三相電源檢測裝置、系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種檢測技術，且特別涉及一種三相電源檢測裝置、系統及方法。
【背景技術】
[0002]三相電源可用來驅動三相馬達或是類似的電子裝置。三相電源可通過電力單元，例如但不限于智能型電力模塊來產生。馬達的工作可通過三相電源的強度、相位、頻率等參數，以決定送至馬達的電流方向、馬達運轉方向及磁場方向。然而，為確保馬達接收到正確的三相電源，常需對電力單元進行量測。一般公知的方式是直接將實體的馬達負載連接至電力單元，并設置元件如編碼器或霍爾感測元件來偵測馬達的位置、角度、轉速、力矩等參數，以確保所傳送的三相電源是平衡的。然而，實體馬達不但體積大、重量重，且量測的電路及配線相對復雜，測試的成本相當高昂。
[0003]因此，如何設計一個新的三相電源檢測裝置、系統及方法，以改善上述的缺點，乃為此業界急待解決的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種可快速檢測三相電源的平衡狀況的三相電源檢測裝置、系統及方法，從而克服現有技術的上述缺陷。
[0005]因此，本發明的一個方面在于提供一種三相電源檢測系統。三相電源檢測系統包含:數字控制單元、電力單元以及三相電源檢測裝置。數字控制單元產生波寬調變(pulsewidth modulat1n ;PWM)信號。電力單元根據波寬調變信號產生三相電源信號，三相電源信號包含第一、第二及第三相位電源信號。三相電源檢測裝置接收三相電源信號，以擷取第一、第二及第三相位電源信號各具有的相位以及頻率，并根據第一、第二及第三相位電源信號的相位及頻率檢測第一、第二及第三相位電源信號的平衡狀況。
[0006]根據本發明一個實施例，其中數字控制單元為數字信號處理(digital signalprocessing ；DSP)模塊。
[0007]根據本發明另一個實施例,其中電力單元為智能型電力模塊(intelligent powermodule ；IPM)。
[0008]根據本發明又一個實施例，其中三相電源檢測裝置包含:第一與門、三個第二與門以及判斷模塊。第一與門對三個單相電源信號進行邏輯運算，以產生基頻信號。第二與門對第一、第二及第三相位電源信號分別與反相的基頻信號進行邏輯運算，以產生對應第一、第二及第三相位電源信號的第一、第二及第三真實相位電源信號。判斷模塊擷取第一、第二及第三真實相位電源信號的相位以及頻率，以于第一、第二及第三真實相位電源信號的頻率相等且相位彼此間相差相同角度時，判斷第一、第二及第三相位電源信號為平衡。
[0009]根據本發明再一個實施例，其中判斷模塊還用來對第一、第二及第三真實相位電源信號進行波形重整。
[0010]根據本發明還具有的一個實施例，其中三相電源檢測裝置由現場可編程閘陣列(Field Programmable Gate Array ；FPGA)實現。
[0011]根據本發明再具有的一個實施例，其中三相電源檢測裝置將檢測結果傳送至數字控制單元，以使數字控制單元根據檢測結果對波寬調變信號進行調整，進一步使電力單元根據調整后的波寬調變信號產生平衡的三相電源信號。
[0012]本發明的另一個態樣是在提供一種三相電源檢測方法，應用于三相電源檢測系統中，包含下列步驟。通過數字控制單元產生波寬調變信號。通過電力單元根據波寬調變信號產生三相電源信號，三相電源信號包含第一、第二及第三相位電源信號。通過三相電源檢測裝置接收三相電源信號，以擷取第一、第二及第三相位電源信號各具有的相位以及頻率。通過三相電源檢測裝置根據第一、第二及第三相位電源信號的相位及頻率檢測第一、第二及第三相位電源信號的平衡狀況。
[0013]根據本發明一個實施例，其中數字控制單元為數字信號處理模塊。
[0014]根據本發明另一個實施例，其中電力單元為智能型電力模塊。
[0015]根據本發明又一個實施例，三相電源檢測方法還包含:由三相電源檢測裝置的第一與門對第一、第二及第三相位電源信號進行邏輯運算，以產生基頻信號；由三相電源檢測裝置的三個第二與門，對第一、第二及第三相位電源信號分別與反相的基頻信號進行邏輯運算，以產生對應第一、第二及第三相位電源信號的第一、第二及第三真實相位電源信號；以及由三相電源檢測裝置的判斷模塊擷取第一、第二及第三真實相位電源信號的相位以及頻率，以在第一、第二及第三真實相位電源信號的頻率相等且相位彼此間相差相同角度時，判斷第一、第二及第三相位電源信號為平衡。
[0016]根據本發明再一個實施例，三相電源檢測方法還包含:通過判斷模塊對第一、第二及第三真實相位電源信號進行波形重整。
[0017]根據本發明還具有的一個實施例，其中三相電源檢測裝置系由現場可編程閘陣列實現。
[0018]根據本發明再具有的一個實施例，通過三相電源檢測裝置將檢測結果傳送至數字控制單元；通過數字控制單元根據檢測結果對波寬調變信號進行調整；以及通過電力單元根據調整后的波寬調變信號產生平衡的三相電源信號。
[0019]本發明的再一個方面在于提供一種三相電源檢測裝置。三相電源檢測裝置包含:第一與門、三個第二與門以及判斷模塊。第一與門對三相電源信號包含的第一、第二及第三相位電源信號進行邏輯運算，以產生基頻信號。第二與門對第一、第二及第三相位電源信號分別與反相的基頻信號進行邏輯運算，以產生對應第一、第二及第三相位電源信號的第一、第二及第三真實相位電源信號。判斷模塊擷取第一、第二及第三真實相位電源信號的相位以及頻率，以于第一、第二及第三相位真實相位電源信號的頻率相等且相位彼此間相差相同角度時，判斷第一、第二及第三相位電源信號為平衡。
[0020]根據本發明一個實施例，其中判斷模塊還用來對第一、第二及第三真實相位電源信號進行波形重整。
[0021]根據本發明另一個實施例，其中三相電源檢測裝置系由現場可編程閘陣列實現。
[0022]應用本發明的優點在于三相電源檢測系統可通過三相電源檢測裝置擷取三相電源信號的相位以及頻率，以檢測第一、第二及第三相位電源信號的平衡狀況，而輕易地達到上述的目的。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明一個實施例中，一種三相電源檢測系統的方塊圖；
[0024]圖2為本發明的一個實施例中，三相電源檢測裝置更詳細的方塊圖；
[0025]圖3A為本發明的一個實施例中，第一、第二及第三相位電源信號以及基頻信號的波形圖；
[0026]圖3B為本發明的一個實施例中，第一、第二及第三真實相位電源信號的波形圖；
[0027]圖3C為本發明的一個實施例中，經過波形重整后的第一、第二及第三真實相位電源信號的波形圖；以及
[0028]圖4為本發明一個實施例中，一種三相電源檢測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0029]請參照圖1。圖1為本發明一個實施例中，一種三相電源檢測系統I的方塊圖。三相電源檢測系統I包含:數字控制單元10、電力單元12以及三相電源檢測裝置14。
[0030]數字控制單元10產生波寬調變信號11。在一個實施例中，數字控制單元10為包含震蕩器(oscillator)的數字信號處理模塊或是其他可用來產生波寬調變信號11的電路元件。
[0031]電力單元12根據波寬調變信號11產生三相電源信號13。其中，三相電源信號13包含第一、第二及第三相位第一、第二及第三相位電源信號U、V及W。在一個實施例中，電力單元12為智能型電力模塊,并包含多個絕緣柵雙極電晶體(IGBT)。此些絕緣柵雙極電晶體可設置為兩電平、三電平或多電平的形式，根據波寬調變信號11對直流電源(未圖示)進行導通或關閉并產生變頻及/或變壓的三相電源信號13。在其他實施例中，電力單元12可由其他的電路元件實現。
[0032]三相電源檢測裝置14接收三相電源信號13，以擷取三相電源信號13所包含的第一、第二及第三相位第一、第二及第三相位電源信號U、V及W各具有的相位以及頻率，并根據第一、第二及第三相位電源信號U、V及W的相位及頻率檢測第一、第二及第三相位電源信號U、V及W的平衡狀況。
[0033]請參照圖2。圖2為本發明的一個實施例中，三相電源檢測裝置14更詳細的方塊圖。三相電源檢測裝置14包含:第一與門20、三個第二與門22A、22B、22C以及判斷模塊24。在一個實施例中，三相電源檢測裝置14可由現場可編程閘陣列或是其他的電路元件實現。
[0034]第一與門20對第一、第二及第三相位電源信號U、V、W進行邏輯運算，以產生基頻信號B。
[0035]請同時參照圖2及圖3A。圖3A為本發明的一個實施例中，第一、第二及第三相位電源信號U、V、W以及基頻信號B的波形圖。如圖3A中所示，在經過第一與門20的邏輯運算后，僅有第一、第二及第三相位電源信號U、V、W同為高態的部分保留下來成為基頻信號B0
[0036]第二與門224、228、22(:對第一、第二及第三相位電源信號1]、￥、胃及反相的基頻信號B分別進行邏輯運算，以產生對應第一、第二及第三相位電源信號U、V、W的第一、第二及第三真實相位電源信號U_true、V_true、W_true。
[0037]請同時參照圖2及圖3B。圖3B為本發明的一個實施例中，第一、第二及第三真實相位電源信號U_true、V_true、ff_true的波形圖。如圖3B所示，由于第二與門22A、22B、22C是以反相的基頻信號B分別與第一、第二及第三相位電源信號U、V及W進行邏輯運算，因此將去除掉第一、第二及第三相位電源信號U、V及W中的基頻部份，而產生未帶有基頻的第一、第二及第三真實相位電源信號U_true、V_true、W_true。
[0038]判斷模塊24將進一步從第二與門22A、22B、22C擷取第一、第二及第三真實相位電源信號U_true、V_true、W_true的相位以及頻率。在一個實施例中，判斷模塊24先對第一、第二及第三真實相位電源信號U_true、V_true、W_true進行波形重整后