三相交流電源的相序

三相電源概念:

三相電源系統是全世界最常見的發電、輸電、配電和用電方式。
三相電源包含三個交流相位,通常用L1、L2 和L3 表示。這三個相位均生成等幅、等頻(以地電位為參考)的交流電
壓。這三個電壓的相位彼此相差120°,如圖2-1“a”所示。



相序檢測和反相
三相電源的三個相位(通常用L1、L2 和L3 表示)會周期性地按照特定順序相繼達到各自的峰值電壓,這就是所謂的
相序。
反相是指三相電源中的任意兩個相位反常地互換了順序。如果設備安裝和調試或者維護期間出現錯誤,將發生反相故
障。
監視三相電源的相序可以檢測反相故障。
要在三相交流系統中正確驅動負載,需遵循正確的相序,這樣才能確保負載按需工作。當三相交流電源的相序不正確
時,連接的三相負載可能以相反方向運行或造成負載運行異常,進而導致系統損壞。

三相電源的相序有以下三種可能:
• 正相序
• 負相序或逆相序
• 零相序
可通過測量三個正弦信號間的相移(以時間為單位)監視三相電源的相序。

正相序:
在正相序的情況下,三相電源的全部三條線路上的電壓以360°為周期,其中L2 相滯後L1 相120°,L3 相滯後L1 相
+240°。L1 – L2 – L3 的順序被稱為正相序。
圖2-1“a”給出了三相電源的正相序,其中L1、L2 和L3 相周期性地按照順序相繼達到其各自的峰值電壓。

負相序:
在負相序或逆相序的情況下,三相電源的全部三條線路上的電壓以360°為周期,其中L3 相滯後L1 相120°,L2 相滯
後L1 相+240°。L1 – L3 – L2 的順序被稱為負相序或逆相序。
圖2-1“b”給出了三相電源的負相序或逆相序,其中L2 相和L3 相反常地互換了順序。


零相序:
如果L1、L2 和L3 相彼此並行,則稱為零相序。
圖2-1“c”給出了零相序,其中L1、L2 和L3 相彼此並行。

缺相或單相運行檢測

單相運行(即缺相)是三相系統中很常見的電氣故障,該故障在三相電源的任一相缺失時發生。缺相故障由熔絲熔斷、熱過載、斷路、觸點磨損或機械故障所致。如果未能及時檢測到三相系統缺相,連接的負載和基礎設施可能會嚴重損壞。
通過測量每相的均方根(Root Mean Square,RMS)電壓或使用ZCD 外設監視各相過零情況,可以檢測三相電源是否缺相。
如果三相電源任一相的RMS 電壓為0,則被視為缺相。在基於ZCD 的實現中,如果任一相均未在特定持續時間內檢測到過零,則意味著缺相。
圖2-2 所示為三相電源的單相運行情況。L2 相缺失,L3 相滯後L1 相240°,三相信號的相位相差120°。



RMS 電壓測量:

對於交流電源,RMS 等於會在阻性負載上產生相同平均功耗的直流值。RMS 值可提供交流電源的等效直流測量值。
根據數學上的定義,均方根是均方(一組數字平方的算術平均數)的平方根。在交流信號中,RMS 可定義為一個周期
內的瞬時值平方的積分。

在應用中,RMS 電壓的計算基於與三相輸入信號每相相關的一組數的平方的算數平均值。
RMS 電壓的計算公式如下:



此處,n 為樣本總數,V1、V2、V3...Vn 為使用ADC 從輸入信號採集的電壓樣本。
圖2-3 所示為等分為24 個樣本的信號。

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