三相电源的相序判断装置及其方法与流程

本发明是关于一种三相电源的相序判断装置及其方法，特别是关于一种数位式三相电源的相序判断装置及其方法。

背景技术：

在电力设备维修后，需要检测三相电源的相位顺序(相序)，以避免相序接错而造成设备的损害。目前，相序仪(Phase Sequence Tester)是主要用来判断三相电源相序的装置，其具有三个量测输入端，各量测输入端分别通过夹子来夹住三相电源中的第一相位A、第二相位B及第三相位C，若量测到的第一相位A、第二相位B及第三相位C的顺序为A、B、C，则为正相序；若任两个相位A、B、C的顺序互相对调，则为逆相序；图1是现有技术的三相电源的相序判断方法的讯号示意图，如图1所示，首先，相序仪在量测到第一相位A、第二相位B及第三相位C的电压UAN、UBN、UCN后，会以其中任一相位A、B、C的电压UAN、UBN、UCN为基准(在图1中以电压UAN为基准)；接着，计算第一相位A与第二相位B之间的电位差UBA及计算第一相位A与第三相位C之间的电位差UCA；通过比较两电位差UBA、UCA在通过任一时间点的顺序，即可判断三相电源的相序。然而，一般的相序仪仅具有相序判断的功能，若使用者需要量测电压、电流、频率或电阻等时，则需要再额外使用数位式多功能电表(Digital Multimeter)，造成使用者需额外的花费及使用上的不便，然而，数位式多功能电表有别于相序仪使用三个夹子，其是以两根探棒来做量测，若改采三根探棒的设计，对使用者来说通过双手来操作实属不易。

有鉴于此，本发明提供一种三相电源的相序判断装置及其方法，特别是关于一种使用两根探棒来达成相序判断的数位式三相电源的相序判断装置及其方法。

技术实现要素：

为了解决上述先前技术的问题，本发明提供一种三相电源的相序判断装置，其特征在于，包括：第一输入插孔；第二输入插孔，其中第一输入插孔及第二输入插孔分别通过第一探棒及第二探棒连接至三相电源的第一相位及第二相位，用以量测第一阶段的第一交流电压讯号，以及第一输入插孔及第二输入插孔分别通过第一探棒及第二探棒连接至三相电源的第一相位或第二相位及第三相位，用以量测第二阶段的另一第一交流电压讯号；分压电路，电性连结至第一输入插孔及第二输入插孔，用以将第一阶段及第二阶段的第一交流电压讯号转换成第二交流电压讯号；控制器，电性连结至分压电路，用以控制分压电路进行不同电压输出模式的切换；类比数位转换电路，电性连结至控制器，用以计算第一阶段及第二阶段的第二交流电压讯号的电压值并将电压值传送至控制器中；触发器，用以将第一阶段及第二阶段的第二交流电压讯号转换成第一方波讯号；频率运算电路，电性连结至触发器及控制器，用以计算第一阶段及第二阶段的第一方波讯号的频率值并将频率值传送至控制器中；锁相电路，电性连结至触发器及控制器，用以锁定第一阶段的第一方波讯号的频率值及相位，产生第二方波讯号并将第二方波讯号传送至控制器中；以及相序判断电路，电性连结至触发器、锁相电路及控制器，用以判断三相电源的相序并将相序判断结果传送至控制器中；其中，第二阶段的第一方波讯号的多个上升边缘的多个时间点，对应于第一阶段的第二方波讯号在所述的时间点的多个逻辑值，若逻辑值为持续一段时间的高逻辑，则三相电源的相序为正相序；若逻辑值为持续一段时间的低逻辑，则三相电源的相序为逆相序。

优选的，本发明的三相电源的相序判断装置，其特征在于，还包含有滤波器，电性连结至分压电路、类比数位转换电路及触发器，用以滤除第一阶段及第二阶段的第二交流电压讯号上的杂讯。

优选的，本发明的三相电源的相序判断装置，其特征在于，还包含有相位检查电路，电性连结至锁相电路、触发器及控制器，用以检查第一阶段的第二方波讯号及第二阶段的第一方波讯号的相位差是否合理并将检查结果传送至控制器中。

优选的，本发明的三相电源的相序判断装置，其特征在于，滤波器是低通滤波器(Low pass filter)。

优选的，本发明的三相电源的相序判断装置，其特征在于，触发器是施密特触发器(Schmitt trigger)。

本发明更提供一种三相电源的相序判断方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将三相电源的第一相位及第二相位分别通过第一探棒及第二探棒连接至相序判断装置的第一输入插孔及第二输入插孔，量测第一阶段的第一交流电压讯号；(b)判断第一阶段的第一交流电压讯号的电压值是否大于预设电压值及频率值是否大于预设频率值；(c)产生第二方波讯号；(d)将三相电源的第一相位或第二相位从第一探棒或第二探棒上移除，并将移除的第一探棒或第二探棒连接至三相电源的第三相位，量测第二阶段的第一交流电压讯号；(e)判断第二阶段的第一交流电压讯号的电压值是否大于预设电压值及频率值与第一阶段的第一交流电压讯号的频率值是否相同；以及(f)判断三相电源的相序。

优选的，本发明的三相电源的相序判断方法，其特征在于，步骤(b)包含下列步骤：将第一阶段的第一交流电压讯号转换成第二交流电压讯号；滤除第一阶段的第二交流电压讯号上的杂讯；计算滤除杂讯后的第一阶段的第二交流电压讯号的电压值并判断电压值是否大于预设电压值；将滤除杂讯后的第一阶段的第二交流电压讯号转换成第一方波讯号；以及计算第一阶段的第一方波讯号的频率值并判断频率值是否大于预设频率值。

优选的，本发明的三相电源的相序判断方法，其特征在于，步骤(c)包含 下列步骤：锁定第一阶段的第一方波讯号的频率值及相位，产生第二方波讯号；以及检查第一阶段的第二方波讯号与第一阶段的第一方波讯号的相位差是否小于预设值。

优选的，本发明的三相电源的相序判断方法，其特征在于，步骤(e)包含下列步骤：将第二阶段的第一交流电压讯号转换成第二交流电压讯号；滤除第二阶段的第二交流电压讯号上的杂讯；计算滤除杂讯后的第二阶段的第二交流电压讯号的电压值并判断电压值是否大于预设电压值；将滤除杂讯后的第二阶段的第二交流电压讯号转换成第一方波讯号；计算第二阶段的第一方波讯号的频率值并判断频率值是否与第一阶段的频率值相同；以及检查第二阶段的第一方波讯号与第一阶段的第二方波讯号的相位差是否在预设范围内。

优选的，本发明的三相电源的相序判断方法，其特征在于，步骤(f)是利用第二阶段的第一方波讯号的多个上升边缘的多个时间点，对应于第一阶段的第二方波讯号在所述的时间点的多个逻辑值，若逻辑值为持续一段时间的高逻辑，则三相电源的相序为正相序；若逻辑值为持续一段时间的低逻辑，则三相电源的相序为逆相序。

通过本发明的三相电源的相序判断装置及其方法，可以提高判断三相电源相序判断的准确度及提升通过两根探棒来判断相序的方便性。

附图说明

图1是现有技术的三相电源的相序判断方法的讯号示意图；

图2是本发明的三相电源的相序判断装置的结构示意图；

图3A是本发明的相序判断装置判断正相序的讯号示意图；

图3B是本发明的相序判断装置判断逆相序的讯号示意图；

图4是本发明的三相电源的相序判断方法的流程示意图；

图5A是本发明的第一实施例的相序判断装置操作的示意图；

图5B是本发明的第二实施例的相序判断装置操作的示意图；以及

图5C是本发明的第三实施例的相序判断装置操作的示意图。

图4标记列表

301 开始

302 等待

303 将三相电源的第一相位及第二相位分别通过第一探棒及第二探棒连接至相序判断装置上的第一输入插孔及第二输入插孔

304 判断第一阶段的第一交流电压讯号的电压值是否大于预设电压值及频率值是否大于预设频率值

3041 将第一阶段的第一交流电压讯号转换成第二交流电压讯号

3042 滤除第一阶段的第二交流电压讯号上的杂讯

3043 计算滤除杂讯后的第一阶段的第二交流电压讯号的电压值并判断电压值是否大于预设电压值

3044 将滤除杂讯后的第一阶段的第二交流电压讯号转换成第一方波讯号

3045 计算第一阶段的第一方波讯号的频率值并判断频率值是否大于预设频率值

305 产生第二方波讯号

306 将三相电源的第一相位或第二相位从第一探棒或第二探棒上移除，并将移除的第一探棒或第二探棒连接至三相电源的第三相位

307 判断第二阶段的第一交流电压讯号的电压值是否大于预设电压值及频率值与第一阶段的第一交流电压讯号的频率值是否相同

3071 将第二阶段的第一交流电压讯号转换成第二交流电压讯号

3072 滤除第二阶段的第二交流电压讯号上的杂讯

3073 计算滤除杂讯后的第二阶段的第二交流电压讯号的电压值并判断电压值是否大于预设电压值

3074 将滤除杂讯后的第二阶段的第二交流电压讯号转换成第一方波讯号

3075 计算第二阶段的第一方波讯号的频率值并判断频率值是否与第一阶段的频率值相同

3076 检查第二阶段的第一方波讯号与第一阶段的第二方波讯号的相位差是否在预设范围内

308 判断三相电源的相序

309 显示相序的结果

310 哔一声

311 计数时间

312 判断时间是否大于预设时间

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求，本发明的优点和特征将更加清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例之目的。

首先，请同时参阅图2、图3A及图3B，图2是本发明的三相电源的相序判断装置的结构示意图；图3A是本发明的相序判断装置判断正相序的讯号示意图；以及图3B是本发明的相序判断装置判断逆相序的讯号示意图。如图2、图3A及图3B所示，本发明提供一种三相电源的相序判断装置10，包括：第一输入插孔101；第二输入插孔102；分压电路103；控制器104；滤波器105；类比数位转换电路106；触发器107；频率运算电路108；锁相电路109；相位检查电路110；相序判断电路111；蜂鸣器112；时间计数器113；以及显示器114。

在本发明的三相电源的相序判断装置中，第一输入插孔101及第二输入插孔102分别通过第一探棒115及第二探棒116连接至三相电源20的第一相位A及第二相位B，用以量测第一阶段的第一交流电压讯号S1；接着，将第一输入插孔101及第二输入插孔102分别通过第一探棒115及第二探棒116连接至三相电源20的第一相位A或第二相位B及第三相位C，用以量测第 二阶段的另一第一交流电压讯号S4。

在本发明的三相电源的相序判断装置中，分压电路103电性连结至第一输入插孔101及第二输入插孔102，用以将第一阶段的第一交流电压讯号S1转换成第二交流电压讯号及将第二阶段的第一交流电压讯号S4转换成另一第二交流电压讯号；其中，分压电路103包含多个电阻及多个电子开关。

在本发明的三相电源的相序判断装置中，控制器104电性连结至分压电路103，用以控制分压电路103进行不同电压输出模式的切换，在本实施例中，控制器104是通过切换分压电路103中的电子开关来降低第一阶段及第二阶段的第一交流电压讯号S1、S4的电压值，使得第一阶段及第二阶段的第二交流电压讯号的电压值能符合类比数位转换电路106的操作范围。

在三相电源20中往往具有杂讯，例如突波(Ripple)，其会严重干扰电路的准确度，因此，在本发明的三相电源的相序判断装置中，滤波器105电性连结至分压电路103，用以滤除第一阶段及第二阶段的第二交流电压讯号上的杂讯；其中，滤波器105较佳为低通滤波器。

在本发明的三相电源的相序判断装置中，类比数位转换电路106电性连结至滤波器105及控制器104，用以计算滤除杂讯后的第一阶段及第二阶段的第二交流电压讯号的电压值并将电压值传送至控制器104中。

在本发明的三相电源的相序判断装置中，触发器107电性连结至滤波器105，用以将滤除杂讯后的第一阶段的第二交流电压讯号转换成第一方波讯号S2及将滤除杂讯后的第二阶段的第二交流电压讯号转换成另一个第一方波讯号S5；其中，触发器107较佳为施密特触发器(Schmitt Trigger)。

在本发明的三相电源的相序判断装置中，频率运算电路108电性连结至触发器107及控制器104，用以计算第一阶段及第二阶段的第一方波讯号S2、S5的频率值并将频率值传送至控制器104中；由于三相电源20的每一个周期都会有些许不同，故其频率值亦会有些许不同，因此，频率运算电路108是根据多个周期的频率值取平均，而计算出第一方波讯号S2、S5的平均频率值，例如：当撷取第一方波讯号S2、S5一百个周期时，即可以获得一百个周期的总时间长度，将这一百个周期的总时间长度取平均，再取倒数即可以计算出第一方波讯号S2、S5的平均频率值。

在本发明的三相电源的相序判断装置中，锁相电路109电性连结至触发器107及控制器104，用以锁定第一阶段的第一方波讯号S2的频率值及相位，产生第二方波讯号S3并将第二方波讯号S3传送至控制器104中。

在本发明的三相电源的相序判断装置中，相位检查电路110，电性连结至锁相电路109、触发器107及控制器104，用以检查第一阶段的第二方波讯号S3及第二阶段的第一方波讯号S5的相位差是否合理并将检查结果传送至控制器104中。

在本发明的三相电源的相序判断装置中，相序判断电路111，电性连结至锁相电路109、触发器107及控制器104，用以判断三相电源20的相序并将相序判断结果传送至控制器104中。

其中，如图3A及图3B所示，第二阶段的第一方波讯号S5的多个上升边缘(Rising Edge)的多个时间点tr1、tr2、tr3、tr4、tr5，对应于第一阶段的第二方波讯号S3在时间点tr1、tr2、tr3、tr4、tr5的多个逻辑值，若逻辑值为持续一段时间的高逻辑，则三相电源20的相序为正相序；若逻辑值为持续一段时间的低逻辑，则三相电源20的相序为逆相序；另外，如图3A及图3B所示，第二阶段的第一方波讯号S5的多个下降边缘(Falling Edge)的多个时间点tf1、tf2、tf3、tf4、tf5，对应于第一阶段的第二方波讯号S3在时间点tf1、tf2、tf3、tf4、tf5的多个逻辑值，若逻辑值为持续一段时间的低逻辑，则三相电源20的相序为正相序；若逻辑值为持续一段时间的高逻辑，则三相电源20的相序为逆相序。

在本发明的三相电源的相序判断装置中，蜂鸣器112，电性连结至控制器104，用以发出警告声，以方便提醒使用者；时间计数器113，电性连结至控制器104，用以计算操作时间；以及显示器114，电性连结至控制器104，用以显示量测及相序判断结果。

以下将详细说明本发明的三相电源的相序判断方法。

接着，请同时参阅图2至图4，图4是本发明的三相电源的相序判断方法的流程示意图。如图2至图4所示，本发明更提供一种三相电源的相序判断方法，包括以下步骤：首先，步骤301：开始步骤，启动相序判断装置10；接着，步骤302：等待步骤，等待使用者将相序判断装置10连接至三相电源 20；步骤303：使用者将三相电源20的第一相位A及第二相位B分别通过第一探棒115及第二探棒116连接至相序判断装置10上的第一输入插孔101及第二输入插孔102，量测第一阶段的第一交流电压讯号S1；步骤304：判断第一阶段的第一交流电压讯号S1的电压值是否大于预设电压值及频率值是否大于预设频率值；若第一阶段的第一交流电压讯号S1的电压值大于预设电压值及频率值大于预设频率值，则继续执行步骤305：产生第二方波讯号S3，反之，则回到步骤302，等待使用者确实将相序判断装置10连接至三相电源20；当产生第二方波讯号S3后，则执行步骤310：相序判断装置10中的蜂鸣器112会哔一声，接着，使用者继续执行步骤306：将三相电源20的第一相位A或第二相位B从第一探棒115或第二探棒116上移除，并将移除的第一探棒115或第二探棒116连接至三相电源20的第三相位C，量测第二阶段的第一交流电压讯号S4；然后，执行步骤307：判断第二阶段的第一交流电压讯号S4的电压值是否大于预设电压值及频率值与第一阶段的第一交流电压讯号S1的频率值是否相同；若第二阶段的第一交流电压讯号S4的电压值小于预设电压值或频率值与第一阶段的第一交流电压讯号S1的频率值不相同，则执行步骤311：相序判断装置10中的时间计数器113会开始计数时间；接着，步骤312：判断时间是否大于预设时间，其中预设时间较佳值为6秒，但不以此为限制，若时间大于预设时间，则回到步骤302并且执行步骤310；反之，若第二阶段的第一交流电压讯号S4的电压值大于预设电压值及频率值与第一阶段的第一交流电压讯号S1的频率值相同，则执行步骤308：判断三相电源20的相序；接着，步骤309：显示相序的结果。

在本发明的三相电源的相序判断方法中，步骤304包含下列步骤：步骤3041：将第一阶段的第一交流电压讯号S1转换成第二交流电压讯号；接着，步骤3042：滤除第一阶段的第二交流电压讯号上的杂讯；步骤3043：计算滤除杂讯后的第一阶段的第二交流电压讯号的电压值并判断电压值是否大于预设电压值；步骤3044：将滤除杂讯后的第一阶段的第二交流电压讯号转换成第一方波讯号S2；以及步骤3045：计算第一阶段的第一方波讯号S2的频率值并判断频率值是否大于预设频率值；其中，因为三相电源20的电压值通常为100V以上，而频率值通常高于50Hz，因此，在本实施例中，预设电 压值较佳为80V，而预设频率值较佳为40Hz，但不以此为限制。

在本发明的三相电源的相序判断方法中，步骤305包含下列步骤：步骤3051：锁定第一阶段的第一方波讯号S2的频率值及相位，产生第二方波讯号S3；接着，步骤3052：检查第一阶段的第二方波讯号S3与第一阶段的第一方波讯号S2的相位差是否小于预设值，因为当确实锁定第一阶段的第一方波讯号S2时，第一阶段的第一方波讯号S2与第二方波讯号S3的相位差是接近0o，因此，在本实施例中，预设值较佳为1o，但不以此为限制；其中，若相位差大于预设值，则回到步骤3051，若相位差小于预设值，则继续执行步骤306。

在本发明的三相电源的相序判断方法中，步骤307包含下列步骤：步骤3071：将第二阶段的第一交流电压讯号S4转换成第二交流电压讯号；接着，步骤3072：滤除第二阶段的第二交流电压讯号上的杂讯；步骤3073：计算滤除杂讯后的第二阶段的第二交流电压讯号的电压值并判断电压值是否大于预设电压值；若第二阶段的第二交流电压讯的电压值小于预设电压值，则执行步骤311，反之，则继续执行步骤3074：将滤除杂讯后的第二阶段的第二交流电压讯号转换成第一方波讯号S5；步骤3075：计算第二阶段的第一方波讯号S5的频率值并判断频率值是否与第一阶段的频率值相同；若第二阶段的第一方波讯号S5的频率值与第一阶段的频率值不相同时，则执行步骤311，反之，则继续执行步骤3076：检查第二阶段的第一方波讯号S5与第一阶段的第二方波讯号S3的相位差是否在预设范围内，因为三相电源10中的第一相位A、第二相位B、第三相位C彼此之间的相位差皆是120o，因此，在本实施例中，预设范围较佳为110o至130o之间，但不以此为限制；若第二阶段的第一方波讯号S5与第一阶段的第二方波讯号S3的相位差不在预设范围内，则执行步骤311，反之，则继续执行步骤308。

如图3A及图3B所示，在本发明的三相电源的相序判断方法中，步骤308是通过第二阶段的第一方波讯号S5的多个上升边缘的多个时间点tr1、tr2、tr3、tr4、tr5，对应于第一阶段的第二方波讯号S3在时间点tr1、tr2、tr3、tr4、tr5的多个逻辑值，若逻辑值为持续一段时间的高逻辑，则三相电源20的相序为正相序；若逻辑值为持续一段时间的低逻辑，则三相电源20的相序为逆相序；另外，如图3A及图3B所示，在本发明的三相电源的相序判断方法 中，步骤308是通过第二阶段的第一方波讯号S5的多个下降边缘的多个时间点tf1、tf2、tf3、tf4、tf5，对应于第一阶段的第二方波讯号S3在时间点tf1、tf2、tf3、tf4、tf5的多个逻辑值，若逻辑值为持续一段时间的低逻辑，则三相电源20的相序为正相序；若逻辑值为持续一段时间的高逻辑，则三相电源20的相序为逆相序。

以下将详细说明操作方式及判断流程。

请继续同时参阅图3A、图3B、图5A、图5B及图5C，图5A是本发明的第一实施例的相序判断装置操作的示意图；图5B是本发明的第二实施例的相序判断装置操作的示意图；以及图5C是本发明的第三实施例的相序判断装置操作的示意图。如图5A所示，首先，使用者按下相序判断装置10上的开关11，相序判断装置10中的控制器104会控制蜂鸣器112发出哔一声及显示器114中的锁住符号12开始闪烁，随即进入相序判断模式并等待使用者操作相序判断装置10，同时，相序判断装置10中的类比数位转换电路106及频率运算电路108分别开始计算输入讯号的电压值及频率值，并且将电压值及频率值传送至控制器104中；接着，如图3A、图3B及图5B所示，使用者将三相电源20的第一相位A及第二相位B分别通过第一探棒115及第二探棒116连接至相序判断装置10的第一输入插孔101及第二输入插孔102，量测第一阶段的第一交流电压讯号S1；在此需要说明的是，上述的连接方式仅是一种实施方式，使用者可以任意将三相电源20中的第一相位A、第二相位B及第三相位C其中之两相位分别连接至第一输入插孔101及第二输入插孔102；接着，控制器104会先判断第一阶段的第一交流电压讯号S1的电压值是否大于预设电压值且频率值是否大于预设频率值，以确定使用者已经很稳定地将第一探棒115及第二探棒116连接至三相电源20的相位上，控制器104才会更进一步控制锁相电路109进行锁相的动作，进而产生第二方波讯号S3，接着，相位检查电路110也会进一步检查第一方波讯号S2与第二方波讯号S3之间的相位差是否小于预设值，例如小于1o，以确定锁相电路109是否确实锁住，并将锁住的讯息回传至控制器104，控制器104会控制蜂鸣器112发出哔的一声，提醒使用者可以进行下一阶段，并且在显示器114上的锁住符号12会停止闪烁并持续亮着；如图3A、图3B及图5C所示，使 用者将第一探针115及第二探针116分别连结至第一相位A及第二相位C上，量测第二阶段的第一交流电压讯号S4，并且判断第二阶段的第一交流电压讯号S4的电压值是否大于预设电压值及频率值是否大于预设频率值，若是，则控制器104会控制相序判断电路111进行相序判断及相位检查电路110进行相位差的计算，当相序判断完成且第一阶段的第二方波讯号S3与第二阶段的第一方波讯号S5之间的相位差在预设的范围内时，例如，在110o～130o的范围内，则控制器104会控制蜂鸣器112会发出哔一声，并在显示器114上显示代表正相序的相序符号R或代表逆相序的相序符号L。

虽然本发明以前述之较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习所属技术领域之技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明之权利保护范围须视本说明书所附之权利要求所界定者为准。