专利名称：低谐波电源质量控制系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种低谐波电源质量控制系统及低谐波电源质量控制方法，特别是涉 及具有减少谐波功能的低谐波电源质量控制方法，以比例方式在连续输出时间间隔输出全 功率驱动电压，并在连续不输出时间间隔停止输出全功率驱动电压。
背景技术：
大部分的电源质量控制系统中，多数都是以非对称输出所需要的功率为主，常用 的方法为分配式零位控制与直线式相位控制。这两种控制方式是以全波为单位或是以半波 为单位来输出驱动电压。请参阅图1-图3，以分配式零位控制为例，最高驱动电压中断频率 的状态为当驱动电压输出功率为百分之五十时(图2)，此时中断频率为输出交流电频率的 二分之一。请参阅图4-图6，以直线式相位控制为例，当非全功率运转输出时，输出驱动电 压为每正负半周切相角电压大小作为电压输出大小变化。现有的方法皆有谐波产生过多的 现象。然而电力调整装置输出的驱动电压目前都是以正负半周切相角的方式输出或随 着驱动电压频繁的输出，这种情形在电路中会造成大量的谐波干扰，进而导致设备损坏。因 此不论对于电子设备本身的使用寿命或是为了增进设备的使用效率，这种问题都亟待解 决。
发明内容
有鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的就是提供低谐波电源质量控制方法， 以解决谐波所产生的问题。根据本发明的目的，提出一种低谐波电源质量控制系统，包含阻性负载装置、检测 装置以及电力调整装置。阻性负载装置接收驱动电压而进行相应处理，处理后根据被检测 特性产生反馈信号。阻性负载装置可被检测的特性中包含温度、湿度或是压力。反馈信号 由阻性负载装置送到检测装置后，检测装置会将反馈信号分别转换为控制信号。控制信号 由检测装置传送到电力调整装置后，由电力调整装置计算第一时间间隔内所接收的各控制 信号的平均值。依据该平均值在第二时间间隔内输出对应的驱动电压。在第二时间间隔内 包含连续输出时间间隔与连续不输出时间间隔，由控制信号的平均值分配连续输出时间间 隔与连续不输出时间间隔分别所占的比例。在连续输出时间间隔中连续输出全功率驱动电 压，而在连续不输出时间间隔停止输出全功率驱动电压。如此，对整体电力系统仅产生最小 谐波。其中，电力调整装置包含触发单元、微电脑处理单元、电源单元、输入信号单元。触 发单元用以接收微电脑处理单元输出的触发信号，并依据触发信号输出多相电压信号作为 驱动电压。电源单元，用以提供电力调整装置所需的电源。输入信号单元，用以接收各控制 信号，并将其分别转换为高低电位百分比的控制信号后，传送到微电脑处理单元。微电脑处 理单元计算出固定时间内高低电位百分比的控制信号的平均值，并根据平均值产生触发信号。触发信号分配连续输出时间间隔与连续不输出时间间隔的比例。在固定时间中的连续 输出时间间隔连续输出全功率触发信号，并在连续不输出时间间隔停止输出全功率触发信号。根据本发明的目的，提出一种低谐波电源质量控制方法。先利用阻性负载装置的 被检测特性产生反馈信号到检测装置。检测装置接收至少一个反馈信号后，将反馈信号分 别转换为控制信号后输出到电力调整装置。电力调整装置在第一时间间隔内接收到各控制 信号后，计算出各控制信号的平均值。电力调整装置在第二时间间隔内依据各控制信号的 平均值输出驱动电压。第二时间间隔包含连续输出时间间隔与连续不输出时间间隔，依据 各控制信号的平均值分配连续输出时间间隔与连续不输出时间间隔的比例，以在连续输出 时间间隔连续输出全功率驱动电压，并在连续不输出时间间隔停止输出全功率驱动电压。其中，电力调整装置包含触发单元、微电脑处理单元、电源单元、输入信号单元。触 发单元用以接收微电脑处理单元输出的触发信号，并依据触发信号输出多相电压信号作为 驱动电压。电源单元，用以提供电力调整装置所需的电源。输入信号单元，用以接收各控制 信号并将其分别转换为高低电位百分比的控制信号后，传送到微电脑处理单元。微电脑处 理单元计算出固定时间内高低电位百分比的控制信号的平均值，并根据平均值产生触发信 号。触发信号分配连续输出时间间隔与连续不输出时间间隔的比例。在固定时间中的连续 输出时间间隔连续输出全功率触发信号，并在连续不输出时间间隔停止输出全功率触发信 号。综上所述，本发明的低谐波电源质量控制系统及其方法，有下述优点通过以比例方式在连续输出时间间隔输出全功率驱动电压，并在连续不输出时间 间隔停止输出全功率驱动电压，从而可以减少谐波的产生。
图1为现有技术的分配式零位控制的驱动电压波形(驱动电压10%时)；图2为现有技术的分配式零位控制的驱动电压波形(驱动电压50%时)；图3为现有技术的分配式零位控制的驱动电压波形(驱动电压90%时)；图4为现有技术的直线式相位控制的驱动电压波形(驱动电压10%时)；图5为现有技术的直线式相位控制的驱动电压波形(驱动电压50%时)；图6为现有技术的直线式相位控制的驱动电压波形(驱动电压90%时)；图7为本发明一种实施例的低谐波电源质量控制系统的方框图；图8为本发明一种实施例的低谐波电源质量控制系统的电力调整装置的方框图；图9为本发明一种实施例下的驱动电压输出示意图(驱动电压10%，第二时间间 隔为100周期时)；图10为本发明一种实施例下的驱动电压输出示意图(驱动电压50%，第二时间间 隔为100周期时)；图11为本发明一种实施例下的驱动电压输出示意图(驱动电压90%，第二时间间 隔为100周期时)；图12为本发明一种实施例的低谐波电源质量控制方法的实施步骤流程图。主要组件符号说明
201 检测装置；202:电力调整装置；203:阻性负载；301:电源单元；302 输入信号单元；303 零相位检测单元；304 过温检测单元；305:微电脑处理单元；306:触发单元；以及S10-S40 步骤。
具体实施例方式下面通过具体实施方式
结合附图对本发明作进一步详细说明。请参阅图7，该图为本发明一种实施例的低谐波电源质量控制系统的方框图。该 图中，低谐波电源质量控制系统包含检测装置201、电力调整装置202及阻性负载装置203。 检测装置201接收阻性负载装置203的反馈信号后，输出控制信号到电力调整装置202。电 力调整装置202则是依据控制信号输出不同功率到阻性负载装置203。阻性负载装置203 再传输反馈数据到检测装置201。请参阅图8，该图为电力调整装置的方框图。该图中，电力调整装置包含电源单元 301、输入信号单元302及零相位检测单元303、过温检测单元304、微电脑处理单元305、触 发单元306。触发单元306包含多组整流器，每组整流器包含两个反向并联的硅控整流器。 微电脑处理单元305分别连接电源单元301、输入信号单元302、零相位检测单元303、过温 检测单元304、触发单元306。电源单元301提供电力调整装置所需的电源。输入信号单元 302可接收电压或电流的控制信号，其电压信号为0V-5V，1V-5V，0V-10V，2V-10V，电流信号 为0mA-20mA或4mA-20mA。如控制信号为电流，输入信号单元302会把电流信号转变为电压 信号后输出。输入信号单元302将控制信号转换后，输出高低电位百分比的控制信号到微 电脑处理单元305，该高低电位百分比的控制信号包含已由电流转换为电压信号的控制信 号与原本即为电压信号的控制信号。过温检测单元304将测量电力调整装置内的温度是否高于默认值，超过默认值时 则送出过温控制信号到所述微电脑处理单元305，由微电脑处理单元305启动一风扇，该风 扇位于低谐波电源质量控制系统的一侧。触发单元306接收微电脑处理单元输出的触发信 号，依据触发信号触发多组整流器后导通多相电压信号，并将多相电压信号输出为驱动电 压。多组整流器中每一组整流器包含两个反向并联的硅控整流器。零相位检测单元303将 检测多相电压信号的零点位置后输出到微电脑处理单元305。微电脑处理单元305接收到 高低电位百分比的控制信号时，会以一个时间间隔内所收到的所有高低电位百分比的控制 信号的平均值为依据输出触发信号。请参阅图9-图11，图9、10、11为本发明一种实施例下的驱动电压输出图，用来说 明在各种不同的驱动电压下所形成的波形。图中，输出全功率驱动电压为全黑波形，停止输 出全功率驱动电压为镂空波形。以图9为例，每时间间隔具有100个周期时，当功率输出为10%，可看出只有10个周期有全功率驱动电压，其余90个周期为停止输出全功率驱动电 压。以图10为例，当功率输出为50%，会先出现50个周期全功率驱动电压，其余50个周期 为停止输出全功率驱动电压。以图11为例，当功率输出为90%，会先出现90个周期全功率 驱动电压，其余10个周期为停止输出全功率驱动电压。如此，每个单位时间内只有一次输 出全功率驱动电压到停止输出全功率驱动电压的改变。至于连续输出时间间隔与连续不输 出时间间隔的设定，该控制器具有多组单位时间可选择。请参阅图12，该图为本发明一种实施例的低谐波电源质量控制方法的实施步骤流 程图。该低谐波电源质量控制方法包含下列步骤在步骤SlO中，利用检测装置接收至少一个反馈信号，并将各反馈信号分别转换 为控制信号。在步骤S20中，利用电力调整装置在第一时间间隔内接收各控制信号并计算出各 控制信号的平均值。在步骤S30中，利用电力调整装置在第二时间间隔内依据平均值输出驱动电压， 依据平均值分配连续输出时间间隔与连续不输出时间间隔的比例，以在连续输出时间间隔 连续输出全功率驱动电压，并在连续不输出时间间隔停止输出全功率驱动电压。在步骤S40中，利用阻性负载装置接收驱动电压，进行相应处理，且根据阻性负载 装置的被检测特性产生反馈信号。请参阅表1，该表为以比例方式在连续输出时间间隔输出全功率驱动电压，并在连 续不输出时间间隔停止输出全功率驱动电压的情况下谐波占均方根(Root Mean Square, RMS)与基本波的比例。当以百分之三十的驱动电压工作时，占均方根百分比的总谐波失真 为2.91%，占基本波百分比的总谐波失真为2.92%。当以百分之五十的驱动电压工作时， 占均方根百分比的总谐波失真为3. 24%,占基本波百分比的总谐波失真为3.对％。请参阅表2，该表为在分配式零位控制法的情况下谐波占均方根与基本波的比例。 当以百分之三十的驱动电压工作时，占均方根百分比的总谐波失真为18. 81%,占基本波百 分比的总谐波失真为18. 36%。当以百分之五十的驱动电压工作时，占均方根百分比的总谐 波失真为18. 74%,占基本波百分比之总谐波失真的18. 37%。由两个表格的数据可以轻易 看出，以比例方式在连续输出时间间隔输出全功率驱动电压，并在连续不输出时间间隔停 止输出全功率驱动电压的情况下，谐波大量减少，可见实验与理论相符。表 1
比例方式总谐波失真 (占均方根的百分比) (THD-R total harmonic distortion as% of rms total)总谐波失真 (占基本波的百分比) (THD-F total harmonic distortion as% of fundamental)30%驱动电压2. 91%2. 92%50%驱动电压3. 24%3. 24%表 权利要求
1.一种低谐波电源质量控制系统，其特征在于，包含检测装置，接收至少一个反馈信号，并将各所述反馈信号分别转换为控制信号；电力调整装置，与所述检测装置相连，接收各所述控制信号，且获取在第一时间间隔 内接收的各所述控制信号的平均值，并在第二时间间隔内根据所述平均值输出驱动电压， 所述第二时间间隔包含连续输出时间间隔与连续不输出时间间隔，并依据各所述控制信号 的平均值分配所述连续输出时间间隔与所述连续不输出时间间隔的比例，以在所述连续输 出时间间隔连续输出全功率驱动电压，在所述连续不输出时间间隔停止输出全功率驱动电 压；以及阻性负载装置，与所述检测装置、所述电力调整装置相连，接收所述电力调整装置输出 的所述驱动电压而进行相应处理，且根据被检测特性产生所述反馈信号。
2.如权利要求1所述的低谐波电源质量控制系统，其特征在于，所述控制信号的电压 值为0伏特-5伏特、0伏特-10伏特、1伏特-5伏特或2伏特-10伏特，所述控制信号的电 流值为0毫安-20毫安或4毫安-20毫安。
3.如权利要求1所述的低谐波电源质量控制系统，其特征在于，所述阻性负载装置的 被检测特性为温度、湿度或压力。
4.如权利要求1所述的低谐波电源质量控制系统，其特征在于，所述电力调整装置中 包含电源单元，提供所述电力调整装置所需的电源；输入信号单元，接收各所述控制信号并分别转换为高低电位百分比的控制信号；微电脑处理单元，与所述电源单元、所述输入信号单元相连，并计算出各所述高低电位 百分比的控制信号的平均值、接收各所述高低电位百分比的控制信号，并根据各所述高低 电位百分比的控制信号产生触发信号，所述触发信号依据各所述高低电位百分比的控制信 号的平均值分配所述连续输出时间间隔与所述连续不输出时间间隔的比例，以在所述连续 输出时间间隔连续输出全功率触发信号，并在所述连续不输出时间间隔停止输出全功率触 发信号；以及触发单元，与所述微电脑处理单元相连，接收所述触发信号并依据所述触发信号输出 多相电压信号作为所述驱动电压。
5.如权利要求4所述的低谐波电源质量控制系统，其特征在于，所述触发单元还包含 多组整流器，所述多组整流器对应所述多相电压信号的数量，在所述多组整流器中，每组包 含两个反向并联的硅控整流器，通过所述触发信号触发后导通，并输出所述驱动电压。
6.权利要求4所述的低谐波电源质量控制系统，其特征在于，所述电力调整装置包含 零相位检测单元，所述零相位检测单元与所述微电脑处理单元相连，以检测所述多相电压 信号的零点位置。
7.如权利要求4所述的低谐波电源质量控制系统，其特征在于，所述电力调整装置还 包含与所述微电脑处理单元相连的过温检测单元，所述过温检测单元检测所述电力调整装 置的温度是否高于默认值，超过所述默认值时则输出过温控制信号到所述微电脑处理单 元，由所述微电脑处理单元启动风扇，所述风扇位于所述低谐波电源质量控制系统的一侧。
8.一种低谐波电源质量控制方法，其特征在于，包含下列步骤利用检测装置接收至少一个反馈信号，并将各所述反馈信号分别转换为控制信号；利用电力调整装置在第一时间间隔内接收各所述控制信号，并计算出各所述控制信号 的平均值；利用所述电力调整装置在第二时间间隔内依据所述平均值输出驱动电压，所述第二时 间间隔包含连续输出时间间隔与连续不输出时间间隔，并依据所述平均值分配所述连续输 出时间间隔与所述连续不输出时间间隔的比例，以在所述连续输出时间间隔连续输出全功 率驱动电压，并在所述连续不输出时间间隔停止输出全功率驱动电压；以及经由阻性负载装置接收所述驱动电压，而进行相应处理，且根据所述阻性负载装置的 被检测特性产生所述反馈信号。
9.如权利要求8所述的低谐波电源质量控制方法，其特征在于，所述阻性负载装置的 被检测特性为温度、湿度或压力。
10.如权利要求8所述的低谐波电源质量控制方法，其特征在于，所述电力调整装置中 包含电源单元，提供所述电力调整装置所需的电源；输入信号单元，接收各所述控制信号并分别转换为高低电位百分比的控制信号；微电脑处理单元，与所述电源单元、所述输入信号单元相连，并计算出各所述高低电位 百分比的控制信号的平均值、接收各所述高低电位百分比的控制信号，并根据各所述高低 电位百分比的控制信号产生触发信号，所述触发信号依据各所述高低电位百分比的控制信 号的平均值分配所述连续输出时间间隔与所述连续不输出时间间隔的比例，以在所述连续 输出时间间隔连续输出全功率触发信号，并在所述连续不输出时间间隔停止输出全功率触 发信号；以及触发单元，与所述微电脑处理单元相连，接收所述触发信号并依据所述触发信号输出 多相电压信号作为所述驱动电压。
11.如权利要求10所述的低谐波电源质量控制方法，其特征在于，所述触发单元还包 含多组整流器，所述多组整流器对应所述多相电压信号的数量，在所述多组整流器中，每组 包含两个反向并联的硅控整流器，通过所述触发信号触发后导通，并输出所述驱动电压。
12.如权利要求10所述的低谐波电源质量控制方法，其特征在于，所述电力调整装置 包含零相位检测单元，所述零相位检测单元与所述微电脑处理单元相连，以检测所述多相 电压信号的零点位置。
13.如权利要求10所述的低谐波电源质量控制方法，其特征在于，所述低谐波电源质 量控制系统的一侧设有风扇；所述电力调整装置还包含与所述微电脑处理单元相连的过 温检测单元，所述过温检测单元检测所述电力调整装置的温度是否高于默认值，超过所述 默认值时则输出过温控制信号到所述微电脑处理单元，由所述微电脑处理单元启动所述风 扇。
全文摘要
本发明公开了一种低谐波电源质量控制系统及其方法。该低谐波电源质量控制系统包含检测装置、电力调整装置、阻性负载装置。检测装置接收来自于阻性负载装置的反馈信号。检测装置输出的控制信号可以用电压或电流为信号。电力调整装置接收到所述控制信号后，以比例方式输出驱动电压。所述比例方式为在连续输出时间间隔输出全功率驱动电压，并在连续不输出时间间隔停止输出全功率驱动电压。阻性负载装置接收驱动电压后，输出反馈信号到检测装置。以比例方式在连续输出时间间隔输出全功率驱动电压，并在连续不输出时间间隔停止输出全功率驱动电压，将能够有效的减少产生电力的谐波。
文档编号H02J3/01GK102148504SQ20101012427
公开日2011年8月10日 申请日期2010年2月8日 优先权日2010年2月8日
发明者林进益 申请人:林进益