CN100447574C - 三相变换器的电源缺相检测方法 - Google Patents

三相变换器的电源缺相检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种缺相检测方法，其以简单的硬件结构实现成本降低，通过减少IRQ数减轻CPU的负荷，通过从相位差和电压符号两方面的检测，减少缺相检测错误的可能性，并可以确定缺相的相。三相变换器的电源缺相检测方法中，将中性点(N1)和AD变换器的模拟接地AG与整流部分的直流侧输出负极母线(N)联接，将与各相的第2电阻联接的各相所述第1电阻的所述另一端分别经使用运算放大器的非翻转放大电路与所述AD变换器联接，检测出各相的电压，并将该各相电压向缺相判断部分CPU输出，由该各相电压求出的三相的线电压中，当两相的符号不同并且相位差为180°的半波整流波形时，判断为缺相。

Description

三相变换器的电源缺相检测方法
技术领域
本发明涉及一种三相变换器的电源缺相检测方法。
背景技术
以往的三相变换器的电源缺相检测方法是通过比较三相交流电源的模拟中性点和输入电压，将生成的逻辑信号输入计数器，检测出各相的相位差，当其相位差偏离规定值时，判断为缺相。
此以往例的结构图如图10所示(日本特开2003-235154号公报：以下称以往例1)。图10中，将用电阻55～60星形联接三相交流电源r、s、t各相的中点作为模拟中性点N1，将从模拟中性点N1所视r、s的电压作为R1、S1进行检测。比较器61、62检测出R1、S1在模拟中性点N1以上时，输出逻辑信号R2、S2为“1”。R2、S2分别被输入至计数器64、65的门极GA1、GA2，CPU67预先设定为在上升沿将计数值锁定。另外，发信器63与计数器64、65联接以随时计数。计数器64、65通过总线66与CPU67相联接，锁定的值可被CPU67读出。逻辑信号R2、S2也被输入至CPU67的IRQ1、IRQ2，R2、S2的上升沿使CPU67发生中断，此中断读入计数器64、65的锁定值，算出R2、S2的相位差。IRQ在此为要求CPU中断的通信口。
R相缺相时，因R1与模拟中性点N1为同电位，故R2不变化。而且S相缺相时同样如此。
可是T相缺相时，R、S间为单相，R1、S1间相位差为180°，R2、S2间的相位差也为180°。
如此，正常时R2、S2间的相位差为120°，当三相交流电源出现缺相时，相位差变为180°或者与出现缺相的相对应的R2或S2的输出信号不变化，所以CPU67监测R2和S2间的相位差偏离120°规定值(对CPU67预设的值)以上时，或者R2或S2的其中一相在规定时间(对CPU67预设的值)以上不变化时，判断为缺相(以往例1)。
另外，在交流起电系统中，有现有技术的专利文献1(日本特开平6-335154号公报：以下称以往例2)，其提供一种具有高可靠性可以准确检测缺相的缺相检测装置。根据专利文献1记载，该装置包括电压变化量检测装置和控制装置。电压变化量检测装置监测滤波电容器的两端电压，以架线交流2倍频率的整数倍的周期将两端电压取样，并对该两端电压的变化量进行检测。控制装置将电压变化量检测装置的输出与规定的标准值进行比较，当判断为异常值时，对变频装置发出保护动作指令。此外，该缺相检测装置还包括有效电流变化量检测装置和控制装置。有效电流变化量检测装置检测变频装置输出端的相电压计算有效值，以架线交流2倍频率的整数倍的周期将该有效值取样，并对该有效值的变化量进行检测。控制装置将该有效电流变化量检测装置的输出与规定的标准值进行比较，当判断为异常值时，对变频装置发出保护动作指令。
专利文献1：日本特开平6-335154号公报参考图1
采用以往例1的电源缺相检测方法需要设中性点和计算两相，因此存在硬件结构复杂导致成本提高的问题。另外，还存在由于仅依靠相位差判断缺相，所以不能否定可能出现检测错误这一问题。再者，还存在由于使用两个IRQ导致CPU负荷增大的问题。
鉴于以上种种问题，本发明的目的为提供一种缺相检测方法，其以简单的硬件结构实现成本降低，通过减少IRQ数减轻CPU的负荷，通过从相位差和电压符号两方面的检测，减少缺相检测错误的可能性，并可以确定缺相的相。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种三相变换器的电源缺相检测方法，包括三相交流电源转换成直流电源的整流部分和平滑该直流电源电压的电容，及三相交流电源各相的一端分别与设在其相的第1电阻的一端联接，该第1电阻的另一端与各相第2电阻的一端联接，将各相的该第2电阻另一端三点联接，构成Y形联接的中性点(N1)；将所述中性点(N1)和AD变换器的模拟接地AG与所述整流部分的直流输出负极母线(N)联接，将与各相的第2电阻联接的各相所述第1电阻的所述另一端分别经使用运算放大器的非翻转放大电路与所述AD变换器联接，检测出各相的电压，并将该各相电压向缺相判断部分CPU输出，由该各相电压求出的三相的线电压中，当两相的符号不同并且相位差为180°的半波整流波形时，判断为缺相。
根据本发明，将三相交流电源转换成直流的三相变换器，以简单的硬件结构实现成本降低，通过减少IRQ数减轻CPU的负荷，可提供一种通过从相位差和电压符号两方面的检测，减少缺相检测错误的可能性，并能确定缺相的相的缺相检测方法。
附图说明
图1为应用本发明方法的三相交流电源的缺相检测装置的结构图。
图2为表示本发明方法正常时的AD输入电压的曲线图。
图3为表示本发明方法T相缺相时的AD输入电压的曲线图。
图4为表示本发明方法正常时的电源电压的曲线图。
图5为表示本发明方法T相缺相时的电源电压的曲线图。
图6为表示本发明方法正常时的线电压的曲线图。
图7为表示本发明方法T相缺相时的线电压的曲线图。
图8为表示本发明方法正常时的直流母线N端电压的曲线图。
图9为表示本发明方法T相缺相时的直流母线N端电压的曲线图。
图10为应用以往方法的三相交流电源的缺相检测装置的结构图。
符号说明
1三相交流电源
2、3、4、5、6、7电阻
8、9、10运算放大器
11、12、13AD变换器
14CPU
15三相二极管电桥
16电容
17总线
r三相交流电源R相
s三相交流电源S相
t三相交流电源T相
r1N所视电压R相
s1N所视电压S相
t1N所视电压T相
r-nAD输入电压
s-nAD输入电压
t-nAD输入电压
P直流母线P端
N直流母线N端
AGAD变换器模拟接地
51三相交流电源
55、56、57、58、59、60电阻
61、62比较器
63振荡器
64、65计数器
66总线
67CPU
68从三相交流电源得到模拟中性点的部分
69逻辑信号输出部分
R1模拟中性点N1所视电压R相
S1模拟中性点N1所视电压S相
R2逻辑信号R相
S2逻辑信号S相
N1模拟中性点
GA1计数器门极
GA2计数器门极
IRQ1要求CPU中断的通信口
IRQ2要求CPU中断的通信口
具体实施方式
下面，结合附图对本发明方法的具体实施例进行说明。
实施例1
图1为应用本发明方法的三相变换器的实施例。图2为正常时的AD输入电压，图3为T相缺相时的AD输入电压，图4为正常时的电源电压，图5为T相缺相时的电源电压，图6为正常时的线电压，图7为T相缺相时的线电压，图8为正常时的直流母线N端电压，图9为T相缺相时的直流母线N端电压。
在图1中，1是三相交流电源，2是分压r相电压的第1电阻，5是分压r相电压的第2电阻。s相、t相如同r相，分别具有分压s相电压的第1电阻3、第2电阻6及分压t相电压的第1电阻4、第2电阻7。8～10为运算放大器，11～13为AD变换器，17是连接该AD变换器和判断缺相的CPU14的总线。15是将三相交流电源转换成直流电源的整流部分，16是用于平滑该整流部分直流输出的电容。P是整流部分15的正端直流母线，N是负端直流母线。连接三相各相的第2电阻5、6、7的一端使其连接点形成中性点(N1)。此中性点N1与整流部分15的负端直流母线N相联。
电阻2～7将三相交流电源r、s、t的各相星形联接形成的中点以及各AD变换器的模拟接地AG与整流部分的三相二极管电桥15的输出直流母线N端的N联接。为了检测从N所视的r的电压，将电阻2、5分压后的电压r1输入AD变换器，但如果直接输入，由于AD变换器的阻抗低，致使不能正常分压从而不能检测电压。因此，为提高阻抗，作为高输入阻抗部分，使用经运算放大器8增幅一倍的非翻转放大电路求出r-n电压，输入至AD变换器11。
s、t的电压检测同样如此，使用运算放大器9、10求出s-n、t-n电压，输入至AD变换器12、13。
由于以三相二极管电桥的N端为标准点，因此以图4的三相电源电压的最小值为标准的电压出现在r-n、s-n、t-n处。此时直流母线N端N的电压如图8所示，出现在r-n、s-n、t-n处的电压如图2所示。用总线17连接的CPU14将AD变换后的输入电压值读出并计算各相的差，求出如同图6的正弦波形线电压。
现在，对例如T相缺相的情况稍作考虑。输入到三相二极管电桥的电源电压仅为r、s，直流母线N端出现r、s的电源电压的最小值。此时的电源电压如图5、直流母线N端的电压如图9所示。其结果，AD的输入电压如图3所示出现相位差为180°的半波整流波形，缺了相的t-n的电压基本为零。此时由各相差求出的线电压如图7，由于和t-n的差，t-r、s-t两相的线电压出现符号不同，相位差为180°的半波整流波形。其他相缺相时也同样如此，出现符号不同，相位差为180°的半波整流波形。
如上所述，用上述方法求出的线电压在正常时相位差为120°，可是在缺相时，与缺相的相的线电压出现符号不同，相位差为180°的半波整流波形，因此，可根据CPU14的监测，当三相的线电压中出现两相的符号不同、相位差为180°的半波整流波形时，判断为缺相，而且可以特定缺相的相。例如图7，各线电压中r-s间的电压为正弦波形，因此可判断剩下的T相为缺相。
通过检测三相电源的波形变形，也可应用于检测地线。

Claims (1)

1.一种三相变换器的电源缺相检测方法，包括三相交流电源转换成直流电源的整流部分和平滑该直流电源电压的电容，及三相交流电源各相的一端分别与设在其相的第1电阻的一端联接，该第1电阻的另一端与各相第2电阻的一端联接，将各相的该第2电阻另一端三点联接，构成Y形联接的中性点(N1)；其特征在于，将所述中性点(N1)和AD变换器的模拟接地AG与所述整流部分的直流输出负极母线(N)联接，将与各相的第2电阻联接的各相所述第1电阻的所述另一端分别经使用运算放大器的非翻转放大电路与所述AD变换器联接，检测出各相的电压，并将该各相电压向缺相判断部分CPU输出，由该各相电压求出的三相的线电压中，当两相的符号不同并且相位差为180°的半波整流波形时，判断为缺相。
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