一種與接線無關(guān)的三相功率因數(shù)檢測方法

摘要：提出了一種與接線無關(guān)的三相功率因數(shù)檢測方法，詳細論述了該方法的工作原理，給出了信號獲取的硬件實現(xiàn)方案。該方法已經(jīng)在功率因數(shù)控制器中得到了成功的應(yīng)用。

    關(guān)鍵詞：功率因數(shù) 接線無關(guān) 檢測方法

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們對電能的需求量越來越大，對電能質(zhì)量的要求也越來越高。目前電力網(wǎng)中的電力負(fù)荷如感應(yīng)式異步電動機、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)載，在運行過程中需要向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率，使電網(wǎng)的功率因數(shù)降低。為了對電力負(fù)荷設(shè)備進行更好的監(jiān)測，針對具體情況采取相應(yīng)的措施，有必要對電網(wǎng)的功率因數(shù)進行檢測。在三相電網(wǎng)的功率因數(shù)測量中，一般假設(shè)電網(wǎng)是三相平衡的，此時任意一相的功率因數(shù)就相當(dāng)于三相系統(tǒng)的功率因數(shù)。由于測量單相功率因數(shù)需要中性點（如果采用三相四線制），在某些應(yīng)用場合有很大的不便，因此本文提出了通過采樣三相中一相的電流以及另外兩相的線電壓之間的相位差來得到三相系統(tǒng)的功率因數(shù)的檢測方法。

由于利用該方法測量功率因數(shù)的接線方式有１２種，每種接線方式的相位關(guān)系又不一樣，所以功率因數(shù)的計算以及超前滯后的判斷方法也有些差別。因此如何使功率因數(shù)的檢測與接線方式無關(guān)將成為一個重點。由于相關(guān)文獻較少，因此對與接線無關(guān)的三相功率因數(shù)檢測方法進行研究有著重要意義。

本文利用電網(wǎng)三相電壓、電流間的相位角關(guān)系，通過直接檢測相電流相鄰的方波信號上升沿的時間差以及相電流和線電壓的相鄰的兩個方波的上升沿的時間差，來確定功率因數(shù)以及功率因數(shù)的超前滯后情況，從而得到了一種與接線無關(guān)的三相功率因數(shù)檢測方法。

１ 工作原理

設(shè)三相的電壓分別為Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃ，電流分別為Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ，假設(shè)電網(wǎng)三相平衡，則它們的表達式如下：

Ｕａ＝ＵｍＳｉｎωｔ

Ｕｂ＝ＵｍＳｉｎ(ωｔ－１２０°)

Ｕｃ＝ＵｍＳｉｎ(ωｔ＋１２０°)

Ｉａ＝ＩｍＳｉｎ(ωｔ－φ）

Ｉｂ＝ＩｍＳｉｎ（ωｔ－φ－１２０°）

Ｉｃ＝ＩｍＳｉｎ（ωｔ－φ＋１２０°）

式中，Ｕｍ表示每相電壓幅值，Ｉｍ表示每相電流幅值，ω表示角頻率，?表示相電流滯后相電壓的相角（功率因數(shù)角）。由此可以得到：

其中，－Ｉａ表示負(fù)Ａ相電流，－Ｉｂ表示負(fù)Ｂ相電流，－Ｉｃ表示負(fù)Ｃ相電流。可見，采用其中一相的相電流和另外兩相的線電壓之間的相位差來測量功率因數(shù)的接線方式有１２種，分別為：Ｉａ，Ｕｂｃ；Ｉａ，Ｕｃｂ；Ｉｂ，Ｕｃａ；Ｉｂ，Ｕａｃ；Ｉｃ，Ｕａｂ；Ｉｃ，Ｕｂａ；－Ｉａ，Ｕｂｃ；－Ｉａ，Ｕｃｂ；－Ｉｂ，Ｕｃａ；－Ｉｂ，Ｕａｃ；－Ｉｃ，Ｕａｂ；－Ｉｃ，Ｕｂａ。下面以Ｉａ，Ｕｂｃ?Ｉ型接線?和Ｉａ，Ｕｃｂ?ＩＩ型接線?兩種接線方式來討論?的計算。

[1] [2] [3]