2024年6月6日发(作者：储又菡)
三相电功率的检测及其数据处理
郑天翔 邢博 吴宝刚
哈尔滨工业大学
摘要：对三相负载运行过程电参量的精确检测是实施电能质量控制,提高能源利用率的重要环节。本文
利用一种双向三相功率/电能集成电路芯片SA9904B，通过对其外围电路的设计，可以方便地实现对三相四
线制负载线路的有功功率、无功功率、电压有效值和频率这4个参数值的测量, 再利用单片机系统，经过数
据的传输与处理，可以精确计算出有功当量、无功当量及功率因数值。该方法简单易行，又具有实用价值。
关键词：三相电参数 检测 功率因数 数据处理 SA9904B
Detection and Data Disposal of Three-phase Power
Zheng Tianxiang Xing Bo Wu Baogang
Abstract：The precisely detection to electric parameters during the three-phase load running process is an
important link about imposing energy quality control and raising utilization of source. Using a bi-direction
three-phase power/energy integrated circuit chip SA9904B and through the designing the periphery circuit， the
paper could realize active power，reactive power ，voltage virtual value and frequency measuring of three-phase
four-line load lines。Then it transmits and dispose data using MCU system。At last，it could figure out active valent
weight，reactive valent weight and power-factor。This method is simple and feasible, and it has utility value。
Keywords：three-phase electric parameter detection power-factor data disposal SA9904B
1 引言
现如今，人们对三相电功率电参数检测的要
求越来越迫切。究其原因，主要就是全球化的能
源危机，使人们不得不想办法解决存在于身边的
能源浪费问题。通过对三相交流电的检测，获得
足够多的电参数信息，进而解决提高供用电的质
量和效率问题
[1]
。
在诸多的电参数当中，最受关注的是功率因
数的检测。现在通常采用的检测方法，多是基于
“过零检测”理论，利用过零检测芯片、反相器和
一些与非门组成电路
[2]
。不仅设计器件多、电路
复杂，且功能单一，不适合推广使用。
本文旨在介绍一种利用双向三相功率/电能
集成电路芯片SA9904B组成的检测电路，它能够
测量三相四线制负载线路的有功功率、无功功率、
电压有效值和频率4个参数，再利用PIC单片机
系统，完成与SA9904B之间进行的数据传输以及
测量参数的计算和处理。
1
2 三相电功率的检测
2.1 SA9904B的检测原理
SA9904B采用20脚封装，为混合模数信号
的CMOS集成电路。具有SPI通讯接口，能够与
具有SPI口的单片机进行快速的数据交换。它的
内部电路框图见图1。
由图1可知，三相电压信号从IVP1，IVP2
和IVP3进入芯片；三相电流信号通过IIP和IIN
进入芯片。在内部通过电压、电流的A/D转换器
将其变为数字信号，再通过微处理器的进一步处
理得到有功功率、无功功率以及电压的有效值。
内部的微处理器还具有过零检测的功能，能够测
量出频率值。SA9904B将测得的数据保存在其内
部的寄存器中。
图1 SA9904B功能框架图
为了读取存在其内部的数据，必须通过DI
口对SA9904B下命令字。SA9904B收到命令字
2
后，将相应的数据从DO口传出。当然，这些操
作必须在片选端CS端置高的情况下进行。
2.2 外围电路的计算
图2是SA9904B的典型应用电路图。其中，
比较重要的外接元件是电流检测电阻、电压检测
电阻和相位补偿电容。其计算方法分述如下。
图2 典型应用电路图
2.2.1 电流检测电阻的计算
SA9904B的额定电压/电流为230 V/80 A，在
此，选用1∶2 500的CT对电流进行变流。在额定
电流内，输入到IIN1和IIP1的电流应为16 μA。
因此，需要使用一个分流电阻R
25
。另外，在芯
片内部IIP1与IIN1的连接方式如图3所示。通
过图示，可以看出IIP1与IIN1是等电势的，在
电路计算时可认为是用一根导线相连。将这段电
路简化后如图4所示。
2024年6月6日发(作者：储又菡)
三相电功率的检测及其数据处理
郑天翔 邢博 吴宝刚
哈尔滨工业大学
摘要：对三相负载运行过程电参量的精确检测是实施电能质量控制,提高能源利用率的重要环节。本文
利用一种双向三相功率/电能集成电路芯片SA9904B，通过对其外围电路的设计，可以方便地实现对三相四
线制负载线路的有功功率、无功功率、电压有效值和频率这4个参数值的测量, 再利用单片机系统，经过数
据的传输与处理，可以精确计算出有功当量、无功当量及功率因数值。该方法简单易行，又具有实用价值。
关键词：三相电参数 检测 功率因数 数据处理 SA9904B
Detection and Data Disposal of Three-phase Power
Zheng Tianxiang Xing Bo Wu Baogang
Abstract：The precisely detection to electric parameters during the three-phase load running process is an
important link about imposing energy quality control and raising utilization of source. Using a bi-direction
three-phase power/energy integrated circuit chip SA9904B and through the designing the periphery circuit， the
paper could realize active power，reactive power ，voltage virtual value and frequency measuring of three-phase
four-line load lines。Then it transmits and dispose data using MCU system。At last，it could figure out active valent
weight，reactive valent weight and power-factor。This method is simple and feasible, and it has utility value。
Keywords：three-phase electric parameter detection power-factor data disposal SA9904B
1 引言
现如今，人们对三相电功率电参数检测的要
求越来越迫切。究其原因，主要就是全球化的能
源危机，使人们不得不想办法解决存在于身边的
能源浪费问题。通过对三相交流电的检测，获得
足够多的电参数信息，进而解决提高供用电的质
量和效率问题
[1]
。
在诸多的电参数当中，最受关注的是功率因
数的检测。现在通常采用的检测方法，多是基于
“过零检测”理论，利用过零检测芯片、反相器和
一些与非门组成电路
[2]
。不仅设计器件多、电路
复杂，且功能单一，不适合推广使用。
本文旨在介绍一种利用双向三相功率/电能
集成电路芯片SA9904B组成的检测电路，它能够
测量三相四线制负载线路的有功功率、无功功率、
电压有效值和频率4个参数，再利用PIC单片机
系统，完成与SA9904B之间进行的数据传输以及
测量参数的计算和处理。
1
2 三相电功率的检测
2.1 SA9904B的检测原理
SA9904B采用20脚封装，为混合模数信号
的CMOS集成电路。具有SPI通讯接口，能够与
具有SPI口的单片机进行快速的数据交换。它的
内部电路框图见图1。
由图1可知，三相电压信号从IVP1，IVP2
和IVP3进入芯片；三相电流信号通过IIP和IIN
进入芯片。在内部通过电压、电流的A/D转换器
将其变为数字信号，再通过微处理器的进一步处
理得到有功功率、无功功率以及电压的有效值。
内部的微处理器还具有过零检测的功能，能够测
量出频率值。SA9904B将测得的数据保存在其内
部的寄存器中。
图1 SA9904B功能框架图
为了读取存在其内部的数据，必须通过DI
口对SA9904B下命令字。SA9904B收到命令字
2
后，将相应的数据从DO口传出。当然，这些操
作必须在片选端CS端置高的情况下进行。
2.2 外围电路的计算
图2是SA9904B的典型应用电路图。其中，
比较重要的外接元件是电流检测电阻、电压检测
电阻和相位补偿电容。其计算方法分述如下。
图2 典型应用电路图
2.2.1 电流检测电阻的计算
SA9904B的额定电压/电流为230 V/80 A，在
此，选用1∶2 500的CT对电流进行变流。在额定
电流内，输入到IIN1和IIP1的电流应为16 μA。
因此，需要使用一个分流电阻R
25
。另外，在芯
片内部IIP1与IIN1的连接方式如图3所示。通
过图示，可以看出IIP1与IIN1是等电势的，在
电路计算时可认为是用一根导线相连。将这段电
路简化后如图4所示。