CN105629183B - 三相电源检测装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相电源检测装置、系统及方法。三相电源检测系统包含：数字控制单元、电力单元以及三相电源检测装置。数字控制单元产生波宽调变信号。电力单元根据波宽调变信号产生三相电源信号，三相电源信号包含第一、第二及第三相位电源信号。三相电源检测装置接收三相电源信号，以撷取第一、第二及第三电源信号各具有的相位以及频率，并根据第一、第二及第三电源信号的相位及频率检测第一、第二及第三电源信号的平衡状况。本发明的三相电源检测装置、系统及方法可快速的对三相电源信号的平衡状况进行检测。

Description

三相电源检测装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及一种检测技术，且特别涉及一种三相电源检测装置、系统及方法。

背景技术

三相电源可用来驱动三相马达或是类似的电子装置。三相电源可通过电力单元，例如但不限于智能型电力模块来产生。马达的工作可通过三相电源的强度、相位、频率等参数，以决定送至马达的电流方向、马达运转方向及磁场方向。然而，为确保马达接收到正确的三相电源，常需对电力单元进行量测。一般公知的方式是直接将实体的马达负载连接至电力单元，并设置元件如编码器或霍尔感测元件来侦测马达的位置、角度、转速、力矩等参数，以确保所传送的三相电源是平衡的。然而，实体马达不但体积大、重量重，且量测的电路及配线相对复杂，测试的成本相当高昂。

因此，如何设计一个新的三相电源检测装置、系统及方法，以改善上述的缺点，乃为此业界急待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可快速检测三相电源的平衡状况的三相电源检测装置、系统及方法，从而克服现有技术的上述缺陷。

因此，本发明的一个方面在于提供一种三相电源检测系统。三相电源检测系统包含：数字控制单元、电力单元以及三相电源检测装置。数字控制单元产生波宽调变(pulsewidth modulation；PWM)信号。电力单元根据波宽调变信号产生三相电源信号，三相电源信号包含第一、第二及第三相位电源信号。三相电源检测装置接收三相电源信号，以撷取第一、第二及第三相位电源信号各具有的相位以及频率，并根据第一、第二及第三相位电源信号的相位及频率检测第一、第二及第三相位电源信号的平衡状况。

根据本发明一个实施例，其中数字控制单元为数字信号处理(digital signalprocessing；DSP)模块。

根据本发明另一个实施例，其中电力单元为智能型电力模块(intelligent powermodule；IPM)。

根据本发明又一个实施例，其中三相电源检测装置包含：第一与门、三个第二与门以及判断模块。第一与门对三个单相电源信号进行逻辑运算，以产生基频信号。第二与门对第一、第二及第三相位电源信号分别与反相的基频信号进行逻辑运算，以产生对应第一、第二及第三相位电源信号的第一、第二及第三真实相位电源信号。判断模块撷取第一、第二及第三真实相位电源信号的相位以及频率，以于第一、第二及第三真实相位电源信号的频率相等且相位彼此间相差相同角度时，判断第一、第二及第三相位电源信号为平衡。

根据本发明再一个实施例，其中判断模块还用来对第一、第二及第三真实相位电源信号进行波形重整。

根据本发明还具有的一个实施例，其中三相电源检测装置由现场可编程闸阵列(Field Programmable Gate Array；FPGA)实现。

根据本发明再具有的一个实施例，其中三相电源检测装置将检测结果传送至数字控制单元，以使数字控制单元根据检测结果对波宽调变信号进行调整，进一步使电力单元根据调整后的波宽调变信号产生平衡的三相电源信号。

本发明的另一个态样是在提供一种三相电源检测方法，应用于三相电源检测系统中，包含下列步骤。通过数字控制单元产生波宽调变信号。通过电力单元根据波宽调变信号产生三相电源信号，三相电源信号包含第一、第二及第三相位电源信号。通过三相电源检测装置接收三相电源信号，以撷取第一、第二及第三相位电源信号各具有的相位以及频率。通过三相电源检测装置根据第一、第二及第三相位电源信号的相位及频率检测第一、第二及第三相位电源信号的平衡状况。

根据本发明一个实施例，其中数字控制单元为数字信号处理模块。

根据本发明另一个实施例，其中电力单元为智能型电力模块。

根据本发明又一个实施例，三相电源检测方法还包含：由三相电源检测装置的第一与门对第一、第二及第三相位电源信号进行逻辑运算，以产生基频信号；由三相电源检测装置的三个第二与门，对第一、第二及第三相位电源信号分别与反相的基频信号进行逻辑运算，以产生对应第一、第二及第三相位电源信号的第一、第二及第三真实相位电源信号；以及由三相电源检测装置的判断模块撷取第一、第二及第三真实相位电源信号的相位以及频率，以在第一、第二及第三真实相位电源信号的频率相等且相位彼此间相差相同角度时，判断第一、第二及第三相位电源信号为平衡。

根据本发明再一个实施例，三相电源检测方法还包含：通过判断模块对第一、第二及第三真实相位电源信号进行波形重整。

根据本发明还具有的一个实施例，其中三相电源检测装置系由现场可编程闸阵列实现。

根据本发明再具有的一个实施例，通过三相电源检测装置将检测结果传送至数字控制单元；通过数字控制单元根据检测结果对波宽调变信号进行调整；以及通过电力单元根据调整后的波宽调变信号产生平衡的三相电源信号。

本发明的再一个方面在于提供一种三相电源检测装置。三相电源检测装置包含：第一与门、三个第二与门以及判断模块。第一与门对三相电源信号包含的第一、第二及第三相位电源信号进行逻辑运算，以产生基频信号。第二与门对第一、第二及第三相位电源信号分别与反相的基频信号进行逻辑运算，以产生对应第一、第二及第三相位电源信号的第一、第二及第三真实相位电源信号。判断模块撷取第一、第二及第三真实相位电源信号的相位以及频率，以于第一、第二及第三相位真实相位电源信号的频率相等且相位彼此间相差相同角度时，判断第一、第二及第三相位电源信号为平衡。

根据本发明一个实施例，其中判断模块还用来对第一、第二及第三真实相位电源信号进行波形重整。

根据本发明另一个实施例，其中三相电源检测装置系由现场可编程闸阵列实现。

应用本发明的优点在于三相电源检测系统可通过三相电源检测装置撷取三相电源信号的相位以及频率，以检测第一、第二及第三相位电源信号的平衡状况，而轻易地达到上述的目的。

附图说明

图1为本发明一个实施例中，一种三相电源检测系统的方块图；

图2为本发明的一个实施例中，三相电源检测装置更详细的方块图；

图3A为本发明的一个实施例中，第一、第二及第三相位电源信号以及基频信号的波形图；

图3B为本发明的一个实施例中，第一、第二及第三真实相位电源信号的波形图；

图3C为本发明的一个实施例中，经过波形重整后的第一、第二及第三真实相位电源信号的波形图；以及

图4为本发明一个实施例中，一种三相电源检测方法的流程图。

具体实施方式

请参照图1。图1为本发明一个实施例中，一种三相电源检测系统1的方块图。三相电源检测系统1包含：数字控制单元10、电力单元12以及三相电源检测装置14。

数字控制单元10产生波宽调变信号11。在一个实施例中，数字控制单元10为包含震荡器(oscillator)的数字信号处理模块或是其他可用来产生波宽调变信号11的电路元件。

电力单元12根据波宽调变信号11产生三相电源信号13。其中，三相电源信号13包含第一、第二及第三相位第一、第二及第三相位电源信号U、V及W。在一个实施例中，电力单元12为智能型电力模块，并包含多个绝缘栅双极电晶体(IGBT)。此些绝缘栅双极电晶体可设置为两电平、三电平或多电平的形式，根据波宽调变信号11对直流电源(未图示)进行导通或关闭并产生变频及/或变压的三相电源信号13。在其他实施例中，电力单元12可由其他的电路元件实现。

三相电源检测装置14接收三相电源信号13，以撷取三相电源信号13所包含的第一、第二及第三相位第一、第二及第三相位电源信号U、V及W各具有的相位以及频率，并根据第一、第二及第三相位电源信号U、V及W的相位及频率检测第一、第二及第三相位电源信号U、V及W的平衡状况。

请参照图2。图2为本发明的一个实施例中，三相电源检测装置14更详细的方块图。三相电源检测装置14包含：第一与门20、三个第二与门22A、22B、22C以及判断模块24。在一个实施例中，三相电源检测装置14可由现场可编程闸阵列或是其他的电路元件实现。

第一与门20对第一、第二及第三相位电源信号U、V、W进行逻辑运算，以产生基频信号B。

请同时参照图2及图3A。图3A为本发明的一个实施例中，第一、第二及第三相位电源信号U、V、W以及基频信号B的波形图。如图3A中所示，在经过第一与门20的逻辑运算后，仅有第一、第二及第三相位电源信号U、V、W同为高态的部分保留下来成为基频信号B。

第二与门22A、22B、22C对第一、第二及第三相位电源信号U、V、W及反相的基频信号B分别进行逻辑运算，以产生对应第一、第二及第三相位电源信号U、V、W的第一、第二及第三真实相位电源信号U_true、V_true、W_true。

请同时参照图2及图3B。图3B为本发明的一个实施例中，第一、第二及第三真实相位电源信号U_true、V_true、W_true的波形图。如图3B所示，由于第二与门22A、22B、22C是以反相的基频信号B分别与第一、第二及第三相位电源信号U、V及W进行逻辑运算，因此将去除掉第一、第二及第三相位电源信号U、V及W中的基频部份，而产生未带有基频的第一、第二及第三真实相位电源信号U_true、V_true、W_true。

判断模块24将进一步从第二与门22A、22B、22C撷取第一、第二及第三真实相位电源信号U_true、V_true、W_true的相位以及频率。在一个实施例中，判断模块24先对第一、第二及第三真实相位电源信号U_true、V_true、W_true进行波形重整后，再从重整的第一、第二及第三真实相位电源信号U_true’、V_true’、W_true’撷取其相位以及频率。

请同时参照图2及图3C。图3C为本发明的一个实施例中，经过波形重整后的第一、第二及第三真实相位电源信号U_true、V_true、W_true的波形图。判断模块24将第一、第二及第三真实相位电源信号U_true、V_true、W_true中重复出现的波形中，最早出现的正缘波形后最后出现的负缘波形补齐为连续的高态，以达到重整的目的。

判断模块24根据重整后的第一、第二及第三真实相位电源信号U_true’、V_true’、W_true’撷取相位及频率。其中，第一、第二及第三真实相位电源信号U_true’、V_true’、W_true’的相位以及频率相当于第一、第二及第三相位电源信号U、V、W的相位以及频率。在一个实施例中，以第一真实相位电源信号U_true’为例，其频率可由其周期T的倒数得知。并且，在一个实施例中，以第二及第三真实相位电源信号V_true’及W_true’为例，其相位的差距可由其正缘波形的时间差P和其周期T间的比例得知。举例来说，如果间隔周期为360度，而第二及第三真实相位电源信号V_true’及W_true’间的正缘波形的时间差P和其周期T间的比例为1/3，则其相位差距为120度。

判断模块24进一步根据第一、第二及第三真实相位电源信号U_true’、V_true’、W_true’的相位以及频率检测第一、第二及第三相位电源信号U、V、W的平衡状况。

当第一、第二及第三真实相位电源信号U_true’、V_true’、W_true’的频率相等且相位彼此间相差相同角度时，判断模块24将判断第一、第二及第三相位电源信号U、V、W为平衡。在一个实施例中，当第一、第二及第三真实相位电源信号U_true’、V_true’、W_true’间频率相等且彼此间相差120度时，判断模块24判断第一、第二及第三相位电源信号U、V、W为平衡。

因此，本发明的三相电源检测系统1可通过三相电源检测装置14撷取第一、第二及第三相位电源信号U、V、W的相位以及频率，以判断第一、第二及第三相位电源信号U、V、W是否平衡。在一个实施例中，当三相电源检测装置14判断第一、第二及第三相位电源信号U、V、W并未平衡时，可传送检测结果15至数字控制单元10，以由数字控制单元10对波宽调变信号11进行调整，进一步使电力单元12调整所产生的第一、第二及第三相位电源信号U、V、W至平衡的状态。

请参照图4。图4为本发明一个实施例中，一种三相电源检测方法400的流程图。三相电源检测方法400可应用于如图1所示的三相电源检测系统1中。三相电源检测方法400包含下列步骤(应了解到，在本实施方式中所提及的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可按实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行)。

在步骤401，通过数字控制单元10产生波宽调变信号11。

在步骤402，通过电力单元12根据波宽调变信号11产生三相电源信号13，三相电源信号13包含第一、第二及第三相位电源信号U、V及W。

在步骤403，通过三相电源检测装置14接收三相电源信号13，以撷取三相电源信号13所包含的第一、第二及第三相位电源信号U、V及W各具有的相位以及频率。

在步骤404，通过三相电源检测装置14根据第一、第二及第三相位电源信号U、V及W的相位及频率判断第一、第二及第三相位电源信号U、V及W的平衡状况。

虽然本发明内容已以实施方式公开如上，然其并非用来限定本发明内容，任何本领域技术人员，在不脱离本发明内容的精神和范围内，可作各种不同的选择和修改，因此本发明内容的保护范围由潜力要求书及其等同形式所限定。

Claims (15)

1.一种三相电源检测系统，其特征在于，所述三相电源检测系统包含：

数字控制单元，其用来产生波宽调变信号；

电力单元，其用来根据所述波宽调变信号产生三相电源信号，所述三相电源信号包含第一相位电源信号、第二相位电源信号以及第三相位电源信号；以及

三相电源检测装置，包含：

第一与门，其用来对所述第一、所述第二及所述第三相位电源信号进行逻辑运算，以产生基频信号；

三个第二与门，其中一所述第二与门对所述第一相位电源信号与反相的所述基频信号进行与逻辑运算，以产生未带有所述基频信号的第一真实相位电源信号，另一所述第二与门对所述第二相位电源信号与反相的所述基频信号进行与逻辑运算，以产生未带有所述基频信号的第二真实相位电源信号，又一所述第二与门对所述第三相位电源信号与反相的所述基频信号进行与逻辑运算，以产生未带有所述基频信号的第三真实相位电源信号；以及

判断模块，其用来撷取所述第一、所述第二及所述第三真实相位电源信号的相位以及频率，以在所述第一、所述第二及所述第三相位真实相位电源信号的频率相等且相位彼此间相差相同角度时，判断所述第一、所述第二及所述第三相位电源信号为平衡。

2.如权利要求1所述的三相电源检测系统，其特征在于，所述数字控制单元为数字信号处理模块。

3.如权利要求1所述的三相电源检测系统，其特征在于，所述电力单元为智能型电力模块。

4.如权利要求1所述的三相电源检测系统，其特征在于，所述判断模块还用来对所述第一、所述第二及所述第三相位真实相位电源信号进行波形重整。

5.如权利要求1所述的三相电源检测系统，其特征在于，所述三相电源检测装置由现场可编程门阵列实现。

6.如权利要求1所述的三相电源检测系统，其特征在于，所述三相电源检测装置将检测结果传送至所述数字控制单元，以使所述数字控制单元根据所述检测结果对所述波宽调变信号进行调整，进一步使所述电力单元根据调整后的所述波宽调变信号产生平衡的所述三相电源信号。

7.一种三相电源检测方法，应用于三相电源检测系统中，其特征在于，所述三相电源检测方法包含：

通过数字控制单元产生波宽调变信号；

通过电力单元根据所述波宽调变信号产生三相电源信号，所述三相电源信号包含第一、第二及第三相位电源信号；

通过三相电源检测装置接收所述三相电源信号，以撷取所述第一、所述第二及所述第三相位电源信号各具有的相位以及频率；以及

由所述三相电源检测装置的第一与门对所述第一、所述第二及所述第三相位电源信号进行逻辑运算，以产生基频信号；

由所述三相电源检测装置的三个第二与门，对所述第一、所述第二及所述第三相位电源信号分别与反相的所述基频信号进行逻辑运算，其中一所述第二与门对所述第一相位电源信号与反相的所述基频信号进行与逻辑运算，以产生未带有所述基频信号的第一真实相位电源信号，另一所述第二与门对所述第二相位电源信号与反相的所述基频信号进行与逻辑运算，以产生未带有所述基频信号的第二真实相位电源信号，又一所述第二与门对所述第三相位电源信号与反相的所述基频信号进行与逻辑运算，以产生未带有所述基频信号的第三真实相位电源信号；以及

由所述三相电源检测装置的判断模块撷取所述第一、所述第二及所述第三相位真实相位电源信号的相位以及频率，以在所述第一、所述第二及所述第三相位真实相位电源信号的频率相等且相位彼此间相差相同角度时，判断所述第一、所述第二及所述第三相位电源信号为平衡。

8.如权利要求7所述的三相电源检测方法，其特征在于，所述数字控制单元为数字信号处理模块。

9.如权利要求7所述的三相电源检测方法，其特征在于，所述电力单元为智能型电力模块。

10.如权利要求7所述的三相电源检测方法，其特征在于，所述三相电源检测方法还包含：

通过所述判断模块对所述第一、所述第二及所述第三真实相位电源信号进行波形重整。

11.如权利要求7所述的三相电源检测方法，其特征在于，所述三相电源检测装置由现场可编程门阵列实现。

12.如权利要求7所述的三相电源检测方法，其特征在于，所述三相电源检测方法还包含：

通过所述三相电源检测装置将检测结果传送至所述数字控制单元；

通过所述数字控制单元根据所述检测结果对所述波宽调变信号进行调整；以及

通过所述电力单元根据调整后的所述波宽调变信号产生平衡的所述三相电源信号。

13.一种三相电源检测装置，其特征在于，所述三相电源检测装置包含：

第一与门，其用来对三相电源信号中包含的第一、第二及第三相位电源信号进行逻辑运算，以产生基频信号；

三个第二与门，其中一所述第二与门对所述第一相位电源信号与反相的所述基频信号进行与逻辑运算，以产生未带有所述基频信号的第一真实相位电源信号，另一所述第二与门对所述第二相位电源信号与反相的所述基频信号进行与逻辑运算，以产生未带有所述基频信号的第二真实相位电源信号，又一所述第二与门对所述第三相位电源信号与反相的所述基频信号进行与逻辑运算，以产生未带有所述基频信号的第三真实相位电源信号；以及

判断模块，其用来撷取所述第一、所述第二及所述第三真实相位电源信号的相位以及频率，以在所述第一、所述第二及所述第三真实相位电源信号的频率相等且相位彼此间相差相同角度时，判断所述第一、所述第二及所述第三相位电源信号为平衡。

14.如权利要求13所述的三相电源检测装置，其特征在于，所述判断模块还用来对所述第一、所述第二及所述第三真实相位电源信号进行波形重整。

15.如权利要求13所述的三相电源检测装置，其特征在于，所述三相电源检测装置由现场可编程门阵列实现。