專利名稱：一種測(cè)量交流電的電信號(hào)相位的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量交流電的電信號(hào)相位的方法，本發(fā)明還涉及一種 測(cè)量交流電的電信號(hào)相位的裝置。
背景技術(shù)：
三相交流電的相位測(cè)量通?？梢酝ㄟ^(guò)三相綜合矢量及坐標(biāo)變換來(lái)求出 相位。這種方法對(duì)于只有單相電壓或者缺相的交流點(diǎn)而言，無(wú)法計(jì)算相位。
單相交流電的測(cè)量方法通常是根據(jù)其電信號(hào)過(guò)零點(diǎn)來(lái)計(jì)算頻率并估算 相位的。如圖1所示，具體的實(shí)現(xiàn)方法為通過(guò)比較器及相關(guān)電路在電信 號(hào)由負(fù)到正過(guò)零處產(chǎn)生上升沿信號(hào)，檢測(cè)相鄰兩個(gè)上升沿的時(shí)間間隔，此 時(shí)間間隔即為周期T,周期T的倒數(shù)即為頻率。任一時(shí)刻與先前最近一個(gè)
過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間間隔為t，則此時(shí)刻的相位用角度表示即為+ .360°。上述方
法分別測(cè)得目標(biāo)電壓與逆變器輸出的逆變電壓的相位和頻率后，即可根據(jù) 相差和頻差調(diào)頻調(diào)相。這種現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于過(guò)零點(diǎn)的采集必須 準(zhǔn)確。如果過(guò)零點(diǎn)附近有抖動(dòng)或者較低的正弦度導(dǎo)致過(guò)零點(diǎn)電壓畸變，都 將導(dǎo)致上升沿信號(hào)與實(shí)際過(guò)零點(diǎn)有偏離。這時(shí)，由于其它點(diǎn)的相位都是以 過(guò)零點(diǎn)為依據(jù)的，這樣將導(dǎo)致一個(gè)周期內(nèi)，電壓相位的判斷不準(zhǔn)。這會(huì)使 得鎖相調(diào)節(jié)存在比較大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了克服以上的不足，提出了一種準(zhǔn)確測(cè)量交流電的電信 號(hào)相位的方法及裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種測(cè)量交流電的電信號(hào)相位的方法， 包括如下過(guò)程通過(guò)電信號(hào)瞬時(shí)值及其對(duì)應(yīng)的電信號(hào)變化率求得電信號(hào)相 位正弦值和余弦值，根據(jù)所述電信號(hào)相位正弦值和余弦值求得交流電的電 信號(hào)的相位。
優(yōu)選地，所述電信號(hào)為電壓信號(hào)，所述過(guò)程包括如下步驟
A.采集交流電壓瞬時(shí)值，并用"^cos(欲+ ^)表示，其中"為電壓瞬時(shí)值，V是電壓幅值，(M + p)為交流電壓的相位值；B. 根據(jù)所述電壓瞬時(shí)值得到電壓變化率，并用"'=-K普sin(紐")表 示，其中"'為電壓變化率，w為電壓的角速度；C. 設(shè)x = < ，貝U 「 = "2+ ， 可以得出c—= ~~ 、 sin(M + p)=——「" ，求cos(欲+ p)的反余弦禾卩sin(彼+ p)的反正弦得出交流電壓的相位值。所述待測(cè)量相位的交流電為目標(biāo)電壓，所述步驟c之前還包括如下步驟通過(guò)捕獲目標(biāo)電壓相鄰兩個(gè)過(guò)零上升沿或過(guò)零下降沿得到目標(biāo)電壓的 周期T，根據(jù)^ = *計(jì)算出目標(biāo)電壓的角速度。所述電壓變化率通過(guò)如下方法得到在固定采樣頻率下，通過(guò)電壓的 變化量除以采樣時(shí)間間隔得出。 所述交流電為單相交流電。 所述電信號(hào)為電流信號(hào)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種測(cè)量交流電的電信號(hào)相位的裝置， 包括相互連接的電信號(hào)相位正弦值和余弦值生成單元和相位計(jì)算單元；所 述電信號(hào)相位正弦值和余弦值生成單元根據(jù)電信號(hào)瞬時(shí)值及其對(duì)應(yīng)的電信 號(hào)變化率求得電信號(hào)相位正弦值和余弦值并輸出至相位計(jì)算單元，所述相 位計(jì)算單元根據(jù)所述電信號(hào)相位正弦值和余弦值計(jì)算出交流電信號(hào)的相位。優(yōu)選地，所述電信號(hào)為電壓信號(hào)，所述電信號(hào)相位正弦值和余弦值生 成單元包括交流電壓瞬時(shí)值采集模塊、電壓變化率計(jì)算模塊和正弦值和余 弦值計(jì)算模塊；所述交流電壓瞬時(shí)值采集模塊采集出交流電壓瞬時(shí)值并輸 出至電壓變化率計(jì)算模塊和正弦值和余弦值計(jì)算模塊，所述電壓變化率計(jì) 算模塊根據(jù)所述交流電壓瞬時(shí)值計(jì)算出電壓變化率并輸出至正弦值和余弦 值計(jì)算模塊，所述正弦值和余弦值計(jì)算模塊根據(jù)交流電壓瞬時(shí)值和電壓變 化率計(jì)算出電壓相位正弦值和余弦值。所述電信號(hào)為電流信號(hào)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果是:本發(fā)明的相位測(cè)量方法和裝置，克服了通用方法不能對(duì)單相電壓實(shí)—時(shí)運(yùn)算相位的問(wèn)題。而且，本發(fā)明的方法和裝置并不會(huì)因?yàn)檫^(guò)零點(diǎn)處上升沿的偏移而發(fā)生偏移。不用依托于每個(gè) 周期過(guò)零處的上升沿，克服了電壓/電流畸變導(dǎo)致過(guò)零點(diǎn)相位辨別的誤差。 這樣測(cè)量出的相位更穩(wěn)定、準(zhǔn)確。本發(fā)明準(zhǔn)確測(cè)量出交流電相位后，可以 更精確地鎖相。本發(fā)明可以應(yīng)用在逆變鎖相和不間斷電源系統(tǒng)等領(lǐng)域，具 有很高的實(shí)用意義。


圖1是現(xiàn)有通過(guò)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)相位時(shí)過(guò)零點(diǎn)偏差對(duì)相位計(jì)算產(chǎn)生影響的 示意圖；圖2是本發(fā)明方法的流程圖；圖3是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體的實(shí)施方式并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。一種測(cè)量交流電的電壓相位的方法，包括如下處理過(guò)程ffi過(guò)電壓瞬 時(shí)值及其對(duì)應(yīng)的電壓變化率求得電壓相位正弦值和余弦值，根據(jù)所述電壓 相位正弦值和余弦值求得交流電壓的相位。如圖2所示，所述處理過(guò)程具體包括如下步驟第一步采集單相交流電的實(shí)時(shí)電壓，得到電壓瞬時(shí)值。電壓瞬時(shí)值 U可以按比例對(duì)應(yīng)具有與單相交流電同相位的余弦值，公式如下 "=F.C0S(M + p)，其中"為電壓瞬時(shí)值，V是電壓幅值，(加+ p)即交流電壓 的相位值。電壓瞬時(shí)值通過(guò)交流電壓瞬時(shí)值采集模塊直接采樣得出，交流電壓瞬 時(shí)值采集模塊包括比例縮放電路、偏置電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。所述比例縮 放電路對(duì)電壓瞬時(shí)值進(jìn)行一定比例縮放，偏置電路將縮放后的電壓信號(hào)加 偏置以便于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬電壓瞬時(shí)值信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓瞬時(shí)值信 號(hào)。第二步根據(jù)分時(shí)采集的電壓信號(hào)的瞬時(shí)值得到電壓的變化率。電壓 變化率"'也可以按比例對(duì)應(yīng)具有與單相交流電同相位的正弦值的相反數(shù) "'=-rwsin(^ + p)，其中"'為電壓變化率，w為電壓的角速度。電壓微分值(電壓的變化率)的求得采用如下方法在固定采樣頻率 下，通過(guò)電壓的變化量除以采樣時(shí)間間隔得出。電壓變化率也可以通過(guò)硬 件微分電路獲得。由于采樣的離散性，可以將前述電壓瞬時(shí)值的采樣結(jié)果 進(jìn)行數(shù)值微分。此數(shù)值微分可以采用差商近似、后差商近似、中心差商近似計(jì)算。也可以采用插值法或樣條求導(dǎo)。第三步通過(guò)電壓瞬時(shí)值及其對(duì)應(yīng)的電壓變化率，求得對(duì)應(yīng)的電壓相 位正弦值和余弦值，并根據(jù)電壓相位正弦值和余弦值求取電壓的相位。設(shè)P^，則單相電壓模值也可以稱電壓峰值V的求取為r-V7T^。求出V后可以得出咖(^ +伊)=^_ ，「"' ，分別求cos(欲")和sin(誠(chéng)+ p)的反余弦和反正弦就可以得出一 + ^)的值，也即相位 角的值。第三步之前可以先求出交流電壓的角速度0)。本發(fā)明可以應(yīng)用在不間斷電源(UPS)上，UPS在鎖相時(shí)需要分別測(cè)量 出目標(biāo)電壓和逆變電壓的相位，從而控制逆變電壓跟蹤并鎖相目標(biāo)電壓。 目標(biāo)電壓的角速度可以通過(guò)測(cè)量目標(biāo)電壓的頻率進(jìn)行求取d目標(biāo)電壓的頻 率仍然用捕獲交流電壓上升沿/下降沿的方法。這里要強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)于前述 傳統(tǒng)的用過(guò)零點(diǎn)測(cè)相位的方法，過(guò)零點(diǎn)上升沿與實(shí)際過(guò)零點(diǎn)存在的偏差會(huì) 影響最終相位的測(cè)量結(jié)果。但如果只是用過(guò)零點(diǎn)上升沿來(lái)計(jì)算頻率則不存 在這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)橹芷诘那笕≈灰竺總€(gè)周期的同一點(diǎn)之間的時(shí)間間隔， 并沒(méi)有要求必須在過(guò)零處，綜合多對(duì)相鄰上升沿/下降沿的時(shí)間間隔，就可 以得到相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間間隔。所以上升沿/下降沿相對(duì)過(guò)零處相差的偏移并 不影響周期的運(yùn)算。本發(fā)明可以將多次求得的周期經(jīng)濾波后得到一個(gè)較為 可靠的周期。并進(jìn)而得到一個(gè)準(zhǔn)確的頻率(周期的導(dǎo)數(shù))。有了目標(biāo)電壓的頻率，就可以根據(jù)w-^計(jì)算出目標(biāo)電壓的角速度co。逆變電壓角速度為逆變給定固定相位偏移量除以對(duì)應(yīng)控制時(shí)間M。即《 其中，《tep為固定相位偏移量，A/為控制時(shí)間。本發(fā)明的方法不僅可以用于單相電壓交流電的相位測(cè)量，還可以適用 于三相電壓交流電的相位測(cè)量。本發(fā)明不僅可以用于交流電電壓的相位測(cè) 量，也可以適用于交流電的電流的相位測(cè)量；此時(shí)，只需將電壓信號(hào)的采 集、處理?yè)Q成電流信號(hào)的采集、處理即可，其他不變，此處不再贅述。使 用本發(fā)明的方法可以準(zhǔn)確求得交流電的相位，從而使得逆變電壓與目標(biāo)電 壓之間能夠精確鎖相。如圖3所示， 一種測(cè)量交流電—的電壓相位的裝置，包括相互連接的電壓相位正弦值和余弦值生成單元和相位計(jì)算單元；所述電壓相位正弦值和 余弦值生成單元根據(jù)電壓瞬時(shí)值及其對(duì)應(yīng)的電壓變化率求得電壓相位正弦 值和余弦值并輸出至相位計(jì)算單元，所述相位計(jì)算單元根據(jù)所述電壓相位 正弦值和余弦值計(jì)算出交流電壓的相位。所述電壓相位正弦值和余弦值生成單元包括交流電壓瞬時(shí)值采集模 塊、電壓變化率計(jì)算模塊和正弦值和余弦值計(jì)算模塊；所述交流電壓瞬時(shí) 值采集模塊采集出交流電壓瞬時(shí)值并輸出至電壓變化率計(jì)算模塊和正弦值 和余弦值計(jì)算模塊，所述電壓變化率計(jì)算模塊根據(jù)所述交流電壓瞬時(shí)值計(jì) 算出電壓變化率并輸出至正弦值和余弦值計(jì)算模塊，所述正弦值和余弦值 計(jì)算模塊根據(jù)交流電壓瞬時(shí)值和電壓變化率計(jì)算出電壓相位正弦值和余弦 值。本發(fā)明還提供一種測(cè)量交流電的電流相位的裝置，包括相互連接的電 流相位正弦值和余弦值生成單元和相位計(jì)算單元；所述電流相位正弦值和 余弦值生成單元根據(jù)電流瞬時(shí)值及其對(duì)應(yīng)的電流變化率求得電流相位正弦 值和余弦值并輸出至相位計(jì)算單元，所述相位計(jì)算單元根據(jù)所述電流相位 正弦值和余弦值計(jì)算出交流電流的相位。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō) 明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量交流電的電信號(hào)相位的方法，其特征在于包括如下過(guò)程通過(guò)電信號(hào)瞬時(shí)值及其對(duì)應(yīng)的電信號(hào)變化率求得電信號(hào)相位正弦值和余弦值，根據(jù)所述電信號(hào)相位正弦值和余弦值求得交流電的電信號(hào)的相位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量交流電的電信號(hào)相位的方法，其特征在于 所述電信號(hào)為電壓信號(hào)，所述過(guò)程包括如下步驟A. 采集交流電壓瞬時(shí)值，并用"-r.cos(W + W表示，其中"為電壓瞬時(shí) 值，V是電壓幅值，(M + p)為交流電壓的相位值；B. 根據(jù)所述電壓瞬時(shí)值得到電壓變化率，并用"'=-r.w.sin(欲+ p)表 示，其中"'為電壓變化率，"為電壓的角速度；C. 設(shè)；<formula>formula see original document page 2</formula>，可以得出<formula>formula see original document page 2</formula> ,求cos(欣+ p)的反余弦和sin(M + p)的反正弦得<formula>formula see original document page 2</formula>出交流電壓的相位值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量交流電的電信號(hào)相位的方法，其特征在于 所述待測(cè)量相位的交流電為目標(biāo)電壓，所述步驟C之前還包括如下步驟 通過(guò)捕獲目標(biāo)電壓相鄰兩個(gè)過(guò)零上升沿或過(guò)零下降沿得到目標(biāo)電壓的周期T，根據(jù)《 = *計(jì)算出目標(biāo)電壓的角速度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量交流電的電信號(hào)相位的方法，其特征在于 所述電壓變化率通過(guò)如下方法得到在固定采樣頻率下，通過(guò)電壓的變化 量除以采樣時(shí)間間隔得出。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的測(cè)量交流電的電信號(hào)相位的方法，其特征在于所述交流電為單相交流電。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測(cè)量交流電的電信號(hào)相位的方法，其特征在于 所述電信號(hào)為電流信號(hào)。
7. —種測(cè)量交流電的電信號(hào)相位的裝置，其特征在于包括相互連接的電 信號(hào)相位正弦值和余弦值生成單元和相位計(jì)算單元；所述電信號(hào)相位正弦值和余弦值生成單元根據(jù)電信號(hào)瞬時(shí)值及其對(duì)應(yīng)的電信號(hào)變化率求得電 信號(hào)相位正弦值和余弦值并輸出至相位計(jì)算單元，所述相位計(jì)算單元根據(jù)所述電信號(hào)相位正弦值和余弦值計(jì)算出交流電信號(hào)的相位。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)量交流電的電信號(hào)相位的裝置，其特征在于: 所述電信號(hào)為電壓信號(hào)，所述電信號(hào)相位正弦值和余弦值生成單元包括交 流電壓瞬時(shí)值采集模塊、電壓變化率計(jì)算模塊和正弦值和余弦值計(jì)算模 塊；所述交流電壓瞬時(shí)值采集模塊采集出交流電壓瞬時(shí)值并輸出至電壓變 化率計(jì)算模塊和正弦值和余弦值計(jì)算模塊，所述電壓變化率計(jì)算模塊根據(jù) 所述交流電壓瞬時(shí)值計(jì)算出電壓變化率并輸出至正弦值和余弦值計(jì)算模 塊，所述正弦值和余弦值計(jì)算模塊根據(jù)交流電壓瞬時(shí)值和電壓變化率計(jì)算 出電壓相位正弦值和余弦值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)量交流電的電信號(hào)相位的裝置，其特征在于 所述電信號(hào)為電流信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)量交流電的電信號(hào)相位的方法及裝置。該方法包括如下過(guò)程通過(guò)電信號(hào)瞬時(shí)值及其對(duì)應(yīng)的電信號(hào)變化率求得電信號(hào)相位正弦值和余弦值，根據(jù)所述電信號(hào)相位正弦值和余弦值求得交流電的電信號(hào)的相位。該裝置包括相互連接的電信號(hào)相位正弦值和余弦值生成單元和相位計(jì)算單元；所述電信號(hào)相位正弦值和余弦值生成單元根據(jù)電信號(hào)瞬時(shí)值及其對(duì)應(yīng)的電信號(hào)變化率求得電信號(hào)相位正弦值和余弦值并輸出至相位計(jì)算單元，所述相位計(jì)算單元根據(jù)所述電信號(hào)相位正弦值和余弦值計(jì)算出交流電信號(hào)的相位。本發(fā)明的相位測(cè)量方法和裝置，克服了通用方法不能對(duì)單相交流電實(shí)時(shí)運(yùn)算相位的問(wèn)題。而且，本發(fā)明的方法和裝置測(cè)量出的相位更穩(wěn)定、準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)G01R19/00GK101408568SQ20071012382
公開(kāi)日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2007年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月12日
發(fā)明者劉程宇, 楊戈戈, 佳 陳 申請(qǐng)人:深圳科士達(dá)科技股份有限公司