平行線束電流不平衡和故障檢測(cè)的制作方法
【專利摘要】平行線束電流不平衡和故障檢測(cè)?？赏ㄟ^(guò)監(jiān)視沿著導(dǎo)線對(duì)從逆變器向電動(dòng)機(jī)提供的相信號(hào)的兩個(gè)點(diǎn)之間的電流輸出來(lái)在3相電力系統(tǒng)中檢測(cè)電流不平衡。在某些實(shí)施例中，可以為從逆變器通向電動(dòng)機(jī)的導(dǎo)線對(duì)中的每個(gè)導(dǎo)線提供線電流傳感器?？蓤?zhí)行來(lái)自導(dǎo)線對(duì)中的每個(gè)導(dǎo)線的電流輸出的比較以確定是否存在電流不平衡。在一些實(shí)施例中，可將相電流傳感器耦合到逆變器的相輸入端。可通過(guò)針對(duì)功率輸出的不平衡分布測(cè)量來(lái)自每個(gè)相電流傳感器的輸出來(lái)檢測(cè)3相系統(tǒng)中的故障。在一些實(shí)施例中，可針對(duì)電流不平衡或線束故障沿著相同的相將來(lái)自相電流傳感器的輸出與線電流傳感器的輸出相比較。
【專利說(shuō)明】平行線束電流不平衡和故障檢測(cè)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種平行線束電流不平衡和故障檢測(cè)。

【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明一般地涉及功率檢測(cè)系統(tǒng)，并且更具體地涉及平行線束電流不平衡和故障檢測(cè)。
[0003]高功率電子裝置在現(xiàn)代飛機(jī)和汽車工業(yè)中起到重要作用。在用于飛機(jī)和地面車輛的牽引驅(qū)動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域中尤其如此。商業(yè)飛機(jī)業(yè)務(wù)正在朝著更加燃料高效且環(huán)境友好的牽引驅(qū)動(dòng)操作前進(jìn)。來(lái)自此最新趨勢(shì)的一個(gè)示例是用于Airbus A320 NEO飛機(jī)的電氣滑行應(yīng)用。在Airbus A320 NEO中，飛機(jī)將使用輔助動(dòng)力單元(APU)來(lái)對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電以滑行進(jìn)入跑道和/或離開跑道。飛機(jī)的引擎的全部或一部分在滑行期間將被關(guān)掉以節(jié)省燃料。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含自動(dòng)變壓器整流器單元(ATRU)、電動(dòng)機(jī)控制器/逆變器、齒輪箱以及牽引電動(dòng)機(jī)。電氣滑行系統(tǒng)的益處包括燃料消耗、制動(dòng)磨損以及地面拖拉操作的減少。
[0004]軍用地面車輛已朝著混合式電動(dòng)技術(shù)遷移，其中某些車輛采用來(lái)自電驅(qū)動(dòng)主推進(jìn)力。在使用更多的電動(dòng)技術(shù)來(lái)推進(jìn)車輛時(shí)增加了對(duì)功率利用的大量的需求。因此，由對(duì)更多功率的需求導(dǎo)致用于電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高功率線束的顯著增加的使用。在某些應(yīng)用中，可使用一組3相高功率線束來(lái)將處于400Hz的3相115-VAC帶到ATRU以生成用于電動(dòng)機(jī)控制器/逆變器的高電壓DC源。可使用配電線束來(lái)從ATRU向電動(dòng)機(jī)控制器/逆變器遞送高壓DC源。一組3相電纜可以連接電動(dòng)機(jī)控制器/逆變器輸出端以用由電動(dòng)機(jī)控制器生成的AC電壓/電流來(lái)驅(qū)動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)。線束可載送為車輛/飛機(jī)遞送高轉(zhuǎn)矩(諸如斷裂轉(zhuǎn)矩)和加速度所需的高負(fù)荷電流以達(dá)到所需的滑行速度。
[0005]在用于滑行系統(tǒng)(例如液壓制動(dòng)器)的常規(guī)電力系統(tǒng)中，I千瓦足以對(duì)系統(tǒng)供電。因此，較小半徑的導(dǎo)線足以用于在系統(tǒng)中布線。然而，針對(duì)上述配電線束的增加的功率要求，車輛的布線約束以及載流容量可要求較粗的線路。例如，某些電動(dòng)應(yīng)用可能使用50 kff—60kW到由機(jī)身饋電的滑動(dòng)系統(tǒng)。由于附加環(huán)境和空間約束(諸如用于改裝現(xiàn)有系統(tǒng)的電纜的布線和彎曲)，可能存在使線束與較小導(dǎo)線平行的需要以滿足系統(tǒng)的功率和電流額定值。平行化產(chǎn)生了新的挑戰(zhàn)。平行導(dǎo)線可能難以進(jìn)行阻抗匹配，并且導(dǎo)致不平衡的電流在滑行系統(tǒng)中循環(huán)，其可產(chǎn)生功率損耗和熱量。
[0006]如能夠看到的，存在對(duì)監(jiān)視車輛中的3相電力系統(tǒng)中的不平衡電流的檢測(cè)的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在本發(fā)明的一個(gè)方面中，電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)包括逆變器；電動(dòng)機(jī)；多個(gè)電流傳感器，其連接到被配置成從逆變器向電動(dòng)機(jī)載送3相電流的導(dǎo)線；處理器，其與電動(dòng)機(jī)耦合；以及存儲(chǔ)器，其被耦合到處理器，包括指令，在指令在被處理器執(zhí)行時(shí)該指令比較所述多個(gè)電流傳感器中的至少兩個(gè)的測(cè)量結(jié)果并確定在3相電力系統(tǒng)中是否存在電流不平衡。
[0008]在本發(fā)明的另一方面中，一種電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)包括逆變器；電動(dòng)機(jī)；多個(gè)導(dǎo)線，其被配置成從逆變器向電動(dòng)機(jī)載送3相電流；至少一個(gè)線電流傳感器，其連接到所述多個(gè)導(dǎo)線中的一個(gè)；至少一個(gè)相電流傳感器，其連接到逆變器的一個(gè)相輸入端；處理器，與所述電動(dòng)機(jī)耦合；以及存儲(chǔ)器，包括指令，該指令在被處理器執(zhí)行時(shí)將線電流傳感器與相電流傳感器的測(cè)量結(jié)果相比較并基于該比較來(lái)確定在3相電力系統(tǒng)中是否存在電流不平衡。
[0009]在本發(fā)明的又一方面中，一種檢測(cè)電流不平衡的方法包括由來(lái)自3相電力系統(tǒng)的相輸入端的線路的至少兩個(gè)端子測(cè)量輸出電流，將導(dǎo)線的兩個(gè)端子中的第一個(gè)的測(cè)量輸出電流與導(dǎo)線的兩個(gè)端子中的第二個(gè)的輸出電流相比較；以及基于該比較來(lái)確定是否存在3相電力系統(tǒng)中的電流不平衡。
[0010]參考以下附圖、描述和權(quán)利要求，本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)的框圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)的框圖；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的又一示例性實(shí)施例的電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)的框圖；
圖4是圖示出根據(jù)本發(fā)明的又一示例性實(shí)施例的檢測(cè)電流不平衡或線束故障的方法的框圖；以及
圖5是在圖1、2和3的電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)中使用的示例性控制器的框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]以下詳細(xì)描述是實(shí)施本發(fā)明的示例性實(shí)施例的最佳當(dāng)前設(shè)想模式。不應(yīng)以限制性意義來(lái)理解本描述，而是僅僅出于舉例說(shuō)明本發(fā)明的一般原理的目的而作出，因?yàn)橛伤綑?quán)利要求來(lái)最好地定義本發(fā)明的范圍。
[0013]下面描述每個(gè)能夠相互獨(dú)立地或與其他特征相組合地使用的各種發(fā)明特征。
[0014]廣泛地，本發(fā)明的實(shí)施例一般地提供了監(jiān)視3相電力系統(tǒng)中的電流的系統(tǒng)和方法。在某些實(shí)施例中，例如在用于航空和汽車工業(yè)中的牽引驅(qū)動(dòng)的高功率/高電流電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中使用3相系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的高功率電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可使用高載流(例如200安培)容量電纜來(lái)向負(fù)載遞送轉(zhuǎn)矩和機(jī)械功率。電驅(qū)動(dòng)可裝配有逆變器用于穩(wěn)健且高可靠性的操作。在某些實(shí)施例中，可以存在向AC電動(dòng)機(jī)載送3相(每個(gè)相一個(gè)導(dǎo)線)AC電流信號(hào)以驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)載的一組三個(gè)導(dǎo)線。在某些實(shí)施例中，每個(gè)相(例如，在3相系統(tǒng)中)的兩個(gè)導(dǎo)線可以平行地延伸到高頻、高功率電AC機(jī)器?？烧J(rèn)識(shí)到使用平行饋電器可克服導(dǎo)線約束，例如用于布線的“鋒利”彎曲半徑、連接器插腳尺寸限制(由電流處理能力或連接器可用性)或減少用于緊急設(shè)備操作的功能性操作的要求。
[0015]在實(shí)施例中，在使用平行饋電器(每相超過(guò)兩個(gè)導(dǎo)線)的情況下，不存在平行化導(dǎo)線的電阻抗完美地匹配的保證。一般地，平行的饋電器組可被構(gòu)建成具有相同長(zhǎng)度，并且DC電阻可以幾乎相等；然而，線AC阻抗可受到導(dǎo)線布線的影響。隨著AC頻率增加，可使對(duì)線AC阻抗的影響倍增。因此，電流可能未在導(dǎo)線之間被相等地共享。在某些實(shí)施例中，提供電流監(jiān)視以確定存在于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的饋電器電流不平衡的水平以防止災(zāi)難性故障的可能性?？杀O(jiān)視到由單個(gè)逆變器驅(qū)動(dòng)的AC機(jī)器與平行饋電器不平衡的量以檢測(cè)電流。實(shí)施例可檢測(cè)使用平行導(dǎo)線的高功率系統(tǒng)中的饋電器故障(例如，開路、短路以及接地錯(cuò)誤)。
[0016]參考圖1和5，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例示出了電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)100。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的控制器180。在某些實(shí)施例中，電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)100可被整合到3相電力系統(tǒng)100以檢測(cè)3相電力系統(tǒng)110中的故障。3相電力系統(tǒng)110可包括向電動(dòng)機(jī)130提供3相功率的逆變器120。在某些實(shí)施例中，逆變器120可以是3相逆變器?？墒褂妹肯鄡蓚€(gè)導(dǎo)線(一般地稱為導(dǎo)線140)來(lái)遞送逆變器120的輸出以向電動(dòng)機(jī)輸入端135載送負(fù)載電流?？裳刂叫袑?dǎo)線140遞送電流。例如，可通過(guò)導(dǎo)線140a和140a’向電動(dòng)機(jī)輸入端135a的提供(經(jīng)由相I輸入端125a)第一相。可通過(guò)導(dǎo)線140b和140b’向電動(dòng)機(jī)輸入端135b提供(經(jīng)由相2輸入端125b)第二相。可通過(guò)導(dǎo)線140c和140c’向電動(dòng)機(jī)輸入端135c提供(經(jīng)由相3輸入端125c)第三相。
[0017]在示例性實(shí)施例中，電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)100可包括安裝在每個(gè)導(dǎo)線140上的端子155處以監(jiān)視3相電力系統(tǒng)110中的電流狀態(tài)的電流傳感器150。將理解的是線電流傳感器150的位置可以在逆變器120與電動(dòng)機(jī)130之間且其在圖中的位置僅僅是出于說(shuō)明的緣故?？蓪⒖刂破?80連接到電動(dòng)機(jī)130以檢測(cè)電流不平衡并識(shí)別3相電力系統(tǒng)110中的故障源?？刂破?80可包括高性能數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)199。DSP 199可連接到其中存儲(chǔ)了由DSP 199執(zhí)行的指令的存儲(chǔ)器195。本文中的描述描述了 DSP 199執(zhí)行功能；然而，可將那些功能作為指令存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器195中并由DSP 199來(lái)執(zhí)行。DSP 199可實(shí)施不平衡電流和線束故障檢測(cè)算法，并且可基于該算法的結(jié)果來(lái)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)控制算法。例如，DSP 199可將用于成對(duì)導(dǎo)線(例如導(dǎo)線140a和140a’ )的測(cè)量線電流求和以獲得用于電流環(huán)路控制的相電流信息。
[0018]可從用于每個(gè)導(dǎo)線對(duì)(140a和140a，; 140b和140b，; 140c和140c，)的電流傳感器150獲得測(cè)量線電流。例如，可將電流傳感器150a和150a’上的測(cè)量電流求和以提供用于導(dǎo)線對(duì)140a和140a’的電流?？蓪㈦娏鱾鞲衅?50b和150b’上的測(cè)量電流求和以提供用于導(dǎo)線對(duì)140b和140b’的電流?？蓪㈦娏鱾鞲衅?50c和150c’上的測(cè)量電流求和以提供用于導(dǎo)線對(duì)140c和140c’的電流?？蓪⒚總€(gè)電流傳感器150與相同相中的其它電流傳感器150相比較(由DSP 199)以檢測(cè)電纜故障(例如，電流不平衡、短路或接地錯(cuò)誤)。例如，如果電流傳感器150a讀數(shù)是零且電流傳感器150a’讀數(shù)測(cè)量滿相電流，則可能存在線饋電器開路故障。在某些實(shí)施例中，可使用ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換器)132 (圖5)對(duì)電流傳感器150輸出進(jìn)行采樣?？烧J(rèn)識(shí)到可直接地測(cè)量每個(gè)饋電器導(dǎo)線140上的電流。因此，電流傳感器件額定值可小于額定相電流的滿量，其可以導(dǎo)致需要可導(dǎo)致較小且較輕系統(tǒng)100的最小數(shù)目的電流傳感器150。
[0019]現(xiàn)在參考圖2，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例示出了車輛110中的電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)200。除了 3相電流傳感器(260a、260b和260c)可分別地定位在相輸入端125a、125b和125c前面，并且可省略線電流傳感器150a、150b和150c之外，系統(tǒng)200類似于系統(tǒng)100。3相電流傳感器(260a、260b和260c)可直接地向DSP 199提供相電流信息用于電流環(huán)路控制?？稍诙俗?55處作出相電流測(cè)量，端子255可在相輸入端125前面。三個(gè)線電流傳感器(150a’、150b’和150c’)可提供檢測(cè)電流不平衡和線束錯(cuò)誤所需的附加電流測(cè)量結(jié)果。例如，DSP 199可以比較用于每個(gè)相輸入端125的線電流傳感器150和相電流傳感器260。因?yàn)橄嚯娏鱾鞲衅?60應(yīng)表不用于每個(gè)相輸入端125的總電流,所以DSP 199可檢查相電流傳感器260電流測(cè)量結(jié)果是否與用于相電流傳感器260和線電流傳感器150的電流輸出的預(yù)定比一致。例如，相電流傳感器260應(yīng)在相同的相中測(cè)量到為對(duì)應(yīng)線電流傳感器150的約兩倍的電流。相電流傳感器260及其對(duì)應(yīng)線電流傳感器150之間的比較的差異可指示電流不平衡或線束故障。可以認(rèn)識(shí)到可直接地用相電流傳感器260來(lái)測(cè)量相電流。因此，可避免將多個(gè)傳感器測(cè)量結(jié)果加和且ADC 132 (圖5)可以不是必需的。另外，系統(tǒng)200可允許在相同的相中使用線電流傳感器150與相電流傳感器260之間的不同額定器件。
[0020]現(xiàn)在參考圖3，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例示出了車輛110中的電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)300。除了在可針對(duì)線電流傳感器310和320省略線電流傳感器150的情況下可必要地僅使用五個(gè)電流傳感器之外，系統(tǒng)300類似于系統(tǒng)200。類似于系統(tǒng)200，在系統(tǒng)300中，相電流傳感器260a、260b的測(cè)量結(jié)果可直接向DSP 199提供相電流信息，其被用于電流環(huán)路控制以及故障檢測(cè)?？墒褂脙蓚€(gè)線電流傳感器310和320來(lái)檢測(cè)電流不平衡和線束故障檢測(cè)。
[0021]在示例性實(shí)施例中，可將線電流傳感器310同時(shí)地連接到每個(gè)相，例如導(dǎo)線140a、140b和140c。可使用線電流傳感器310來(lái)檢測(cè)三個(gè)相之間的任何不平衡電流。在示例性實(shí)施例中，當(dāng)功率均勻地分布在三個(gè)相之間時(shí)，可預(yù)期線電流傳感器310的輸出約為零。
[0022]在示例性實(shí)施例中，可將線電流傳感器320連接到導(dǎo)線140a’、140b’或140c’中的任何一個(gè)。線電流傳感器320可用來(lái)檢測(cè)由線電流傳感器310和三相電流傳感器260不可檢測(cè)的某些故障情況。例如，如果DSP 199檢測(cè)到線電流傳感器150a’的電流值不是相電流傳感器260a的電流值的值的約一半，則可檢測(cè)到一對(duì)導(dǎo)線(例如，140a和140a’ )內(nèi)的故障或不平衡。
[0023]通過(guò)使用五個(gè)電流傳感器(260a、260b、260c、310和320)，系統(tǒng)300可感測(cè)到分別地使用系統(tǒng)100和系統(tǒng)200中的6個(gè)電流傳感器檢測(cè)的可檢測(cè)故障。因此，可需要較少的硬件資源，并且可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)300中的較小重量。另外，可實(shí)現(xiàn)用于系統(tǒng)300的較低電流額定值。在下面表1中示出了系統(tǒng)300中的可檢測(cè)故障條件的示例性列表、故障情形和哪些電流傳感器檢測(cè)到故障條件。
[0024]表1

【權(quán)利要求】
1.一種3相電力系統(tǒng)(110)中的電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)(100)，包括: 逆變器(120)； 電動(dòng)機(jī)(130)； 多個(gè)電流傳感器(150)，其連接到被配置成從逆變器(120)向電動(dòng)機(jī)(130)載送3相電流的導(dǎo)線(140)； 處理器(199 )，其與電動(dòng)機(jī)(130 )耦合；以及 存儲(chǔ)器(195)，其被耦合到處理器(199)，包括指令，該指令在被處理器(199)執(zhí)行時(shí)比較所述多個(gè)電流傳感器(150)中的至少兩個(gè)的測(cè)量結(jié)果，并確定在3相電力系統(tǒng)(110)中是否存在電流不平衡。
2.權(quán)利要求1的電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)(100)，其中，所述多個(gè)電流傳感器(150)包括被配置成測(cè)量導(dǎo)線(140)上的電流的線電流傳感器(150)。
3.權(quán)利要求1一2的電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)，其中: 導(dǎo)線(140)包括多個(gè)導(dǎo)線對(duì)(140a和140a’ ；140b和140b，; 140c和140c’)，并且所述多個(gè)導(dǎo)線對(duì)(140a和140a，; 140b和140b，; 140c和140c，)中的每個(gè)導(dǎo)線對(duì)將逆變器(120)的相輸入端(125a ；125b ；125c)電連接到電動(dòng)機(jī)(130);以及 所述多個(gè)電流傳感器(150)包括在每個(gè)導(dǎo)線對(duì)(140a和140a’ ；140b和140b’ ；140c和140c’ )中的至少一個(gè)導(dǎo)線(140)上的線電流傳感器(150)。
4.權(quán)利要求3的電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)(100)，其中，每個(gè)導(dǎo)線對(duì)(140a和140a’； 140b和140b’ ； 140c和140c’)中的每個(gè)導(dǎo)線(140)包括線電流傳感器(150)中的一個(gè)。
5.權(quán)利要求3—4的電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)(100)，其中，所述存儲(chǔ)器(195)還包括指令，其在被處理器(199)執(zhí)行時(shí): 將導(dǎo)線對(duì)(140a和140a’ )中的第一導(dǎo)線(140a)的電流輸出與導(dǎo)線對(duì)(140a和140a’ )中的第二導(dǎo)線(140a’ )的電流輸出相比較，以及 基于第一電流輸出與第二電流輸出的比較來(lái)檢測(cè)3相電力系統(tǒng)(110)中的電流不平衡。
6.權(quán)利要求1一5的電流不平衡檢測(cè)系統(tǒng)(100)，其中，所述存儲(chǔ)器(195)還包括指令，該指令在被處理器(199)執(zhí)行時(shí)，響應(yīng)于確定存在電流不平衡，識(shí)別對(duì)應(yīng)于電流不平衡的源的兩個(gè)電流傳感器(150)中的一個(gè)。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK104049127SQ201410094287
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】W.沃爾, E.甘尼夫, C.蔣 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司