专利名称：检测三相交流电相位角的电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测三相交流电(AC)相位角的电路，特别是涉及一种能够自动地补偿输入信号相位延迟的检测三相交流电相位角的电路。
一般来说，三相AC由具有相同频率和不同相位的三个电流构成。三相AC可分成对称三相AC和不对称三相AC。对称三相AC由下列公式1表示。
这里，a(e)、b(θ)和c(θ)代表三相正弦波函数，A指正弦波的振幅。公式1还可以如下列公式2那样由二相正弦波信号等效变换和表示
在现有技术中，三相AC使用公式2检测。即，当用公式2的上式除以公式2的下式时就得到下列公式3。Sinx(θ)Siny(θ)=Sinθcosθ=tanθ-----(3)]]>从公式3可推导出公式4。θ=tan-1(Sinθcosθ)----(4)]]>因此，可以从公式4中得到三相AC的相位角θ。
然而，根据传统方法，尽管计算或操作很容易理解，但当cosθ的值为“0”时，估算e为90°还是270°几乎是不可能的。
另一方面，传统方法还使用了另一种获得三相AC的相位角的方法。该方法是以公式2为基准通过构成使用了如
图1所示的锁相环(PLL)的估算系统来获得相位角的。参照图1，参考数字11a和11b指低通滤波器，用于消除输入的AC信号中混入的噪声和高频信号；参考数字12和16是乘法器；参考数字13是减法器；参考数字14是环路滤波器；参考数字15是积分器；参考数字17是余弦函数产生器；参考数字18是正弦函数产生器；参考字母Sx′(θ)和Sy′(θ)是其每个相位被延迟的两相正弦波信号；参考字母Verr是估算系统的相位估算误差；参考字母Vvel是相位速度(Phase speed)信号；参考符号φ表示估算的数字相位角。
在估算相位角的其它方法中，图1的电路提供了最快速的响应。然而，安装在每个输入端的低通滤波器11a和11b造成了从下列公式5中可以看到的每个输入信号的相位延迟。Sx′(θ)=Asin{θ-α(θ•)}]]>Sy′(θ)=Acos{θ-α(θ•)}----(5)]]>所以，尽管估算系统可以很好的工作，但估算的不是θ而是θ-α
这里α
指延迟相位的值。
本发明的目的是提供一种可以自动补偿输入滤波器造成的相位延迟的检测三相交流电(AC)相位角的电路。
为实现上述目的，所提供的检测三相交流电相位角的电路包括若干个安装在每个输入端上的低通滤波器，用于消除交流电输入信号中混入的噪声和高频信号；若干个乘法器，其每一个用于把每个低通滤波器输出的信号与反馈信号相乘；一个减法器，用于接收从若干个乘法器输出的信号和计算两个信号间的误差；一个环路滤波器，用于接收减法器输出的信号和对该信号滤波；一个积分器，用于接收环路滤波器输出的信号、对该信号进行时间积分、和输出估算的数字相位角信号；和一个安装在减法器和环路滤波器之间的相位延迟补偿器，用于补偿低通滤波器造成的输入信号的相位延迟。
根据本发明，尽管输入信号的相位被安装在每个输入端的用于消除噪声和高频信号的低通滤波器延迟，但相位延迟补偿器自动地补偿了延迟的相位。因此，估算系统可以估算精确的相位角。
通过参照附图对优选实施例的详细说明可以进一步理解本发明的目的和优点。
图1是显示检测三相交流电(AC)相位角的传统电路结构的方框图；和图2是显示根据本发明的检测三相交流电(AC)相位角的电路结构的方框图。
参见图2，在本发明的检测三相交流电(AC)相位角的电路中，两个低通滤波器21a和21b安装在每个输入端上，用于消除在等效变换两相正弦波输入信号Sx(θ)和Sy(θ)时混入的噪声和高频信号。第一和第二乘法器22和27分别安装在低通滤波器21a和21b的后边，用于把两个低通滤波器21a和21b输出的信号(即，相位延迟后的两相正弦波信号Sx′(θ)和Sy′(θ))与反馈信号相乘。减法器23也安装在低通滤波器21a和21b的后边，用于接收第一和第二乘法器22和27的输出信号并获得输入信号之间的误差。
此外，相位延迟补偿器24安装在减法器23的后边，用于补偿由低通滤波器21a和21b造成的输入信号Sx(θ)和Sy(θ)的相位延迟。环路滤波器25和积分器26也依次安装在减法器23的后边；环路滤波器25接收和滤波相位延迟补偿器24的输出信号，积分器26接收和时间积分环路滤波器25的输出信号并输出估算的数字相位角(φ)信号。另外，余弦和正弦函数产生器28和29被设置在本发明的用于检测三相AC相位角的电路中；产生器28和29分别接收估算的数字相位角(φ)并根据反馈相位角(φ)产生余弦函数和正弦函数。
这里，相位延迟补偿器24包括一个乘法器24a，用于把减法器23的输出信号与第一补偿信号Vm相乘；一个加法器24b，用于把乘法器24a的输出信号与第二补偿信号Ve相加；和两个低通滤波器24c和24d，用于分别向乘法器24a和加法器24b提供第一和第二补偿信号Vm和Ve。作为输入信号的Sx(θ)Sinφ+Sy(θ)cosφ被输入到用于向乘法器24a供应输入信号的低通滤波器24c。作为输入信号的Sx(θ)Sy′(θ)-SySx′(θ)被输入到用于向加法器24b供应输入信号的低通滤波器24d。
就具有这种结构的本发明的检测三相交流电(AC)相位角的电路来说，如上所述，Sx(θ)Sinφ+Sy(θ)cosφ和Sx(θ)Sy′(θ)-Sy(θ)Sx′(θ)被分别输送到相位补偿器24内的低通滤波器24c和24d。这些信号具有与输入信号Sx(θ)和Sy(θ)相比相对低的频率。并且，低通滤波器24c和24d输出的信号根据下列公式6和7被叠加。
Vm＝Acos(θ-φ)......(6)这里，公式6是以公式7为前提得到的。Ve=A2Sinα(θ•)----(7)]]>这里，θ-φ和α
的变化不剧烈。
相位延迟补偿器24中的乘法器24a的输出信号Ve′可以由下列公式8表示。Ve′=V2cosa(θ-φ)Sin{(θ-φ)-α(θ•)}----(8)]]>因此，环路滤波器25的输入信号(u)由下列公式9表示。u=Ve′+Ve=V2cos{e-α(θ•)}sinθ----(9)]]>这里，e等于θ-φ的值。
同时，如果e-α
的值足够小，而且变化量不剧烈，则u的值可以接近下列公式10。
u≈V2sine从上述公式可知，尽管工作方式，即，相位角检测电路的基本工作原理与现有技术相同，但信噪比(S/N)增加了，以致相位角检测电路能够进一步有力地抵抗噪声。下面，详细说明为得到公式9的基本方法，即假设的部分。如果相位角检测电路克服最初的误差并执行跟踪，则e-α
中的e一般只有小量或更小量，而且鉴于滤波器的特征因而输入波滤器的相位延迟不会明显变化，滤波器也可以设计成足够小，以致e-α
均值可以足够小。
如上所述，在本发明的检测三相AC相位角的电路中，尽管输入信号的相位被安装在每个输入端的用于消除噪声和高频信号的低通滤波器延迟，但延迟的相位能由相位延迟补偿器自动地补偿。这样，估算系统就能精确地估算相位角。
权利要求
1.检测三相交流电相位角的电路，包括若干个安装在每个输入端的低通滤波器，用于消除交流输入信号中混入的噪声和高频信号；若干个乘法器，其每一个用于把每个所述的低通滤波器输出的信号与反馈信号相乘；一个减法器，用于接收所述的若干个乘法器输出的信号和计算两个信号之间的误差；一个环路滤波器，用于接收所述的减法器输出的信号和对该信号滤波；一个积分器，用于接收所述的环路滤波器输出的信号，对该信号进行时间积分，和输出估算的数字相位角信号；和一个安装在所述减法器与所述环路滤波器之间的相位延迟补偿器，用于补偿由所述的低通滤波器造成的输入信号的相位延迟。
2.根据权利要求1所述的检测三相交流电相位角的电路，其中所述的相位延迟补偿器包括一个乘法器，用于把所述的减法器的输出与第一补偿信号相乘；一个加法器，用于把所述的乘法器的输出与第二补偿信号相加；和两个低通滤波器，用于分别向所述的乘法器和所述的加法器供应所述的第一和第二补偿信号。
3.根据权利要求2所述的检测三相交流电相位角的电路，其中作为输入信号的Sx(θ)Sinφ+Sy(θ)cosφ被输入到用于向所述的乘法器供应所述的第一补偿信号的所述的低通滤波器，作为输入信号的Sx(θ)Sy′(θ)-Sy(θ)Sx′(θ)被输入到用于向所述的加法器供应所述的第二补偿信号的所述的低通滤波器，其中Sx(θ)和Sy(θ)是具有θ相位角的三相交流电的等效变换的两相正弦波信号，Sx′(θ)和Sy′(θ)是相位延迟的两相正弦波信号，φ是估算的数字相位角。
全文摘要
一种检测三相交流电相位角的电路,包括:若干个 低通滤波器;若干个乘法器;一个减法器;一个环路滤波器;一个 积分器;和安装在减法器与环路滤波器之间的相位延迟补偿 器。尽管输入信号的相位被安装在每个输入端上的用于消除噪 声和高频信号的低通滤波器延迟,但延迟的相位由相位延迟补 偿器自动地补偿。因此,估算系统能够精确地估算相位角。
文档编号G01R29/16GK1174330SQ9711737
公开日1998年2月25日 申请日期1997年8月14日 优先权日1996年8月19日
发明者任忠 申请人:三星电子株式会社