一种用于功率计的电压电流相角判别方法技术

本发明专利技术提供了一种用于功率计的电压电流相角判别方法，涉及电参数测量技术领域。电压和电流信号经过软件运算得到有功功率P、电压有效值U、电流有效值I，根据cosα＝P/(U*I)计算出功率因数cosα，将电流信号移相一个采样周期，计算出新功率因数λ

【技术实现步骤摘要】
一种用于功率计的电压电流相角判别方法


[0001]本专利技术涉及电参数测量
，特别涉及一种用于功率计的电压电流相角判别方法。

技术介绍

[0002]功率计作为一款电参数测量的基础仪器，应用非常广泛，功率计可同时测量很多的电气参数，比如电压有效值、电流有效值、功率值及功率因数等等，其中还有一个电气参数测量功能也是中高端功率计会标配的，就是电压和电流的相角，简称电压电流相角。
[0003]电压电流相角和功率因数是直接相关的，将该参数做余弦运算得到的便是功率因数，但是如果把功率因数进行反余弦运算却无法直接得到该相角，因为反余弦运算可以得到不止一个角度，比如电压和电流的相角是60度，功率因数是0.5，但是电压和电流的相角是
‑
60度，功率因数同样是0.5。也就是说电压超前或者滞后电流60度的情况下得到的功率因数都是0.5，所以仅仅依靠功率因数这个参数只能得到电压电流相角的绝对值，却无法确定具体是超前还是滞后。常见的方式是将电压和电流的波形放大后再转化为方波，通过数字方式检测方波超前或者滞后作为判断电压和电流相位的依据。不过该方法一方面要增加额外的电路，另一方面在正弦波频率比较高的时候表现不尽如人意，因为正弦波在转方波的过程会因为运放等器件频率响应属性而引入新的相位误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是提供一种用于功率计的电压电流相角判别方法，减少了硬件电路设计，同时提高了相位识别精度。
[0005]具体技术方案是一种用于功率计的电压电流相角判别方法，电压电流相角为α，功率因数λ＝cosα＝P/(U*I)，包括以下步骤：
[0006]S100、检测条件下，电压和电流信号经过软件运算得到有功功率P、电压有效值U、电流有效值I，根据cosα＝P/(U*I)计算出功率因数cosα，
[0007]S200、通过软件将电流信号移相一个采样周期，通过电压和移相后电流经过软件运算得到有功功率P'、电压有效值依然是U、移相后电流有效值依然是I，再计算出新功率因数λ
新
，
[0008]S300、计算一个采样周期相对于当前被测正弦波信号频率折算出的角差β，并进一步算出sinβ和cosβ，
[0009]S400、利用三角函数和差角公式算出sinα，根据sinα、cosα正负号，确认α所处具体象限，确认唯一α。
[0010]优选地，在步骤S100和S200中都是由ADC采集电压和电流信号再进行软件运算。
[0011]优选地，在步骤S200中，一个采样周期为10微秒。
[0012]优选地，在S300中，角差β＝360*t/T，t表示采样周期，T表示正弦波周期。
[0013]优选地，步骤S200中，通过软件将电流信号向后移相一个采样周期，新功率因数λ
新
＝P'/(U*I)，也即cos(α+β)；步骤S400中，利用三角函数和角公式cos(α+β)＝cosα*cosβ
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sinα*sinβ，算出sinα。
[0014]与现有技术相比，本专利技术通过移相一个采样周期，并结合三角函数和差角公式，进行电压电流相角判别，摒弃用正弦波转方波电路识别相位的方式，省去不必要电路，降低物料成本，同时又提高了识别的精度。
附图说明
[0015]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0016]图1是实施例1中步骤S100中电压电流相角示意图；
[0017]图2是实施例1中步骤S200中向后移相一个采样周期后电压电流相角示意图。
具体实施方式
[0018]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本专利技术作进一步详细说明。在此，本专利技术的示意性实施方式及其说明用于解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。
[0019]电压电流相角α和功率因数λ是直接相关的，将该参数做余弦运算得到的便是功率因数λ，公式为λ＝cosα，其中λ＝P/(U*I)，在本申请中出现的cosα、cos(α+β)主要是为了体现相角与功率因数的数学关系。根据λ＝cosα在功率计设计中，要计算电压电流的相位差，采用α＝arccosλ即可计算。但是因为反余弦运算可以得到不止一个角度，比如电压和电流的相角是60度，功率因数是0.5，但是电压和电流的相角是
‑
60度，功率因数同样是0.5。也就是说电压超前或者滞后电流60度的情况下得到的功率因数都是0.5，所以仅仅依靠功率因数这个参数只能得到电压电流相角的绝对值，却无法确定具体是超前还是滞后。
[0020]一种用于功率计的电压电流相角判别方法，电压电流相角为α，功率因数λ＝cosα＝P/(U*I)，包括以下步骤：
[0021]S100、检测条件下，电压和电流信号经过软件运算得到有功功率P、电压有效值U、电流有效值I，根据cosα＝P/(U*I)计算出功率因数cosα，采用α＝arccosλ计算相位差，电压超前或者滞后电流此时无法确定，
[0022]S200、通过软件将电流信号移相一个采样周期，在一个实施例中，采样速度为100ksps，则一个采样周期为10微秒，通过电压和移相后电流经过软件运算得到有功功率P'、电压有效值依然是U、移相后电流有效值依然是I，再计算出新功率因数λ
新
，
[0023]S300、计算一个采样周期相对于当前被测正弦波信号频率折算出的角差β，并进一步算出sinβ和cosβ，
[0024]S400、利用三角函数和差角公式算出sinα，根据sinα、cosα正负号，确认α所处具体象限，确认唯一α，并确定电压超前或者滞后电流。
[0025]在一个实施例中，在步骤S100和S200中都是由ADC采集电压和电流信号再进行软件运算。本方法一直使用ADC采样到的信号做运算，且运算过程中不存在正弦波转方波电路那样的信号延迟，整个过程没有产生新的相位误差，所以保证了相位识别的精度。
[0026]在一个实施例中，在S300中，角差β＝360*t/T，t表示采样周期，T表示正弦波周期。
当频率为50Hz时，正弦波周期T为20毫秒，当采样周期t为10微秒时，代入计算得到角差β为0.18度。
[0027]实施例1：一种用于功率计的电压电流相角判别方法，电压电流相角为α，cosα＝P/(U*I)，包括以下步骤：
[0028]S100、检测条件下，电压和电流信号经过软件运算得到有功功率P、电压有效值U、电流有效值I，根据cosα＝P/(U*I)计算出cosα，如图1所示，电压有效值U与电流有效值I之间相位差是α，
[0029]S200、通过软件将电流信号向后移相一个采样周期，通过电压和移相后电流经过软件运算得到有功功率P'、电压有效值依然是U、移相后电流有效值依然是I，再根据公式cos(α+β)＝P'/(U*I)计算出cos(α+β)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于功率计的电压电流相角判别方法，电压电流相角为α，功率因数λ＝cosα＝P/(U*I)，其特征在于，包括以下步骤：S100、检测条件下，电压和电流信号经过软件运算得到有功功率P、电压有效值U、电流有效值I，根据cosα＝P/(U*I)计算出功率因数cosα，S200、通过软件将电流信号移相一个采样周期，通过电压和移相后电流经过软件运算得到有功功率P'、电压有效值依然是U、移相后电流有效值依然是I，再计算出新功率因数λ
新
，S300、计算一个采样周期相对于当前被测正弦波信号频率折算出的角差β，并进一步算出sinβ和cosβ，S400、利用三角函数和差角公式算出sinα，根据sinα、cosα正负号，确认α所处具体象限，确认唯一α。2.根据权利要求1所述的用于功率计的电压电...

【专利技术属性】
技术研发人员：于俭俭，高欣欣，
申请(专利权)人：青岛仪迪电子有限公司，
类型：发明
国别省市：