失压计时方法以及使用该方法的失压计时装置 本发明涉及一种失压计时方法，还涉及一种使用该方法的失压计时装置，在工业上用于计量三相电源中断相时间。
在现有技术中，目前所用的失压计时装置大都采用幅值法来判别失压的。即当测得某一相(或二相，或三相)电压的幅值低于某一预定值(例如额定值的80％)时，判为该相电压失压(断相)。这种方法存在一个明显的缺点是：当电网电压下降或者负载大幅增加(尤其是供电紧张地区)引起区域性电压幅值下降时，采用这种方法的失压计时器会误判为失压，而实际上仅仅是电压下降，并未发生失压，从而产生计量不正确。
本发明的目的在于提供一种能正确判断某相电压是否失压(或断相)的失压计时方法和使用这种方法进行失压计时的失压计时装置，从而能对断相情况作正确的记录。
由于在某相失压时，除了该相电压下降之外，还同时发生三相不平衡，即三相电压之间的相位差明显偏离正常值，120度。而因电网电压下降或供电紧张引起区域性电压幅值下降时，由于这种电压下降是三相电压一起下降，所以三相电压仍然平衡，三相电压之间的相位差仍为120度。因此，利用相位来判别是否失压，比利用幅度来判别失压来得更准确。
因此，本发明地失压计时方法下列步骤，
将三个相电压的相位相互比较，得到所述三个相电压相互之间的相位差；
当所述三个相电压中的其中任何两相的相位差大于150度时，判断为另一相失压，进行失压计时。
根据上述方法，本发明还提供了一种失压计时装置，它包括：
相位差检测器，用于检测三个相电压相互之间的相位差；
计时驱动器，与所述相位差检测器相连，当所述相位差检测器输出的所述三个相电压之间的相位差中，其中任何两个相电压的相位差大于150度时，输出另一相的失压计时驱动信号；
失压计时和显示器，与所述计时驱动器相连，根据所述计时驱动器输出的失压计时驱动信号，进行分相失压计时。
下面将参照附图来详细描述本发明的实施例，并从下面的描述中可以进一步了解本发明的上述目的，以及本发明的优点和效果。
图1是本发明的失压计时方法的流程图；
图2是本发明的使用图1所述方法的失压计时装置的方框图；
图3是图2所示的方框图的一种具体的电路图；
图4是图2中的相位差检测器的另一种实施例的电路图。
如图1所示，图1示出了本发明的失压计时方法的流程图。在图中，步骤10、20和30，把三相电压的三个相电压分别与一基准电压，如三相电的中点电压，作比较，即在步骤10，首先把第一相电压与基准电压比较，如果第一相电压大于基准电压，则流程进入步骤15，用两个计时器，第一和第二计时器开始计时，然后流程进入步骤20，如果在步骤10第一相电压不大于基准电压，则流程返回步骤10。进入步骤20之后，把第二相电压与基准电压比较，如果第二相电压大于基准电压，则流程进入步骤25，使在步骤15开如计时的第一计时器停止计时，然后流程进入步骤30，如果在步骤20第二相电压不大于基准电压，则流程返回步骤20。进入步骤30之后，把第三相电压与基准电压比较，如果，第三相电压不大于基准电压，则流程返回步骤30；如果第三相电压大于基准电压，则流程进入步骤35，使在步骤15开始计时的第二计时器停止计时，然后流程进入步骤40，用第一和第二计时器的计数值计算三个相电压相互之间的相位差。相位差的计算可如下进行：第一计时器所记录的是第一相电压与第二相电压之间的时间差T12，目前，我国的电力系统所用的交流电的频率为50Hz，所以第一相电压与第二相电压之间的相位差为θ12＝50Hz*2π*T12。例如，T12为6ms，则第一相电压与第二相电压之间的相位差为0.6π，即108度。第二相电压与第三相电压之间的相位差以及第三相电压与第一相电压之间的相位差用相似的方法计算得到。
计算出三个相电压相互之间的相位差之后，流程进入步骤50，在步骤50判别，步骤40中计算得到的三个相位差θ12、θ23和θ31中是否大于150度，如果其中有一个相位差(如θ12)的值大于150度，则判定与形成该相位差(θ12)的两个相电压(第一相电压和第二相电压)相对的另一个相电压(第三相电压)失压，在步骤60驱动计时器(如第三相失压计时器)对该相(第三相电压)进行失压计时并显示。如果没有相位差超出该范围，则流程重新初始化后，如进行计数器复位等之后返回步骤10，重复上述程序。
对于步骤10、20和30中的比较标准，可以用大于基准电压的标准，也可以用小于基准电压的标准，这种两标准的效果是一致的。
在本实施例中，步骤10至40用于检测三相电压的三个相电压相互之间的相位差。在另一些实施例中，也可以诸如鉴相等方法来检测三个相电压相互之间的相位差。
本发明还提供了一种使用上述方法的失压计时装置。图2示出了使用上述方法的失压计时装置的一种实施例的方框图。如图2所示，在本实施例中，失压计时装置包括三个电压比较器：第一电压比较器11、第二电压比较器12和第三电压比较器13。三相电压的三个相电压Ua、Ub和Uc分别输入三个比较器11、12和13的一个输入端。三个电压比较器11、12和13的另一个输入端输入基准电压。失压计时装置还包括二个计时器：第一计时器21和第二计时器22。第一电压比较器11的输出端分别与第一计时器21和第二计时器22的启动端相连，当第一相电压大于基准电压时，第一电压比较器11输出一个信号，使第一计时器21和第二计时器22开始计时。第二电压比较器12的输出端与第一计时器21的停止端相连。当第二相电压大于基准电压时，第二电压比较器12输出一个信号，使第一计时器21停止计时。第三电压比较器13的输出端与第二计时器22的停止端相连。当第三相电压大于基准电压时，第三电压比较器13输出一个信号，使第二计时器22停止计时。第一和第二计时器21和22的输出端与一相位差计算器3相连。相位差计算器3根据第一和第二计时器21和22输出的计数值计算出第一、第二和第三相电压相互之间的相位差。相位差计算器3的输出端与一计时驱动器4相连，计时驱动器4首先判别三个相位差是否有一个相位差大于150度。如果有一相位差大于150度，则说明与形成该相位差的两个相电压相对的另一个相电压失压，计时驱动器4输出一个该相失压计时驱动信号至失压计时和显示器5。失压计时和显示器5中有三个失压计时器，分别记录第一相电压、第二相电压和第三相电压的失压时间，并用显示器分别进行显示。例如，当计时驱动器4输出第三相失压计时驱动信号是，失压计时和显示器5中的第三相电压计时器开始计时。
在本实施例中，失压计时装置还包括一个三相整流器6和基准电压产生器7。三相电的三个相电压输入至三相整流器6中。该三相整流器的作用是，一方面，三相整流器6整流后的电流经滤波稳压后可以作为失压装置中的电压比较器、计时器、计算器等电路的工作用电；另一方面，三相整流器6有无直流输出还可作为判三相电中是否存在两相或三相失压的情况。当三相电中，有两个相电压或者三个相电压同时失压时，三相整流器6将无直流输出。所以，可把三相整流器6的一个输出端与计时驱动器4相连。当三相整流器6无直流输出时，计时驱动器4向失压计时和显示器5输出一个三相失压计时驱动信号，使失压计时和显示器5中的三相失压计时器开始计时。再一方面，三相整流器6的输出端上还可连接一个基准电压产生器7。该基准电压产生器7利用三相整流器6输出的直流电产生基准电压，供三个电压比较器11、12和13使用。当然，三相整流器6和基准电压产生器7在本发明中并非必需。因为，在某些失压计时应用中，并不需要进行三相失压计时，只需单相失压计时即可。
图3示出了图2的方框图的一种具体的电路图。图3中，三相整流器6由电阻R1至R3和连接成三相整流电路的二极管D1-D6构成。基准电压产生器7由两个串联的电阻R4、R5以及两个串联的电容器C1和C2组成，电阻R4和R5串联后与串联后的电容器C1和C2并联，基准电压从串联的电阻R4和R5以及串联的电容器C1和C2连接点引出，即为三相电的中点。电压比较器11、12和13用运算放大器构成。图2中的第一计时器21、第二计时器22、相位差计算器3、计时驱动器4以及失压计时和显示器5中的失压计时部分由一单片机CPU来实现。在单片机CPU中，用软件来实现图2中的上述部件的功能，关于具体的软件，本技术领域的技术人员可以根据上述的描述得出，因此，在此不再描述。
在图2中，三个电压比较器11、12和13、第一和第二计时器21和22以及相位差计算器3组成了一个相位差检测器。图4示出了另一种相位检测器的构成。如图4所示，相位差检测器包括三个电压比较器：第一电压比较器11、第二电压比较器12和第三电压比较器13，这三个比较器与图2中的三个电压比较器相同。三相电压的三个相电压分别输入三个比较器11、12和13的一个输入端。三个电压比较器11、12和13的另一个输入端接地。相电压经电压比较器后成为方波信号。三个电压比较器11、12和13的输出端两两组合连接到三个异或门G1、G2和G3上。在异或门G1、G2和G3的输出端上分别对地连接一个电容器和电阻器C11和R11、C12和R12与C13和R13，还接至计时驱动器。在本实施例中，计时驱动器由三个电压比较器D1、D2和D3组成。本实施例的相位差检测器的工作原理是，当第一电压比较器11和第二电压比较器12输出的方波电压相反时，异或门G1输出1(高电平)，向电容器C11充电。如果，第一相电压与第二相电压之间的相位差越大，则异或门G1输出1的时间越长，所以，电容器C11上的电压就越高。作为计时驱动器的电压比较器D1的一个输入端接至电容器C11，而另一个输入端接一阀值电压。该阀值电压正好对应于两相位差为150度时电容器C11或C12或C13上所充的电压。这样当第一相电压与第二相电压的相位差超过150度时，电容器C11上的电压将高于阀值电压，从而电压比较器D1输出一驱动信号，驱动后级的失压计时器进行计时。
上面通过实施例对本发明进行了描述。但，本发明并不限于上述的实施例。上述实施例还可以在不改变本发明的构思的情况下作出一些变化。如，在另一些实施例中，相位差检测器可以用鉴相等方法来实现；图2和图3中用单片机加软件的方式实现的第一、第二计时器、相位差计算器、计时驱动器等也可以用硬件的形式来实现。因此，本发明的保护范围由所附的权利要求书来限定。