用于可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器中接地故障檢測(cè)和保護(hù)的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】用于檢測(cè)AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中接地故障的系統(tǒng)和方法被公開。用于AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的故障檢測(cè)和保護(hù)的系統(tǒng)包括用于測(cè)量第一和第二相輸出電流的電流傳感器，用于測(cè)量DC鏈路電壓的電壓傳感器，以及用于確定跨用于輸出中的第三相的PWM逆變器開關(guān)的電壓和關(guān)聯(lián)電流的去飽和控制電路。控制器將第一和第二相電流、所測(cè)量的DC鏈路電壓、以及跨第三相上的PWM逆變器開關(guān)的電壓與多個(gè)閥值相比較。該控制器基于第一和第二相電流、DC鏈路電壓、以及跨開關(guān)的電壓與閥值的比較，檢測(cè)至AC電動(dòng)機(jī)的三相輸出中的第一、第二和第三相之一上的接地故障。
【專利說明】用于可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器中接地故障檢測(cè)和保護(hù)的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器(ASD)，更特別是，涉及用于檢測(cè)ASD中的接地故障，并且在檢測(cè)時(shí)保護(hù)該ASD不受這類接地故障損壞的系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器(ASD)被廣泛地用于電動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域，以提高能量效率。這樣的ASD通常被連接到三相AC電源，其中，該ASD包括用于將從三相AC電源提供的三相AC電力轉(zhuǎn)換為DC電力的AC/DC轉(zhuǎn)換器，并且還包括用于將從AC/DC轉(zhuǎn)換器輸出的DC電力轉(zhuǎn)換為用于給電動(dòng)機(jī)供電的三相AC電力的DC/AC轉(zhuǎn)換器。
[0003]在通過ASD給電動(dòng)機(jī)提供電力的過程中，必須能夠檢測(cè)到可能發(fā)生的電流故障，并且在當(dāng)這類故障被檢測(cè)到時(shí)給ASD提供保護(hù)。這類電流故障的常見原因是在運(yùn)行過程中發(fā)生電動(dòng)機(jī)繞組絕緣失效。這種繞組絕緣失效可能會(huì)導(dǎo)致繞組與電動(dòng)機(jī)接地外殼短路，從而引起接地故障。當(dāng)這種故障發(fā)生時(shí)，在ASD輸出相上的短路相電流將急劇上升，并且如果在適當(dāng)?shù)奈恢蒙蠜]有故障檢測(cè)和保護(hù)，該ASD設(shè)備可能被損壞。因此，可以明白，在檢測(cè)這類故障時(shí)，用于ASD的電流故障檢測(cè)和保護(hù)方案實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中是非常重要的考慮。
[0004]用于檢測(cè)電流故障的常見解決方案是通過使用電流傳感器來測(cè)量電動(dòng)機(jī)側(cè)上的所有三相電流。為了這個(gè)目的，過電流保護(hù)電路通常包括用于監(jiān)測(cè)所有三相電動(dòng)機(jī)電流的裝置(即，三個(gè)電流傳感器)，以及用于在電流紊亂被識(shí)別出來時(shí)關(guān)斷逆變器IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)的裝置。當(dāng)線路電流之一超過預(yù)定閥值時(shí)，該電路認(rèn)識(shí)到短路的可能性，并關(guān)斷到所有三個(gè)電動(dòng)機(jī)相的逆變器，從而有效地停止電動(dòng)機(jī)，直到紊亂的原因被識(shí)別出來。這種解決方案在接地故障檢測(cè)和保護(hù)中是非常有效的，然而，所有三個(gè)電流傳感器以及支持電路的成本可能很昂貴。
[0005]因?yàn)橥ㄟ^使用三個(gè)電流傳感器測(cè)量所有三相電流進(jìn)行的電流故障檢測(cè)可能很昂貴，因此，以前也已經(jīng)使用僅兩個(gè)電流傳感器來實(shí)現(xiàn)電流故障檢測(cè)。在這樣的系統(tǒng)中，通過假設(shè)三相電流之和為零，三個(gè)相電流中剩余的一個(gè)可以通過計(jì)算來獲得。不幸的是，在僅兩個(gè)線路電流被測(cè)量并且第三個(gè)電流被推導(dǎo)的情況下，此推導(dǎo)出的電流可能不反映第三線路上對(duì)地的故障。這是因?yàn)榈谌€路上對(duì)地的連接可能不對(duì)第一和第二線路上的電流有顯著的影響。如果在第三線路上發(fā)生短路，并且由于第三線路電流是通過所感測(cè)的第一和第二電流推導(dǎo)出來的而導(dǎo)致該短路沒有被檢測(cè)到，則過電流電路不能正確地工作來關(guān)斷到三相的電流，且電動(dòng)機(jī)損壞可能發(fā)生。
[0006]因此期望提供一種電流感測(cè)和保護(hù)的裝置和方法，其中，三相電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的所有電流都能夠使用少于三個(gè)的電流傳感器來推導(dǎo)，并且也能夠通過感測(cè)的電流和特定的電壓(例如DC鏈路(link)電壓和逆變器IGBT飽和電壓)來提供完全的過電流保護(hù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于檢測(cè)ASD中的接地故障，并且在檢測(cè)的時(shí)候保護(hù)該ASD不受這類接地故障損壞的系統(tǒng)和方法。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，具有可連接到AC電源的輸入和可連接到AC電動(dòng)機(jī)的輸入端子的三相輸出的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器被提供，并且該AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括脈沖寬度調(diào)制(PWM)逆變器，該逆變器中具有多個(gè)開關(guān)，以控制AC電動(dòng)機(jī)中的電流流動(dòng)和端電壓。該AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器還包括連接到PWM轉(zhuǎn)換器的故障檢測(cè)和保護(hù)系統(tǒng)，并且該故障檢測(cè)和保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于測(cè)量AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出中的第一相和第二相上的電流的電流傳感器對(duì)，用于測(cè)量AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的DC鏈路上的DC鏈路電壓的電壓傳感器，被配置為確定跨PWM逆變器中的與三相輸出中的第三相對(duì)應(yīng)的開關(guān)的電壓和關(guān)聯(lián)電流的去飽和控制電路，以及控制器，該控制器被配置為將在三相輸出中的第一相和第二相上測(cè)量的電流與第一閥值相比較，將所測(cè)量的DC鏈路電壓與第二閥值相比較，將跨PWM逆變器的第三相上的開關(guān)的電壓與第三閥值相比較，并且基于第一和第二相電流、DC鏈路電壓、以及跨第三相上的開關(guān)的電壓與第一、第二和第三閥值的比較，檢測(cè)至AC電動(dòng)機(jī)的三相輸出中的第一、第二和第三相之一上的接地故障。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種用于檢測(cè)AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中接地故障的方法包括，提供串聯(lián)在AC電源和AC電動(dòng)機(jī)之間的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，該AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括具有多個(gè)開關(guān)并被配置為調(diào)節(jié)至AC電動(dòng)機(jī)的三相輸出的脈沖寬度調(diào)制(PWM)逆變器。該方法還包括通過在第一相和第二相上包括的電流傳感器，測(cè)量至少在三相輸出中的第一相和第二相中每一相上的電流，測(cè)量AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的DC鏈路上的電壓，以及通過去飽和控制電路測(cè)量跨PWM逆變器中的與三相輸出中的第三相對(duì)應(yīng)的開關(guān)的電壓，并且還基于所測(cè)量的電壓確定跨PWM逆變器中的與第三相對(duì)應(yīng)的開關(guān)的電流。該方法進(jìn)一步包括將在三相輸出中的第一相和第二相上所測(cè)量的電流與第一閥值相比較，將所測(cè)量的DC鏈路電壓與第二閥值相比較，將跨PWM逆變器中的第三相上的開關(guān)的電壓與第三閥值相比較，并且基于第一和第二相電流、DC鏈路電壓、以及跨第三相上的開關(guān)的電壓與第一、第二和第三閥值的比較，判定至AC電動(dòng)機(jī)的三相輸出中的第一、第二和第三相之一上的接地故障的存在。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，一種用于檢測(cè)AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中接地故障的系統(tǒng)包括，用于測(cè)量AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的三相輸出中的第一相和第二相上的電流的電流傳感器對(duì)，用于測(cè)量AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中DC鏈路上的DC鏈路電壓的電壓傳感器，以及被配置為確定跨AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中逆變器的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的電壓和關(guān)聯(lián)電流的去飽和控制電路，該去飽和控制電路確定至少在三相輸出中的第三相上的電壓和關(guān)聯(lián)電流。該系統(tǒng)還包括控制器，該控制器被配置為將在三相輸出中的第一相和第二相上所測(cè)量的電流與第一閥值相比較，將所測(cè)量的DC鏈路電壓與第二閥值相比較，將跨逆變器中的與第三相對(duì)應(yīng)的IGBT的電壓與第三閥值相比較，以及如果第一和第二相電流之一高于第一閥值并且DC鏈路電壓高于第二閥值，或者如果第一和第二相電流低于第一閥值，DC鏈路電壓高于第二閥值，并且跨逆變器中的與第三相對(duì)應(yīng)的IGBT的電壓高于第三閥值，則宣布三相輸出中的第一、第二和第三相之一上的接地故障。
[0011]根據(jù)以下的詳細(xì)描述和附圖，將使本發(fā)明的各種其它的特征和優(yōu)點(diǎn)顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]【專利附圖】

【附圖說明】了當(dāng)前所考慮的用于執(zhí)行本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0013]在附圖中:
[0014]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器(ASD)的示意圖。
[0015]圖2和3是說明改變ASD中故障電流流動(dòng)路徑的示例的權(quán)利要求1的ASD的示意圖。
[0016]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用在圖1的ASD中的去飽和控制電路的示意圖。
[0017]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，說明當(dāng)由ASD驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)機(jī)停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，用于圖1的ASD中接地故障檢測(cè)的技術(shù)的流程圖。
[0018]圖6是說明當(dāng)處于電動(dòng)機(jī)停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)于圖1的ASD中的一相上接地故障的電流和電壓值的曲線圖。
[0019]圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，說明當(dāng)由ASD驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行時(shí)，用于圖1的ASD中接地故障檢測(cè)的技術(shù)的流程圖。
[0020]圖8是說明用于將ASD的三相輸出電壓處理為兩相輸出的技術(shù)的不意圖。
[0021]圖9是說明當(dāng)電動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行時(shí)，對(duì)應(yīng)于圖1的ASD中的一相上接地故障的電流和電壓值的曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]這里所描述的本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于檢測(cè)可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器(ASD)中接地故障，以及用于在檢測(cè)時(shí)保護(hù)該ASD不受這類接地故障損壞的系統(tǒng)和方法。
[0023]本發(fā)明的實(shí)施例是針對(duì)于包含多種結(jié)構(gòu)和控制方案的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器?？梢员恢踩氡景l(fā)明實(shí)施例的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器10的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器10可以被配置為，例如，可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器(ASD)，其被設(shè)計(jì)成接收三路AC電力輸入，整流該AC輸入，并且執(zhí)行DC/AC轉(zhuǎn)換，以將整流部分轉(zhuǎn)換為被提供給負(fù)載的具有可變頻率和振幅的三相交流電壓。在優(yōu)選的實(shí)施例中，該ASD 10根據(jù)典型的伏特每赫茲特性來工作。在這方面，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器在穩(wěn)定狀態(tài)中提供了 ±1%的電壓調(diào)節(jié)，并具有小于3%的總諧波失真，輸出頻率上的±0.1Hz,以及在整個(gè)負(fù)載范圍的快速動(dòng)態(tài)階躍負(fù)載響應(yīng)。
[0024]在示例性的實(shí)施例中，三相AC輸入12a - 12c被饋送給三相整流橋14。在所有三相中輸入線阻抗是相等的。整流橋14將AC電力輸入轉(zhuǎn)換為DC電力，使得DC鏈路電壓存在于整流橋14和開關(guān)陣列16之間。該鏈路電壓由DC鏈路電容器組18來平滑化。該開關(guān)陣列16由共同構(gòu)成PWM逆變器24的一系列絕緣柵雙極型晶體管開關(guān)20 (IGBT)和反并聯(lián)二極管22組成。該P(yáng)WM逆變器24以固定的頻率和振幅合成AC電壓波形，用于傳送給負(fù)載，例如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)26。
[0025]逆變器24的操作是通過控制系統(tǒng)28來進(jìn)行的，控制系統(tǒng)28進(jìn)一步可以由多個(gè)PID控制器組成，每個(gè)PID控制器具有執(zhí)行高速操作(例如，諸如空間矢量調(diào)制、DC鏈路電壓去耦、以及保護(hù)之類)的系統(tǒng)層和可編程應(yīng)用層。該控制系統(tǒng)28通過柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及(例如通過電壓傳感器30)感測(cè)DC鏈路電壓和極電流接入到PWM逆變器24，從而感測(cè)DC鏈路電壓中的變化。這些電壓的變化可以被解釋為瞬態(tài)負(fù)載情況，并且被用于控制PWM逆變器24的開關(guān)陣列16的切換，使得鄰近的穩(wěn)態(tài)負(fù)載條件被保持。另外，控制系統(tǒng)28用于識(shí)別ASD 10中的與接地電流有關(guān)的故障，并且保護(hù)ASD不受這些故障影響，包括保護(hù)IGBT開關(guān)20。在執(zhí)行這樣的故障檢測(cè)和保護(hù)的過程中，在輸出IGBT柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的同時(shí)，控制系統(tǒng)接收DC鏈路電壓、所測(cè)量的IGBT飽和電壓、以及兩相輸出電流作為輸入，并且響應(yīng)于所述輸入的故障識(shí)別和保護(hù)信號(hào)，將在下面做更詳細(xì)的說明。
[0026]如圖1進(jìn)一步示出，AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器10還包括被設(shè)置在DC鏈路34的正和負(fù)電軌(rail)上的DC鏈路扼流圈L1、L2 (在圖1中被表示為32)。該DC鏈路扼流圈32在AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器10和電動(dòng)機(jī)26的運(yùn)行期間在該DC鏈路上提供能量存儲(chǔ)和濾波。
[0027]現(xiàn)在參照?qǐng)D2和3，AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器10被顯示在接地故障被引入電動(dòng)機(jī)負(fù)載側(cè)上的相C(在圖2和3中被表示為36，以及相B和相A被分別表示為38、40)時(shí)的操作期間。首先參照?qǐng)D2，故障電流流動(dòng)路徑42被顯示在相C上的上開關(guān)晶體管44被接通的時(shí)候。隨著上開關(guān)晶體管44被接通，發(fā)生故障的相C變?yōu)樯龎弘娐贰＿@樣故障電流通過正DC鏈路上的DC扼流圈LI提供能量存儲(chǔ)。如圖3所示，當(dāng)相C上的上開關(guān)晶體管44被關(guān)斷，并且相C上的下開關(guān)晶體管46被接通時(shí)，電流流動(dòng)路徑42發(fā)生改變。也就是說，電流流動(dòng)路徑42繼續(xù)在相同的方向上流動(dòng)，但是現(xiàn)在改變路徑以對(duì)DC鏈路電容器組18的DC鏈路電容器進(jìn)行充電。這個(gè)循環(huán)，即故障電流流動(dòng)路徑42交替進(jìn)行通過DC扼流圈LI提供能量存儲(chǔ)以及對(duì)DC鏈路電容器組18的DC鏈路電容器充電，被重復(fù)，因?yàn)樵谀孀兤?4的脈沖寬度調(diào)制模式中上、下晶體管44、46被接通和關(guān)斷。
[0028]如果發(fā)生故障的相恰好是其它相的任意之一，也就是，相B或相A，其中與其對(duì)應(yīng)的開關(guān)被接通和關(guān)斷，則關(guān)于故障電流流動(dòng)路徑的特性是類似的。為清楚起見，影響DC鏈路電壓的成對(duì)開關(guān)是用于相C接地故障的開關(guān)44、46，用于相B接地故障的開關(guān)48、50，以及用于相A接地故障的開關(guān)52、54。
[0029]如圖2和3所示，在輸出IGBT柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的同時(shí)，控制系統(tǒng)28接收DC鏈路電壓、所測(cè)量的IGBT飽和電壓、以及兩相輸出電流作為輸入，并且響應(yīng)于所述輸入的故障識(shí)別和保護(hù)信號(hào)，將在下面做更詳細(xì)的說明?？刂葡到y(tǒng)28被配置為識(shí)別ASD 10中的與接地電流有關(guān)的故障，并且保護(hù)該ASD不受這些故障影響，包括保護(hù)IGBT開關(guān)20。對(duì)于相A、B或C上的接地故障的識(shí)別，可認(rèn)識(shí)到的是在輸出電動(dòng)機(jī)負(fù)載側(cè)上通常有三個(gè)電流傳感器來實(shí)現(xiàn)這種接地故障檢測(cè)。然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所提供的用于ASD系統(tǒng)中的接地故障檢測(cè)的技術(shù)僅僅利用兩個(gè)電流傳感器，例如圖2和3中的分別在相A和相B 40,38上的電流傳感器56、58。在對(duì)在ASD系統(tǒng)中僅僅利用兩個(gè)電流傳感器來進(jìn)行接地故障檢測(cè)的技術(shù)的使用中，已安裝在ASD中的每個(gè)相電力結(jié)構(gòu)上的用于檢測(cè)過電流情況(例如在諸如短路之類的情況下)的去飽和控制電路被采用，并且已測(cè)量的DC鏈路電壓也被使用，該DC鏈路電壓通過電壓傳感器來測(cè)量，例如圖1中所示的電壓傳感器30之類。
[0030]去飽和控制電路60的示意圖被提供在圖4中，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該去飽和控制電路包括控制逆變器(例如，逆變器24)中開關(guān)的選通的柵極驅(qū)動(dòng)器62。該去飽和控制電路60還包括自身具有控制算法的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 64，該數(shù)字信號(hào)處理器既發(fā)送信號(hào)給柵極驅(qū)動(dòng)器62，也從柵極驅(qū)動(dòng)器62接收信號(hào)。去飽和控制電路60用作保護(hù)機(jī)構(gòu)的操作原理是基于這樣的事實(shí):跨功率電子開關(guān)(例如IGBT開關(guān)20)的電壓是流過該開關(guān)的電流的函數(shù)。如果該開關(guān)電流超過其最大允許值，則跨該開關(guān)的電壓將越過與其最大允許電流對(duì)應(yīng)的閥值電壓。此處，開關(guān)狀態(tài)應(yīng)該被考慮-在“關(guān)”狀態(tài)中(例如，柵極信號(hào)為0)，跨該開關(guān)的電壓等于DC鏈路電壓，即使通過該開關(guān)的電流為零。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，去飽和電路60可以僅被安裝在短路相上的上、下晶體管上(例如，圖2和3中的晶體管/IGBT44、46)，或者被安裝在所有三相上的上、下晶體管上。
[0031]現(xiàn)在參照?qǐng)D5，并且繼續(xù)參照?qǐng)D2和3，顯示了通過在僅僅兩相上使用電流傳感器來檢測(cè)ASD中接地故障的技術(shù)70的示例性的實(shí)施例，這是在這樣的場(chǎng)景中，其中，與ASD 10相關(guān)聯(lián)的電動(dòng)機(jī)26是處于電機(jī)停止?fàn)顟B(tài)。該技術(shù)70可以利用與ASD相關(guān)聯(lián)的控制器來實(shí)現(xiàn)，例如與ASD 10相連接的控制器28。相A和相B上的電流傳感器56、58的組合，與去飽和控制電路60 —起(圖4)，允許實(shí)現(xiàn)在ASD 10的輸出中的所有三相上檢測(cè)接地故障的技術(shù)70，即使在輸出到電動(dòng)機(jī)的相C上沒有電流傳感器。
[0032]如圖5所示，技術(shù)70隨著處于停止?fàn)顟B(tài)的電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)在步驟72處開始。然后通過控制逆變器中的開關(guān)的選通，脈沖寬度調(diào)制(PWM)在步驟74處開始，其中此PWM要么是三相同步PWM，要么是順序PWM，在順序PWM中，三相被順序開啟。當(dāng)PWM開始時(shí)，在步驟76處技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行，其中做出判定，即關(guān)于是否相A或相B上所測(cè)量的電流，ian或ibn，超過了預(yù)先確定的電流閥值(閥值_1)，這與是否ASD 10的DC鏈路34上的電壓，Vd。，超過了預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_2)的判定一起。值得注意的是，電壓Vd。被與相C相對(duì)應(yīng)的開關(guān)44、46影響，在相C上，沒有輸出電流傳感器被使用。如果在步驟76處確定，相電流ian或ibn超出了預(yù)先確定的電流閥值(閥值_1)，并且DC鏈路電壓Vd。超出了預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_2)，在78處已被指出，那么在步驟80和82處技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行，其中，宣布接地故障存在于ASD 10中并且關(guān)斷ASD 10中的IGBT (也就是，IGBT 44-54)，以保護(hù)ASD免遭損壞。這樣，如果接地故障存在于ASD 10中的相A或相B中，則在步驟76處所做的確定78將為這樣的接地故障的檢測(cè)做好了準(zhǔn)備。
[0033]相反地，如果在步驟76處確定，電流im或ibn沒有超出預(yù)先確定的電流閥值，和/或電壓Vde沒有超出預(yù)先確定的電壓閥值，在84處已被指出，那么在步驟86處技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行，其中為了確定接地故障的存在，另一種電壓和電流分析被執(zhí)行。也就是說，在步驟86處，做出判定，即關(guān)于電流im和ibn是否低于預(yù)先確定的電流閥值(閥值_1)。更進(jìn)一步的判定在步驟86處被做出，即關(guān)于是否電壓Vd。超出了預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_2)，以及是否所測(cè)量的相C上的IGBT飽和電壓(也就是，圖2和3中的跨開關(guān)44、46的電壓)，V。desat (正如通過去飽和控制電路所確定的那樣(圖4))，高于預(yù)先確定的閥值(閥值_3)。關(guān)于所測(cè)量的IGBT飽和電壓，Vcjesat，可以認(rèn)識(shí)到的是，如果所測(cè)量的跨IGBT (例如44、46)的電壓，超過了預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_3)，那么流過IGBT 44、46的電流也將超過相應(yīng)的電流閥值。
[0034]如果在步驟86處確定，電流im和ibn低于預(yù)先確定的電流閥值(閥值_1)，DC鏈路電壓Vd。超過了預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_2)，以及電壓Vcjesat高于預(yù)先確定的閥值(閥值_3)，正如在88處所指出的那樣，那么在步驟80和82處技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行，其中宣布接地故障存在于ASD 10中并且關(guān)斷ASD 10中的IGBT，以保護(hù)ASD免遭損壞。這樣，如果接地故障存在于ASD 10中的相C中，則在步驟88處所做的確定將為這樣的接地故障的檢測(cè)做好了準(zhǔn)備。圖6通過在電動(dòng)機(jī)停止?fàn)顟B(tài)下的相C上的接地故障情況下的電動(dòng)機(jī)電流和DC鏈路電壓的圖示，說明了相C上的這樣的接地故障的確定。圖6中上面的窗口 90是對(duì)三相電動(dòng)機(jī)電流的說明，而下面的窗口 92是對(duì)DC鏈路電壓的說明。如圖6所示，相C電流94急劇增加，而相A和B的電流96、98也增加，但是不可能一樣快地達(dá)到它們的斷路電平(即，閾值_1)。與此同時(shí)，DC鏈路電壓100也增加。在技術(shù)70的執(zhí)行(圖5)，以及在步驟86處所做判定的過程中，控制器28中的邏輯以系統(tǒng)將斷路(trip)的方式來配置，通過相C過電壓檢測(cè)(Vcjesat)來觸發(fā)，然后定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，從而捕獲是否也存在DC鏈路過電壓(也就是，Vd。〉閥值_2)。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)，Vc^jPVd。，達(dá)到各自的閥值時(shí)，接地故障情況被確認(rèn)。
[0035]再次參照?qǐng)D5，如果在步驟86處確定，或者電壓Vd。不超過預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_2)，或者所測(cè)量的IGBT飽和電壓Vcjesat不高于預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_3)，正如在102處所指示的那樣，則在步驟104處技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行，其中宣布沒有接地故障存在于ASD 10中。技術(shù)70隨后將被結(jié)束，并且電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)，這將在下面參照?qǐng)D7被詳細(xì)討論。
[0036]這樣，技術(shù)70通過利用僅僅兩相上的電流傳感器，在電動(dòng)機(jī)停止?fàn)顟B(tài)下，為ASD中的接地故障的檢測(cè)做好了準(zhǔn)備。來自兩個(gè)電流傳感器的反饋，結(jié)合來自去飽和控制電路的電壓(以及相應(yīng)的電流)反饋，并且結(jié)合DC鏈路電壓信息來分析，為ASD的輸出中的所有三相上的接地故障的檢測(cè)做好了準(zhǔn)備，即使在到電動(dòng)機(jī)的輸出中的一相上沒有電流傳感器。
[0037]現(xiàn)在參照?qǐng)D7，并且繼續(xù)參照?qǐng)D2和3，顯示了技術(shù)110的示例性的實(shí)施例，該技術(shù)通過使用僅僅兩相上的電流傳感器，檢測(cè)ASD中的接地故障，這是在與ASD相關(guān)聯(lián)的電動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行的情況下。在執(zhí)行技術(shù)110的過程中，可以設(shè)想，在某一相(例如相C)上突然發(fā)生接地故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)正在正常的操作條件下驅(qū)動(dòng)負(fù)載，例如，正如對(duì)技術(shù)110所做的描述。與用于在電動(dòng)機(jī)停止?fàn)顟B(tài)下檢測(cè)接地故障的技術(shù)70 (圖5)相類似，用于在電動(dòng)機(jī)操作過程中檢測(cè)接地故障的技術(shù)110可以通過與ASD相關(guān)的控制器來實(shí)現(xiàn)，例如連接到ASD 10的控制器28。相A和相B上的電流傳感器56、58的組合，與去飽和控制電路60 (圖4)和DC鏈路電壓分布一起，允許實(shí)現(xiàn)用于檢測(cè)ASD 10的輸出中的所有三相上的接地故障的技術(shù)110，即使在輸出到電動(dòng)機(jī)的相C上沒有電流傳感器。
[0038]如圖7所示，技術(shù)110在步驟112處開始，此時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在“正常”條件下(也就是，沒有接地電流故障存在)。然后，該技術(shù)在步驟114處繼續(xù)進(jìn)行，其中作出判定，關(guān)于相A或者相B上所測(cè)量的電流，ian或ibn，是否超過預(yù)先確定的電流閥值(閥值_1)，并且在ASD的DC鏈路上的電壓Vde是否超過預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_2)。也是在步驟114處，作出判定，關(guān)于用于逆變器PWM指令的d-q電壓分量的電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓，VMf d，是否下降到(也就是，低于)預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_4)。該電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓Vref d是基于PWM參考電壓a、VMf b、VMf。的處理來確定，如圖8所示，其中，PWM參考電壓值首先被變換為兩相交流值，然后被變換為兩相d-q DC值。如圖8所示，alpha-beta變換(α β變換)116被應(yīng)用于產(chǎn)生α β參考系內(nèi)的參考電壓，VMf—α、VMf—e。該α β參考電壓118,以及α β參考電壓120的反正切,然后被插入d-q變換122以產(chǎn)生d_q參考系內(nèi)的參考電壓，Vref d> Vref q0這樣，從PWM參考電壓VMf—a、Vref b, Vref_c的處理中來獲取電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓Vref d，如圖8所示。關(guān)于PWM參考電壓，a、VMf b、VMf。，可以認(rèn)識(shí)到，電動(dòng)機(jī)三相輸出參考電壓是基于DC鏈路電壓Vd。的變化來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的。這樣，例如，當(dāng)電壓Vd。增大時(shí)，PWM占空t匕、以及相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓VMf d被降低，并且反之亦然。這樣，基于參考電壓VMfd、Vref_q以及DC鏈路電壓Vd。，最終調(diào)節(jié)的電壓Vd、Vq被輸出到逆變器。
[0039]現(xiàn)在再次參照?qǐng)D7，如果在步驟114處確定，電流ian或ibn超過了預(yù)先確定的電流閥值(閥值_1)，并且電壓Vd。超過了預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_2)，以及電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓VMf—d下降到低于(也就是，小于)預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_4)，在116處被指出，則在步驟118和120處技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行，其中，宣布接地故障存在于ASD 10中并且關(guān)斷ASD中的IGBT，從而保護(hù)ASD免遭損壞。這樣，如果接地故障存在于ASD 10中的相A或者相B中，則在步驟114處被做出的確定116，將為這樣的接地故障的檢測(cè)做好了準(zhǔn)備。
[0040]相反地，如果在步驟114處確定，電流ian或ibn沒有超過預(yù)先確定的電流閥值，和/或DC鏈路電壓Vd。沒有超過預(yù)先確定的電壓閥值，和/或電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓VMf d沒有下降到低于(也就是，大于)預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_4)，在122處被指出，則技術(shù)在步驟124處繼續(xù)進(jìn)行，其中為了確定接地故障的存在，另一種電壓和電流分析被執(zhí)行。也就是說，在步驟124處，作出判定，關(guān)于電流im和ibn是否低于預(yù)先確定的電流閥值(閥值_1)，以及電壓Vd。是否超過預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_2)。在步驟124處，還作出判定，關(guān)于電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓Vref d是否低于預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_4)，以及相C上至少一個(gè)所測(cè)量的IGBT飽和電壓(也就是，圖2和3中的跨開關(guān)44、46的電壓)V。desat (正如通過去飽和控制電路所確定的那樣(圖4))，是否高于預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_3)。關(guān)于所測(cè)量的IGBT飽和電壓，Vcjesat，可以認(rèn)識(shí)到的是，如果所測(cè)量的跨IGBT 44,46的電壓超過了預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_3)，則流過IGBT 44,46的電流也將超過相應(yīng)的電流閥值。
[0041]如果在步驟124處確定，電流ian和ibn低于預(yù)先確定的電流閥值(閥值_1)，DC鏈路電壓Vd。超過預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_2)，并且電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓VMf d下降到低于(也就是少于/小于)預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_4)，以及至少一個(gè)所測(cè)量的IGBT飽和電壓V。desat高于預(yù)先確定的閥值(閥值_3)，正如在126處所指示的那樣，則技術(shù)在步驟118和120處繼續(xù)進(jìn)行，其中宣布接地故障存在于ASD 10中并且關(guān)斷ASD中的IGBT，從而保護(hù)ASD免遭損壞。這樣，如果接地故障存在于ASD 10中的相C中，則在步驟126處被做出的確定，將為這樣的接地故障的檢測(cè)做好了準(zhǔn)備。圖9通過電動(dòng)機(jī)電流、DC鏈路電壓、以及電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓的圖示說明了相C上的這樣的接地故障的確定，其中，當(dāng)在相C中發(fā)生接地故障的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)正在驅(qū)動(dòng)負(fù)載。圖9中上面的窗口 128是三相電動(dòng)機(jī)電流的圖示，并且中間的窗口 130是DC鏈路電壓的圖示，以及下面的窗口 132是輸出到逆變器的最終調(diào)節(jié)的電壓Vd、Vq的兩相d和q分量的圖示。如圖9所示，相C電流134急劇增大，而相A和B的電流136、138也增大，但是不可能一樣快地達(dá)到它們的斷路電平(也就是，閥值_1)。在這期間，DC鏈路電壓140增大。如圖9所示，在相C過電流檢測(cè)i。desat達(dá)到其過電流斷路閥值(閥值_3)和DC鏈路電壓Vd。達(dá)到其過電壓斷路閥值(閥值_2)之間可能存在延時(shí)，并且DC鏈路電壓也影響輸出到逆變器的最終調(diào)節(jié)的電壓Vd、\。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)達(dá)到各自的閥值時(shí)，在步驟120處接地故障情況被確認(rèn)并被宣布。
[0042]再次參照?qǐng)D7，如果在步驟124處確定，或者電壓Vdc沒有超過預(yù)先確定的電壓閥值(閥值_2)，或者至少一個(gè)所測(cè)量的IGBT飽和電壓Vcjesat不高于預(yù)先確定的閥值(閥值_3)，正如在142處所指示的那樣，則技術(shù)在步驟144處繼續(xù)進(jìn)行，其中宣布沒有接地故障存在于ASD 10中。然后，通過閉環(huán)回到步驟112，技術(shù)110可以繼續(xù)進(jìn)行，其中，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，并且執(zhí)行接下來的ASD中的電流和電壓分析。
[0043]這樣，通過使用僅僅兩相上的電流傳感器，在電動(dòng)機(jī)的正常操作/運(yùn)行期間，技術(shù)110為ASD中的接地故障的檢測(cè)做好了準(zhǔn)備。來自兩個(gè)電流傳感器的反饋，結(jié)合來自去飽和控制電路的電壓(以及相應(yīng)的電流)反饋，以及DC鏈路電壓的特性來分析，這為在ASD的輸出中的所有三相上的接地故障的檢測(cè)做好了準(zhǔn)備，即使在到電動(dòng)機(jī)的輸出中的某一相上沒有電流傳感器。
[0044]可以認(rèn)識(shí)到的是，取決于ASD系統(tǒng)運(yùn)行條件一例如負(fù)載變化，開關(guān)頻率設(shè)置，接地故障以特定電流振幅發(fā)生時(shí)的時(shí)刻，系統(tǒng)阻抗變化，等等——可能每個(gè)接地故障具有不同的嚴(yán)重程度，以及故障的連續(xù)變化。例如，在某一接地故障的情況中，電動(dòng)機(jī)相電流可以在時(shí)間上第一個(gè)超過故障閥值，然后DC鏈路電壓可以在時(shí)間上第二個(gè)超過故障閥值。在另一個(gè)接地故障的情況中，DC鏈路電壓可以在時(shí)間上第一個(gè)超過故障閥值，然后電動(dòng)機(jī)相電流可以在時(shí)間上第二個(gè)超過故障閥值。不管這些情況如何變化，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所提供的方法可以為ASD系統(tǒng)提供接地故障的檢測(cè)、識(shí)別、以及保護(hù)。
[0045]有益地，這樣本發(fā)明的實(shí)施例在僅僅使用兩個(gè)輸出電流傳感器的可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器中提供接地故障檢測(cè)和保護(hù)的系統(tǒng)和方法，而不需要DC鏈路上的電流分流器。該檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)了已有的電動(dòng)機(jī)電流測(cè)量、DC鏈路電壓測(cè)量、IGBT去飽和電路、以及控制邏輯的組合。如果該故障是獨(dú)立于接地故障的過電流故障，或者是獨(dú)立于接地故障的DC鏈路電壓故障，或者它真正地是接地故障，則該技術(shù)對(duì)隔離故障是有效的，并且不管電動(dòng)機(jī)是處在停止?fàn)顟B(tài)還是處在運(yùn)行狀態(tài)中都能夠被實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的實(shí)施例不僅識(shí)別ASD系統(tǒng)中的接地故障情況，而且準(zhǔn)確地確定三路電動(dòng)機(jī)輸出中的哪一相輸出上發(fā)生接地故障。然后，當(dāng)接地故障被識(shí)別出來時(shí)，在ASD中的IGBT能夠被關(guān)斷，以保護(hù)設(shè)備免遭任何損壞。這樣，本發(fā)明的實(shí)施例獨(dú)一無二地提供了精確的接地故障診斷和保護(hù)特性。
[0046]所公開的方法和設(shè)備的技術(shù)貢獻(xiàn)在于它為計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)做好了準(zhǔn)備，該技術(shù)用于檢測(cè)ASD中的接地故障，并且在其檢測(cè)時(shí)保護(hù)該ASD免遭這類接地故障的損壞。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了已有的電動(dòng)機(jī)電流測(cè)量、DC鏈路電壓測(cè)量、IGBT去飽和電路、以及控制邏輯的組合以檢測(cè)ASD中的接地故障，并且僅需要在輸出中的兩相上的兩個(gè)輸出電流傳感器。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，具有可連接到AC電源的輸入和可連接到AC電動(dòng)機(jī)的輸入端子的三相輸出的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器被提供，并且該AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括脈沖寬度調(diào)制(PWM)逆變器，該逆變器中具有多個(gè)開關(guān)，以控制AC電動(dòng)機(jī)中的電流流動(dòng)和端電壓。該AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器還包括連接到PWM轉(zhuǎn)換器的故障檢測(cè)和保護(hù)系統(tǒng)，并且該故障檢測(cè)和保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于測(cè)量AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出中的第一相和第二相上的電流的電流傳感器對(duì)，用于測(cè)量AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的DC鏈路上的DC鏈路電壓的電壓傳感器，被配置為確定跨PWM逆變器中的與三相輸出中的第三相對(duì)應(yīng)的開關(guān)的電壓和關(guān)聯(lián)電流的去飽和控制電路，以及控制器，該控制器被配置為將在三相輸出中的第一相和第二相上測(cè)量的電流與第一閥值相比較，將所測(cè)量的DC鏈路電壓與第二閥值相比較，將跨PWM逆變器的第三相上的開關(guān)的電壓與第三閥值相比較，并且基于第一和第二相電流、DC鏈路電壓、以及跨第三相上的開關(guān)的電壓與第一、第二和第三閥值的比較，檢測(cè)至AC電動(dòng)機(jī)的三相輸出中的第一、第二和第三相之一上的接地故障。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，一種用于檢測(cè)AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中接地故障的方法包括，提供串聯(lián)在AC電源和AC電動(dòng)機(jī)之間的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，該AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括具有多個(gè)開關(guān)并被配置為調(diào)節(jié)至AC電動(dòng)機(jī)的三相輸出的脈沖寬度調(diào)制(PWM)逆變器。該方法還包括通過在第一相和第二相上包括的電流傳感器，測(cè)量至少在三相輸出中的第一相和第二相中每一相上的電流，測(cè)量AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的DC鏈路上的電壓，以及通過去飽和控制電路測(cè)量跨PWM逆變器中的與三相輸出中的第三相對(duì)應(yīng)的開關(guān)的電壓，并且還基于所測(cè)量的電壓確定跨PWM逆變器中的與第三相對(duì)應(yīng)的開關(guān)的電流。該方法進(jìn)一步包括將在三相輸出中的第一相和第二相上所測(cè)量的電流與第一閥值相比較，將所測(cè)量的DC鏈路電壓與第二閥值相比較，將跨PWM逆變器中的第三相上的開關(guān)的電壓與第三閥值相比較，并且基于第一和第二相電流、DC鏈路電壓、以及跨第三相上的開關(guān)的電壓與第一、第二和第三閥值的比較，判定至AC電動(dòng)機(jī)的三相輸出中的第一、第二和第三相之一上的接地故障的存在。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，一種用于檢測(cè)AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中接地故障的系統(tǒng)包括，用于測(cè)量AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的三相輸出中的第一相和第二相上的電流的電流傳感器對(duì)，用于測(cè)量AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中DC鏈路上的DC鏈路電壓的電壓傳感器，以及被配置為確定跨AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中逆變器的IGBT的電壓和關(guān)聯(lián)電流的去飽和控制電路，該去飽和控制電路確定至少在三相輸出中的第三相上的電壓和關(guān)聯(lián)電流。該系統(tǒng)還包括控制器，該控制器被配置為將在三相輸出中的第一相和第二相上所測(cè)量的電流與第一閥值相比較，將所測(cè)量的DC鏈路電壓與第二閥值相比較，將跨逆變器中的與第三相對(duì)應(yīng)的IGBT的電壓與第三閥值相比較，以及如果第一和第二相電流之一高于第一閥值并且DC鏈路電壓高于第二閥值，或者如果第一和第二相電流低于第一閥值，DC鏈路電壓高于第二閥值，并且跨逆變器中的與第三相對(duì)應(yīng)的IGBT的電壓高于第三閥值,貝U宣布三相輸出中的第一、第二和第三相之一上的接地故障。
[0050]本發(fā)明已經(jīng)就優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，并且可以認(rèn)識(shí)到的是，這些清楚陳述之外的等同物、替代物、以及修改都是可能的，并且在所附的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其具有可連接到AC電源的輸入和可連接到AC電動(dòng)機(jī)的輸入端子的三相輸出，該AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括: 脈沖寬度調(diào)制(PWM)逆變器，其中具有多個(gè)開關(guān)，以控制AC電動(dòng)機(jī)中的電流流動(dòng)和端電壓；和 連接到PWM轉(zhuǎn)換器的故障檢測(cè)和保護(hù)系統(tǒng)，該故障檢測(cè)和保護(hù)系統(tǒng)包括: 電流傳感器對(duì)，用于測(cè)量AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出中的第一相和第二相上的電流； 電壓傳感器，用于測(cè)量AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的DC鏈路上的DC鏈路電壓； 去飽和控制電路，其被配置為確定跨PWM逆變器中的與三相輸出中的第三相對(duì)應(yīng)的開關(guān)的電壓和關(guān)聯(lián)電流；以及控制器，其被配置為: 將在三相輸出中的第一相和第二相上測(cè)量的電流與第一閥值相比較； 將所測(cè)量的DC鏈路電壓與第二閥值相比較； 將跨PWM逆變器的第三相上的開關(guān)的電壓與第三閥值相比較；以及基于第一和第二相電流、DC鏈路電壓、以及跨第三相上的開關(guān)的電壓與第一、第二和第三閥值的比較，檢測(cè)至AC電動(dòng)機(jī)的三相輸出中的第一、第二和第三相之一上的接地故障。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中控制器被進(jìn)一步配置為在AC電動(dòng)機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)檢測(cè)接地故障。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中控制器被進(jìn)一步配置為當(dāng)?shù)谝缓偷诙嚯娏髦桓哂诘谝婚y值，并且DC鏈路電壓高于第二閥值時(shí)，宣布接地故障。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中控制器被配置為當(dāng)?shù)谝缓偷诙嚯娏鞯陀诘谝婚y值，DC鏈路電壓高于第二閥值，以及跨PWM逆變器中的與三相輸出中的第三相對(duì)應(yīng)的開關(guān)的電壓聞?dòng)诘谌y值時(shí)，宣布接地故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中控制器被配置為在AC電動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行時(shí)檢測(cè)接地故障。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中控制器被進(jìn)一步配置為進(jìn)一步包括: 確定電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓的d_q電壓分量；和 將電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓的d_q電壓分量與第四閥值相比較。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中控制器被配置為當(dāng)?shù)谝缓偷诙嚯娏髦桓哂诘谝婚y值，DC鏈路電壓高于第二閥值，以及電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓的d-q電壓分量低于第四閥值時(shí)，宣布接地故障。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中控制器被配置為當(dāng)?shù)谝缓偷诙嚯娏鞯陀诘谝婚y值，DC鏈路電壓高于第二閥值，電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓的d-q電壓分量低于第四閥值，以及跨PWM逆變器中的與三相輸出中的第三相對(duì)應(yīng)的開關(guān)的電壓高于第三閥值時(shí)，宣布接地故障。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中第三閥值包括電壓閥值，并且其中當(dāng)跨第三相上的開關(guān)的電壓超過該電壓閥值時(shí)，跨第三相上的開關(guān)的關(guān)聯(lián)電流超過對(duì)應(yīng)的電流閥值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中PWM逆變器中的所述多個(gè)開關(guān)包括IGBT，并且其中控制器被進(jìn)一步配置為當(dāng)接地故障被檢測(cè)到時(shí)關(guān)斷所述多個(gè)IGBT，以便保護(hù)AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器免受接地故障引起的損壞。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中控制器被進(jìn)一步配置為檢測(cè)在第一、第二和第三相中的哪一相上發(fā)生了接地故障。
12.—種用于檢測(cè)AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中接地故障的方法，包括: 提供串聯(lián)在AC電源和AC電動(dòng)機(jī)之間的AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，該AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括具有多個(gè)開關(guān)并被配置為調(diào)節(jié)至AC電動(dòng)機(jī)的三相輸出的脈沖寬度調(diào)制(PWM)逆變器； 通過在第一相和第二相上包括的電流傳感器，測(cè)量至少在三相輸出中的第一相和第二相中每一相上的電流； 測(cè)量AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的DC鏈路上的電壓； 通過去飽和控制電路測(cè)量跨PWM逆變器中的與三相輸出中的第三相對(duì)應(yīng)的開關(guān)的電壓，并且還基于所測(cè)量的電壓確定跨PWM逆變器中的與第三相對(duì)應(yīng)的開關(guān)的電流； 將在三相輸出中的第一相和第二相上所測(cè)量的電流與第一閥值相比較； 將所測(cè)量的DC鏈路電壓與第二閥值相比較； 將跨PWM逆變器中的第三相上的開關(guān)的電壓與第三閥值相比較；以及 基于第一和第二相電流、DC鏈路電壓、以及跨第三相上的開關(guān)的電壓與第一、第二和第三閥值的比較，判定至AC電動(dòng)機(jī)的三相輸出中的第一、第二和第三相之一上的接地故障的存在。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中在AC電動(dòng)機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，在AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中檢測(cè)接地故障。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)?shù)谝缓偷诙嚯娏髦桓哂诘谝婚y值，并且DC鏈路電壓高于第二閥值時(shí)，宣布接地故障。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)?shù)谝缓偷诙嚯娏鞯陀诘谝婚y值，DC鏈路電壓高于第二閥值，以及跨PWM逆變器中的與三相輸出中的第三相對(duì)應(yīng)的開關(guān)的電壓高于第三閥值時(shí)，宣布接地故障。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中在AC電動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行時(shí)，在AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中檢測(cè)接地故障。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括: 確定電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓的d-q電壓分量；和 將電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓的d_q電壓分量與第四閥值相比較。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)?shù)谝缓偷诙嚯娏髦桓哂诘谝婚y值，DC鏈路電壓高于第二閥值，并且電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓的d-q電壓分量低于第四閥值時(shí)，宣布接地故障。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)?shù)谝缓偷诙嚯娏鞯陀诘谝婚y值，DC鏈路電壓高于第二閥值，電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓的d-q電壓分量低于第四閥值，并且跨PWM逆變器中的三相輸出中第三相上的開關(guān)的電壓高于第三閥值時(shí)，宣布接地故障。
20.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述多個(gè)開關(guān)包括多個(gè)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)； 并且其中，當(dāng)確定接地故障存在時(shí)，該方法進(jìn)一步包括關(guān)斷所述多個(gè)IGBT，以便保護(hù)AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器免受接地故障引起的損壞。
21.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中第三閥值包括電壓閥值，并且其中當(dāng)跨第三相上的開關(guān)的電壓超過該電壓閥值時(shí)，跨第三相上的開關(guān)的關(guān)聯(lián)電流超過對(duì)應(yīng)的電流閥值。
22.一種用于檢測(cè)AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中接地故障的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 電流傳感器對(duì)，用于測(cè)量AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的三相輸出中的第一相和第二相上的電流； 電壓傳感器，用于測(cè)量AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中DC鏈路上的DC鏈路電壓； 去飽和控制電路，其被配置為確定跨AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中逆變器的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的電壓和關(guān)聯(lián)電流，該去飽和控制電路確定至少在三相輸出中的第三相上的電壓和關(guān)聯(lián)電流；以及 控制器，其被配置為: 將在三相輸出中的第一相和第二相上所測(cè)量的電流與第一閥值相比較； 將所測(cè)量的DC鏈路電壓與第二閥值相比較； 將跨逆變器中的與第三相對(duì)應(yīng)的IGBT的電壓與第三閥值相比較；以及 如果滿足以下條件，則宣布三相輸出中的第一、第二和第三相之一上的接地故障: 第一和第二相電流之一高于第一閥值，并且DC鏈路電壓高于第二閥值；或者第一和第二相電流低于第一閥值，DC鏈路電壓高于第二閥值，并且跨逆變器中的與第三相對(duì)應(yīng)的IGBT的電壓高于第三閥值。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中控制器被進(jìn)一步配置為: 確定電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓的d_q電壓分量； 將電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓的d_q電壓分量與第四閥值相比較；以及 如果滿足以下條件，則宣布三相輸出中的第一、第二和第三相之一上的接地故障: 第一和第二相電流之一高于第一閥值，DC鏈路電壓高于第二閥值,并且電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓的d_q電壓分量低于第四閥值；或者 第一和第二相電流低于第一閥值，DC鏈路電壓高于第二閥值，電動(dòng)機(jī)輸出參考電壓的d-q電壓分量低于第四閥值，并且跨逆變器中的與第三相對(duì)應(yīng)的IGBT的電流高于第三閥值。
【文檔編號(hào)】H02H3/16GK104285350SQ201380023469
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月4日
【發(fā)明者】H·李, Y·L·法米利安特 申請(qǐng)人:伊頓公司