專利名稱：檢測三相交流電相位角的電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及檢測三相交流電(AC)相位角的電路，特別是涉及一種能夠自動地補償輸入信號相位延遲的檢測三相交流電相位角的電路。
一般來說，三相AC由具有相同頻率和不同相位的三個電流構成。三相AC可分成對稱三相AC和不對稱三相AC。對稱三相AC由下列公式1表示。
這里，a(e)、b(θ)和c(θ)代表三相正弦波函數(shù)，A指正弦波的振幅。公式1還可以如下列公式2那樣由二相正弦波信號等效變換和表示
在現(xiàn)有技術中，三相AC使用公式2檢測。即，當用公式2的上式除以公式2的下式時就得到下列公式3。Sinx(θ)Siny(θ)=Sinθcosθ=tanθ-----(3)]]>從公式3可推導出公式4。θ=tan-1(Sinθcosθ)----(4)]]>因此，可以從公式4中得到三相AC的相位角θ。
然而，根據(jù)傳統(tǒng)方法，盡管計算或操作很容易理解，但當cosθ的值為“0”時，估算e為90°還是270°幾乎是不可能的。
另一方面，傳統(tǒng)方法還使用了另一種獲得三相AC的相位角的方法。該方法是以公式2為基準通過構成使用了如

圖1所示的鎖相環(huán)(PLL)的估算系統(tǒng)來獲得相位角的。參照圖1，參考數(shù)字11a和11b指低通濾波器，用于消除輸入的AC信號中混入的噪聲和高頻信號；參考數(shù)字12和16是乘法器；參考數(shù)字13是減法器；參考數(shù)字14是環(huán)路濾波器；參考數(shù)字15是積分器；參考數(shù)字17是余弦函數(shù)產(chǎn)生器；參考數(shù)字18是正弦函數(shù)產(chǎn)生器；參考字母Sx′(θ)和Sy′(θ)是其每個相位被延遲的兩相正弦波信號；參考字母Verr是估算系統(tǒng)的相位估算誤差；參考字母Vvel是相位速度(Phase speed)信號；參考符號φ表示估算的數(shù)字相位角。
在估算相位角的其它方法中，圖1的電路提供了最快速的響應。然而，安裝在每個輸入端的低通濾波器11a和11b造成了從下列公式5中可以看到的每個輸入信號的相位延遲。Sx′(θ)=Asin{θ-α(θ•)}]]>Sy′(θ)=Acos{θ-α(θ•)}----(5)]]>所以，盡管估算系統(tǒng)可以很好的工作，但估算的不是θ而是θ-α
這里α
指延遲相位的值。
本發(fā)明的目的是提供一種可以自動補償輸入濾波器造成的相位延遲的檢測三相交流電(AC)相位角的電路。
為實現(xiàn)上述目的，所提供的檢測三相交流電相位角的電路包括若干個安裝在每個輸入端上的低通濾波器，用于消除交流電輸入信號中混入的噪聲和高頻信號；若干個乘法器，其每一個用于把每個低通濾波器輸出的信號與反饋信號相乘；一個減法器，用于接收從若干個乘法器輸出的信號和計算兩個信號間的誤差；一個環(huán)路濾波器，用于接收減法器輸出的信號和對該信號濾波；一個積分器，用于接收環(huán)路濾波器輸出的信號、對該信號進行時間積分、和輸出估算的數(shù)字相位角信號；和一個安裝在減法器和環(huán)路濾波器之間的相位延遲補償器，用于補償?shù)屯V波器造成的輸入信號的相位延遲。
根據(jù)本發(fā)明，盡管輸入信號的相位被安裝在每個輸入端的用于消除噪聲和高頻信號的低通濾波器延遲，但相位延遲補償器自動地補償了延遲的相位。因此，估算系統(tǒng)可以估算精確的相位角。
通過參照附圖對優(yōu)選實施例的詳細說明可以進一步理解本發(fā)明的目的和優(yōu)點。
圖1是顯示檢測三相交流電(AC)相位角的傳統(tǒng)電路結構的方框圖；和圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的檢測三相交流電(AC)相位角的電路結構的方框圖。
參見圖2，在本發(fā)明的檢測三相交流電(AC)相位角的電路中，兩個低通濾波器21a和21b安裝在每個輸入端上，用于消除在等效變換兩相正弦波輸入信號Sx(θ)和Sy(θ)時混入的噪聲和高頻信號。第一和第二乘法器22和27分別安裝在低通濾波器21a和21b的后邊，用于把兩個低通濾波器21a和21b輸出的信號(即，相位延遲后的兩相正弦波信號Sx′(θ)和Sy′(θ))與反饋信號相乘。減法器23也安裝在低通濾波器21a和21b的后邊，用于接收第一和第二乘法器22和27的輸出信號并獲得輸入信號之間的誤差。
此外，相位延遲補償器24安裝在減法器23的后邊，用于補償由低通濾波器21a和21b造成的輸入信號Sx(θ)和Sy(θ)的相位延遲。環(huán)路濾波器25和積分器26也依次安裝在減法器23的后邊；環(huán)路濾波器25接收和濾波相位延遲補償器24的輸出信號，積分器26接收和時間積分環(huán)路濾波器25的輸出信號并輸出估算的數(shù)字相位角(φ)信號。另外，余弦和正弦函數(shù)產(chǎn)生器28和29被設置在本發(fā)明的用于檢測三相AC相位角的電路中；產(chǎn)生器28和29分別接收估算的數(shù)字相位角(φ)并根據(jù)反饋相位角(φ)產(chǎn)生余弦函數(shù)和正弦函數(shù)。
這里，相位延遲補償器24包括一個乘法器24a，用于把減法器23的輸出信號與第一補償信號Vm相乘；一個加法器24b，用于把乘法器24a的輸出信號與第二補償信號Ve相加；和兩個低通濾波器24c和24d，用于分別向乘法器24a和加法器24b提供第一和第二補償信號Vm和Ve。作為輸入信號的Sx(θ)Sinφ+Sy(θ)cosφ被輸入到用于向乘法器24a供應輸入信號的低通濾波器24c。作為輸入信號的Sx(θ)Sy′(θ)-SySx′(θ)被輸入到用于向加法器24b供應輸入信號的低通濾波器24d。
就具有這種結構的本發(fā)明的檢測三相交流電(AC)相位角的電路來說，如上所述，Sx(θ)Sinφ+Sy(θ)cosφ和Sx(θ)Sy′(θ)-Sy(θ)Sx′(θ)被分別輸送到相位補償器24內的低通濾波器24c和24d。這些信號具有與輸入信號Sx(θ)和Sy(θ)相比相對低的頻率。并且，低通濾波器24c和24d輸出的信號根據(jù)下列公式6和7被疊加。
Vm＝Acos(θ-φ)......(6)這里，公式6是以公式7為前提得到的。Ve=A2Sinα(θ•)----(7)]]>這里，θ-φ和α
的變化不劇烈。
相位延遲補償器24中的乘法器24a的輸出信號Ve′可以由下列公式8表示。Ve′=V2cosa(θ-φ)Sin{(θ-φ)-α(θ•)}----(8)]]>因此，環(huán)路濾波器25的輸入信號(u)由下列公式9表示。u=Ve′+Ve=V2cos{e-α(θ•)}sinθ----(9)]]>這里，e等于θ-φ的值。
同時，如果e-α
的值足夠小，而且變化量不劇烈，則u的值可以接近下列公式10。
u≈V2sine從上述公式可知，盡管工作方式，即，相位角檢測電路的基本工作原理與現(xiàn)有技術相同，但信噪比(S/N)增加了，以致相位角檢測電路能夠進一步有力地抵抗噪聲。下面，詳細說明為得到公式9的基本方法，即假設的部分。如果相位角檢測電路克服最初的誤差并執(zhí)行跟蹤，則e-α
中的e一般只有小量或更小量，而且鑒于濾波器的特征因而輸入波濾器的相位延遲不會明顯變化，濾波器也可以設計成足夠小，以致e-α
均值可以足夠小。
如上所述，在本發(fā)明的檢測三相AC相位角的電路中，盡管輸入信號的相位被安裝在每個輸入端的用于消除噪聲和高頻信號的低通濾波器延遲，但延遲的相位能由相位延遲補償器自動地補償。這樣，估算系統(tǒng)就能精確地估算相位角。
權利要求
1.檢測三相交流電相位角的電路，包括若干個安裝在每個輸入端的低通濾波器，用于消除交流輸入信號中混入的噪聲和高頻信號；若干個乘法器，其每一個用于把每個所述的低通濾波器輸出的信號與反饋信號相乘；一個減法器，用于接收所述的若干個乘法器輸出的信號和計算兩個信號之間的誤差；一個環(huán)路濾波器，用于接收所述的減法器輸出的信號和對該信號濾波；一個積分器，用于接收所述的環(huán)路濾波器輸出的信號，對該信號進行時間積分，和輸出估算的數(shù)字相位角信號；和一個安裝在所述減法器與所述環(huán)路濾波器之間的相位延遲補償器，用于補償由所述的低通濾波器造成的輸入信號的相位延遲。
2.根據(jù)權利要求1所述的檢測三相交流電相位角的電路，其中所述的相位延遲補償器包括一個乘法器，用于把所述的減法器的輸出與第一補償信號相乘；一個加法器，用于把所述的乘法器的輸出與第二補償信號相加；和兩個低通濾波器，用于分別向所述的乘法器和所述的加法器供應所述的第一和第二補償信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的檢測三相交流電相位角的電路，其中作為輸入信號的Sx(θ)Sinφ+Sy(θ)cosφ被輸入到用于向所述的乘法器供應所述的第一補償信號的所述的低通濾波器，作為輸入信號的Sx(θ)Sy′(θ)-Sy(θ)Sx′(θ)被輸入到用于向所述的加法器供應所述的第二補償信號的所述的低通濾波器，其中Sx(θ)和Sy(θ)是具有θ相位角的三相交流電的等效變換的兩相正弦波信號，Sx′(θ)和Sy′(θ)是相位延遲的兩相正弦波信號，φ是估算的數(shù)字相位角。
全文摘要
一種檢測三相交流電相位角的電路,包括:若干個 低通濾波器;若干個乘法器;一個減法器;一個環(huán)路濾波器;一個 積分器;和安裝在減法器與環(huán)路濾波器之間的相位延遲補償 器。盡管輸入信號的相位被安裝在每個輸入端上的用于消除噪 聲和高頻信號的低通濾波器延遲,但延遲的相位由相位延遲補 償器自動地補償。因此,估算系統(tǒng)能夠精確地估算相位角。
文檔編號G01R29/16GK1174330SQ9711737
公開日1998年2月25日 申請日期1997年8月14日 優(yōu)先權日1996年8月19日
發(fā)明者任忠 申請人:三星電子株式會社