三相交流供电设备的正常运行与三相交流电的相序有直接关系，因此三相交流电相序的正确检测是大多数设备的基本要求。传统的三相交流电相序测量方法是用三根导线连接到三相线上，再将采样到的三个信号进行相位比较，然后显示三相交流电的顺、逆相关系。这样，至少要用三根连接导线，操作较为繁琐，也不便携带。本文介绍一种利用三相交流电瞬时电压波形的特性，在已知的固定时刻采样，通过计算测量值来确定相序的测量法（国家发明专利号200510035135.5）。它可以减少测量使用的连接导线根数，或仅用一只感应探头分别在三相线上采集电压信号来测量相序。如此一来，三相交流电的信号要分三次采样才能完成一次测量，所以称为“分时采样相序测量法”。
三相交流电电压波形如图1所示，A、B、C是三条在时间轴上展开的正弦波曲线，而且相互滞后120°。经过零点分别将它们整形成如图2所示方波，图中B相的上升沿滞后于A相上升沿120°；C相的上升沿滞后于B相上升沿120°；各相之间相互滞后120°是一个固定值。令A相方波的上升沿为2nπ点，B相方波的上升沿为2nπ‘点， C相方波的上升沿为2nπ“点，则2nπ’=2nπ+120°，2nπ”=2nπ+240°。图2中为了得到一个用于参考的时标，还引入了一个周期与工频相等的虚拟D相。设虚拟D相的上升沿作为零度参考点，并使该参考点与A相的2nπ点对齐，作为下一步测量时所需的时标，虚拟D相与A相对齐即是A相已被确定。有了虚拟D相就可以将任一时刻采集到的上升沿与虚拟D相的上升沿作比较。在测量中，不管当前被测的是哪一相，通过计算都可以从中得到同步信号，使虚拟D相与A相同步。但是，测量是分时采样的，转换被测信号是靠手动切换。当要再测量另一根火线时，转换被测信号时要暂时离开被测的火线，此时虚拟D相会失去同步信号，失去同步信号的虚拟D相仅靠本身的精度来保持。在实际应用中，由于器件的限制，虚拟D相的周期与A相周期不可能没有误差。若三相交流电的频率为50Hz，周期是20ms。设定时器的计数速率为500kHz，这使定时误差的绝对值大于等于2μs，加上系统测量误差，虚拟D相的周期与A相周期的绝对误差可能达到10μs以上。设切换被测信号最大需要6s的时间，经6s积累误差后，虚拟D相已离开同步点±3ms。相当于离开同步点±54°。其次，转换输入信号期间测量电路易受到干扰，继续测量时，当虚拟D相的零点离开A相上升沿超过容限值时，虚拟D相的零点会与离它当前最近的那相的上升沿重新同步。就是说，A相已经被重新定义。若发生这种情况，继续测量相序虽然不会产生测量错误。但是要注意，这时A相已不是早先定义的那一相线。在测量时如果发生这种情况，解决的办法是重测一次。为了争取测量时间，经计算相对于虚拟D相的零点只要被测量的上升沿落在±60°范围内被测量的相线就是A相；上升沿落在60°～180°范围内被测量的相线就是B相；上升沿落在180°～300°范围内被测量的相线就是C相。这样就可以允许虚拟D相的精度误差达10μs以上，有了6s的信号转换时间，已能满足测量的需要。
分时采样法测量相序可以利用单片机的计算、定时、存储等功能。图3是以单片机为核心的分时采样相序测量电路方块图。图中，信号采样电路可以是分压电路，也可以是电压感应探头。交流电压信号经放大电路放大后送到方波变换电路，变换成方波后送给单片机，经单片机计算、存储后送到显示电路显示测量结果。实际电路可根据具体需要使用不同器件，也可以有不同的结构，但要考虑与连接电路的阻抗匹配和电平转移等问题，在此不便一一例举。分时采样测量相序可以作为手持式测量仪器的附加测量电路，也可以做成笔式伴以声、光指示等轻便实用的相序测量工具。图4是分时采样法测量相序的单片机程序流程简图，仅供参考。
文/罗正良