在電子、電力、儀表和自動(dòng)控制等設(shè)備中，往往需要檢測(cè)判斷三相交流電源的相序以及是否缺相。如果產(chǎn)生缺相或者是相序有誤的時(shí)候就要及時(shí)形成保護(hù)。特別是對(duì)于只允許單向旋轉(zhuǎn)的設(shè)備而言，如果相序有誤可能造成其旋轉(zhuǎn)件損壞，如載入電梯因相序的改變，使運(yùn)行方向與預(yù)定方向相反，可能危及人身安全，這時(shí)就有必要采取措施進(jìn)行相序檢測(cè)和缺相保護(hù)。
三相交流電源的相序檢測(cè)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也具有重要意義。在許多場(chǎng)合下，是不允許出現(xiàn)逆向相序的，如水泵電機(jī)，大型空調(diào)器用非往復(fù)式壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)，移動(dòng)供配電裝置等。偶爾出現(xiàn)的逆向相序，將導(dǎo)致事故的發(fā)生。為此，設(shè)計(jì)相序檢測(cè)報(bào)警電路和相序檢測(cè)自動(dòng)校正電路很有必要。
1 相序檢測(cè)和缺相保護(hù)
早期的相序、缺相檢測(cè)電路主要依靠簡(jiǎn)單的電容、電阻等硬件電路來(lái)完成，其檢測(cè)速度較慢，與數(shù)字電路的快速發(fā)展是極不相稱。為此本文以三路交流信號(hào)的相位檢測(cè)為例，一方面設(shè)計(jì)了基于相序指示器的三相電源相序檢測(cè)電路；另一方面采用相序檢測(cè)極速算法，將采樣的三路交流信號(hào)通過(guò)特定的算法，推算出待測(cè)相序是否與參考相序相一致，從而給出相序判定信號(hào)。
1．1 基于雙極型晶體管的相序檢測(cè)電路
其工作原理是：如圖1所示，因三相電源的A相和B相分別接至a和b兩端時(shí)，晶體管VBG截止，所以電壓繼電器KV不動(dòng)作；當(dāng)三相電源相序接反時(shí)，即三相電源的A相接至a端，而C相接至b端，此時(shí)晶體管VBC導(dǎo)通，電壓繼電器KV吸合動(dòng)作。
該電路中，電壓繼電器可選用上海無(wú)線電八廠的JZC-221FB(HB4130)或JZC-22FB(HG4123)或4088等超小型中功率繼電器，線圈吸引電壓額定值為6 V(DC)，觸點(diǎn)負(fù)載220V(AC)3 A。
1．2 基于相序檢測(cè)極速算法的檢測(cè)電路
不妨假定三相交流信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為(參考相序A、B、C，待測(cè)相序a、b、c)：
由上述推導(dǎo)可以得出，當(dāng)W(t，φ)對(duì)時(shí)間t的偏導(dǎo)為0時(shí)，相序檢測(cè)為正序，即待測(cè)相序與參考相序一致。反之，相序?yàn)槟嫘驎r(shí)，如將a、c互換，同樣利用上述方法構(gòu)造W(t，φ)函數(shù)，有
從上面推導(dǎo)容易得出
為相序一致的充要條件。對(duì)其充要條件進(jìn)行離散化，以便在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)相序的檢測(cè)。離散化形式為：△W(t，φ)=0，即W(tk+1，φ)=W(tk，φ)。若W(tk+1，φ)=W(tk，φ)，則兩者相序一致；反之，則為逆序，需要校正。其計(jì)算機(jī)程序流程圖如圖2所示。
在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，如果忽略程序的運(yùn)行時(shí)間，則從一開(kāi)始到給出相序判別信號(hào)，整個(gè)執(zhí)行過(guò)程的時(shí)間就是采樣周期的長(zhǎng)度，一般為T(mén)／12，而實(shí)際的采樣周期比T／12小得多，可以做到T／12 000，甚至更小。所以，該算法為極速檢測(cè)相序奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，使相序檢測(cè)的速度提高了近百倍。但實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)兼具速度與效果兩項(xiàng)指標(biāo)。
為進(jìn)一步增強(qiáng)運(yùn)行的可靠性，有時(shí)還可以用
作為判別條件，但速度隨著N的增大而減慢，N可根據(jù)具體情況確定。
2 相序檢測(cè)報(bào)警電路
相序檢測(cè)報(bào)警電路的采樣信號(hào)是完全脫離信號(hào)設(shè)備的，當(dāng)本報(bào)警器發(fā)生故障時(shí)，不影響電源的正常使用。電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由電容、電阻、發(fā)光二極管組成。A、B、C分別接在三相電能表電源變壓器的二次側(cè)，三相電源經(jīng)三組變壓器后保持相序不變，線電壓降為約20 V交流電壓。
該電路的工作原理是：當(dāng)A、B、C按正確的相序接入電源時(shí)，1、2節(jié)點(diǎn)之間的電壓很小，不能點(diǎn)亮LED燈；當(dāng)A、B、C與電源相序接錯(cuò)時(shí)，1、2節(jié)點(diǎn)之間的電壓將增大至一定幅度，點(diǎn)亮LED報(bào)警。電路中發(fā)光二極管LED串聯(lián)電阻RL構(gòu)成逆相序指示電路，它作為逆相序檢測(cè)部分的負(fù)載，在分析時(shí)可將其斷開(kāi)，列出圖3所示的等效電路：對(duì)節(jié)點(diǎn)1、2之間電壓變化進(jìn)行理論分析。
3 相序檢測(cè)校正
根據(jù)前面分析，相序檢測(cè)為逆序時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，其相序自動(dòng)矯正電路如圖4所示，其工作原理是：首先合上刀開(kāi)關(guān)OS，則控制變壓器T1的初級(jí)回路通電，它將220VAC變成110 VAC。提供電控部分各交流接觸器線包工作所需電源，此時(shí)交流接觸器KM吸合，其主觸頭KM閉合，負(fù)載啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)三相電源的A、B相分別接至相序指示器的a和b兩端、零線接至d端時(shí)，相序指示器中晶體管VBG截止，所以電壓繼電器KV不動(dòng)作，其常閉觸頭k1和k3閉合將負(fù)載電源接通，使其正常工作；當(dāng)三相電源相序接反時(shí)，即三相電源的A相接至a端。而C相接至b端，此時(shí)晶體管VBG導(dǎo)通，電壓繼電器KV吸合動(dòng)作，其常閉觸頭k1和k3斷開(kāi)，常開(kāi)觸頭k2和k4閉合，使負(fù)載的三相電源相序保持不變。
4 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)PC104為核心的在線測(cè)試儀，本文所述電路已成功應(yīng)用于某型導(dǎo)彈地面電源故障檢測(cè)儀中。交-直-交逆變電源輸入為380 V+10％，輸出為200 V+10％，最大噪聲電壓為U2Noise=5 mV，系統(tǒng)的測(cè)試精度高于5％，針對(duì)部隊(duì)實(shí)際，有效地縮短了導(dǎo)彈的測(cè)發(fā)控流程。實(shí)踐表明，該電路效果良好，基本滿足測(cè)量要求。