一种与接线无关的三相功率因数检测方法

｜?｜＝｜τ／Ｔ×３６０°－２７０°｜    （２）

１．３ 与接线无关的功率因数测量原理

采用同样的分析方法，可以发现－Ｉａ，Ｕｃｂ；Ｉｂ，Ｕｃａ；－Ｉｂ，Ｕａｃ；Ｉｃ，Ｕａｂ；－Ｉｃ，Ｕｂａ等五种接线方式的相对位置的波形图与Ｉａ，Ｕｂｃ接线方式的一样，其?的计算同式（１）；而－Ｉａ，Ｕｂｃ；Ｉｂ，Ｕａｃ；－Ｉｂ，Ｕｃａ；Ｉｃ，Ｕｂａ；－Ｉｃ，Ｕａｂ等五种接线方式的相对位置的波形图与Ｉａ，Ｕｃｂ接线方式的一样，其?的计算同式（２）。

因此，直接检测相电流的两个相邻的方波信号上升沿的时间差，即可得到周期Ｔ；检测相电流线电压的相邻的两个上升沿过零触发方波的上升沿的时间差，即可得到时间τ；根据τ落在周期Ｔ的范围可确定接线方式是属于Ｉ型还是ＩＩ型，然后参照相应的计算公式可以很容易算出相位角?以及超前滞后情况，从而得到三相系统的功率因数，这样就可以做到功率因数的检测与具体的三相接线方式无关。

２ 信号的获取

图２为功率因数测量中相电流和线电压的信号获取连接示意图，其中，左边的虚框部分为配电柜的相关信号的连接示意图，右边的虚框部分为信号获取连接示意图。配电柜的输入为电源侧电源，输出则为负载电源。在配电柜内部，每一相都配有一个一次侧电流互感器，该互感器把相电流（称为一次侧相电流）按照一定的变比（一般为１０００?５）变换为较小的相电流（称为二次侧相电流）。在实际应用中，相电流信号取样二次侧相电流，而线电压信号则只需取另外两相的线电压即可。二次侧相电流经过电流采样互感器后得到０～５ｍＡ的电流采样信号ＩＳ，该信号通过电阻Ｒ１后得到反映相电流大小的电压信号ＵＩＳ，而线电压则通过电压互感器后得到０～２ｍＡ的电流信号，该信号通过电阻Ｒ２后转换为电压采样信号ＵＳ。信号ＵＳ和ＵＩＳ经过低通滤波和放大后得到０～５Ｖ的标准信号，该标准信号通过上升沿触发后可以得到标准方波信号。

有了相电流和线电压的上升沿过零触发后的方波信号，利用单片机的中断和定时器定时功能，可以分别得到与电网周期Ｔ成正比的计数值Ｎ１以及与相电流和线电压方波信号上升沿时间差τ成正比的计数值Ｎ２。由于Ｎ１、Ｎ２的定时基准相同，因此软件只需根据Ｎ２、Ｎ１／４和３×Ｎ１／４的大小情况，来判断接线方式是属于Ｉ型还是ＩＩ型；然后再根据对应的计算公式即可得到相位角?以及超前滞后情况，从而得到电网的功率因数ｃｏｓ?。对于?的具体计算方法以及如何提高?的精度，可以参考相关文献。

本文介绍的与接线无关的三相功率因数检测方法已经在功率因数控制器中得到应用，并经受住了市场的考验。从使用情况来看，该方法软硬件设计简单、稳定性较好。由于采用三相系统中一相的相电流和另外两相的线电压之间的相位差来检测电网的功率因数，无需中性点，且与具体的三相接线方式无关，因此方便了安装调试；另外，由于算法中精确地测量了电网周期，因此功率因数的精度不会因电网周期的变化而受到影响，提高了功率因数的测量精度。