三相电压和电流信号的相位角差是重要的电参数，对其进行分析，可以判断系统出现了什么类型的故障，如通过相位角差计算出有功和无功功率，可以判断系统是否需要无功补偿，通过计算频率，可以判断系统是否运行在低频状态。
相位角θ检测电路原理如图4．37所示。交流电压和电流信号经过运放，分别整形为方波，经过光电隔离并去掉负半波后，再经过施密特触发器整形为TTL电平的波形。获得了电压和电流信号转换来的TTL信号，这样电压和电流的方波信号接入单片机就可利用中断求得相位差。
图4．37 相位角检测电路
根据图4．38可知，当θ＜π时，潮流方向正常；当θ＞π时，潮流方向为异常。
在本文中，利用单片机的硬件特性，通过一次采集获得电网频率及相位角（功率因数角），并可判断电压和电流在时间上的超前滞后关系，仅占用单片机的一个外部中断和一个定时器／计数器，实现起来较为方便。
在本采集方法中，关键部分是利用单片机的输入捕获引脚ICP。该引脚的功能是捕捉边沿信号，能记录当前定时器／计数器1的值被传到输入捕捉寄存器保存下来。当该引脚边沿触发时，可以将当时的定时器／计数器1的值放入寄存器。
整形后的电压信号输入单片机的外部中断引脚，上升沿触发中断。单片机接收到上升沿触发中断后，将定时器／计数器1清零并开始计数，直到下一个上升沿中断的到来，该时间间隔即为一个周期。其倒数即为频率。
整形后的电流信号输入单片机的输入捕获引脚ICP，通过单片机内部的ICP寄存器读取。只要测得电网电压和电流的过零时间差，即可求得相位角，并推断出电压和电流之间的时间关系。其过程可由图4．38表示。
图4．38 相位角采集及判断
如图4．38所示，使用本方法可以在一个周期内采集到电网的频率、相位角，并判断出电压和电流在时间上的关系，不仅减小了硬件的开销（仅使用一个外部中断和一个ICP引脚），同时避免了对单片机引入过多中断，使程序的跳转更加清晰。
相角差的方向的鉴别可以通过判断得到。把电网电压的上升沿作为起始点，取电流的上升沿信号，通过观察这个上升沿的位置就可得出电流是超前还是滞后，如果电流的上升沿落在电压方波的范围内，则电流相角滞后；如果落在电压方波的范围之外，则电流相角超前，其软件实现流程如图4．39所示。
图4．39 相位角测量软件流程图
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