专利名称：用于检测输入缺相的装置及其方法
技术领域：
本公开涉及一种用于检测输入缺相的装置及其方法，尤其涉及一种按如下配置的用于检测输入缺相的装置及其方法该装置被配置为判定输入至三相变频器的纹波电压的幅值，以检测是否存在缺失的输入相。
背景技术：
变频器(inverter)能够用于各种目的。一个示例是用于加速或者变速地驱动感应电动机或者同步电动机的三相变频器。三相电动机接收三相交流电并且通过二极管整流器获得直流电。同时，三相变频器形成有平滑电容器以保持接近直流电流的直流电压。平滑电容器通常与铝电解电容器一起使用，其中铝电解电容器的寿命与电容器的纹波电流有关。纹波电流在电容器的内部产生热量从而缩短寿命。因为电解电容器的寿命比变频器的半永久 切换元件或者其他部件的寿命短，所以电容器的寿命取决于变频器的寿命。在由于短路等而未能供应三相输入中的一相电力的情况下，在电容器中流动的纹波电流在大小上有问题地增大从而缩短电容器的寿命。因此，已经做出尝试来检测缺失的输入相。用于检测缺失的输入相的常规方法主要是使用直流电压的最小值来判定是否存在缺失的输入相的方法。也就是说，直流电压根据负载的情况而改变，其中相对于没有负载时的情况，当有很多负载时直流电压的最小值减小。当存在缺失的输入相时，直流电压的最小值大幅减�。谑浅９娴姆椒ㄊ褂谜庵旨际趵醇觳馊笔У氖淙胂�。然而，常规的方法的缺点在于，在检测缺失的输入相的过程中会产生错误。图I、图2和图3图示出根据现有技术的用于检测缺失的输入相的方法。参照图I、图2和图3，测量滤波电容器上的电压，并且在纹波电压的整数周期中对所测量的电压进行采样。图I图示出纹波电压周期表示为120Hz，其是60Hz的输入电力频率的两倍，并且图I还图示出120Hz的一次采样。在以与纹波电压周期相同的周期进行采样的情况下，因为各个周期读出的值是相同的，所以难以知道纹波中的波动范围。图2图示出以纹波电压周期两倍的周期进行采样的方法，其中如果在对纹波电压的最大值和最小值进行采样的时间处进行采样，则能够知道纹波电压的幅度。然而，没有明确提及如何获知产生最大值和最小值的时间。如果以随机时间进行采样，则会发生无法知道幅度的问题。同时，在如图3所示的采样的情况下，存在的问题是当存在纹波时，Vl(n+1)-Vl(n) =0。上述常规的技术可能产生输入缺相的错误，并且难以解决这个问题
发明内容
本公开旨在解决现有技术的上述问题，因此，本发明的特定实施例的目的是提供一种被配置为无误地检测输入缺相的装置及其方法。另一个目的是提供一种用于检测输入缺相的装置及其方法，所述装置被配置为实现无纹波频率的计算过程的快速响应实施和简化实施。
在本公开的一个总体方案中，提供了一种基于输入到三相变频器的电压来检测输入缺相的装置，所述装置包括电力输入单元，其施加三相交流电压；整流单元，其对由所述电力输入单元施加的交流电压进行整流；滤波单元，其对经整流的电压进行带通滤波并且根据经滤波的电压计算纹波电压的幅值；以及输入缺相检测单元，其根据纹波电压的幅值来判定是否已经发生输入缺相。优选地，但非必须地，所述滤波单元包括带通滤波器，其从直流电压中提取预定的频带；以及RMS (均方根)计算单元，其将从所述带通滤波器中所提取的频带转换为均方根值。优选地，但非必须地，在使用60Hz的商用电源的情况下，所述带通滤波器提取从IlOHz到130Hz的频率分量。优选地，但非必须地，在使用60Hz的商用电源的情况下，所述带通滤波器的采样频率为至少240Hz。优选地，但非必须地，所述装置进一步包括显示单元，所述显示单元用于显示是否已经发生输入缺相。在本公开的另一个总体方案中，提供了一种基于输入到三相变频器的电压来检测输入缺相的方法，所述方法包括施加三相交流电压；对交流电压进行整流；对经整流的电压进行带通滤波；根据经滤波的电压计算纹波电压的幅值；以及根据纹波电压的幅值来判定是否已经发生输入缺相。优选地，但非必须地，所述滤波步骤包括从经整流的电压中提取预定的频带；以及将所提取的频带的幅值转换为RMS (均方根)值。优选地，但非必须地，所述方法进一步包括显示是否已经发生输入缺相。优选地，但非必须地，在由判定步骤判定出已经发生输入缺相的情况下，中断用于运行电动机的PWM (脉冲宽度调制)变频器的运行。根据本公开的用于检测输入缺相的装置及其方法具有的有益效果在于能够无误地检测出输入缺相，并且能够实现无纹波频率的计算过程的快速响应实施和简化实施。
附图仅以示例的方式而不以限制的方式描述了根据本发明构思的一个以上示例性实施例。在附图中，相似的附图标记表示相同或者类似的元件。因此，参照示例性附图，通过下面对特定示例性实施例的详细描述，大量潜在的实用和有用的实施例将变得更加容易理解，在附图中图I、图2和图3图示出根据现有技术的用于检测缺失的输入相的方法；图4是图示出根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的装置的配置的示意性框图；图5是图示出根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的装置的电路图6是图示出现有技术未解决的问题的示意图；图7是图示出根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的装置的效果的示意图；图8和图9是图示出由根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的装置，通过处理直流电压来检测输入缺相的方法的示意图；图IOa和图IOb是图示出可由根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的装置应用的多个示例的示意图；以及图11是图示出根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的方法的流程图。
具体实施方式
通过参照附图的图I至图11可最好地理解所公开的实施例及其优点，相似的附图标记用于表示各个附图的相似的和相应的部件。在考查下列附图和详细的说明时，对于本领域的一个普通技术人员来说，所公开的实施例的其他特征和优点将会或者将变得显而易见。旨在将所有这样的附加的特征和优点包括在所公开的实施例的范围中，并且受到附图的保护。此外，所图示的附图只是示例性的，并且无意声称或者隐含对可以实现不同实施例的环境、结构或者过程的限制。因此，所描述的方案有意囊括所有落入本发明的范围和新颖构思的这样的改变、改进和变化。同时，此处使用的术语只是出于描述具体的实施的目的，而无意限制本公开。此处，术语“第一”、“第二”等不表示任何次序、数量或者重要性，而是用于将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第二构成元件可以表示为第一构成元件，并不会偏离本公开的范围和精神，并且类似地，第一构成元件可以表示为第二构成元件。如此处所使用的，术语“一(a) ”和“一(an ) ”不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所指事物。也就是说，如此处所使用的，单数形式的“一(a)”、“一(an)”和“这个(the)”意图也包括复数形式，除非上下文另外明确地指出。应理解的是，当提及一个元件“连接到”或者“联结到”另一个元件时，其可以是直接连接到或者直接联结到其他元件，或者也可以存在介入元件。相反，当提及一个元件“直接连接到”或者“直接联结到”另一个元件时，则不存在介入元件。应当进一步理解的是,当在本说明书中使用术语“包含(comprises)”和/或“包含着(comprising)”,或者“包括(includes)”和/或“包括着(including)”时,其明确指明了所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个以上其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或者附加。此外，“示例性”仅仅意图表示举例的意思，而不表示最好的意思。还应了解的是，为了简化和易于理解的目的，此处描述的特征、层和/或元件图示了相对于彼此的具体尺寸和/或方向，而实际的尺寸和/或方向可与所图示的基本上不同。也就是说，在附图中，为了清晰起见，可以扩大或者缩小层、区域和/或其他元件的尺寸和相对尺寸。全文中，相似的标记表示相似的元件，并且，将省略彼此完全相同的解释。如此处可能使用的，术语“基本上”和“大约”为其对应的术语和/或事物之间的关系提供了工业上接受的公差。
下面，将参照附图详细描述本公开。图4是图示出根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的装置的配置的示意性框图。参照图4，根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的装置包括电力输入单元100、整流单元110、滤波单元120以及输入缺相检测单元130。电力输入单元100的功能为输入三相交流电压。整流单元110包括多个二极管，并且其功能为对从电力输入单元100输入的三相交流电压(R、S、T)中的每个进行整流。换而言之，整流单元110输出经整流的电压或者经整流的信号。滤波单元120的功能为从由整流单元110整流的整流后电压中分离出预定的频带，并且以RMS (均方根)值计算所分离出的频带的幅值。更具体地，尽管在图4中未图示出，但是滤波单元120包括带通滤波器(未示出)以及从所分离出的频带中计算纹波电压的幅值的RMS计算器(未示出)。尤其是，频率可以在IlOHz到130Hz的范围内，稍后将对其进 行详细描述。输入缺相检测单元130根据与由滤波单元120滤波且计算的频带的RMS值相对应的纹波电压的幅值来判定是否已经发生输入缺相。更具体地，在纹波电压的幅值小于预定值的情况下，输入缺相检测单元130判定未发生输入缺相，或者，在纹波电压的幅值大于预定值的情况下，判定已经发生输入缺相。如上所述，通过获得纹波电压的幅值并且将纹波电压的幅值与参考值进行比较，能够判定是否已经发生输入缺相。图5是图示出根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的装置的电路图。如所述，电力输入单元100的功能为输入三相交流电压，整流单元110包括多个二极管，并且整流单元Iio的功能为对从电力输入单元100输入的三相交流电压(R、S、T)中的每个进行整流。同时，尽管图4中未描述，但是除了在图4中示出的配置以外，图5还图示出平滑电容器140。平滑电容器140的功能为将来自整流单元110的经整流的输出转换成平滑的直流输出电压。同时，图5中的附图标记150图示出本公开的简略技术特征的配置，并且其指的是包括图4的滤波单元和输入缺相检测单元的控制器。也就是说，在本公开中，滤波单元和输入缺相检测单元可以单独配置，也可以被配置为判定输入缺相的一个单元，其将被描述为图5中的控制器150。如上所述，控制器150通过将由整流单元110整流的电压分离出特定的频带，即从IlOHz到130Hz，来计算RMS值以获知纹波电压的幅值。将所计算出的纹波电压的幅值与预定的值进行比较，以在所计算出的纹波电压的幅值大于预定值的情况下显示已经发生输入缺相。同时，在已经发生输入缺相的情况下，控制器150可以中断PWM变频器160的运行。此外，尽管图4和图5中未图示出，但是装置可以进一步包括显示单元(未示出)，以在已经发生图像缺相(image phase missing)的情况下让用户知道已经发生图像缺相。显示单元(未示出)可以通过音频信号或者视频信号的方式显示是否已经发生图像缺相。更具体地，显示单元可以通过扬声器的方式向用户显示是否已经发生图像缺相，还可以通过发光单元发光来向用户显示是否已经发生图像缺相，其中发光单元可以是LED(发光设备)。通过显示单元用户能够直观地认识到是否已经发生图像缺相，并且还能够防止电容器和/或变频器的损坏。图6是图示出现有技术未解决的问题的示意图，其中附图标记300是经转换的直流电流，并且其图示出在变频器开始运行时，在附图标记310点处直流电压已经减小。在使用现有技术的情况下，产生的问题是即使在输入未缺相的情况下，也可能将输入未缺相判定为输入缺相。同时，图7是图示出根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的装置的效果的示意图。由图7中的整流单元110转换的直流电压(Vdc)经过滤波单元120。更具体地，滤波单元120包括带通滤波器以及用于根据直流电压以RMS值计算纹波电压的幅值的RMS计算器。输入缺相检测单元130将所计算出的纹波电压的幅值330与预定值320进行比较。
在图7中，由于预定值320大于所计算出的纹波电压的幅值330这个事实，也就是说，所计算出的纹波电压的幅值330小于预定值320，所以，输入缺相检测单元130判定未发生输入缺相。也就是说，图6中图示出的现有技术的问题能够得到解决。可以将带通滤波器设定为提取几乎是商用电力频率的两倍的频率，也就是说，在使用60Hz商用电力频率的情况下，频率分量在IlOHz到130Hz的范围内。此外，带通滤波器的采样频率可以是大于频率120HZ两倍的采样频率，频率120Hz是由带通滤波器所处理的以允许带通滤波器不受抗混叠(anti-aliasing)现象影响而运行的频率。换而言之，在使用60Hz商用电力的情况下，带通滤波器可以使用至少大于240Hz的采样频率。图8是图示出由根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的装置，通过处理直流电压来检测输入缺相的方法的示意图，其中附图标记400示出直流电压，并且其中当已经发生输入缺相时，120Hz分量是主要分量。运行开始于附图标记440的点处，其中直流电压示出120Hz的纹波。图9是图示出由根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的装置，通过处理图8的直流电压来检测输入缺相的方法的示意图。不同于图7，已经经过带通滤波器122的图9中的信号的幅值很大从而产生作为经过RMS计算器124后的附图标记460的信号。也就是说，因为所计算出的纹波电压的幅值460大于预定值450，所以输入缺相检测单元判定已经发生输入缺相。形成在根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的装置中的图7、图8和图9中的带通滤波器，优选仅提取120Hz频带的频率。在这种情况下，无需频带的任何单独计算即可知道纹波电压的幅值，从而更迅速地判定是否已经发生输入缺相。图IOa和图IOb是图示出可由根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的装置应用的多个示例的示意图，其中图IOa图示出在CPU内部形成模数转换器的情况，而图IOb图示出具有模数转换器170的电路板。根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的装置可以应用于图IOa或者图IOb的任一个电路板。最后，将参照图11描述根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的方法。图11是图示出根据本公开的示例性实施例的用于检测输入缺相的方法的流程图。首先，输入三相交流电压，即步骤S500。接着，将所输入的电压整流为直流电压，SP步骤S510。将经整流的直流电压滤波为预定的频带，即步骤S520。此时，预定的频率优选为120Hz，但是也可以使用IlOHz到130Hz的频带。计算经滤波的电压的纹波大小(纹波电压的幅值)，即步骤S530，并且可以将所计算出的纹波大小转换成RMS值。在所计算出的纹波大小大于预定的纹波大小的情况下，即步骤S540-是，则判定为输入缺相，即步骤S55，并且在所计算出的纹波大小小于预定的纹波大小的情况下，即步骤S540-否，则判定为输入未缺相，即步骤S560。尽管图11提出了多个步骤，但是其仅有效地说明了基于纹波大小来判定是否已经发生输入缺相的过程，这是根据本公开的重要特征之一。因此，对本领域技术人员应显而易见的是，可以在本公开中进一步包括停止驱动电动机的PWM变频器的运行的步骤，或者向用户显示是否已经发生输入缺相的步骤。
尽管已参照本公开的数个图示的实施例描述了本公开，但应理解的是，本领域技术人员能够设想出许多落入本公开原理的精神和范围内的其他改进和实施例。尤其是，在本公开、附图和所附的权利要求的范围内，可以对主题组合布置的组成部件和/或布置方式进行各种变化和改进。除了对组成部件和/或布置方式的变化和改进以外，对本领域技术人员来说，替代使用也是显而易见的。
权利要求
1.一种基于输入到三相变频器的电压来检测输入缺相的装置，所述装置包括电力输入单元，其施加三相交流电压；整流单元，其对由所述电力输入单元施加的交流电压进行整流；滤波单元，其对经整流的电压进行带通滤波并且根据经滤波的电压计算纹波电压的幅值；以及输入缺相检测单元，其根据纹波电压的幅值来判定是否已经发生输入缺相。
2.根据权利要求I所述的装置，其中，所述滤波单元包括带通滤波器，其从经整流的电压中提取预定的频带；以及均方根计算单元，其将所提取的频带的幅值转换为均方根值。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，在使用60Hz的商用电源的情况下，所述带通滤波器提取从IlOHz到130Hz的频率分量。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，在使用60Hz的商用电源的情况下，所述带通滤波器的采样频率为至少240Hz。
5.根据权利要求I所述的装置，进一步包括显示单元，所述显示单元用于显示是否已经发生输入缺相。
6.一种基于输入到三相变频器的电压来检测输入缺相的方法，所述方法包括施加三相交流电压；对交流电压进行整流；对经整流的电压进行带通滤波；根据经滤波的电压计算纹波电压的幅值；以及根据纹波电压的幅值来判定是否已经发生输入缺相。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述滤波步骤包括从经整流的电压中提取预定的频带；以及将所提取的频带的幅值转换为均方根值。
8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括显示是否已经发生输入缺相。
9.根据权利要求6所述的方法，进一步包括在由判定步骤判定出已经发生输入缺相的情况下，中断用于运行电动机的脉冲宽度调制变频器的运行。
全文摘要
本发明提供了一种用于检测输入缺相的装置及其方法，其中所述装置包括电力输入单元，其施加三相交流电压；整流单元，其对由所述电力输入单元施加的交流电压进行整流；滤波单元，其对经整流的电压进行带通滤波并且根据经滤波的电压计算纹波电压的幅值；以及输入缺相检测单元，其根据纹波电压的幅值来判定是否已经发生输入缺相，从而能够无误地检测出输入缺相，并且能够实现无纹波频率的计算过程的快速响应实施和简化实施。
文档编号G01R29/16GK102778612SQ20121014754
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月11日 优先权日2011年5月13日
发明者李恩雨 申请人:Ls产电株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
