CN204597784U - 检测电路及具有检测电路的三相交流/交流功率转换设备 - Google Patents

检测电路及具有检测电路的三相交流/交流功率转换设备 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种检测电路及具有检测电路的三相交流/交流功率转换设备，该三相交流/交流功率转换设备包括一整流滤波电路、一逆变模块及一检测电路，整流滤波电路具有三个接受三相交流电源的输入端，逆变模块将整流滤波电路输出的直流电转换成三相交流电并由其三个输出端输出；检测电路包括一比较器，以及一个分压电路，其与整流滤波电路的三个输入端对应电耦接并与比较器的正输入端电耦接；当一相交流电输入整流滤波电路的其中一个输入端，与输入端电耦接的分压电路会让比较器的正输入端产生的电压大于负输入端电耦接的一参考电压，使比较器输出的讯号具有与该相交流电相对应的一脉波宽度。据此可判断三相交流电源是否与交流/交流功率转换装置正确接线，并借此得知三相交流电源是否发生欠相问题。

Description

检测电路及具有检测电路的三相交流/交流功率转换设备
技术领域
本实用新型涉及一种交流/交流转换器，特别是涉及一种能自动侦测接线错误的具有检测电路的三相交流/交流功率转换设备。
背景技术
参见图1，是现有一种用以驱动一三相马达1运转的交流/交流功率转换器2，其接受三相(分别称之A相、B相、C相)交流市电输入，并将三相交流市电经过一整流滤波电路21整流，以产生一直流电压给逆变器22，并借由一控制器(图未示)控制逆变器22作动，使分别输出三相(例如R相、S相、T相)交流讯号给三相马达1的三相绕组U、V、W，而驱动三相马达1运转。
然而，当三相交流市电与交流/交流功率转换器2接线时，如图2所示，若因为人为疏失而误将其中一相，例如图2中的A相交流电直接接到逆变器22的其中一相，例如R相输出端时，在交流/交流功率转换器2尚未开始运作之前，因为仍可正常输入电源，所以不会被察觉出现任何错误或故障，但是当交流/交流功率转换器2开始运作时，逆变器22即会因为接线错误造成短路，导致逆变器22的功率开关因瞬间大电流通过而烧毁，使交流/交流功率转换器2发生故障或损坏。甚至可能造成使用交流/交流功率转换器2的整个变频器或伺服驱动器整机报废。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种能自动侦测交流/交流功率转换器接线错误的检测电路及具有检测电路的三相交流/交流功率转换设备。
本实用新型检测电路，应用在一三相交流/交流功率转换装置，该三相交流/交流功率转换装置包括一整流滤波电路及一逆变模块，该整流滤波电路具有三个用以与一三相交流电源对应电耦接的输入端，该逆变模块将该整流滤波电路输出的一直流电转换成一三相交流电，并分别由该逆变模块的三个输出端输出；该检测电路包括：一比较器，其一负输入端与一第一参考电压电耦接；及一分压电路，其与该整流滤波电路的三个输入端以及该比较器的一正输入端电耦接；当至少一相交流电输入该整流滤波电路的其中一输入端，在该相交流电的一工作周期期间，该分压电路在该比较器的该正输入端产生的一电压会大于该比较器的该负输入端的该第一参考电压，而使该比较器输出的一讯号具有与该工作周期相对应的一脉波宽度。
再者，本实用新型具有检测电路的三相交流/交流功率转换设备，其接受一三相交流电源输入，并包括一交流/交流功率转换装置及一检测电路；该交流/交流功率转换装置包括一整流滤波电路及一逆变模块，该整流滤波电路具有三个用以与该三相交流电源对应电耦接的输入端，该逆变模块将该整流滤波电路输出的一直流电转换成一三相交流电，并分别由该逆变模块的三个输出端输出；该检测电路包括一比较器及一分压电路，该比较器的一负输入端与一第一参考电压电耦接，该分压电路与该整流滤波电路的三个输入端以及该比较器的一正输入端电耦接；当至少一相交流电输入该整流滤波电路的其中一输入端，在该相交流电的一工作周期期间，该分压电路在该比较器的该正输入端产生的一电压会大于该比较器的该负输入端的该第一参考电压，而使该比较器输出的一讯号具有与该工作周期相对应的一脉波宽度。
在本实用新型的一实施例中，该整流滤波电路包括一具有该三个输入端的整流器及一电容，且该分压电路包括三个电阻电路，其一端与该整流器的三个输入端对应电耦接，其另一端皆与一第二参考电压电耦接；各该电阻电路包含一第一电阻及一第二电阻，该第一电阻的一端与该整流器的一输入端对应电耦接，其另一端与该比较器的该正输入端电耦接，该第二电阻的一端与该第一电阻的另一端电耦接，其另一端与该第二参考电压电耦接，其中该第一电阻的阻值大于该第二电阻，且该第二参考电压小于该第一参考电压。在本实用新型的一实施例中，当只有一相交流电输入该整流器的三个输入端其中之一，该比较器输出的该讯号的该脉波宽度占一个波形周期的三分之一，当有两相交流电对应输入该整流器的三个输入端其中之二，该比较器输出的该讯号的该脉波宽度占一个波形周期的三分之二，当三相交流电对应输入该整流器的三个输入端，该比较器输出的该讯号的该脉波宽度占一个波形周期的全部，当三相交流电皆未输入该整流器的三个输入端，该比较器输出的该讯号的该脉波宽度为零。
在本实用新型的一实施例中，各该第一电阻的另一端与该比较器的正输入端之间还电耦接一做为阻抗匹配的第三电阻。
在本实用新型的一实施例中，当该整流器的三个输入端其中之一有一相交流电输入，则与该输入端电耦接的该电阻电路的第一电阻和该第二电阻的阻值分配，会使该比较器的该正输入端的该电压相当于该第二电阻上的一分压与该第二参考电压的总和，并且在该相交流电的该工作周期期间，该电压会大于该第一参考电压；而当该整流器的三个输入端其中之一没有交流电输入，则与该输入端电耦接的该电阻电路的该第二电阻上的该分压为零，会使该比较器的该正输入端的该电压相当于该第二参考电压且小于该第一参考电压。
本实用新型的有益效果在于：借由检测电路电耦接在交流/交流功率转换装置的接受三相交流电源输入的整流器的三个输入端，并将由整流器的三个输入端取得的交流电压讯号经过适当分压后，通过比较器与一参考电压(即第一参考电压)比较，即可由比较器输出的电压准位，判断三相交流电源是否与交流/交流功率转换装置正确接线，并借此得知三相交流电源是否发生欠相问题。
附图说明
图1是现有一种三相交流/交流功率转换器的电路示意图。
图2是现有三相交流/交流功率转换器接线错误示意图。
图3是本实用新型具有检测电路的三相交流/交流功率转换设备的一实施例的电路示意图。
图4显示三相交流电源于本实施例正确接线时的波形图。
图5显示三相交流电源其中一相交流电未与本实施例正确接线的电路示意图。
图6显示三相交流电源其中一相交流电未与本实施例正确接线时的波形图。
图7显示三相交流电源其中两相交流电未与本实施例正确接线的电路示意图。
图8显示三相交流电源其中两相交流电未与本实施例正确接线时的波形图。
图9显示三相交流电源其中三相交流电皆未与本实施例正确接线的电路示意图。
图10显示三相交流电源其中三相交流电皆未与本实施例正确接线时的波形图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明。
参见图3，是本实用新型具有检测电路的三相交流/交流功率转换设备的一实施例，其接受一三相(下称A相、B相、C相)交流电源输入，例如三相交流市电或者由其它供电设备提供的三相交流电，且主要包括一交流/交流功率转换装置3及一检测电路4。
其中交流/交流功率转换装置3用以驱动一三相马达5，且主要包括一整流滤波电路31及一逆变模块32。整流滤波电路31主要包含一整流器33、一滤波电容34以及电耦接在两者之间的充电限流电路35，其包括一继电开关36和一充电限流电阻37，用以限制流入滤波电容34的电流。整流器33具有三个输入端a、b、c，其分别用以与三相交流电源的A相、B相及C相交流电对应电耦接，以将输入的三相交流电源转换成一直流讯号，并经由滤波电容34对直流讯号进行稳压滤波后，产生一直流电压Vdc输出给逆变模块32。逆变模块32则借由一控制器(图未示)控制其中的开关切换频率及工作周期，以将整流滤波电路31输出的直流电压Vdc转换成一三相(以下称R相、S相、T相)交流电，并分别由逆变模块32的三个输出端r、s、t输出至三相马达5的三个绕组U、V、W，以驱动三相马达5运转。
检测电路4包括一比较器41及一分压电路42。其中比较器41的一负输入端与一第一参考电压V1电耦接；分压电路42与整流器33的三个输入端a、b、c以及比较器41的一正输入端电耦接。借此，当至少一相交流电输入整流器33的其中一输入端，则在该相交流电的一工作周期期间，分压电路42能够在比较器41的正输入端产生一电压Vi，且该电压Vi会大于比较器41的负输入端的第一参考电压V1，而使比较器41在该工作周期期间输出一高准位电压，使得比较器41输出的一讯号具有与该工作周期相对应的一脉波宽度。因此，借由检视比较器41输出讯号的脉波宽度，即可得知三相交流电源是否有输入至整流器33。
更确切地说，本实施例的分压电路42可以图3所示的一个例子来实现，其中分压电路42包含三个电阻电路，其一端与整流器33的三个输入端a、b、c对应电耦接，而其另一端皆与一第二参考电压V2电耦接。各该电阻电路皆包含一第一电阻R1及一第二电阻R2，第一电阻R1的一端与整流器33的一输入端对应电耦接，其另一端与比较器41的正输入端电耦接，第二电阻R2的一端与第一电阻R1的另一端电耦接，其另一端与第二参考电压V2电耦接，其中第一电阻R1(例如100K欧姆)的阻值大于第二电阻R2(例如680欧姆)，且第二参考电压V2(例如5V)小于第一参考电压V1(例如5.5V)。
此外，分压电路42还可包含三个对应电耦接在所述第一电阻R1的另一端与比较器41的正输入端之间，做为阻抗匹配的第三电阻R3(例如120欧姆)。
因此，如图3及图4所示，当三相交流电源与整流器33的三个输入端a、b、c正常连接(即接线正确)时，整流器33的三个输入端a、b、c会分别接收到A相、B相及C相交流电，且因三相交流电的相位各交错120度(即工作周期各为120度)，故三相交流电的相位总和为360度(刚好等于一个波形周期)，因此，当三相交流电源正常输入整流器33时，在一个波形周期内，三个第二电阻R2上会轮流产生一压降，即一分压V3，因此比较器41的正输入端的电压Vi会一直保持在分压V3加上第二参考电压V2的总和，且该电压Vi在三相交流电的工作周期期间(刚好等于一个波形周期)会持续大于输入比较器41的负输入端的第一参考电压V1，而使比较器41输出维持高准位，因此在此情况下，如图4所示，比较器41会持续输出一高准位讯号(例如1V，此时讯号的脉波宽度占一个波形周期的全部)，借此，即可判定三相交流电源的A相、B相及C相交流电皆正确地输入至整流器33，且无欠相(phase loss)问题，因此本实施例的交流/交流功率转换装置3可正常运作。
反之，当三相交流电源因为人为疏失而接线错误，例如图5所示，误将A相交流电直接电耦接至逆变模块32的其中一输出端，例如r端，或者A相交流电因为其它因素而没有输入整流器33的输入端a时，在此A相交流电的工作周期(120度)期间，与整流器33的输入端a电耦接的分压电路42中的电阻电路将没有电力讯号输入(相当于其上该分压V3等于零)，使得比较器41的正输入端的电压Vi相当于第二参考电压V2，而小于比较器41的负输入端的第一参考电压V1，而使比较器41的输出为低准位，直到B相及C相交流电接着轮流输入整流器33时，比较器41的输出才会呈现高准位。因此在此情况下，如图6所示，比较器41输出的讯号会具有与B相及C相交流电的工作周期相对应的一脉波宽度，且该脉波宽度占一个波形周期的三分之二(即240度)。借此，即可判定三相交流电源的其中一相接线错误或者没有输入整流器33，亦可借此判断三相交流电源可能发生欠相(phase loss)问题。换句话说，一旦比较器41输出的讯号出现脉波(Pulse)，则表示输入异常，且可利用脉波宽度判断接线状态，在此实施例，如图6所示，即表示三相交流电源的A相、B相及C相交流电其中之一未正确地输入至整流器33，造成欠相。
同理，当三相交流电源因人为疏失而接线错误，例如图7所示，误将A相及B相交流电直接电耦接至逆变模块32的其中两个输出端，例如r及s端，或者A相及B相交流电因为其它因素而没有输出，或者没有输入整流器33的输入端a、b时，则在A相及B相交流电的工作周期(240度)期间，与整流器33的输入端a、b电耦接的分压电路42中的电阻电路将没有电力讯号输入(相当于其上该分压V3等于零)，使得比较器41的正输入端的电压Vi相当于第二参考电压V2，而小于比较器41的负输入端的第一参考电压V1，而使比较器41的输出为低准位，直到C相交流电输入整流器33的期间，比较器41才会输出高准位。因此在此情况下，如图8所示，比较器41输出的讯号会具有与C相交流电的工作周期相对应的一脉波宽度，且该脉波宽度将只占一个波形周期的三分之一(即120度)。借此，即可判定三相交流电源的其中两相接线错误或者没有输入整流器33，亦可借此判断三相交流市电可能发生欠相(phase loss)问题。
而且，当三相交流电源因人为疏失而接线错误，例如图9所示，误将A相、B相及C相交流电全部对应电耦接至逆变模块32的三个输出端r、s、t，或者三相交流电源因为其它因素而没有输出，或者没有输入整流器33的三个输入端a、b、c时，因为与整流器33的输入端a、b、c电耦接的分压电路42中的电阻电路皆没有电力讯号输入(相当于其上该分压V3等于零)，因此比较器41的正输入端的电压Vi会一直维持在第二参考电压V2，而小于比较器41的负输入端的第一参考电压V1，使得比较器41的输出一直维持在低准位。因此在此情况下，如图10所示，比较器41输出的讯号的脉波宽度将为零，即比较器41将持续输出一低准位讯号(例如0V)。借此，即可判定三相交流电源完全接线错误，或者三相交流电源并没有输入整流器33。
借此，与比较器41的输出端电耦接的其它电子装置(未绘示于图)可根据比较器41输出的讯号，进行适当或相对应的处置，例如当比较器41输出的讯号具有一脉波或者为低准位讯号时，即发出供电异常警报通知相关人员，或者通过开关切换自动控制机制，适时禁止三相交流电源输入交流/交流功率转换装置3，以保护交流/交流功率转换装置3不致因此发生故障或损坏。
此外，值得一提的是，本实施例的检测电路4亦可与交流/交流功率转换装置3可分离地电耦接，亦即检测电路4可以是一独立的电路装置，当需要检测三相交流电源是否正常输入交流/交流功率转换装置3时，再将检测电路4通过默认的接点或连接器等电连接组件与交流/交流功率转换装置3的整流器33的三相输入端a、b、c电耦接即可。
综上所述，上述实施例借由检测电路4电耦接在交流/交流功率转换装置3的接受三相交流电源输入的整流器33的三个输入端a、b、c，并将由整流器33的三个输入端a、b、c取得的讯号经过适当分压后，通过比较器41与第一参考电压V1比较，即可由比较器41输出的讯号中是否出现脉波以及脉波的宽度，判断三相交流电源是否与交流/交流功率转换装置3正确接线，并借此得知三相交流电源是否发生欠相问题，确实达到本实用新型的功效与目的。

Claims (10)

1.一种检测电路，应用在一三相交流/交流功率转换装置，该三相交流/交流功率转换装置包括一整流滤波电路及一逆变模块，该整流滤波电路具有三个用以与一三相交流电源对应电耦接的输入端，该逆变模块将该整流滤波电路输出的一直流电转换成一三相交流电，并分别由该逆变模块的三个输出端输出，其特征在于：
该检测电路包括：
一比较器，其一负输入端与一第一参考电压电耦接；及
一分压电路，其与该整流滤波电路的三个输入端以及该比较器的一正输入端电耦接；当至少一相交流电输入该整流滤波电路的其中一输入端，在该相交流电的一工作周期期间，该分压电路在该比较器的该正输入端产生的一电压会大于该比较器的该负输入端的该第一参考电压，而使该比较器输出的一讯号具有与该工作周期相对应的一脉波宽度。
2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于：该整流滤波电路包括一具有该三个输入端的整流器及一电容，且该分压电路包括三个电阻电路，其一端与该整流器的该三个输入端对应电耦接，其另一端皆与一第二参考电压电耦接；各该电阻电路包含一第一电阻及一第二电阻，该第一电阻的一端与该整流器的一输入端对应电耦接，其另一端与该比较器的该正输入端电耦接，该第二电阻的一端与该第一电阻的另一端电耦接，其另一端与该第二参考电压电耦接，其中该第一电阻的阻值大于该第二电阻，且该第二参考电压小于该第一参考电压。
3.根据权利要求2所述的检测电路，其特征在于：当该整流器的该三个输入端其中之一有一相交流电输入，则与该输入端电耦接的该电阻电路的该第一电阻和该第二电阻的阻值分配，会使该比较器的该正输入端的该电压相当于该第二电阻上的一分压与该第二参考电压的总和，并且在该相交流电的该工作周期期间，该电压会大于该第一参考电压；而当该整流器的该三个输入端其中之一没有交流电输入，则与该输入端电耦接的该电阻电路的该第二电阻上的该分压为零，会使该比较器的该正输入端的该电压相当于该第二参考电压且小于该第一参考电压。
4.根据权利要求3所述的检测电路，其特征在于：当只有一相交流电输入该整流器的该三个输入端其中之一，该比较器输出的该讯号的该脉波宽度占一个波形周期的三分之一，当有两相交流电对应输入该整流器的该三个输入端其中之二，该比较器输出的该讯号的该脉波宽度占一个波形周期的三分之二，当三相交流电对应输入该整流器的该三个输入端，该比较器输出的该讯号的该脉波宽度占一个波形周期的全部，当三相交流电皆未输入该整流器的该三个输入端，该比较器输出的该讯号的该脉波宽度为零。
5.根据权利要求2所述的检测电路，其特征在于：各该第一电阻的另一端与该比较器的正输入端之间还电耦接一做为阻抗匹配的第三电阻。
6.一种具有检测电路的三相交流/交流功率转换设备，其接受一三相交流电源输入，其特征在于：
该三相交流/交流功率转换设备包括：
一交流/交流功率转换装置，包括一整流滤波电路及一逆变模块，该整流滤波电路具有三个用以与该三相交流电源对应电耦接的输入端，该逆变模块将该整流滤波电路输出的一直流电转换成一三相交流电，并分别由该逆变模块的三个输出端输出；及
一检测电路，包括：
一比较器，其一负输入端与一第一参考电压电耦接；以及
一分压电路，其与该整流滤波电路的该三个输入端以及该比较器的一正输入端电耦接；
其中当至少一相交流电输入该整流滤波电路的其中一输入端，在该相交流电的一工作周期期间，该分压电路在该比较器的该正输入端产生的一电压会大于该比较器的该负输入端的该第一参考电压，而使该比较器输出的一讯号具有与该工作周期相对应的一脉波宽度。
7.根据权利要求6所述具有检测电路的三相交流/交流功率转换设备，其特征在于：该整流滤波电路包括一具有该三个输入端的整流器及一电容，且该分压电路包括三个电阻电路，其一端与该整流器的该三个输入端对应电耦接，其另一端皆与一第二参考电压电耦接；各该电阻电路包含一第一电阻及一第二电阻，该第一电阻的一端与该整流器的一输入端对应电耦接，其另一端与该比较器的该正输入端电耦接，该第二电阻的一端与该第一电阻的另一端电耦接，其另一端与该第二参考电压电耦接，其中该第一电阻的阻值大于该第二电阻，且该第二参考电压小于该第一参考电压。
8.根据权利要求7所述具有检测电路的三相交流/交流功率转换设备，其特征在于：当该整流器的该三个输入端其中之一有一相交流电输入，则与该输入端电耦接的该电阻电路的第一电阻和该第二电阻的阻值分配，会使该比较器的该正输入端的该电压相当于该第二电阻上的一分压与该第二参考电压的总和，并且在该相交流电的该工作周期期间，该电压会大于该第一参考电压；而当该整流器的该三个输入端其中之一没有交流电输入，则与该输入端电耦接的该电阻电路的该第二电阻上的该分压为零，会使该比较器的该正输入端的该电压相当于该第二参考电压且小于该第一参考电压。
9.根据权利要求8所述具有检测电路的三相交流/交流功率转换设备，其特征在于：当只有一相交流电输入该整流器的该三个输入端其中之一，该比较器输出的该讯号的该脉波宽度占一个波形周期的三分之一，当有两相交流电对应输入该整流器的该三个输入端其中之二，该比较器输出的该讯号的该脉波宽度占一个波形周期的三分之二，当三相交流电对应输入该整流器的该三个输入端，该比较器输出的该讯号的该脉波宽度占一个波形周期的全部，当三相交流电皆未输入该整流器的该三个输入端，该比较器输出的该讯号的该脉波宽度为零。
10.根据权利要求7所述具有检测电路的三相交流/交流功率转换设备，其特征在于：各该第一电阻的另一端与该比较器的正输入端之间还电耦接一做为阻抗匹配的第三电阻。
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