專利名稱：用于反相器的接地故障檢測系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種接地故障檢測系統(tǒng)，并且具體地說涉及一種用于反相器的接地故障檢測系統(tǒng)和方法，其可以檢測在該反相器的輸出端和地之間的接地故障，并且鑒別其中已經發(fā)生該接地故障的相。
背景技術：
通常，反相器是一種用于變速馬達的驅動裝置，其可以通過從公用電源接收能量、轉換該能量為DC、轉換該DC為可變電壓可變頻率AC，和提供該AC給馬達來有效地控制馬達的速度和扭矩。該反相器通過精確地控制馬達的速度來降低能量消耗和改善質量。因此，反相器已經被廣泛地用于自動設施，諸如各種各樣的吹風機、泵、機床和光纖用具。
另一方面，使用該反相器的配電線路系統(tǒng)實施接地，以防止出現(xiàn)由于與高和低電壓的故障接觸造成的過電流損害。例如，為了防止過電流，在三相Y形接線中中點接地，在三相Δ連接中RST相的一個被用作接地。但是，如果該反相器的輸出線路由于打閃或者老化接觸地，大量的電流經由該反相器的整流二極管和開關元件流過地，這造成二次意外事故，諸如元件損害和火災。因此，用于處理在該反相器的輸出端和地之間產生的接地故障的保護系統(tǒng)需要使用反相器去形成控制系統(tǒng)。
圖1是舉例說明在驅動交流馬達中在已經發(fā)生接地故障的狀態(tài)中的等效電路的示范圖。
參考圖1，在用于從交流電源1接收每個和經由反相器驅動AC馬達5的現(xiàn)有系統(tǒng)中，當RST相的R相用作接地的時候，如果從反相器輸出的U相接觸地而導致接地故障，漏電流iG流過接地電阻器6。漏電流iG經由不同的路徑影響系統(tǒng)，諸如開關元件4、整流二極管2、用于平滑DC電壓的濾波電容器3和AC馬達5。
圖2是舉例說明用于檢測和克服接地故障的現(xiàn)有接地故障檢測系統(tǒng)的框圖。
如在圖2中舉例說明的，現(xiàn)有接地故障檢測系統(tǒng)包括(V/f PWM)反相器9，其用于轉換直流電為交流電并且輸出該交流電；電流檢測器10，其用于檢測流過反相器9的輸出端的U、V、W相的電流；主控制器7，用于基于由電流檢測器10檢測的電流來計算接地故障電流，和確定故障或者連續(xù)工作；以及可變電壓/可變頻率PWM控制器8，用于具體表現(xiàn)用于驅動反相器9的轉換模式。
現(xiàn)在將描述現(xiàn)有的接地故障檢測方法。
圖3是示出現(xiàn)有的接地故障檢測方法的順序步驟的流程圖。
如圖3所示，主控制器7設置接地故障電流電平，作為用于估算接地故障的基準值，并設置接地故障計數(shù)器值，作為用于判定接地故障的基準值(ST10)。
當反相器9開始輸出的時候，檢流器10檢測流過反相器9的輸出端的每個相的電流(ST11)。主控制器7將通過累加流過反相器9的輸出端的每個相的電流獲得的電流值與設置的接地故障電流電平相比較(ST13)。如果計算的接地故障電流大于設置的接地故障電流電平，主控制器7在計數(shù)器內增加計數(shù)器(ST14)。
最后，如果增加的計數(shù)器值大于預先設置的接地故障計數(shù)器值，主控制器7處理接地故障(ST15和ST16)。
圖4是舉例說明一般的接地故障檢測結果的信號波形圖。
如在圖4中描述的，信道1表示U相電流，且信道2表示接地故障電流。在這里，已經通過使交流電源的頻率與反相器的輸出頻率均衡和操作反相器進行了實驗。也就是說，雖然相電流由于外部接地故障和大量的接地故障電流流動被嚴重地扭曲，現(xiàn)有的接地故障檢測方法不能總是處理接地故障。
因此，在現(xiàn)有的接地故障檢測系統(tǒng)中，在供電之后產生接地故障并且該接地故障電流流過過電流脫扣器的情況下，該系統(tǒng)可以通過過電流保護電路來保護。但是，如果該接地故障電流沒有達到過電流電平，馬達被損壞。此外，當反相器的電源頻率類似于輸出頻率的時候，沒有檢測到接地故障。因此，在現(xiàn)有的接地故障檢測系統(tǒng)中，接地故障電流經由反相器的整流二極管和開關元件流過地，這造成二次意外事故，諸如元件損壞和火災，并且降低了產品的可靠性。當感應電動機的輸入電壓互相重疊時，產生扭矩不均衡，并且該交流馬達的預定速度的性能惡化。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于反相器的接地故障檢測系統(tǒng)和方法，其通過當在負載工作期間在輸出線路中發(fā)生接地故障或者反相器的電源頻率類似于輸出頻率的時候檢測接地故障，可以改善反相器的工作可靠性，并且防止二次的意外事故，諸如元件損害和火災。
為了實現(xiàn)這些和其他的優(yōu)點，以及按照本發(fā)明的目的，如在此處具體地和廣泛地描述的，提供了一種用于反相器的接地故障檢測系統(tǒng)，其包括用于檢測和輸出流過反相器的輸出端的每個相的電流的電流檢測器；和接地故障檢測器，用于基于通過該電流檢測器檢測的每個相的電流信息來估算接地故障電流，和鑒別其中通過引起相轉變已經發(fā)生接地故障的相。
按照本發(fā)明的另一個方面，一種用于反相器的接地故障檢測方法，包括基準值設置步驟，用于設置用于估算接地故障電流的基準值和用于判定接地故障的基準值；接地故障電流估算步驟，用于將通過累加流過反相器的輸出端的每個相的電流值獲得的電流值與用于估算接地故障電流的基準值比較，并且當計算的電流值大于基準值的時候，估算接地故障電流的產生；和接地故障相判定步驟，用于基于在每個相的0矢量部分的開始和結束點之間，或者在每個相的7矢量部分的開始和結束點之間的電流差值，判定其中已經發(fā)生接地故障的相。
從下面結合伴隨的附圖的詳細說明中，本發(fā)明的上述和其他的目的、特點、方式以及優(yōu)點將變得更加清晰可見。


該伴隨的附圖被包括以提供對本發(fā)明進一步的理解，并且被結合進和構成本說明書的一部分，其舉例說明本發(fā)明的實施例，并且與該說明書一起可以起解釋本發(fā)明原理的作用。
在附圖中圖1是舉例說明在驅動現(xiàn)有的AC馬達中在已經發(fā)生接地故障的狀態(tài)中的等效電路的示范圖；圖2是舉例說明用于檢測和克服接地故障的現(xiàn)有接地故障檢測系統(tǒng)的框圖；圖3是示出現(xiàn)有的接地故障檢測方法的順序步驟的流程圖；圖4是舉例說明一般的接地故障檢測結果的信號波形圖；圖5是舉例說明用于按照本發(fā)明的反相器的接地故障檢測系統(tǒng)的結構圖；且圖6是示出用于按照本發(fā)明的反相器的接地故障檢測方法的順序步驟的流程圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細地介紹本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在伴隨的附圖中舉例說明其例子。
圖5是舉例說明用于按照本發(fā)明的反相器的接地故障檢測系統(tǒng)的結構圖。
參考圖5，用于反相器的接地故障檢測系統(tǒng)包括轉換器31，用于轉換交流電為直流電并且輸出該直流電；起始充電電阻(R)33，用于防止在電源中流入起動功率；電磁接觸器32，用于在限制起動功率之后隔離起始充電電阻33與電路；濾波電容器34，用于平滑來自轉換器31的直流電；可變電壓/可變頻率PWM反相器35(在下文中，被稱為“反相器”)，其包括控制開關元件(例如，晶體管、MOSFET、IGBT、GTO等等)，其轉換直流電為交流電，并且輸出交流電；由反相器35操作的交流馬達37；電流檢測器36，用于檢測流過反相器35的輸出端的U、V和W相的電流iU、iV和iW；主控制器38，用于基于各種信息，諸如反相器35的直流電壓和相電流來輸出電壓命令值V*和頻率命令值f*；和可變電壓/可變頻率PWM控制器39，用于基于來自該主控制器38的電壓命令值V*和頻率命令值f*來產生PWM信號波形，并且施加轉換電壓給反相器35的每個相的開關元件。在這里，主控制器38包括接地故障檢測器40，其用于基于流過反相器35的輸出端的每個相的電流信息來估算接地故障電流，并且鑒別其中已經通過引起相轉變產生接地故障電流的相。
接地故障檢測器40包括用于存儲零矢量頻帶(ZVB)的存儲器41，該零矢量頻帶示出在每個相的0矢量和7矢量電壓應用中每個相的電流的大小差值；檢測頻率調節(jié)器42，用于調節(jié)電流檢測中斷頻率以接收更多電流信息；相轉變調節(jié)器43，用于使每個相的基準電壓值的相與電流基準值的相均衡；和接地故障相鑒別器44，用于計算在每個相的0矢量和7矢量電壓的應用中的電流差值，和按照電流差值和ZVB的大小來鑒別其中已經發(fā)生接地故障電流的相。
現(xiàn)在將參考圖6描述用于按照本發(fā)明的反相器的接地故障檢測系統(tǒng)的工作。
圖6是示出用于按照本發(fā)明的反相器的接地故障檢測方法的順序步驟的流程圖。
首先，主控制器38在存儲器41中設置接地故障電流電平和接地故障計數(shù)器值(ST20)，該接地故障電流電平是用于估算接地故障的基準值，且該接地故障計數(shù)器值是當接地故障估算工作發(fā)生預定的次數(shù)的時候用于判定接地故障的基準值。
電流檢測器36在通過反相器35的工作的負載工作中檢測流過反相器35的輸出端的每個相的電流iU、iV和iW(ST21)。
主控制器38將接地故障電流電平與由檢流器36檢測的每個相的電流值的總和相比較，并且當計算的接地故障電流大于接地故障電流電平的時候開始接地故障檢測(ST23)。也就是說，當反相器35的輸出端的每個相的電流的總和是零的時候，主控制器38判定反相器正常工作。但是，如果每個相的電流的總和具有預定值，主控制器38估算已經產生接地故障電流(或者漏電流)，并且執(zhí)行用于判定其中已經產生接地故障電流(或者漏電流)的相的工作。
也就是說，當確定接地故障檢測的時候，接地故障檢測器40設置ZVB(ST24)，其是在0矢量和7矢量電壓的應用中用于每個相的電流的大小差值的基準值，并且通過調整每個相的電流的檢測頻率來增加電流信息(ST25)。此外，相轉變調節(jié)器43使電壓基準值的相與電流基準值的相均衡(ST26)。
接地故障相鑒別器44比較在每個相的0矢量部分的開始和結束點和每個相的7矢量部分的開始和結束點之間的電流差值與ZVB，從而判定其中已經發(fā)生接地故障電流的相(ST27和ST28)。
更詳細地說，從反相器35輸出的電壓矢量可以被分成八個類型的電壓矢量V0至V7。也就是說，該電壓矢量可以被作為有效矢量V1至V6和具有“0”的線電壓的電壓矢量V0和V7顯示。在這里，如果檢測到在每個相的0矢量部分的開始和結束點或者每個相的7矢量部分的開始和結束點中具有用于電流值的斜率的相，該相被認為是接地故障電流流經的相。因此，認識到接地故障電流在反相器35的輸出相之中流過具有增加的斜率的相。
當判定接地故障電流流經的相的時候，主控制器38增加計數(shù)器(ST29)。增加的計數(shù)器值可與設置在主控制器38中的接地故障計數(shù)器值相比較(ST30)。如果計數(shù)器值(即，接地故障檢測工作)高于預定的數(shù)量，判定接地故障的產生，并且停止交流馬達37的驅動(ST31)。
按照本發(fā)明，用于反相器的接地故障檢測方法估算接地故障電流，判定其中已經產生接地故障的相，并且比較計數(shù)器值與預先設置的接地故障計數(shù)器值，從而確認接地故障的產生。
如以前論述的，用于反相器的接地故障檢測系統(tǒng)和方法通過使輸出電壓的相與電流的相均衡，判斷在反相器的輸出端的相之中接地故障電流流動的相，并且檢測接地故障。因此，即使在負載工作期間在輸出線路中出現(xiàn)接地故障，或者反相器的電源頻率類似于輸出頻率，用于反相器的接地故障檢測系統(tǒng)和方法可以檢測接地故障，以改善反相器的工作可靠性。此外，用于反相器的接地故障檢測系統(tǒng)和方法可以防止由于不檢測接地故障而出現(xiàn)的二次的意外事故，諸如元件損壞和火災。
由于本發(fā)明可以不脫離其精神或者基本的特性以若干形式實施，除非另作說明的，應該理解以上所述的實施例不受先前描述的任何細節(jié)的限制，而是應該廣泛地解釋為在所附的權利要求限定的其精神和范圍內，因此，落在權利要求的范圍內，或者這樣的范圍的等價的所有的變化和修改因此意欲被所附的權利要求所包含。
權利要求
1.一種用于反相器的接地故障檢測方法，包括基準值設置步驟，用于設置用于估算接地故障電流的基準值和用于判定接地故障的基準值；接地故障電流估算步驟，用于將通過累加流過反相器的輸出端的每個相的電流值獲得的電流值與用于估算接地故障電流的基準值比較，并且當計算的電流值大于基準值的時候，估算接地故障電流的產生；和接地故障相判定步驟，用于基于在每個相的0矢量部分的開始和結束點之間，或者在每個相的7矢量部分的開始和結束點之間的電流差值，判定其中已經發(fā)生接地故障的相。
2.如權利要求1所述的方法，其中，該接地故障電流估算步驟當反相器的輸出端的每個相的電流的總和是零的時候判斷反相器正常工作，并且當每個相的電流的總和是預定值的時候，估算流過反相器的接地故障電流。
3.如權利要求1所述的方法，進一步包括步驟設置零矢量頻帶，其是在電壓矢量、0矢量和7矢量的應用中用于每個相的電流的大小差值的基準值；通過調整每個相的電流的檢測頻率來增加電流信息；和使電壓基準值的相與電流基準值的相均衡。
4.如權利要求3所述的方法，其中，該接地故障相判定步驟通過比較在每個相的0矢量部分的開始和結束點和每個相的7矢量部分的開始和結束點之間的電流差值與零矢量頻帶，判定其中已經發(fā)生接地故障的相。
5.如權利要求1所述的方法，其中，該接地故障相判定步驟判定具有增加的斜率的相為其中已經發(fā)生接地故障的相，該增加的斜率是在每個相的0矢量部分的開始和結束點，或者每個相的7矢量部分的開始和結束點電流值的增加的斜率。
6.如權利要求1所述的方法，其中，該基準值設置步驟在存儲器中存儲接地故障電流電平和接地故障計數(shù)器值，該接地故障電流電平是用于估算接地故障電流的基準值，該接地故障計數(shù)器值是當接地故障估算工作發(fā)生預定的次數(shù)的時候，用于判定接地故障的基準值。
7.如權利要求6所述的方法，進一步包括步驟通過判定其中已經產生接地故障電流的相使計數(shù)器增加；將增加的計數(shù)器值與接地故障計數(shù)器值比較；和當計數(shù)器值高于預定的數(shù)量的時候，判定已經發(fā)生接地故障。
8.一種用于反相器的接地故障檢測方法，包括步驟當通過累加流過反相器的每個相獲得的電流值大于接地故障電流電平的時候，確定接地故障檢測；按照確定的接地故障檢測，設置零矢量頻帶，其是在電壓矢量、0矢量和7矢量的應用中每個相的電流的大小差值的基準值；通過調整每個相的電流的檢測頻率來增加電流信息；使基準電壓值的相與電流的相均衡；通過比較在每個相的0矢量和7矢量的應用中的電流差值與零矢量頻帶的大小，判定其中已經發(fā)生接地故障的相；和當接地故障檢測被執(zhí)行預定的數(shù)量的時候，判定接地故障。
9.如權利要求8所述的方法，其中，該接地故障相判定步驟通過比較在每個相的0矢量部分的開始和結束點和每個相的7矢量部分的開始和結束點之間的電流差值與零矢量頻帶，判定其中已經發(fā)生接地故障的相。
10.如權利要求8所述的方法，其中，該接地故障相判定步驟判定具有增加的斜率的相為其中已經發(fā)生接地故障的相，該增加的斜率是在每個相的0矢量部分的開始和結束點，或者每個相的7矢量部分的開始和結束點的電流值的增加的斜率。
11.一種用于反相器的接地故障檢測系統(tǒng)，包括電流檢測器，用于檢測和輸出流過反相器的輸出端的每個相的電流；和接地故障檢測器，用于基于通過電流檢測器檢測的每個相的電流信息來估算接地故障電流，和鑒別其中通過引起相轉變已經發(fā)生接地故障的相。
12.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，該接地故障檢測器包括存儲器，其用于存儲零矢量頻帶，該零矢量頻帶是在0矢量和7矢量電壓的應用中每個相的電流的大小差值的基準值；相轉變調節(jié)器，用于使每個相的電壓基準值的相與電流基準值的相均衡；和接地故障相鑒別器，用于計算在每個相的0矢量和7矢量電壓的應用中的電流差值，和按照電流差值和零矢量頻帶的大小來鑒別其中已經發(fā)生接地故障的相。
13.如權利要求12所述的系統(tǒng)，其中，該接地故障相鑒別器通過比較在每個相的0矢量部分的開始和結束點和每個相的7矢量部分的開始和結束點之間的電流差值與零矢量頻帶，判定其中已經發(fā)生接地故障的相。
14.如權利要求12所述的系統(tǒng)，其中，該接地故障檢測器進一步包括檢測頻率調節(jié)器，其用于調節(jié)電流檢測中斷頻率以接收電流信息。
15.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，該存儲器進一步包括接地故障電流電平和接地故障計數(shù)器值，該接地故障電流電平是用于估算接地故障的基準值，該接地故障計數(shù)器值是當接地故障估算工作發(fā)生預定的次數(shù)的時候，用于判定接地故障的基準值。
16.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，通過累加由電流檢測器檢測的每個相的電流值獲得的電流值可與接地故障電流電平相比較，并且當計算的電流值大于接地故障電流電平的時候，計算的電流值被估算為接地故障電流。
17.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，該接地故障檢測器判定具有一斜率的相為其中已經發(fā)生接地故障的相，該斜率是在每個相的0矢量部分的開始和結束點，或者每個相的7矢量部分的開始和結束點的電流值的斜率。
18.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，該接地故障檢測器判定具有增加的斜率的相為其中已經發(fā)生接地故障的相，該增加的斜率是在每個相的0矢量部分的開始和結束點，或者每個相的7矢量部分的開始和結束點的電流值的增加的斜率。
19.如權利要求11所述的系統(tǒng)，進一步包括轉換器，用于轉換交流電為直流并且輸出直流；起始充電電阻，用于防止在電源中流入起動功率；電磁接觸器，用于在限制起動功率之后隔離起始充電電阻與電路；濾波電容器，用于平滑來自該轉換器的直流；和反相器，其包括控制開關元件，轉換直流電為交流電，并且輸出交流電。
20.如權利要求19所述的系統(tǒng)，其中，該控制開關元件是晶體管、MOSFET、IGBT和GTO的任何一個。
全文摘要
一種用于反相器的接地故障檢測系統(tǒng)和方法。該方法包括用于設置用于估算接地故障電流的基準值和用于判定接地故障的基準值的步驟；用于將通過累加流過反相器的輸出端的每個相的電流值獲得的電流值與用于估算接地故障電流的基準值比較的步驟，并且當計算的電流值大于基準值的時候，估算接地故障電流的產生；和用于基于在每個相的0矢量部分的開始和結束點之間，或者在每個相的7矢量部分的開始和結束點之間的電流差值，判定其中已經發(fā)生接地故障的相的判定步驟。因此，即使在該負載工作期間在輸出線路中出現(xiàn)接地故障，或者反相器的電源頻率類似于輸出頻率，用于反相器的接地故障檢測系統(tǒng)和方法可以檢測接地故障，以改善反相器的工作可靠性。
文檔編號H02H3/16GK1617434SQ200410092949
公開日2005年5月18日 申請日期2004年11月11日 優(yōu)先權日2003年11月11日
發(fā)明者李正杓 申請人:Lg產電株式會社