咖＝０。
负载为纯阻性
咖＝０。—一９００时
负载为容性，纯容性时：≯＝一９０。
多＝ｏｏ￣９０。时
负载为感性，纯感性时：咖－９０。
在电路设计中，若把Ａ相相电流和相电压的采样信号放
大后，再进行上升沿过零触发，即可得到反映相位的方波信
号，从而得到如图２所示的一组波形。从上到下分别为相电
压与相电流的正弦波、相电压与相电流的上升沿时间差。
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图２
沈相电压和厶相电流波形
从图２可以看出，咖角的大小和厶与配上升沿过零的时
间差ｆ具有线性对应关系。设丁为正弦波的周期，则ｆ和丁满足
下面的表达式：
纯阻性负载：ｆＯ
感性负载：ｒ＝Ｏ－Ｔ１４纯感性时：ｔ＝Ｔ／４
容性负载：ｆ．Ｔ／４～Ｏ纯容性时：铲．Ｔ／４
从以上分析可以得出，只要测得时间差Ｔ，便可得到相
位差角
≯＝∽力ｘ３６０。
２相位差测量及功率因数计算捌
通过电能转换元件（如变压器、线性电阻）将电压、电流互
感器输出的高压交流信号转换成峰值为５Ｖ的低压交流信号，
然后用如图３所示的过零比较电路，将交流信号转化为方波
信号，接到８０Ｃ１９６ＫＣ单片机的ＨＳＩ口。
图３过零比较电路
８０Ｃ１９６ＫＣ单片机具有外部事件触发状态和和时刻记录
功能，通常称为高速输入ＨＳＩ。有４条高速输入引脚ＨＳＩ．ｏ￣
ＨＳＩ．３，它不仅能检测到某种输入线上的状态变化，而且能同时
记录状态变化的时刻。我们使用了ＨＳＩ．０端和ＨＳＩ．１端，同时
设定ＨＳＩ以方式ｌ运行（即ＨＳＩ引脚上每个正跳变触发一次事
件）。这样当电流、电压过零比较器先后发出正跳变时（电流、
电压信号过零时），ＨＳＩ．０端、ＨＳＩ．１端就先后收到触发信号，ＨＳＩ．
０和ＨＳＩ．１的正跳变时刻记入了ＦＩＦＯ寄存器和保持寄存器。
通过启动ＨＳＩ中断服务程序，可以从ＨＳＩ．Ｔｍ皿（ＨＳＩ时间寄存
器）读取ＨＳＩ．０或ＨＳＩ．１发生正跳变时定时器Ｔ１的计数值，通
过ＨＳＩ．ＳＴＡＴＵＳ可以区分出ＨＳＩ．ＴＩＭＥ中的计数值是哪一个端
子发生正跳变的时刻。
基准时间由８０Ｃ１９６ＫＣ内部定时器Ｔ１提供。它是一个
１６位的计数器，每８个状态周期其计数值加１。当Ｔ１计满
时，自动从头开始计数。当采用１２ＩＶＩＩ＂Ｉｚ晶振时，ＨＳＩ可在无
需ＣＰＵ干预的情况下以２ ｕｓ的分辨率检测从其输入引脚送
入的脉冲，从而可以实现对高速事件的检测。ＨＳＩ采用中断
方式工作。上升沿触发时读取ＨＩＳ时间寄存器，电压正跳变
时刻记录Ｔ１的计数值，记作ｎｌ；电流正跳变时刻读取Ｔ１的
计数值，记作ｎ２。我们就得到一个计数值之差△ｎ。具体编
程时应考虑电压正跳变过零后计数器Ｔ１满的情况。Ｔ１为１６
位，它的计数范围从０－６５５３５，并且连续不断循环计数。实际
中可能会出现第２次读取的时间值小于第一次读取的时间，
即ｎ２＜ｎｌ。这说明两次读数不在Ｔ１定时器的同一个循环周
期内，此时首先应该用Ｔｌ的最大计数值６５５３５减去第１次读
数ｎ１再加上第２次读数ｎ２，即△ｎ＝６５５３５一ｎ１＋ｎ２。若ｎｌ＜ｎ２，
则Ａｎ－－ｎ２－ｎｌ。当系统采用１２ＭＨｚ晶振时，该计数值之差表
示两个正跳变事件的时间差△ｔ＝Ａｎｘ２／ａｓ。交流电的周波频
率为５０Ｈｚ，故Ｔ周期为２０ｍｓ，对应相位３６００，这样可求得相
位差角度为西＝０．０３６ｘＡｎ，进而用查表法（余弦表）便可求出电
机功率因数。
３结束语
本文介绍的三相异步交流电动机功率因数检测方法已经
在抽油机负载自动跟踪调压节能控制系统中得到应用。由于
采用了测量单相电流及电压之间的相位差来得到三相系统的
功率因数的检测方法，无需判断相序，可适用不同的电机接线
方法。并且８０Ｃ１９６ＫＣ单片机具有性能稳定、１６位的运算能
力、高速度等优点。从使用情况来看，该方法软硬件设计简
单、稳定性较好。
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