检测电路设计：图2是一种传统的数字型自然换相点检测电路的原理图，其中占用了7个I/O口，并且还需要ADC、数值寄存器和脉冲逻辑组合电路。电路相当复杂，在程序设计上也需要进行设计以后才能对自然换相点作出判断。另外这种方法还存在换相点丢失的情况，丢失的概率会随采样频率的降低而增大，极大降低了控制的可靠性。