CN109581083B - 三相交流电源的缺相检测装置和电力电子系统 - Google Patents

Abstract

一种三相交流电源的缺相检测装置和电力电子系统，电源具有第一至第三输出端，缺相检测装置包括：第一至第三检测支路，三个检测支路上各自串联第一至第三电阻，三个检测支路两两耦接于三个输出端之间，第一和第二输出端之间的电压记为第一线电压，第二和第三输出端之间的电压记为第二线电压，第一和第三输出端之间的电压记为第三线电压；电压检测模块和/或相位检测模块，二者分别适于对三个线电压的幅度和相位进行检测；在电压检测模块检测到三个线电压中两个的幅度具有预设的比例关系且二者幅度之和与另一个相等时，和/或在相位检测模块检测到三个线电压的相位一致时，判定电源缺相。采用本发明方案可提高针对三相交流电源缺相情况的检测速度。

Description

三相交流电源的缺相检测装置和电力电子系统

技术领域

本发明涉及电源缺相检测技术领域，尤其涉及一种三相交流电源的缺相检测装置和电力电子系统。

背景技术

电子电子系统中多采用三相交流电源作为激励源。三相交流电源能够产生三个具有相同频率、相同振幅、在相位上彼此相差120度的正弦交流电流或电压。为考虑电力电子系统运行的安全性，在电力电子系统中通常设置至少两个三相交流电源，将其中一个作为正常供电的电源，另一个作为备用电源；此外，还设置自动切换开关(Automatic TransferSwitch，简称ATS)，在正常供电的电源发生故障(例如缺相)时，采用ATS将备用电源切换至供电通路中，使其代替缺相的电源为负载设备供电。

图1示出一种现有技术中的电力电子系统，其可以包括电源(也即三相交流电源)1、电源(也即三相交流电源)2、ATS1、ATS2以及负载设备1至3。其中，负载设备1至3例如可以为交流/直流变换器，但不限于此；一般情况下，采用电源1为负载设备1至3供电，电源2作为备用电源，二者的三相输出分别为U、V和W；在电源1出现故障(例如缺相)时需要快速地由ATS1和ATS2配合切换到电源2。因此，电力电子系统中需要设置针对三相交流电源的缺相检测装置，及时地对缺相故障进行检测，以控制ATS1和ATS2进行电源的及时切换，以保证负载设备1至3正常运行。

在现有技术中，中国专利文献CN200720074853.5和日本专利文献2008-187874分别公开了一种三相交流电源的故障检测装置，然而，二者在针对三相交流电源缺相情况的检测上明显具有检测速度慢的缺陷。

发明内容

本发明解决的技术问题是如何提高针对三相交流电源缺相情况的检测速度。

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种三相交流电源的缺相检测装置，所述三相交流电源具有第一输出端、第二输出端和第三输出端，所述缺相检测装置包括：第一检测支路，耦接于所述第一输出端和第二输出端之间，所述第一检测支路上串联有第一电阻，所述第一输出端和第二输出端之间的电压记为第一线电压；第二检测支路，耦接于所述第二输出端和第三输出端之间，所述第二检测支路上串联有第二电阻，所述第二输出端和第三输出端之间的电压记为第二线电压；第三检测支路，耦接于所述第一输出端和第三输出端之间，所述第三检测支路上串联有第三电阻，所述第一输出端和第三输出端之间的电压记为第三线电压；电压检测模块和/或相位检测模块，所述电压检测模块适于对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的幅度进行检测，所述相位检测模块适于对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位进行检测；其中，在所述电压检测模块检测到所述第一线电压、第二线电压和第三线电压其中两个的幅度具有预设的比例关系，且二者的幅度之和与其中另一个的幅度相等时，和/或，在所述相位检测模块检测到所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位一致时，判定所述三相交流电源缺相。

可选地，所述第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值相等。

可选地，所述相位检测模块包括：第一二极管，串联于所述第一检测支路；第二二极管，串联于所述第二检测支路；第三二极管，串联于所述第三检测支路；其中，在所述第一二极管、第二二极管和第三二极管的导通状态指示所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位一致时，判定所述三相交流电源缺相。

可选地，所述第一二极管的正极直接或者间接地耦接所述第一输出端，所述第一二极管的负极直接或者间接地耦接所述第二输出端；所述第二二极管的正极直接或者间接地耦接所述第二输出端，所述第二二极管的负极直接或者间接地耦接所述第三输出端；所述第三二极管的正极直接或者间接地耦接所述第一输出端，所述第三二极管的负极直接或者间接地耦接所述第三输出端；其中，在所述第一二极管、第二二极管和第三二极管同时导通或同时截止时，判定所述三相交流电源缺相。

可选地，所述第一二极管、第二二极管和第三二极管的正向导通电压小于所述三相交流电源所输出的交流电压的峰峰值的一半。

可选地，所述相位检测模块包括：第四二极管，所述第四二极管的正极耦接所述第一二极管的负极，所述第四二极管的负极耦接所述第一二极管的正极；第五二极管，所述第五二极管的正极耦接所述第二二极管的负极，所述第五二极管的负极耦接所述第二二极管的正极；第六二极管，所述第六二极管的正极耦接所述第三二极管的负极，所述第六二极管的负极耦接所述第三二极管的正极；其中，在所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管的导通状态指示所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位一致时，判定所述三相交流电源缺相。

可选地，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管均为发光二极管。

可选地，所述缺相检测装置还包括：第一电流互感器，其一次绕组串联于所述第一检测支路；第二电流互感器，其一次绕组串联于所述第二检测支路；第三电流互感器，其一次绕组串联于所述第三检测支路；其中，所述电压检测模块根据流经所述第一电流互感器、第二电流互感器和第三电流互感器的二次绕组的电流的大小对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的幅度进行检测，所述相位检测模块根据流经所述第一电流互感器、第二电流互感器和第三电流互感器的二次绕组的电流的相位对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位进行检测。

可选地，所述电压检测模块包括：第一数字信号处理模块，适于获取所述第一线电压、第二线电压和第三线电压，并对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的幅度进行检测；所述相位检测模块包括：第二数字信号处理模块，适于获取所述第一线电压、第二线电压和第三线电压，并对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位进行检测。

可选地，所述缺相检测装置还包括：控制模块，输出开关控制信号，所述开关控制信号接入电源切换开关的控制端，在所述三相交流电源缺相时，所述开关控制信号控制所述电源切换开关变更开关状态。

针对上述技术问题，本发明实施例还提供了一种电力电子系统，所述电力电子系统包括：被测三相交流电源、备用三相交流电源、负载设备以及上述三相交流电源的缺相检测装置；其中，所述被测三相交流电源适于为所述负载设备供电，在所述缺相检测装置检测到所述被测三相交流电源缺相时，所述备用三相交流电源代替所述被测三相交流电源为所述负载设备供电。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明实施例提供一种三相交流电源的缺相检测装置，通过在三相交流电源的三个输出端两两之间设置检测支路，三个检测支路上各自串联电阻，在采用的电压检测模块检测出三相交流电源的三个线电压中两个的幅度具有预设的比例关系且二者幅度之和与另一个相等，和/或采用的相位检测模块检测三相交流电源的三个线电压的相位一致时，判定电源缺相，可以有效地提高针对三相交流电源缺相情况的检测速度。由于三相交流电源缺相所引起的所述第一线电压、第二线电压和第三线电压幅度和相位的变化是基于对所述第一电阻、第二电阻和第三电阻的响应得到的，且阻性器件不具有延迟效应，因此可以有效地提高针对三相交流电源缺相情况的检测速度。进一步地，本发明方案还可以通过对各个线电压的幅度检测判断出所述三相交流电源中的哪一路缺相，为后续对电源故障排查和维修带来方便。

进一步地，本发明实施例的缺相检测装置还可以包括第四电阻、第五电阻和第六电阻，分别串联于所述第一检测支路、第二检测支路和第三检测支路。所述电压检测模块可以根据所述第四电阻、第五电阻和第六电阻两端电压的幅度对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的幅度进行检测，所述相位检测模块可以根据所述第四电阻、第五电阻和第六电阻两端电压的相位对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位进行检测。由于阻性器件不具有延迟效应，因此，本实施例方案既可以保证对针对三相交流电源缺相情况的检测速度，又易于实施。

进一步地，本发明实施例的缺相检测装置还可以包括第一电流互感器、第二电流互感器和第三电流互感器，其一次绕组分别串联于所述第一检测支路、第二检测支路和第三检测支路。所述电压检测模块可以根据流经三个电流互感器的二次绕组的电流的大小对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的幅度进行检测，所述相位检测模块可以根据流经三个电流互感器的二次绕组的电流的相位对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位进行检测。本实施例方案既可以保证对针对三相交流电源缺相情况的检测速度，又易于实施。

进一步地，所述电压检测模块可以包括第一数字信号处理模块，适于对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的幅度进行检测；所述相位检测模块可以包括第二数字信号处理模块，适于获取所述第一线电压、第二线电压和第三线电压，并对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位进行检测。本实施例方案既可以保证对针对三相交流电源缺相情况的检测速度，又易于实施。

进一步地，所述相位检测模块可以包括第一二极管、第二二极管和第三二极管，分别串联于所述第一检测支路、第二检测支路和第三检测支路。在所述第一二极管、第二二极管和第三二极管的导通状态指示所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位一致时，判定所述三相交流电源缺相。由于正常情况下，在三相交流电源的一个输出周期(简称周期)内，三个二极管开始导通的时刻依次相差1/3个周期；在发生异常，也即缺相时，从上一二极管导通至发现三个二极管同时导通(假设三个二极管的方向一致)的时刻小于1/3个周期，因此，本实施例方案针对三相交流电源缺相情况的检测速度较快。此外，本实施例方案还具有成本低、易于实施的优点。

进一步地，所述相位检测模块在包括所述第一二极管、第二二极管和第三二极管的基础上还可以包括第四二极管、第五二极管和第六二极管，两两方向相反形成对管。可以在所述各个二极管的导通状态指示所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位一致时，判定所述三相交流电源缺相。以所述第一二极管、第二二极管和第三二极管的方向一致，六个二极管为发光二极管为例，由于正常情况下，在三相交流电源的一个周期内，六个发光二极管开始导通的时刻依次相差1/6个周期；在发生异常，也即缺相时，从上一发光二极管发光至发现三个二极管同时发光的时间小于1/6个周期，因此，本实施例方案针对三相交流电源缺相情况的检测速度更快。此外，本实施例方案的成本也较低，且易于实施。

附图说明

图1是现有技术中的一种电力电子系统的示意性结构框图。

图2是现有技术中的一种三相交流电源的缺相检测装置的电路图。

图3是现有技术中的另一种三相交流电源的缺相检测装置的电路结构示意图。

图4是本发明实施例一种三相交流电源的缺相检测装置的电路结构示意图。

图5是本发明实施例一种三相交流电源由正常状态变为缺相时其第一输出端、第二输出端和第三输出端输出波形的示意图。

图6是本发明实施例另一种三相交流电源的缺相检测装置的电路结构示意图。

图7是本发明实施例再一种三相交流电源的缺相检测装置的电路结构示意图。

图8是本发明实施例又一种三相交流电源的缺相检测装置的电路结构示意图。

图9是本发明实施例又一种三相交流电源的缺相检测装置的电路结构示意图。

图10是本发明实施例又一种三相交流电源的缺相检测装置的电路结构示意图。

具体实施方式

如背景技术部分所述，在现有技术中，针对三相交流电源的缺相检测需要快速地进行，以保证负载设备的正常运行。然而，现有技术中针对三相交流电源缺相情况的检测却具有检测速度慢的缺陷。

本申请发明人对现有技术中的三相交流电源的缺相检测装置进行了分析。

参见图2所示，中国专利文献CN200720074853.5公开了一种三相交流电源的故障检测装置。该装置由整流桥5、滤波电容Cc、光耦器件6、驱动电路7以及电阻Ra、Rb、Rc、Rd和Re组成。当三相交流电源(图未示)正常工作时，其输出的三相信号L1、L2和L3经由所述整流桥5的整流作用，端口2处的信号为直流信号；在所述滤波电容Cc进一步地作用下，端口2处的信号更为平滑，光耦器件6中的发光二极管(图中未标示)发光，光耦器件6中的开关器件(图中未标示)处于导通状态。当三相交流电源出现缺相故障时，三相信号L1、L2和L3中的一路或多路输出异常，将导致经由所述整流桥5作用后的端口2处的信号幅度降低，可致使光耦器件6中的发光二极管停止发光，致使光耦器件6中的开关器件处于截止状态。当所述驱动电路7检测到所述光耦器件6中的开关器件由导通变为截止状态时，则判定三相交流电源存在缺相故障，则控制自动切换开关(Automatic Transfer Switch，简称ATS)(图未示)切换其他备用电源进行供电。

该专利方案具有以下缺陷：首先，无法锁定三相交流电源中具体缺相的是哪一路，这为后续对电源故障的排查和维修带来不便；其次，由于所述滤波电容Cc的作用，在经由所述整流桥5作用后，端口2处的信号需要经滤波后才到达所述光耦器件6中的发光二极管，在所述驱动电路判断出故障发生时，往往需要经过故障发生后的若干个三相交流电源的输出周期(简称周期，在中国为0.02秒，下同)，检测速度缓慢；再次，上述检测电路的成本相对较高。

如图3所示，为解决上述专利文献中存在的技术问题，日本专利文献2008-187874公开了另一种三相交流电源1的缺相检测装置2。检测装置2耦接三相交流电源1的三个输出端U、V和W。检测装置2包括三组光耦器件12、22和32、限流电阻11、13、21、23、31和33以及控制模块3；在三组光耦器件中共包括有发光对管12A、22A和32A(两两连接于三相交流电源1的输出端之间)以及开关器件12B、22B和32B。当三相交流电源1正常工作时，以输出端U和V为例，U之间的压差只要超过发光对管12A的导通电压，其就会发光，其余两组同理。由于交流电的方向不同，使得在一个周期内，每一发光对管交替导通(允许有短暂的间隔，考虑其对应的开关器件的允许容限)，也即出现闪烁现象。但当三相交流电源1出现缺相故障时，如果发光对管12A、22A和32A中不再闪烁，则判定存在电源缺相。具体地，若发光对管12A和22A出现发光异常，则可判定三相交流电源1中输出端V对应的一路发生缺相，其余两路以此类推。

尽管该方案可以有效地通过上述发光对管的闪烁情况来锁定三相交流电源1的哪一路缺相，电路成本也相对较低；然而，由于上述判断的依据是某一组的发光对管在闪烁后不再闪烁，即上次发光后仍需要经过一个周期后，第二次发光没有出现才可以判断出。因此，该方案对缺相故障的判定至少需要一个周期。

综上，在现有技术中，针对三相交流电源缺相情况的检测时间至少需要一个三相交流电源的输出周期，相对而言，检测速度较慢。

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种三相交流电源的缺相检测装置，通过在三相交流电源的三个输出端两两之间设置检测支路，三个检测支路上各自串联电阻，在采用的电压检测模块检测出三相交流电源的三个线电压中两个的幅度具有预设的比例关系且二者幅度之和与另一个相等，和/或采用的相位检测模块检测三相交流电源的三个线电压的相位一致时，判定电源缺相，可以有效地提高针对三相交流电源缺相情况的检测速度。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图4是本发明实施例一种三相交流电源的缺相检测装置的电路结构示意图。如图4所示，本实施例中的三相交流电源Power1可以具有第一输出端U、第二输出端V和第三输出端W。需要说明的是，本实施例不限定所述三相交流电源Power1的内部连接方式，具有普适性，例如其可以为三角形接法也可以为星形接法。

本发明实施例中的缺相检测装置100可以包括第一检测支路(图中未标示)、第二检测支路(图中未标示)和第三检测支路(图中未标示)；所述缺相检测装置100还可以包括电压检测模块10和/或相位检测模块20。

其中，所述第一检测支路耦接于所述第一输出端U和第二输出端V之间，所述第一检测支路上串联有第一电阻R1，所述第一输出端U和第二输出端V之间的电压记为第一线电压VL1；所述第二检测支路耦接于所述第二输出端V和第三输出端W之间，所述第二检测支路上串联有第二电阻R2，所述第二输出端V和第三输出端W之间的电压记为第二线电压VL2；所述第三检测支路耦接于所述第一输出端U和第三输出端W之间，所述第三检测支路上串联有第三电阻R3，所述第一输出端U和第三输出端W之间的电压记为第三线电压VL3。也即在所述三相交流电源Power1的三个输出端的两两之间各自设置检测支路，三个检测支路上各自串联有电阻。

一并结合图4和图5，在所述三相交流电源Power1正常工作时，所述第一输出端U、第二输出端V和第三输出端W分别输出有相同频率、相同振幅、在相位上彼此相差120度的正弦交流电压。当所述三相交流电源Power1中出现缺相故障时，例如，所述第二输出端V缺相，则其停止输出正弦交流电压，此时，图4所示的电路等效为所述第一电阻R1和第二电阻R2串联后再与所述第三电阻R3并联，且电阻不改变信号的相位关系，则此时将出现以下现象：所述第一线电压VL1和第二线电压VL2幅度具有预设的比例关系，且二者的幅度之和与所述第三线电压VL3的幅度相等，且所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位一致。

在本发明一优选实施例中，所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值相等(例如均为500kΩ)。在三个电阻的阻值相等的情况下，所述第二输出端V缺相时，所述第一线电压VL1和第二线电压VL2幅度相等，且所述第三线电压VL3的幅度等于所述第一线电压VL1或第二线电压VL2幅度的二倍，且所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位一致。

同理，在三个电阻的阻值相等的情况下，所述第一输出端U缺相时，所述第一线电压VL1和第三线电压VL3幅度相等，且所述第二线电压VL2的幅度等于所述第一线电压VL1或第三线电压VL3幅度的二倍，所述第三输出端W缺相时，所述第二线电压VL2和第三线电压VL3幅度相等，且所述第一线电压VL1的幅度等于所述第二线电压VL2或第三线电压VL3幅度的二倍；同时，所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位均一致。

进一步而言，本实施例中，所述电压检测模块10适于对所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的幅度进行检测，所述相位检测模块20适于对所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位进行检测；其中，在所述电压检测模块10检测到所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3其中两个的幅度具有预设的比例关系，且二者的幅度之和与其中另一个的幅度相等时，和/或，在所述相位检测模块20检测到所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位一致时，判定所述三相交流电源Power1缺相。

在本实施例中，由于在三相交流电源Power1缺相时，会引起所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3中幅度和相位的变化，而该变化是在发生缺相时，所述三相交流电源Power1的正弦交流电压在所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3上的响应得到的，可以通过所述电压检测模块10和/或相位检测模块20直接对所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的幅度和/或相位进行检测，以判定所述三相交流电源Power1是否缺相。由于阻性器件不具有延迟效应，因此，缺相检测时间取决于现有技术手段对电压幅度和/或相位检测所需的时间，一般来说可以将其控制在小于一个三相交流电源的输出周期(在具体实施中可以为1/4周期)，进而可以有效地提高针对三相交流电源Power1缺相情况的检测速度。本实施例还可以进一步地通过对所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的幅度的检测判断出所述三相交流电源Power1中的哪一路缺相，为后续对三相交流电源Power1的故障排查和维修带来方便。

需要说明的是，图4中仅示出了所述缺相检测装置100同时包括所述电压检测模块10和/或所述相位检测模块20的情况，但不限于此。所述缺相检测装置100可以仅包括所述电压检测模块10或所述相位检测模块20，亦可完成上述缺相检测。

在本发明一变化实施例中，所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值不完全相等，例如，三者的阻值依次为300kΩ、400kΩ以及500kΩ。则在所述第二输出端V缺相时，所述第一线电压VL1和第二线电压VL2幅度比为3:4，且所述第三线电压VL3的幅度等于所述第一线电压VL1和第二线电压VL2幅度之和；在所述第一输出端U缺相时，所述第一线电压VL1和第三线电压VL3幅度比为3:5，且所述第二线电压VL2的幅度等于所述第一线电压VL1和第三线电压VL3幅度之和；在所述第三输出端W缺相时，所述第二线电压VL2和第三线电压VL3幅度比为4:5，且所述第一线电压VL1的幅度等于所述第二线电压VL2和第三线电压VL3幅度之和。同时，在上述三种情况下，所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位均一致。

如无特殊说明，本文即以所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值相等为例进行以下说明。

图6是本发明实施例另一种三相交流电源的缺相检测装置的电路结构示意图。

参见图6，本实施例中的缺相检测装置200的结构和工作原理与图4所示出的缺相检测装置100基本一致，其主要区别在于，所述缺相检测装置200还可以进一步包括控制模块30。

其中，所述控制模块30可以耦接所述电压检测模块10和/或相位检测模块20的输出端，以接收检测结果，当所述控制模块30在所述检测结果指示出所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3其中两个的幅度具有预设的比例关系，且二者的幅度之和与其中另一个的幅度相等，和/或，所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位一致时，判定所述三相交流电源Power1缺相。

进一步而言，所述控制模块30可以输出开关控制信号(图未示)，例如，所述开关控制信号可以为数字信号，其逻辑电平可以指示出所述三相交流电源Power1的缺相情况。所述开关控制信号可以接入电源切换开关(图未示)的控制端，在所述三相交流电源Power1缺相时，所述开关控制信号控制所述电源切换开关变更开关状态，所述电源切换开关可以将缺相的三相交流电源Power1替换为备用三相交流电源(图未示)。

关于所述缺相检测装置200的更多信息请参见前文对图4所示实施例的相关描述(结合图5)，此处不予赘述。

图7是本发明实施例再一种三相交流电源的缺相检测装置的电路结构示意图。

参见图7，本实施例中的缺相检测装置300的结构和工作原理与图4所示出的缺相检测装置100基本一致，其主要区别在于，所述缺相检测装置300还可以进一步包括第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6。其中，所述第四电阻R4串联于所述第一检测支路，所述第五电阻R5串联于所述第二检测支路，所述第六电阻R6串联于所述第三检测支路。

进一步而言，所述电压检测模块10和/或相位检测模块20可以将对所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的幅度和/或相位的检测进行转换。在具体实施中，所述第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6的阻值可以远小于所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，例如可以为1kΩ，甚至更小，但不限于此。在本实施例中，流经所述第一电阻R1和第四电阻R4的电流相等，流经所述第二电阻R2和第五电阻R5的电流，以及流经所述第三电阻R3和第六电阻R6的电流也相等，因此，在检测到所述第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6两端电压的幅度时，可以根据其阻值分别获得流经所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的电流，由于所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6的阻值为已知量，因此可以间接地获得所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的幅度。此外，所述第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6两端电压的相位与所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位一致。

因此，在本实施例中，所述电压检测模块10可以根据所述第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6两端电压的幅度对所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的幅度进行检测，所述相位检测模块20可以根据所述第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6两端电压的相位对所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位进行检测。由于阻性器件不具有延迟效应，因此，本实施例方案既可以保证对针对三相交流电源Power1缺相情况的检测速度，又易于实施。

关于所述缺相检测装置300的更多信息请参见前文对图4所示实施例的相关描述(结合图5)，此处不予赘述。

图8是本发明实施例又一种三相交流电源的缺相检测装置的电路结构示意图。

参见图8，本实施例中的缺相检测装置400的结构和工作原理与图4所示出的缺相检测装置100基本一致，其主要区别在于，所述缺相检测装置400还可以进一步包括第一电流互感器T1、第二电流互感器T2和第三电流互感器T3。其中，所述第一电流互感器T1的一次绕组串联于所述第一检测支路，所述第二电流互感器T2的一次绕组串联于所述第二检测支路，所述第三电流互感器T3的一次绕组串联于所述第三检测支路。

在具体实施中，所述三相交流电源Power1的输出电流一般较大，可以通过设置所述第一电流互感器T1、第二电流互感器T2和第三电流互感器T3的一次绕组与二次绕组之间的匝数比，可以将所述三相交流电源Power1的输出电流进行变换以获得易于检测的小电流。在所述小电流的大小和相位、所述匝数比以及所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值为已知量的情况下，可以间接地获得所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的幅度和相位。其中，可以通过对所述第一电流互感器T1、第二电流互感器T2和第三电流互感器T3的一次绕组与二次绕组电抗值等参数的设置尽量降低其对所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位延迟，以保证针对三相交流电源Power1缺相情况的检测速度。

因此，在本实施例中，所述电压检测模块10可以根据流经所述第一电流互感器T1、第二电流互感器T2和第三电流互感器T3的二次绕组的电流的大小对所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的幅度进行检测，所述相位检测模块20可以根据流经所述第一电流互感器T1、第二电流互感器T2和第三电流互感器T3的二次绕组的电流的相位对所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位进行检测。本实施例方案既可以保证对针对三相交流电源Power1缺相情况的检测速度，又易于实施。

关于所述缺相检测装置400的更多信息请参见前文对图4所示实施例的相关描述(结合图5)，此处不予赘述。

本发明实施例还提供了一种三相交流电源的缺相检测装置，其结构和工作原理与图4所示出的缺相检测装置100基本一致，继续参见图4，其主要区别在于，所述电压检测模块10可以包括第一数字信号处理模块(图未示)，所述第一数字信号处理模块适于获取所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3，并对所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的幅度进行检测；所述相位检测模块20可以包括第二数字信号处理模块(图未示)，所述第二数字信号处理模块(图未示)适于获取所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3，并对所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位进行检测。本实施例方案既可以保证对针对三相交流电源Power1缺相情况的检测速度，又易于实施。

在具体实施中，可以采用所述第一数字信号处理模块直接对所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的幅度进行检测，例如，所述第一数字信号处理模块内部可以集成有模数转换器(Analog-to-digitalConverter，简称ADC)；可选地，其还可以包括有信号调理模块，其对所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的幅度进行调理以适应所述ADC的输入范围。在本实施例中，所述模数转换器和所述信号调理模块均可以外接于所述第一数字信号处理模块，本实施例不进行特殊限制。

在具体实施中，可以采用所述第二数字信号处理模块对所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位进行检测，例如，所述第二数字信号处理模块可以包括有数字鉴相器或其他任何数字式相位检测单元，此处不予一一举例。

需要说明的是，所述第一数字信号处理模块和第二数字信号处理模块在形式上可以为分开设置的数字信号处理模块，也可以采用同一数字信号处理模块进行实现，本实施例不进行特殊限制。

在具体实施中，所述第一数字信号处理模块和/或第二数字信号处理模块可以为数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)或微控制器(Micro ControllerUnit，简称MCU)等任何适当的数字信号处理模块，此处不予一一举例。

关于本实施例的缺相检测装置的更多信息请参见前文对图4所示实施例的相关描述(结合图5)，此处不予赘述。

图9是本发明实施例又一种三相交流电源的缺相检测装置的电路结构示意图。

参见图9，本实施例中的缺相检测装置500的结构和工作原理与图4所示出的缺相检测装置100基本一致，其主要区别在于，在所述缺相检测装置500中，所述相位检测模块(图中未标示)可以包括第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3；其中，所述第一二极管D1串联于所述第一检测支路，所述第二二极管D2串联于所述第二检测支路，所述第三二极管D3串联于所述第三检测支路。

本实施例中，若所述三相交流电源Power1正常工作，由于其输出的三路正弦交流电压的矢量和为零，也即不会出现三者方向相同(也即同时大于0V或同时小于0V)的情况；若所述三相交流电源Power1缺相，参见前述实施例的分析，所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位将一致，此时，所述第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的导通状态将受到影响。

需要说明的是，本实施例对所述第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3在各个检测支路中的方向(也即二极管的正、负极如何接入各检测支路)不予限制。

优选地，所述第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的方向一致。具体而言，所述第一二极管D1的正极直接或者间接地耦接所述第一输出端U，所述第一二极管D1的负极直接或者间接地耦接所述第二输出端V；所述第二二极管D2的正极直接或者间接地耦接所述第二输出端V，所述第二二极管D2的负极直接或者间接地耦接所述第三输出端W；所述第三二极管D3的正极直接或者间接地耦接所述第一输出端U，所述第三二极管D3的负极直接或者间接地耦接所述第三输出端W。在这种情况下，在所述第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3同时导通或同时截止时，判定所述三相交流电源Power1缺相。

可选地，所述第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的方向可以不同。例如，所述第一二极管D1和第二二极管D2的方向一致，而均与所述第三二极管D3的方向不同，那么，在对所述第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的导通状态进行判定时，在所述第一二极管D1和第二二极管D2同时导通且所述第三二极管D3截止或所述第一二极管D1和第二二极管D2同时截止且所述第三二极管D3导通时，判定所述三相交流电源Power1缺相。其他情况同理。

在具体实施中，由于所述三相交流电源Power1输出的电流较大，可以适当地增大所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值，以起到限流作用。

在具体实施中，优选地，所述第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3可均为发光二极管。可以从它们的发光情况直接地判断其导通状态。

进一步而言，本实施例中，在所述第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的导通状态指示所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位一致时，判定所述三相交流电源Power1缺相。由于正常情况下，在三相交流电源的一个输出周期(简称周期)内，三个二极管开始导通的时刻依次相差1/3个周期，在同一时刻，同时存在一个二极管导通或者两个二极管导通；例如，可继续参见图5，在图5中标示的第一输出端U的输出波形在正半周期时其对应的二极管始终导通，第三输出端W的输出波形在A区时其对应的二极管也导通，而第二输出端V的输出波形在B区时其对应的二极管才导通。因此在发生异常，也即缺相时，从上一二极管导通至发现三个二极管同时导通(假设三个二极管的方向一致)的时刻小于1/3个周期，因此，本实施例方案针对三相交流电源Power1缺相情况的检测速度较快。此外，本实施例方案还具有成本低、易于实施的优点。

在所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值相等时，所述第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的正向导通电压小于所述三相交流电源Power1所输出的交流电压的峰峰值的一半。

关于所述缺相检测装置500的更多信息请参见前文对图4所示实施例的相关描述(结合图5)，此处不予赘述。

图10是本发明实施例又一种三相交流电源的缺相检测装置的电路结构示意图。

参见图10，本实施例中的缺相检测装置600的结构和工作原理与图9所示出的缺相检测装置500基本一致，其主要区别在于，在所述缺相检测装置600中，所述相位检测模块(图中未标示)可以包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6。其中，所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3的方向一致；所述第四二极管D4的正极耦接所述第一二极管D1的负极，所述第四二极管D4的负极耦接所述第一二极管D1的正极；所述第五二极管D5的正极耦接所述第二二极管D2的负极，所述第五二极管D5的负极耦接所述第二二极管D2的正极；所述第六二极管D6的正极耦接所述第三二极管D3的负极，所述第六二极管D6的负极耦接所述第三二极管D3的正极。

进一步而言，可以在所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6的导通状态指示所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位一致时，判定所述三相交流电源Power1缺相。

本实施例继续以所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6可均为发光二极管为例进行说明，但不限于此。

本实施例中，若所述三相交流电源Power1正常工作，由于其输出的三路正弦交流电压的矢量和为零，也即不会出现三者方向相同(也即同时大于0V或同时小于0V)的情况，则上述六个发光二极管交替发光，由于所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3开始发光的时刻依次间隔120度的相位，所述第一二极管D1和第四二极管D4之间、所述第二二极管D2和第五二极管D5之间以及所述第三二极管D3和第六二极管D6之间开始发光的时刻各自间隔180度的相位，因此，六个发光二极管开始导通的时刻依次间隔60度的相位(也即1/6个周期)；若所述三相交流电源Power1缺相，参见前述实施例的分析，所述第一线电压VL1、第二线电压VL2和第三线电压VL3的相位将一致，此时，各个发光二极管的发光情况将受到影响，也即所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3同时发光或熄灭，对应地，所述第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6同时熄灭或发光。

由于正常情况下，在三相交流电源的一个输出周期(简称周期)内，六个发光二极管开始导通的时刻依次相差1/6个周期；因此在发生异常，也即缺相时，从上一发光二极管发光至发现三个二极管同时发光的时间小于1/6个周期，因此，本实施例方案针对三相交流电源Power1缺相情况的检测速度更快。此外，本实施例方案的成本也较低，且易于实施。

在所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值相等时，所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6的正向导通电压小于所述三相交流电源Power1所输出的交流电压的峰峰值的一半。此外，相比于现有技术方案而言，本实施例方案中的二极管的正向导通电压较低，使得针对三相交流电源Power1缺相情况的检测速度更快。

关于所述缺相检测装置600的更多信息请参见前文对图4(结合图5)和图9所示实施例的相关描述，此处不予赘述。

需要说明的是，本文中的所有电阻可以是一个电阻(或阻型器件)或者多个电阻(或阻型器件)串、并联得到，相应地，它们的阻值为一个电阻(或阻型器件)的阻值或者多个电阻(或阻型器件)串、并联后等效的阻值；本文中的二极管可以是一个二极管也可以是多个二极管串联得到的，相应地，它们的正向导通电压为一个二极管的正向导通电压或者多个二极管串联后等效的正向导通电压。

本发明实施例还公开了一种电力电子系统，所述电力电子系统可以包括：被测三相交流电源、备用三相交流电源、负载设备以及图4(结合图5)、图6至图10中任一图中所示实施例中所述的三相交流电源的缺相检测装置。其中，所述被测三相交流电源适于为所述负载设备供电，在所述缺相检测装置检测到所述被测三相交流电源缺相时，所述备用三相交流电源代替所述被测三相交流电源为所述负载设备供电。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种三相交流电源的缺相检测装置，所述三相交流电源具有第一输出端、第二输出端和第三输出端，其特征在于，所述缺相检测装置包括：

第一检测支路，耦接于所述第一输出端和第二输出端之间，所述第一检测支路上串联有第一电阻，所述第一输出端和第二输出端之间的电压记为第一线电压；

第二检测支路，耦接于所述第二输出端和第三输出端之间，所述第二检测支路上串联有第二电阻，所述第二输出端和第三输出端之间的电压记为第二线电压；

第三检测支路，耦接于所述第一输出端和第三输出端之间，所述第三检测支路上串联有第三电阻，所述第一输出端和第三输出端之间的电压记为第三线电压；

电压检测模块，或者，电压检测模块和相位检测模块，所述电压检测模块适于对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的幅度进行检测，所述相位检测模块适于对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位进行检测；

其中，在所述电压检测模块检测到所述第一线电压、第二线电压和第三线电压其中两个的幅度比为其对应的两路检测支路所串联的电阻的阻值比，且二者的幅度之和与其中另一个的幅度相等时，和/或，在所述相位检测模块检测到所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位一致时，判定所述三相交流电源缺相。

2.根据权利要求1所述的缺相检测装置，其特征在于，所述第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值相等。

3.根据权利要求2所述的缺相检测装置，其特征在于，所述相位检测模块包括：

第一二极管，串联于所述第一检测支路；

第二二极管，串联于所述第二检测支路；

第三二极管，串联于所述第三检测支路；

其中，在所述第一二极管、第二二极管和第三二极管的导通状态指示所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位一致时，判定所述三相交流电源缺相。

4.根据权利要求3所述的缺相检测装置，其特征在于，所述第一二极管的正极直接或者间接地耦接所述第一输出端，所述第一二极管的负极直接或者间接地耦接所述第二输出端；

所述第二二极管的正极直接或者间接地耦接所述第二输出端，所述第二二极管的负极直接或者间接地耦接所述第三输出端；

所述第三二极管的正极直接或者间接地耦接所述第一输出端，所述第三二极管的负极直接或者间接地耦接所述第三输出端；

其中，在所述第一二极管、第二二极管和第三二极管同时导通或同时截止时，判定所述三相交流电源缺相。

5.根据权利要求4所述的缺相检测装置，其特征在于，所述第一二极管、第二二极管和第三二极管的正向导通电压小于所述三相交流电源所输出的交流电压的峰峰值的一半。

6.根据权利要求4所述的缺相检测装置，其特征在于，所述相位检测模块包括：

第四二极管，所述第四二极管的正极耦接所述第一二极管的负极，所述第四二极管的负极耦接所述第一二极管的正极；

第五二极管，所述第五二极管的正极耦接所述第二二极管的负极，所述第五二极管的负极耦接所述第二二极管的正极；

第六二极管，所述第六二极管的正极耦接所述第三二极管的负极，所述第六二极管的负极耦接所述第三二极管的正极；

其中，在所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管的导通状态指示所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位一致时，判定所述三相交流电源缺相。

7.根据权利要求6所述的缺相检测装置，其特征在于，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管均为发光二极管。

8.根据权利要求2所述的缺相检测装置，其特征在于，还包括：

第一电流互感器，其一次绕组串联于所述第一检测支路；

第二电流互感器，其一次绕组串联于所述第二检测支路；

第三电流互感器，其一次绕组串联于所述第三检测支路；

其中，所述电压检测模块根据流经所述第一电流互感器、第二电流互感器和第三电流互感器的二次绕组的电流的大小对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的幅度进行检测，所述相位检测模块根据流经所述第一电流互感器、第二电流互感器和第三电流互感器的二次绕组的电流的相位对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位进行检测。

9.根据权利要求1所述的缺相检测装置，其特征在于，所述电压检测模块包括：第一数字信号处理模块，适于获取所述第一线电压、第二线电压和第三线电压，并对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的幅度进行检测；

所述相位检测模块包括：第二数字信号处理模块，适于获取所述第一线电压、第二线电压和第三线电压，并对所述第一线电压、第二线电压和第三线电压的相位进行检测。

10.根据权利要求1所述的缺相检测装置，其特征在于，还包括：控制模块，输出开关控制信号，所述开关控制信号接入电源切换开关的控制端，在所述三相交流电源缺相时，所述开关控制信号控制所述电源切换开关变更开关状态。

11.一种电力电子系统，其特征在于，包括：被测三相交流电源、备用三相交流电源、负载设备以及权利要求1至10中任一项所述的三相交流电源的缺相检测装置；

其中，所述被测三相交流电源适于为所述负载设备供电，在所述缺相检测装置检测到所述被测三相交流电源缺相时，所述备用三相交流电源代替所述被测三相交流电源为所述负载设备供电。

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