CN1828319A - 三相电源欠相的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三相电源欠相的检测方法，包括：设定一欠相状态检测条件；于一采样周期时间内，检测一直流总线的电压变化，以取得该直流总线上的纹波电压的电压值与频率值；依据该欠相状态检测条件比较该电压值与该频率值；及于该电压值与该频率值符合该欠相状态检测条件时，决定该三相电源为欠相状态。本发明利用电力转换器中的输入的三相电源发生欠相情况时，其直流总线上纹波电压的频率值与振幅变化的特性，并通过电力转换器中的传感器配合软件计算方式，采样与持续检测纹波电压的变化，以判断三相电源是否欠相，并于检测的纹波电压符合欠相状态条件时，决定三相电源为欠相状态。

Description

三相电源欠相的检测方法

技术领域

本发明关于一种电源状态检测方法，特别是一种以软件方式判断三相电源欠相的检测方法。

背景技术

随着电力电子的应用日益普及，不断电系统及变频器等电力转换器的使用非常广泛，请参照图1，为一般变频器的系统方块图，三相电源通过整流器10将交流电压整流为直流电压，而滤波电路20将整流后的脉动直流电压滤波后变为更稳定的直流电压(直流总线)，以提供给变频器30使用；接着，变频器30则产生马达50运转所需的电源，而控制电路则用以控制整流器10、滤波电路20及变频器30的电路动作。

当三相电源发生欠相状况时，会导致整流器10中输入电流的增加及直流总线上纹波电压的纹波振幅变大，如此，将影响整流子10及滤波电路20中电容器的寿命，而目前电源欠相检测大都以硬件电路的方式进行侦测与判断，其硬件电路检测方式除了需要硬件设置成本外，亦需占用一定的容置空间且其电子零件具有一定寿命，即故障机率也较高。

因此，如何能提供一种低成本的电源欠相检测方法，成为研究人员待解决问题之一。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种三相电源欠相的检测方法，利用检测直流总线上纹波电压的变化，以判断电源状态是否为欠相，而其判断方式通过软件计算决定，以代替硬件电路检测方式，达到降低成本的目的。

因此，为达上述目的，本发明所揭示的三相电源欠相的检测方法，包括有下列步骤：

首先，设定欠相检测条件值，包含有：欠相状态频率值、电压检测上限值、电压检测下限值及欠相状态纹波电压值；于一采样周期时间内，检测直流总线的电压变化，以取得直流总线上纹波电压的振幅大小(即电压大小)及频率值；依据该欠相状态检测条件比较该电压值与该频率值；及当频率值与电压值符合一欠相状态条件时，决定三相电源为欠相状态。

其中，于该采样周期时间内，该电压值的采样值大于或等于该电压值的最大值时，更新该电压值的该最大值为该采样值；该电压值的该采样值小于或等于该电压值的最小值时，更新该电压值的该最小值为该采样值；该纹波电压的该电压值为该最大值与该最小值的差值。

其中，取得该频率值的步骤包括有：于该纹波电压小于或等该电压检测下限值时，判断该纹波电压的前一态是否为正半周的该直流纹波电压；于该直流纹波电压的该前一态为正半周时，切换为一负半周周期计数；于该纹波电压大于或等该电压检测上限值时，判断该纹波电压的前一态是否为负半周的该纹波电压；于该纹波电压的该前一态为负半周时，此时即完成一个周期的计数，以获得该纹波电压的周期；及依据该周期计算并取得该纹波电压的该频率值。

其中，该纹波电压的该周期还通过平均该一个周期的计数的步骤获得；该欠相状态条件为该频率值小于或等于该欠相状态频率值且该电压值大于或等于该欠相状态纹波电压值。

其中，欠相状态条件为频率值小于或等于欠相状态频率值(例，90Hz～130Hz)，且电压值大于或等于设定的欠相状态纹波电压值。

通过这种三相电源欠相的检测方法，利用采样与持续检测直流总线纹波电压的变化，以软件计算方式判断电源是否欠相，以代替硬件电路的检测方式，达到降低检测电源欠相成本的目的。

有关本发明的特征与实作，现结合附图作最佳实施例详细说明如下。

附图说明

图1为现有技术的变频器的系统方块图；

图2为本发明所提出的直流总线纹波电压的波形示意图；

图3为本发明所提出的周期计算的步骤流程图；及

图4为本发明所提出的电源欠相检测的步骤流程图。

其中，附图标记说明如下：

10   整流器

11   直流总线纹波电压

11a  直流总线电压的最大值

11b  直流总线电压的最小值

12   电压检测上限值

13   电压检测下限值

20   滤波电路

30   变频器

40   控制电路

50   马达

步骤100  检测直流总线电压的实时值

步骤101  判断直流总线电压与设定电压检测上、下限值的关系

步骤102  前一态为正半周？

步骤103  切换为负半周周期计数

步骤104  前一态为负半周？

步骤105  切换为正半周周期计数

步骤106  一周周期计数平均

步骤107  纹波电压周期是否大于或等于一周周期计数上限值？

步骤108  一周周期为直流总线纹波电压的周期

步骤200  初始化及设定欠相检测条件

步骤201  持续检测并采样直流总线电压

步骤202  判断检测的电压是否超出目前的最大值？

步骤203  更新最大值为采样值

步骤204  判断检测的电压是否超出目前的最小值？

步骤205  更新最小值为采样值

步骤206  一个周期时间到达？

步骤207  获得新的纹波电压值及下一个周期时间的开始

步骤208  检测纹波电压频率值与电压值是否符合欠相状态设定值

步骤209  决定电源为欠相状态

具体实施方式

一般来说，直流总线上的纹波电压的频率值约为6倍的电源电压频率值，也就是说，当电源电压频率值为三相60Hz时，其纹波频率值为360Hz，当电源电压频率值为三相50Hz时，其纹波频率值为300Hz。

而当三相电源发生欠相情况时，即由三相电源变成单相电源，其纹波频率约为2倍的电源电压频率值，例，当电源电压频率值为单相60Hz，其纹波频率值变为120Hz，当电源电压频率值为单相50Hz，其纹波频率值变为100Hz，故通过电源欠相发生时，其纹波频率值会随着变化的特性，作为判断电源欠相的条件之一。

请参照图2，为本发明的直流总线电压的波形示意图，于一个周期的采样时间内持续检测直流总线的电压11，以便获得纹波电压的最大值11a与最小值11b，进而得到纹波电压的大小，而设定的电压检测上限值12与电压检测下限值13，用以计数纹波电压的周期，以计算并取得纹波电压的频率值。

请参照图3，为本发明的周期计算的步骤流程图，首先，检测直流总线电压的实时值(步骤100)；接下来，判断其与设定的电压检测上、下限值的关系(步骤101)，包含有：小于或等于电压检测下限值、大于或等于电压检测上限值及介于电压检测上限值与电压检测下限值之间三种关系。

若直流总线电压值小于或等于设定的电压检测下限值时，则判断前一态是否为正半周的纹波电压(步骤102)，若确认前一态为正半周的纹波电压时，则切换为负半周周期计数(步骤103)，并回到步骤100。

若直流总线电压值大于或等于设定的电压检测上限值时，则判断前一态是否为负半周的纹波电压(步骤104)，若确认前一态为负半周时，则切换为正半周周期计数(步骤105)，以计算纹波电压的周期；若前一态不为负半周时，则回到步骤100。

若纹波电压介于设定的电压检测上限值与设定的电压检测下限值的间时，则进一步判断纹波电压的周期是否大于或等于一周周期计数上限值(步骤107)；若纹波电压的周期大于或等于一周周期计数上限值时，则一周周期即为纹波电压的周期。

于步骤105与步骤108的后，均对一周周期计数进行平均值计算(步骤106)，以减少检测误差，接下来，回到步骤100，以持续检测与计算纹波电压的周期。

如此便可获得直流总线上纹波电压的周期，而周期与频率互为倒数关系，即周期＝(1/频率)或频率＝(1/周期)，因此，亦可取得纹波电压的频率值。

请参照图4，为本发明的电源欠相检测的步骤流程图，首先，初始化及设定电源欠相状态检测的各设定值(步骤200)，而设定值内容包含有：电压检测上限值、电压检测下限值、欠相状态频率值及欠相状态纹波电压值，并将直流总线电压最大值与最小值设定为直流总线电压的实时值，而欠相状态频率值为两倍的电源频率值(例，90Hz～130Hz)。

接下来，持续检测并采样直流总线电压(步骤201)，并比较电压采样值是否大于或等于目前的最大值(步骤202)；若采样值大于或等于目前的最大值时，则更新最大值为采样值(步骤203)；若采样值未大于或等于最大值，则最大值维持不变。

比较电压采样值是否小于或等于目前的最小值(步骤204)；若采样值小于或等于目前的最小值时，则更新目前的最小值为采样值(步骤205)；若采样值未小于或等于目前的最小值，则目前的最小值维持不变。

接下来，于步骤203、步骤204及步骤205之后，均判断一个周期的采样时间是否到达(步骤206)，即一个周期时间是否到达；若未到达一个周期的采样时间时，则回到步骤201，以持续采样直流总线电压的实时值。

若一个周期的采样时间到达时，即代表下一个周期的时间开始，将直流总线电压的最大值减去最小值，即为上一个周期所采样的直流总线电压的纹波电压值，并将直流总线电压的实时值设定为最大值与最小值的初始值，以作为下一周期的参考值(步骤207)。

接着，判断检测的纹波电压的电压值是否大于或等于设定的欠相状态纹波电压值，且检测的纹波电压的频率值是否小于或等于设定的欠相状态频率值(例，两倍的电源频率90Hz～130Hz)(步骤208)，若均符合欠相判断的条件，即决定目前电源状态为欠相情况(步骤209)，并将结果提供给欠相保护电路(图中未示)，以保护设备；若不符合欠相状态条件时，则回到步骤201。

另外，周期计数及纹波电压可以采用平均值计算方式，以减少误差值，而通过改变设定的欠相状态纹波电压值，可以调整检测电源欠相的灵敏度，以达到设备保护与弹性运用的目的。

通过这种三相电源欠相的检测方法，通过采样与持续检测直流总线上的纹波电压频率值与电压值(振幅)的变化，并进行计算后，判断电源是否欠相，以代替硬件电路检测方式，以达到降低检测电源欠相成本的目的。

虽然本发明以前述的较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种三相电源欠相的检测方法，其特征在于包含有：

设定一欠相状态检测条件；

于一采样周期时间内，检测一直流总线的电压变化，以取得该直流总线上的纹波电压的电压值与频率值；

依据该欠相状态检测条件比较该电压值与该频率值；及

于该电压值与该频率值符合该欠相状态检测条件时，决定该三相电源为欠相状态。

2.如权利要求1所述的检测方法，其中，该欠相检测条件包含有一电压检测上限值、一电压检测下限值与一欠相状态频率值及一欠相状态纹波电压值。

3.如权利要求2所述的检测方法，其中，于该采样周期时间内，该电压值的采样值大于或等于该电压值的最大值时，更新该电压值的该最大值为该采样值。

4.如权利要求3所述的检测方法，其中，于该采样周期时间内，该电压值的该采样值小于或等于该电压值的最小值时，更新该电压值的该最小值为该采样值。

5.如权利要求4所述的检测方法，其中，该纹波电压的该电压值为该最大值与该最小值的差值。

6.如权利要求2所述的检测方法，其中，取得该频率值的步骤包括有：

于该纹波电压小于或等该电压检测下限值时，判断该纹波电压的前一态是否为正半周的该直流纹波电压；

于该直流纹波电压的该前一态为正半周时，切换为一负半周周期计数；

于该纹波电压大于或等该电压检测上限值时，判断该纹波电压的前一态是否为负半周的该纹波电压；

于该纹波电压的该前一态为负半周时，此时即完成一个周期的计数，以获得该纹波电压的周期；及

依据该周期计算并取得该纹波电压的该频率值。

7.如权利要求6所述的检测方法，其中，该纹波电压的该周期还通过平均该一个周期的计数的步骤获得。

8.如权利要求2所述的检测方法，其中，该欠相状态条件为该频率值小于或等于该欠相状态频率值且该电压值大于或等于该欠相状态纹波电压值。

9.如权利要求8所述的检测方法，其中，该欠相状态频率值为90Hz～130Hz。

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