TWI394341B - 低諧波電源品質控制系統及其方法 - Google Patents

Description

低諧波電源品質控制系統及其方法

本發明是有關於一種低諧波電源品質控制系統及低諧波電源品質控制方法，特別是有關於具減少諧波功能的低諧波電源品質控制方法，以比例方式於連續輸出時間間隔輸出全功率驅動電壓，並於連續不輸出時間間隔停止輸出全功率驅動電壓。

大部分的電源品質控制系統中，多數都是以非對稱輸出所需要的功率為主，常用的方法為分配式零位控制與直線式相位控制。此兩種控制方式是以全波為單位或是以半波為單位之輸出驅動電壓。請參閱第1~3圖，以分配式零位控制為例，最高驅動電壓中斷頻率之狀態為當驅動電壓輸出功率為百分之五十時(第2圖)，此時中斷頻率為輸出交流電頻率之二分之一。請參閱第4~6圖，以直線式相位控制為例，當非全功率運轉輸出時，輸出驅動電壓為每正負半週切相角電壓大小作為電壓輸出大小變化。現行的方法皆有諧波產生過多之現象。

然而電力調整裝置輸出之驅動電壓目前都是以正負半週切相角的方式輸出或隨著驅動電壓不斷的中斷輸出，此電路中會形成大量的諧波干擾，進而造成設備損壞。因此不論對於電子設備本身的使用壽命或是為了增進設備的使用效率皆為亟欲解決之問題。

有鑑於上述習知技術之問題，本發明之目的就是在提供低諧波電源品質控制方法，以解決諧波所產生的問題。

根據本發明之目的，提出一種低諧波電源品質控制系統，係包含一阻性負載裝置、一偵測裝置以及一電力調整裝置。阻性負載裝置接收驅動電壓而進行相對運作，運作之後根據阻性負載裝置被偵測之特性產生該回饋訊號。可被偵測的特性中可包含溫度、溼度或是壓力。回饋訊號由阻性負載裝置送到偵測裝置後，偵測裝置會將回饋訊號分別轉換為控制訊號。控制訊號由偵測裝置傳送到電力調整裝置後計算第一時間間隔內所接收之各該控制訊號的平均值。依據此平均值在第二時間間隔內輸出對應的驅動電壓。在第二時間間隔內包含連續輸出時間間隔與連續不輸出時間間隔，由控制訊號的平均值分配連續輸出時間間隔與該連續不輸出時間間隔各別所佔的比例。在連續輸出時間間隔中連續輸出全功率驅動電壓，而在連續不輸出時間間隔停止輸出全功率驅動電壓。如此，對整體電力系統產生最小諧波。

其中，電力調整裝置中包含觸發單元、微電腦處理單元、電源單元、輸入信號單元。觸發單元用以接收微電腦處理單元輸出的觸發訊號，並依據觸發訊號輸出多相電壓訊號為驅動電壓。電源單元，用以提供該電力調整裝置所需之電源。輸入信號單元，係接收各控制訊號並將其分別轉換為高低電位之百分比控制訊號後，傳送到微電腦處理單元。微電腦處理單元計算出固定時間內-高低電位百分比控制訊號之平均值，並根據平均值產生觸發訊號。此觸發訊號分配連續輸出時間間隔與連續不輸出時間間隔之比例。在固定時間中的連續輸出時間間隔連續輸出全功率觸發訊號，並於連續不輸出時間間隔停止輸出全功率觸發訊號。

根據本發明之目的，提出一種低諧波電源品質控制方法。先利用阻性負載裝置之特性產生回饋訊號到偵測裝置。偵測裝置接收至少一個回饋訊號後，將回饋訊號分別轉換為控制訊號後輸出到電力調整裝置。電力調整裝置在第一時間間隔內接收到各控制訊號後，計算出各控制訊號的平均值。電力調整裝置在第二時間間隔內輸出依據各控制訊號的平均值之驅動電壓。第二時間間隔包含連續輸出時間間隔與連續不輸出時間間隔，並依據各控制訊號的平均值分配連續輸出時間間隔與連續不輸出時間間隔的比例，以於連續輸出時間間隔連續輸出該一全功率驅動電壓，並於該連續不輸出時間間隔停止輸出該全功率驅動電壓。

其中，電力調整裝置中包含觸發單元、微電腦處理單元、電源單元、輸入信號單元。觸發單元用以接收微電腦處理單元輸出的觸發訊號，並依據觸發訊號輸出多相電壓訊號為驅動電壓。電源單元，用以提供該電力調整裝置所需之電源。輸入信號單元，係接收各控制訊號並將其分別轉換為高低電位之百分比控制訊號後，傳送到微電腦處理單元。微電腦處理單元計算出固定時間內高低電位百分比控制訊號平均值，並根據平均值產生觸發訊號。此觸發訊號分配連續輸出時間間隔與連續不輸出時間間隔之比例。在固定時間中的連續輸出時間間隔連續輸出全功率觸發訊號，並於連續不輸出時間間隔停止輸出全功率觸發訊號。

承上所述，依本發明之低諧波電源品質控制系統及其方法，有下述優點：此低諧波電源品質控制系統及其低諧波電源品質控制方法可藉由以比例方式於連續輸出時間間隔輸出全功率驅動電壓，並於連續不輸出時間間隔停止輸出全功率驅動電壓，藉此減少諧波的產生。

請參閱第7圖，其係為本發明之低諧波電源品質控制系統之方塊圖。該圖中，此低諧波電源品質控制系統包含偵測裝置201、電力調整裝置202及阻性負載裝置203。偵測裝置201接收阻性負載裝置203之回饋訊號後輸出控制訊號予電力調整裝置202。電力調整裝置202則是依控制訊號輸出不同功率予阻性負載裝置203。阻性負載裝置203再傳輸回饋資料予偵測裝置201。

請參閱第8圖，其係為電力調整裝置之方塊圖。該圖中，此電力調整裝置包含電源單元301、輸入信號單元302及零相位檢測單元303、超溫檢知單元304、微電腦處理單元305、觸發單元306。觸發單元306中包含多組整流器，每組整流器中包含兩個反向並聯之矽控整流器。微電腦處理單元305分別連接電源單元301、輸入信號單元302、零相位檢測單元303、超溫檢知單元304、觸發單元306。電源單元301提供電力調整裝置所需之電源。輸入信號單元302可接收電壓或電流之控制訊號，其電壓訊號為0V~5V,1V~5V,0V~10V,2V~10V，電流訊號為0mA~20mA或4mA~20mA。如控制訊號為電流，輸入信號單元302會把電流訊號轉變為電壓訊號後輸出。輸入信號單元302將控制訊號轉換後輸出高低電位之百分比控制訊號到微電腦處理單元305，此高低電位之百分比控制訊號包含已由電流轉換為電壓訊號之控制訊號與原本即為電壓訊號之控制訊號。

超溫檢知單元304將測量電力調整裝置內之溫度是否高於預設值，超過預設值時則送出一超溫控制訊號至該微電腦處理單元305，由微電腦處理單元305啟動一風扇，此風扇位於低諧波電源品質控制系統之一側。觸發單元306接收微電腦處理單元送出之觸發訊號，依據觸發訊號觸發複數組整流器後導通多相電壓訊號，並將多相電壓訊號輸出為驅動電壓。此複數組整流器中每一組整流器包含兩個反向並聯之矽控整流器。零相位檢測單元303將偵測多相電壓訊號之零點位置後輸出到微電腦處理單元305。微電腦處理單元305接收到高低電位之百分比控制訊號時會以一時間間隔所收到之所有高低電位之百分比控制訊號之平均值為依據送出觸發訊號。

請參閱第9~11圖，其係為本發明之驅動電壓輸出圖，其說明在各種不同的驅動電壓下所形成的波形。圖中，有輸出全功率驅動電壓為全黑之波形，停止輸出全功率驅動電壓為鏤空的波形。以第9圖為例，每時間間隔具有100個週期存在時，當功率輸出為10%，可看出只有10個週期有全功率驅動電壓，其餘90個週期為停止輸出全功率驅動電壓。以第10圖為例，當功率輸出為50%，會先出現50個週期全功率驅動電壓，其餘50個週期為停止輸出全功率驅動電壓。以第11圖為例，當功率輸出為90%，會先出現90個週期全功率驅動電壓，其餘10個週期為停止輸出全功率驅動電壓。如此一來每個單位時間內只有一次輸出全功率驅動電壓到停止輸出全功率驅動電壓之改變。至於連續輸出時間間隔與連續不輸出時間間隔之設定，此控制器具有多組單位時間可選擇。

請參閱第12圖，其係為本發明之低諧波電源品質控制方法之實施步驟流程圖。此低諧波電源品質控制方法包含下列步驟：在步驟S10中，利用偵測裝置接收至少一回饋訊號，並將各回饋訊號分別轉換為控制訊號。

在步驟S20中，利用電力調整裝置於第一時間間隔內接收各控制訊號並計算出各控制訊號之平均值。

在步驟S30中，利用電力調整裝置於第二時間間隔內輸出依據平均值的驅動電壓，並依據平均值分配連續輸出時間間隔與連續不輸出時間間隔之比例，以於連續輸出時間間隔連續輸出全功率驅動電壓，並於連續不輸出時間間隔停止輸出全功率驅動電壓。

在步驟S40中，利用阻性負載裝置接收驅動訊號，而進行對應運作，且根據阻性載裝置之特性產生回饋訊號。

請參閱表1，其為以比例方式於連續輸出時間間隔輸出全功率驅動電壓，並於連續不輸出時間間隔停止輸出全功率驅動電壓的情況下諧波佔均方根(Root Mean Square，RMS)與基本波之比例。當以百分之三十的驅動電壓運作時佔均方根百分比之總諧波失真為2.91%，佔基本波百分比之總諧波失真為2.92%。當以百分之五十的驅動電壓運作時佔均方根百分比之總諧波失真為3.24%，佔基本波百分比之總諧波失真為3.24%。請參閱表2，其為在分配式零位控制法的情況下諧波佔均方根與基本波之比例。當以百分之三十的驅動電壓運作時佔均方根百分比之總諧波失真為18.81%，佔基本波百分比之總諧波失真為18.36%。當以百分之五十的驅動電壓運作時佔均方根百分比之總諧波失真為18.74%，佔基本波百分比之總諧波失真為18.37%。由兩個表格的數據中可以輕易看出，以比例方式於連續輸出時間間隔輸出全功率驅動電壓，並於連續不輸出時間間隔停止輸出全功率驅動電壓的情況之下，諧波大量的減少，可見實驗與理論相符。

表1：電力調整裝置以比例方式於連續輸出時間間隔輸出全功率驅動電壓，並於連續不輸出時間間隔停止輸出全功率驅動電壓的情況之下，產生諧波的情況。

表2：電力調整裝置以分配式零位控制的情況之下，產生諧波的情況。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

201．．．偵測裝置

202．．．電力調整裝置

203．．．阻性負載

301．．．電源單元

302．．．輸入信號單元

303．．．零相位檢測單元

304．．．超溫檢知單元

305．．．微電腦處理單元

306．．．觸發單元

以及

S10~S40．．．步驟

第1圖　係為習知技術之分配式零位控制之驅動電壓波形，此為驅動電壓10%時；

第2圖　係為習知技術之分配式零位控制之驅動電壓波形，此為驅動電壓50%時；

第3圖　係為習知技術之分配式零位控制之驅動電壓波形，此為驅動電壓90%時；

第4圖　係為習知技術之直線式相位控制之驅動電壓波形，此為驅動電壓10%時；

第5圖　係為習知技術之直線式相位控制之驅動電壓波形，此為驅動電壓50%時；

第6圖　係為習知技術之直線式相位控制之驅動電壓波形，此為驅動電壓90%時；

第7圖　係為本發明低諧波電源品質控制系統之方塊圖；

第8圖　係為本發明低諧波電源品質控制系統下電力調整裝置之方塊圖；

第9圖　係為本發明為驅動電壓10%，第二時間間隔為100週期時之示意圖；

第10圖　係為本發明為驅動電壓50%，第二時間間隔為100週期時之示意圖；

第11圖　係為本發明為驅動電壓90%，第二時間間隔為100週期時之示意圖；以及

第12圖　係為本發明之低諧波電源品質控制方法之實施步驟流程圖。

201．．．偵測裝置

202．．．電力調整裝置

以及

203．．．阻性負載裝置

Claims (13)

1. 一種低諧波電源品質控制系統，係包含：一偵測裝置，係接收至少一回饋訊號，並將各該回饋訊號分別轉換為一控制訊號；一電力調整裝置，係連接該偵測裝置，並接收各該控制訊號，且獲取於一第一時間間隔內所接收之各該控制訊號之一平均值，且在一第二時間間隔內輸出該根據平均值的一驅動電壓，該第二時間間間隔包含一連續輸出時間間隔與一連續不輸出時間間隔，並依據各該控制訊號之平均值分配該連續輸出時間間隔與該連續不輸出時間間隔之比例，以於該連續輸出時間間隔連續輸出該一全功率驅動電壓，並於該連續不輸出時間間隔停止輸出該全功率驅動電壓；以及一阻性負載裝置，係連接該偵測裝置與該電力調整裝置，並接收該電力調整裝置所輸出之該驅動電壓而進行相對運作，且根據該阻性負載裝置被偵測之特性產生該回饋訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之低諧波電源品質控制系統，其中該控制訊號為電壓值介於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，該控制訊號為電流值介於0毫安培~20毫安培或4毫安培~20毫安培。
3. 如申請專利範圍第1項所述之低諧波電源品質控制系統，其中該阻性負載裝置被偵測之特性為溫度、溼度或壓力。
4. 如申請專利範圍第1項所述之低諧波電源品質控制系統，其中該電力調整裝置中包含：一電源單元，係提供該電力調整裝置所需之電源；一輸入信號單元，係接收各該控制訊號並分別轉換為一高低電位之百分比控制訊號；一微電腦處理單元，係連接該電源單元與該輸入信號單元，並計算出各該高低電位之百分比控制訊號之平均值、接收各該高低電位之百分比控制訊號，並根據各該高低電位之百分比控制訊號產生一觸發訊號，該觸發訊號依據各該高低電位之百分比控制訊號之平均值分配該連續輸出時間間隔與該連續不輸出時間間隔之比例，以於該連續輸出時間間隔連續輸出一全功率觸發訊號，並於該連續不輸出時間間隔停止輸出該全功率觸發訊號；以及一觸發單元，係連接該微電腦處理單元，接收該觸發訊號並依據該觸發訊號輸出一多相電壓訊號為該驅動電壓。
5. 如申請專利範圍第4項所述之低諧波電源品質控制系統，其中該觸發單元更包含複數組整流器，該複數組整流器對應該多相電壓訊號之數量，而該複數組整流器中每組包含兩個矽控整流器反向並聯，透過該觸發訊號觸發後導通，並輸出該驅動電壓。
6. 如申請專利範圍第4項所述之低諧波電源品質控制系統，其中該電力調整裝置包含一零相位檢測單元，該零相位檢測單元連接該微電腦處理單元，以偵測該多相電壓訊號之零點位置。
7. 如申請專利範圍第4項所述之低諧波電源品質控制系統，其中該電力調整裝置更包含一超溫檢知單元連接該微電腦處理單元，並檢知該電力調整裝置之溫度是否高於一預設值，超過該預設值時則送出一超溫控制訊號至該微電腦處理單元，由該微電腦處理單元啟動一風扇，該風扇位於該低諧波電源品質控制系統之一側。
8. 一種低諧波電源品質控制方法，包含下列步驟：利用一偵測裝置接收至少一回饋訊號，並將各該回饋訊號分別轉換為一控制訊號；利用一電力調整裝置於一第一時間間隔內接收各該控制訊號，並計算出各該控制訊號之一平均值；以該電力調整裝置於一第二時間間隔內輸出依據該平均值的一驅動電壓，該第二時間間隔包含一連續輸出時間間隔與一連續不輸出時間間隔，並依據該平均值分配該連續輸出時間間隔與該連續不輸出時間間隔之比例，以於該連續輸出時間間隔連續輸出該一全功率驅動電壓，並於該連續不輸出時間間隔停止輸出該全功率驅動電壓；以及經由一阻性負載裝置接收該驅動電壓，而進行對應運作，且根據阻性負載裝置之特性產生該回饋訊號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之低諧波電源品質控制方法，其中該阻性負載裝置被偵測之特性為溫度、溼度或壓力。
10. 如申請專利範圍第8項所述之低諧波電源品質控制方法，其中該電力調整裝置中包含：一電源單元，係提供該電力調整裝置所需之電源；一輸入信號單元，係接收各該控制訊號並分別轉換為一高低電位之百分比控制訊號；一微電腦處理單元，係連接該電源單元與該輸入信號單元，並計算出各該高低電位之百分比控制訊號之平均值、接收各該高低電位之百分比控制訊號，並根據各該高低電位之百分比控制訊號產生一觸發訊號，該觸發訊號依據各該高低電位之百分比控制訊號之平均值分配該連續輸出時間間隔與該連續不輸出時間間隔之比例，以於該連續輸出時間間隔連續輸出一全功率觸發訊號，並於該連續不輸出時間間隔停止輸出該全功率觸發訊號；以及一觸發單元，係連接該微電腦處理單元，接收該觸發訊號並依據該觸發訊號輸出一多相電壓訊號為該驅動電壓。
11. 如申請專利範圍第10項所述之低諧波電源品質控制方法，其中該觸發單元更包含複數組整流器，該複數組整流器對應該多相電壓訊號之數量，而該複數組整流器中每組包含兩個矽控整流器反向並聯，透過該觸發訊號觸發後導通，並輸出該驅動電壓。
12. 如申請專利範圍第10項所述之低諧波電源品質控制方法，其中該電力調整裝置包含一零相位檢測單元，該零相位檢測單元連接該微電腦處理單元，以偵測該多相電壓訊號之零點位置。
13. 如申請專利範圍第10項所述之低諧波電源品質控制方法，其中該電力調整裝置更包含一超溫檢知單元連接該微電腦處理單元，並檢知該電力調整裝置之溫度是否高於一預設值，超過該預設值時則送出一超溫控制訊號至該微電腦處理單元，由該微電腦處理單元啟動一風扇，該風扇位於該低諧波電源品質控制系統之一側。