专利名称：三相电源的相不平衡防止电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种防止采用三相电源来驱动单相负载时发生的各相不平衡(imbalance)现象的三相电源的相不平衡防止电^各。
背景技术：
最近，随着模拟和数字技术的飞速发展，具备尖端功能的电子产品快速 普及到各个家庭和办公场所。这种电子产品的增加导致使用电力增加，尤其如在具有多个分离空间的 大型建筑物(诸如，学校、公司或医院)普遍使用的系统空调，在一个或多 个室外机上连接具有各种形状和体积的多个室内机，因此电力消耗很大。为了向这些系统空调等电力消耗较大的电子产品供应电力而采用三相电 源，这是因为与单相电源比较，三相电源的脉动更小且可以供应更多的电力。三相电源为振幅和频率相同且具有120度相位差的三个正弦波电流分别 流过三相(R、 S、 T)，并且一般使用如图1所示将汇聚三相(R、 S、 T)的 中间点的N相作为接地线的三相四线制接线方式。如图1所示的三相四线制电源，除接地线(N相)之外的R-S、 S-T、 T-R 相之间电压为380V，以接地线(N相)为基准，R、 S、 T三相之中的一个相 与N相之间，即N-R、 N-S、 N-T之间的供应电压为220V,是能够在单相与 三相负载共用的接线方式。将这种三相四线制电源连接于电子产品(具体为，系统空调的室外机) 而使用时，如图2所示，R、 S、 T三相供应用于驱动压缩机1的电力，N相 和R、 S、 T三相之中的一个相供应用于驱动单相风扇电机3的电力。此时，分别流过R、 S、 T、 N相的电流为S=T=Ic (压缩才几驱动电流)N=If (风扇电机驱动电 流)R=If+Ic (风扇电才几驱动电流+压缩机驱动电流)，从而流过R相的电流大 于流过S、 T相的电流。如上所述，当采用三相电源驱动单相负载(具体为，风扇电机)时，如图3所示，流过各相的电流波形失真(distortion)而向各相供应不平衡的电 力，而若发生相不平4軒，即使消耗相同电流，电力消耗也会大于平衡时的电 力消耗。例如，比较以下两种情况下发生的电力损失。假设①号电路的三相电流之和为150A,其中，R、 S、 T各相的电流分别 为25A、 50A、 75A而发生相不平衡，假设②号电路的三相电流之和为150A， 其中，R、 S、 T各相的电流分别为50A而发生相不平衡，此时虽然使用的总 电流量相同，4旦电力损失(PL=I2xR)不同。如果①、②号电^各中电线粗细相同，则因为电线的电阻(R)相同，因 此①号电路的电力损失(PL1)为PLl=252+502+752=8750 (W),而②号电路 的电力损失(PL2)为PL2=502+502+502=7500 (W)，由此可知在各相不平tf 时电力损失增大约16%。而且，在使用压缩机1或风扇电机3等三相负载的系统中，如果产生相 不平衡，则三相旋转磁场失去平衡而成为噪音或轴承磨损的原因。发明内容因此，本发明致力于解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种当 采用三相电源驱动单相负载时，通过R、 S、 T三个相依次供应电力而不是只 由N相和另外一个相供应电力，从而可以解决相不平4軒(imbalance)的问题 的三相电源的相不平衡防止电路。为了实现上述目的，本发明所提供的三相电源的相不平衡防止电路包括 检测三相电源的各相零交点(zero-crossing)的零交点检测部；将检测到的各 相零交点时刻为基准，控制各相电力供应和切断的电力控制用继电器；以及 接收所述各相零交点信号来控制所述电力控制用继电器的开关动作的控制 部。而且，所述三相电源的相不平衡防止电路的特征在于所述三相电源是三 相四线制380V电源。而且，所述三相电源的相不平tf防止电^各的特4正在于所述三相电源的相 不平衡防止电路设置在三相四线制电源的连接单相负载而进行驱动的系统 中。而且，所述零交点检测部包括用于检测所述三相电源的R、 S、 T各相零 交点的三个零交点4企测电路。而且，所述零交点检测电路包括光电耦合器，所述光电耦合器包含正 极与R、 S、 T各相连接且负极与N相连接的发光二极管，用于根据流过所述 R、 S、 T各相的电流而动作；光电晶体管，用于根据所述发光二极管的动作 被接通/断开而将各相零交点信号输入到所述控制部。而且，所述电力控制用继电器包括三个固态继电器(Solid State Relay )， 用于以所述三个零交点检测电路检测的各相零交点时刻为基准，向单相负载 供应和切断R、 S、 T各相电力。而且，所述三个固态继电器在所述各相零交点时刻依次被接通/断开而向 所述单相负载供应R、 S、 T各相的电力。而且，所述控制部根据从所述三个零交点检测电路检测的各相零交点信 号依次执行接通/断开所述三个固态继电器，以用于向所述单相负载依次供应 R、 S、 T各相电力。
图1是示出 一般的三相四线制电源的各相间电压的图； 图2是举例示出采用图1的三相四线制电源的系统空调的结构图； 图3是采用图1的三相四线制电源驱动单相负载时发生的相不平衡电流 波形图；图4是根据本发明示例性实施例所提供的三相电源的相不平衡防止电路图；图5是通过本发明的零交点检测部的信号输出波形图；图6是根据本发明的零交点信号的电力控制用继电器的控制时序图；图7是供应到本发明的单相负载的最终电流波形图。主要符号说明10、 12、 14—零交点检测部，10a、 12a、 14a—光电耦合器，20—单相负 载，30、 32、 34—电力控制用继电器，40—控制部具体实施方式
以下，参照附图来详细i^明本发明的实施例。图4是根据本发明示例性实施例所提供的三相电源的相不平衡 (imbalance)防止电3各图，该电3各包括分别冲企测R、 S、 T三相的零交点 (zero-crossing)的三个零交点检测部(10、 12、 14);以所述三个零交点检 测部(IO、 12、 14)所检测的各相零交点时刻为基准，向单相负载20供应和 切断R、 S、 T各相电力的三个电力控制用继电器(30、 32、 34);以及>|妻收 所述三个零交点检测部(10、 12、 14)所检测的各相的零交点信号而依次接 通/断开所述三个电力控制用继电器(30、 32、 34)的控制部40。所述第一至第三零交点;险测部(10、 12、 14)包括；险测R、 S、 T各相 零交点时刻的光电耦合器(10a、 12a、 14a);限流电阻(R1、 R2)、 (R3、 R4)、 (R5、 R6);以及上拉(pull-up)电阻R7、 R8、 R9。所述光电耦合器(10a、 12a、 14a)包括发光二极管(10b、 12b、 14b)， 该发光二极管正极以限流电阻(Rl、 R2)、 (R3、 R4)、 (R5、 R6)为媒介分 别连接于R、 S、 T各相，负极分别连接于N相而发光；光电晶体管U0c、 12c、 14c)，根据所述发光二极管(10b、 12b、 14b)的动作而被接通/断开， 从而将各相的零交点时刻(零电位点)输入到控制部40的R、 S、 T相输入 端口 (Pl、 P2、 P3)。所述电力控制用继电器(30、 32、 34)是以各相的零交点时刻为基准依 次做接通/断开动作的固态继电器(Solid State Relay， SSR)，接收从所述控制 部40的R、 S、 T相输出端口 (01、 02、 03)以各相零交点时刻为基准依次 输出的各相电力供应信号，从而控制电力供应以向单相负载20依次供应或切 断R、 S、 T相电源。而且，所述电力控制用继电器(30、 32、 34)上连接与稳压电源(Vcc: 5V)相连接的上拉电阻RIO、 Rll、 R12。所述控制部40是接收所述三个零交点4企测部(10、 12、 14)所检测的各 相零交点信号而依次向所述单相负载20供应R、 S、 T各相电力的微型计算 机，并且以各相零交点时刻为基准向所述电力控制用继电器(30、 32、 34) 输出电力供应信号，以使所述三个电力控制用继电器(30、 32、 34)依次接 通/断开。以下，描述如上所述的三相电源的相不平衡防止电路的运行过程和作用 效果。起初，由于连接到R、 S、 T各相的电力控制用继电器(30、 32、 34)处于断开状态，因此R、 S、 T各相不会有电流供应。同时，连接到各相的三个 零交点检测部(IO、 12、 14)上输入具有120度相位差的正弦波。此时，当 输入到各相的正弦波通过所述三个零交点4企测部(10、 12、 14)时，所述零 交点冲企测部(10、 12、 14)通过限流电阻(Rl、 R2)、 (R3、 R4 )、 (R5、 R6) 来限制输入到各相的正弦波电流成分后将其接入到光电耦合器(10a、 12a、 14a)的发光二极管U0b、 12b、 14b)。当电流流入到所述发光二极管(10b、 12b、 14b)时发光二极管(10b、 12b、 14b)发出光，所发出的光接通光电晶体管(10c、 12c、 14c)使光电晶 体管(10c、 12c、 14c)从集电极至发射极有电流流动。当所述光电晶体管(10c、 12c、 14c)被接通时，各光电晶体管(10c、 12c、 14c)的集电极由于接地其 电压变成0V(即，j氐电平)，从而控制部40的R、 S、 T相的输入端口 (Pl、 P2、 P3)中输入低电平信号。相反，当所述发光二极管(10b、 12b、 14b)未流入电流时发光二极管(10b、 12b、 14b)不发光，此时光电晶体管(10c、 12c、 14c)维持断开状态，由于 光电晶体管(10c、 12c、 14c)的集电极连接到稳压电源(Vcc),因此电压为 5V(即，高电平)，乂人而控制部40的R、 S、 T相输入端口 (Pl、 P2、 P3) 中输入高电平信号。通过这些操作，零交点;险测部(10、 12、 14)可输出如图5所示的零交 点信号波形，控制部40的R、 S、 T相输入端口 (Pl、 P2、 P3)接收该零交 点信号并按照如图6所示的顺序依次将电力供应信号输出到与各相连接的电 力控制用继电器(30、 32、 34)而依次接通/断开电力控制用继电器(30、 32、 34)。当所述电力控制用继电器(30、 32、 34)依次被接通/断开时，R、 S、 T 三相依次交^,供应电力而向单相负载20供应相平tf的电力，Aiv而如图7所示， 最终向所述单相负载20供应相平衡的电流而解决以往仅通过N相和某一特 定的相供应电力来驱动单相负载20时发生的相不平衡的问题，因此可以抑制 电力消耗增加并提高产品的可靠性。综上所述，根据本发明所提供的三相电源相不平衡防止电路，当在三相四线 制380V电源连接单相220V负载来驱动该负载时，通过R、 S、 T三相依次 供应电力而不是由N相和另外一个相固定地供应电力，从而解决了相不平衡 的问题。
权利要求
1、一种三相电源的相不平衡防止电路，该电路包括检测三相电源的各相零交点的零交点检测部；以检测到的各相零交点时刻为基准，控制各相的电力供应和切断的电力控制用继电器；以及接收所述各相的零交点信号来控制所述电力控制用继电器的开关动作的控制部。
2、 如权利要求1所述的三相电源的相不平衡防止电路，其特征在于所 述三相电源是三相四线制380V电源。
3、 如权利要求1所述的三相电源的相不平衡防止电路，其特征在于所 述三相电源的相不平纟軒防止电路设置在三相四线制电源连接三相和单相负载 而进行驱动的系统中。
4、 如权利要求1所述的三相电源的相不平衡防止电路，其特征在于所 述零交点检测部包括用于检测所述三相电源的R、 S、 T各相零交点的三个零 交点检测电路。
5、 如权利要求4所述的三相电源的相不平衡防止电路，其特征在于所述 零交点检测电路包括光电耦合器，该光电耦合器包含正极与R、 S、 T各相 连接且负极与N相连接的发光二极管，用于根据流过所述R、 S、 T各相的电 流而动作；光电晶体管，用于根据所述发光二极管的动作被接通/断开而将各 相零交点信号输入到所述控制部。
6、 如权利要求4所述的三相电源的相不平衡防止电路，其特征在于所 述电力控制用继电器包括三个固态继电器，用于以所述三个零交点检测电路 所检测的各相零交点时刻为基准，向单相负载供应和切断R、 S、 T各相电力。
7、 如权利要求6所述的三相电源的相不平衡防止电路，其特征在于所 述三个固态继电器在所述各相的零交点时刻依次被接通/断开而向所述单项 负载依次供应R、 S、 T各相的电力。
8、 如权利要求6所述的三相电源的相不平衡防止电路，其特征在于所 述控制部根据从所述三个零交点检测电路检测的各相零交点信号依次接通/ 断开所述三个固态继电器，以用于向所述单相负载依次供应R、 S、 T各相电 力。
全文摘要
本发明涉及一种三相电源的相不平衡防止电路，其目的在于当采用三相电源驱动单相负载时，通过R、S、T三个相依次供应电力而不是由N相和另外一个相供应电力，从而可以解决相不平衡问题。为此，本发明所提供的三相电源的相不平衡防止电路包括检测三相电源的各相零交点的零交点检测部；以检测到的各相零交点时刻为基准，控制各相的电力供应和切断的电力控制用继电器；以及，接收所述各相的零交点信号来控制所述电力控制用继电器的开关动作的控制部。
文档编号H02H3/34GK101252270SQ20071015355
公开日2008年8月27日 申请日期2007年9月21日 优先权日2007年2月20日
发明者成始丰 申请人:三星电子株式会社