CN102466765A - 电源逆变装置及其电源相位检测电路 - Google Patents

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本发明涉及一种电源逆变装置及其电源相位检测电路，该电源相位检测电路包括低通滤波电路及鉴相电路，低通滤波电路用于对含有谐波的电网电压信号进行滤波，鉴相电路通过检测与电网电压基波信号相同相位的电网电压相位检测信号的过零点，获得准确的电源相位，提供给电源逆变装置的控制电路，其中该电源相位检测电路还包括移相电路，该移相电路设置在低通滤波电路前端或设置在低通滤波电路后端和鉴相电路之间，含有谐波的电网电压信号经过低通滤波电路及移相电路后，得到与电网电压基波信号相同相位的电网电压相位检测信号，提供给鉴相电路。采用本发明能够实现滤除低次谐波的同时获得正确的电网电压检测相位，且与电网接入相序无关。

Description

电源逆变装置及其电源相位检测电路
技术领域
本发明涉及电机调速节能领域，尤其是涉及用于电机调速节能的电源逆变装置及其电源相位检测电路。
背景技术
工业常用的电源逆变装置系统结构框图，如图1所示，无论采用哪种控制理论，其基本工作原理都是控制电路通过检测电网电源的相位，来触发功率电路中电力电子元件的导通关断，实现直流电流流向交流电网，当电流相位和电网电压相位差大于90度时，实现了能量回送到电网。
电源相位检测电路是实现能量正确回送电网的关键，通常情况下，它由变压器、滤波器以及最后的鉴相电路几部分构成，如图2中虚框所示。
其中变压器主要起到隔离和降压的作用，一般采用Y/Y结构或Δ/Δ结构，保证原副边电压相位一致的同时将电源电压进行隔离和降压；
滤波器主要为了滤除回馈系统工作时电力电子器件斩波产生的干扰信号以及电网杂波，为了不对电网工频电压信号产生相移，通常只针对2KHz以上的干扰信号进行滤波，回馈系统在电网电压正常的情况下，电网电压信号的处理过程如图3所示，电压波形分别对应于图2标注的A、B、C三个位置点。
最后鉴相电路通过检测经过隔离降压和滤波处理后的电压信号的过零点来获得电网电压的相位。
当电网电压发生严重畸变时，电压波形可能会变成如图4虚线所示的样子。由于谐波干扰以及滤波器造成的相移使得电压过零点产生变化，甚至是在跳动，t1与t2不重合(虚线表示畸变的电网电压信号且含毛刺干扰，实线表示标准的电网电压信号)。
为了得到标准的正弦电压信号，通常情况下对滤波器的参数进行调整，比如可以采用一阶或二阶低通滤波电路的方法进行滤波，当低次谐波含量比较大时，增大低通滤波时间常数的方法可以获得电源电压基波信号，但同时会导致较大的相移，检测信号无法反应电源的真实相位，此种情况下回馈装置的回馈能力大大下降，甚至引起严重的故障。波形变化如图5所示。
另外，采用谐振滤波的方法只能针对某一频率的谐波进行滤除；对于低次谐波，电感参数比较大，体积发热都有问题，同时由于采用了RLC元件，也导致相移，且参数匹配复杂，灵活性差。
也可以采用数字滤波方式达到目的，在图2中略去硬件滤波器环节，在电源相位检测电路中将通过变压器降压后的电源电压信号直接进行A/D转换后，进行傅里叶分解，采用数字滤波方法提取基波信号，也可以获得电源的相位信号，但需要采用DSP等数字信号处理装置才能完成，成本高，同时易将干扰信号引入数字电路。
为解决上述问题，专利ZL200920106933.3发明了一种采用移相变压器与低通滤波电路相结合的方式进行相位检测。但该装置在三相电源相序接入不正确时，移相变压器输出侧可能是超前也可能是滞后的电源相位波形，导致滤波后的信号不能正常反应电源相序，因此需要额外增加相序检测电路进行相序判断，如果不正确就要对装置的三相输入电源接线进行调整，因组合方式有多种，只有一种是正确的，给实际使用带来了很大的不便。
发明内容
针对上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种电源相位检测电路以及采用该电源相位检测电路的电源逆变装置，以实现滤除低次谐波的同时获得正确的电网电压检测相位，且与电网接入相序无关。
本发明提供的一种电源相位检测电路，该电源相位检测电路设置在电源逆变装置中，用于检测电网电压信号，获得准确的电源相位，提供给电源逆变装置的控制电路，该电源相位检测电路包括低通滤波电路及鉴相电路，低通滤波电路用于对含有谐波的电网电压信号进行滤波，鉴相电路通过检测与电网电压基波信号相同相位的电网电压相位检测信号的过零点，获得准确的电源相位，提供给电源逆变装置的控制电路，其中该电源相位检测电路还包括使得电源相位检测电路与电网的接入相序无关的移相电路，该移相电路设置在低通滤波电路前端或设置在低通滤波电路后端和鉴相电路之间，含有谐波的电网电压信号经过低通滤波电路及移相电路后，得到与电网电压基波信号相同相位的电网电压相位检测信号，提供给鉴相电路。
该电源相位检测电路的前端设置有隔离变压器，用于对电网电压信号进行隔离或降压。
所述低通滤波电路对含有谐波的电网电压信号进行滤波，能够对三次以上谐波造成衰减。
所述低通滤波电路为一阶有源、一阶无源、多阶有源或多阶无源。
所述移相电路采用运算放大器电路实现，传递函数特征为幅值可调，相位可调。
移相电路的超前相位与低通滤波器的RC时间常数有关。
本发明提供的一种电源逆变装置，主电路包括：功率电路、三个交流电抗器、控制电路、回馈电流检测电路及电源相位检测电路，其中所述电源相位检测电路采用上述任一电源相位检测电路。
本发明提供的电源逆变装置及其电源相位检测电路，采用低通滤波器滤除电网电压信号的低次谐波，从而获得正弦度较好的电网电压信号；另外在低通滤波器的前端或后端设置移相电路，以补偿滤波导致的相位偏移，得到与电网电压基波信号相同相位的电网电压相位检测信号，从而获得准确的电源相位；并且与电网接入相序无关，从而提高了电源逆变装置的工作效率以及工作可靠性，对电网电压的适应能力增强。
附图说明
图1为电源逆变装置系统结构框图；
图2为现有的一电源相位检测电路；
图3为电网电压无畸变情况下的电网电压信号处理过程；
图4为电网电压畸变导致过零点偏移；
图5为电网电压畸变情况下采用调整滤波器参数方式处理过程；
图6为本发明电源相位检测电路的系统结构框图；
图7为图6中电网电压信号处理过程中的电压信号波形图。
具体实施方式
本发明提供电源相位检测电路，该电源相位检测电路设置在电源逆变装置中，用于检测电网电压信号，获得准确的电源相位，提供给电源逆变装置的控制电路。该电源相位检测电路包括低通滤波电路及鉴相电路，低通滤波电路用于对含有谐波的电网电压信号进行滤波，鉴相电路通过检测与电网电压基波信号相同相位的电网电压相位检测信号的过零点，获得准确的电源相位，提供给电源逆变装置的控制电路，其中该电源相位检测电路还包括使得电源相位检测电路与电网的接入相序无关的移相电路，该移相电路设置在低通滤波电路前端或设置在低通滤波电路后端和鉴相电路之间，含有谐波的电网电压信号经过低通滤波电路及移相电路后，得到与电网电压基波信号相同相位的电网电压相位检测信号，提供给鉴相电路。
本发明提供的电源相位检测电路及其采用该电源相位检测电路的电源逆变装置，采用低通滤波器滤除电网电压信号的低次谐波，从而获得正弦度较好的电网电压信号；另外在低通滤波器的前端或后端设置移相电路，以补偿滤波导致的相位偏移，得到与电网电压基波信号相同相位的电网电压相位检测信号，从而获得准确的电源相位；并且与电网接入相序无关，从而提高了电源逆变装置的工作效率以及工作可靠性，对电网电压的适应能力增强。
本发明的一实施例，如图6所示，移相电路设置在低通滤波电路后端和鉴相电路之间，电源相位检测电路的前端设置有隔离变压器，用于对电网电压信号进行隔离或降压，若采用电压传感器或电阻分压方式对电网电压信号进行取样下也可以省略。电网电压信号经隔离变压器隔离降压后的波形如图7中的A波形所示，对应于图6中的第一波形；低通滤波电路对含有谐波的电网电压信号进行滤波，使得该信号的正弦度提高，同时对电网电压基波信号相位产生滞后移相，如图7中的B波形所示，对应于图6中的第二波形；移相电路对电网电压基波信号进行超前的相位补偿，获得与电网电压基波信号相同相位的电网电压相位检测信号，如图7中的C波形所示，对应于图6中的第三波形；移相电路将该电网电压相位检测信号提供给鉴相电路，鉴相电路通过检测与电网电压基波信号相同相位的电网电压相位检测信号的过零点，获得准确的电源相位，提供给电源逆变装置的控制电路。
低通滤波电路对含有谐波的电网电压信号进行滤波，当能够对三次以上谐波造成衰减，可以使得电网电压信号的正弦度大大提高。
低通滤波电路可以为一阶有源、一阶无源、多阶有源或多阶无源。采用二阶以上可以达到较好的滤波效果。
移相电路的设计型式不限，元件参数满足相位补偿值即可。可以采用运算放大器电路实现，传递函数特征为幅值可调，相位可调。移相电路的超前相位与低通滤波器的RC时间常数有关，移相电路的超前相位越大，低通滤波电路的RC时间参数可以选择的更大。
综上所述，本发明提供的电源逆变装置及其电源相位检测电路，成本低，结构简单，滤波效果好，滤波的同时，电网电压相位检测信号对电网电压基波信号不产生相移，与电网接入相序无关，能够有效提高电源逆变装置的工作效率以及工作可靠性，对电网电压的适应能力增强。
最后应说明的是：以上所述为本发明的最佳实施方案，但本发明的保护范围并不限于此，在本发明所示下，任何人任何与本发明相同或近似的产品和做法，都落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电源相位检测电路，该电源相位检测电路设置在电源逆变装置中，用于检测电网电压信号，获得准确的电源相位，提供给电源逆变装置的控制电路，该电源相位检测电路包括低通滤波电路及鉴相电路，低通滤波电路用于对含有谐波的电网电压信号进行滤波，鉴相电路通过检测与电网电压基波信号相同相位的电网电压相位检测信号的过零点，获得准确的电源相位，提供给电源逆变装置的控制电路，其特征在于，该电源相位检测电路还包括使得电源相位检测电路与电网的接入相序无关的移相电路，该移相电路设置在低通滤波电路前端或设置在低通滤波电路后端和鉴相电路之间，含有谐波的电网电压信号经过低通滤波电路及移相电路后，得到与电网电压基波信号相同相位的电网电压相位检测信号，提供给鉴相电路。
2.根据权利要求1所述的电源相位检测电路，其特征在于，该电源相位检测电路的前端设置有隔离变压器，用于对电网电压信号进行隔离或降压。
3.根据权利要求1或2所述的电源相位检测电路，其特征在于，所述低通滤波电路对含有谐波的电网电压信号进行滤波，能够对三次以上谐波造成衰减。
4.根据权利要求1或2所述的电源相位检测电路，其特征在于，所述低通滤波电路为一阶有源、一阶无源、多阶有源或多阶无源。
5.根据权利要求1或2所述的电源相位检测电路，其特征在于，所述移相电路采用运算放大器电路实现，传递函数特征为幅值可调，相位可调。
6.根据权利要求1或2所述的电源相位检测电路，其特征在于，移相电路的超前相位与低通滤波器的RC时间常数有关。
7.一种电源逆变装置，主电路包括：功率电路、三个交流电抗器、控制电路、回馈电流检测电路及电源相位检测电路，其特征在于，所述电源相位检测电路采用权利要求1-6所述的任一电源相位检测电路。
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