專利名稱：逆變器裝置的接地檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及逆變器裝置，具體涉及在檢測逆變器裝置的輸出接地時所使用的接地檢測方法。
逆變器裝置如圖3所示，它包括一個整流器電路1，該電路包括六個二極管D1至D6，用以對三相交流電源5提供的交流輸入進行整流;一個逆變器電路2，它包括六個開關(guān)元件T1至T6(例如是絕緣柵雙極晶體管)，這些開關(guān)元件連接形成一個三相橋式電路，且具有U相端子U、V相端子V、以及W相端子W;以及一個直流中間電路4，它包括有一個平滑電容器C1，適合平滑整流器電路1的輸出電壓和向逆變器電路2提供由此平滑的電壓。圖3中參考符號P和N指明直流中間電路的輸出匯流排的正、負極性。
圖4示了采用一個示例性的常規(guī)接地檢測方法的逆變器裝置。對照圖3和圖4可以明顯看出，通過在圖3的逆變器裝置中加入一個電阻R1和一個電流檢測電路3，便可獲得圖4的逆變器裝置。電阻R1串聯(lián)連接在直流中間電路4的負極性輸出線(N)上，電流檢測電路3檢測電阻R1兩端的電壓降V1。
電阻R1與電流檢測電路3形成一個檢測器電路，用以檢測逆變器輸出電流，該電流可被視為通常與直流中間電路4的匯流排輸出電流基本上成正比。當(dāng)電流檢測電路3檢測出的電流比一個預(yù)定的用以確定逆變器輸出電流是否是過電流的設(shè)定值時，輸出一個過流檢測信號。
假如圖4所示的逆變器裝置其負載側(cè)例如W相被接地，則相當(dāng)于一個假想的開關(guān)SW被閉合以使輸出端W接地了。如果在這種情況下開關(guān)元件T6導(dǎo)通，則接地電流按圖中箭頭所示通過三相交流電源5和地環(huán)流。接地電流I的數(shù)值取決于電流環(huán)流路徑的零相位阻抗和零相位電壓。然而，由于三相交流電源三相之中的一相通常保持接地，若零相位阻抗小，則接地電流將相當(dāng)大，這取決于零相位電壓。
如圖4所示，接地電流流經(jīng)電阻R1，因此，在接地電流大時，檢測這種接地狀態(tài)，作為其內(nèi)流經(jīng)“過電流”的狀態(tài)(下文簡稱此為“過流狀態(tài)”)。為此，電阻R1和電流檢測電路3用來作為一種簡單的檢測器電路，用以檢測逆變器裝置的過流狀態(tài)和接地狀態(tài)。
圖5示出了采用另一示例性常規(guī)接地檢測方法的逆變器裝置。圖5所示的逆變器裝置是通過對圖3所示的逆變器裝置做如下修改而得到的在逆變器電路2與其輸出端子U、V和W之間分別設(shè)置了電流互感器CT1、CT2和CT3;還設(shè)置了接收這些電流互感器次級電流的電流檢測電路3A。電流檢測電路3A執(zhí)行零相電流或接地電流的檢測，這是通過合成電流互感器次級電流的矢量而得到的，該電路還執(zhí)行將這樣檢測到的接地電流與為確定接地狀態(tài)而預(yù)置的一個電流值相比較。
然而，如圖4所實踐的常規(guī)的接地檢測方法，其缺點在于如果接地電流環(huán)流通路中的開關(guān)元件，例如具有W相接地的開關(guān)元件T6是不導(dǎo)通的，則不可能檢測出接地狀態(tài)，因此對接地狀態(tài)的檢測是不可靠的。
圖5所實踐的、常規(guī)的接地檢測方法存在以下問題必需為逆變器裝置的三相輸出配備電流互感器，還需為這些電流互感器的次級電流配備執(zhí)行矢量合成的電流檢測電路，結(jié)果使得該逆變器裝置免不了體積龐大、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且造價高。
考慮到上述的諸多情況，本發(fā)明的目的是提供一種逆變器裝置的接地檢測方法，在估測到逆變器裝置的接地電流增長到基本上等于它過流時的逆變器輸出電流值的情況下，該方法可使該逆變器裝置能夠檢測其接地狀態(tài)，并使該逆變器裝置的電路結(jié)構(gòu)簡單而且造價低。
本發(fā)明的上述目的是這樣實現(xiàn)的，亦即為包括以下電路的逆變器裝置提供一種接地檢測方法，該逆變器裝置包括一個整流器電路用的對交流輸入進行整流;一個直流中間電路用以平滑整流器電路的輸出電壓;一個逆變器電路，其內(nèi)包括橋式連接的多個開關(guān)元件，該逆變器電路將來自直流中間電路供給的直流電壓轉(zhuǎn)變成為一個預(yù)定的交流電壓;以及一個電流檢測器，設(shè)置在直流中間電路正極或負極側(cè)的輸出總線的線上，用以檢測逆變器裝置的輸出電流。
所述的方法包括在向逆變器裝置發(fā)出一個操作指令時并在所述的逆變器裝置起動一次正常操作之前，構(gòu)成該逆變器電路(它與通過電流檢測器延伸的直流輸入?yún)R流排相連接)各相位臂的全部開關(guān)元件都變得導(dǎo)通，以便在電流檢測器輸出的檢測值等于或大于為確定逆變器裝置是否發(fā)生接地而預(yù)定的電流值時，作出“逆變器裝置的輸出側(cè)接地”的判定。
如上文所述，在用于圖4所示的逆變器裝置的常規(guī)的接地檢測方法中，只在作為電流環(huán)流通路的一部分的逆變器電路的開關(guān)元件導(dǎo)通時才能檢測接地狀態(tài)。
在本發(fā)明的接地檢測方法中，提供一個接地檢測時間以使逆變器電路的各個開關(guān)元件按照一個預(yù)定的控制程序?qū)?，因此使圖4所示的電流檢測電路在檢測逆變器裝置接地的可靠性方面得到改進。為此，本發(fā)明的接地檢測方法適用于圖4所示的逆變器裝置。
在本方法中，在向逆變器裝置發(fā)出操作指令時并在逆變器裝置起動其正常操作之前，逆變器電路的一個相臂上的所有開關(guān)元件(在圖4中是T2、T4和T6)在確認接地狀態(tài)所需的一個預(yù)定的時段內(nèi)變?yōu)閷?dǎo)通，該逆變器電路通過適合檢測直流中間電路輸出電流的電阻R1連接到直流輸出匯流排上(負極性匯流排上)。如果在此操作過程中檢測出接地狀態(tài)，則這些開關(guān)元件就變?yōu)椴粚?dǎo)通，以停止該逆變器裝置操作。如果現(xiàn)已檢測出該逆變器裝置處于正常狀態(tài)，則允許該逆變器裝置起動其正常的逆變器操作。
為此，通過給逆變器控制電路增設(shè)控制程序，或通過提供一個具有控制程序的控制電路，使得圖4所示的逆變器裝置就能象它原來那樣使用了。
本發(fā)明的實質(zhì)、原理和實用性將結(jié)合以下附圖閱讀下文的詳細描述會更加明了。


圖1示出按照本發(fā)明的逆變器接地檢測方法的一個控制程序的流程圖;
圖2示出與圖1流程圖有關(guān)的一種逆變器電路中開關(guān)元件操作時的波形圖;
圖3示出逆變器裝置中主要電路的一個例子的電路圖;
圖4示出采用常規(guī)接地檢測方法一個例子的逆變器裝置的電路圖;及圖5示出采用常規(guī)接地檢測方法另一例子的逆變器裝置的電路圖。
參照圖1描述本發(fā)明的接地檢測方法，該圖示出為本方法提供一個控制程序的流程圖。具體地說，該流程圖可用于如圖4所示的、電流檢測電阻R1串聯(lián)連接在直流中間電路4的負(N)極性輸出匯流排上的這種情況。
控制程序開始以響應(yīng)給定該逆變器裝置的一個操作指令。首先在步驟S1中，逆變器電路2下臂上的所有開關(guān)元件(亦即構(gòu)成U、V和W相下臂的、與負極性輸入?yún)R流排相連接的開關(guān)元件T2、T4和T6)在一個長得足以檢測接地狀態(tài)的預(yù)定時段內(nèi)保持導(dǎo)通。爾后，在步驟S2中，電流檢測電路3判定在逆變器裝置中是否發(fā)生了接地。若已判定發(fā)生了接地，則程序進入步驟S3。在步驟S3中，全部開關(guān)元件T1至T6都變?yōu)椴粚?dǎo)通，亦即該逆變器裝置停止操作。若在步驟S2中確定未發(fā)生接地，則程序進入步驟S4，允許該逆變器裝置起動其正常的操作。
上述的控制程序作為一個附加的功能給予現(xiàn)有的逆變器控制電路，或作為一個附加的控制電路來提供，以與現(xiàn)有的逆變器控制電路相結(jié)合一起操作。
圖2示出按上述的控制程序操作的開關(guān)元件T1至T6的操作波形圖，該圖中，橫軸是時間軸，縱軸表示開關(guān)元件的導(dǎo)通和不導(dǎo)通的狀態(tài)。導(dǎo)通狀態(tài)和不導(dǎo)通狀態(tài)分別與縱軸上的低電平和高電平相對應(yīng)。開關(guān)元件T1與T2、T3與T4、T5與T6在一預(yù)定的靜寂時間間隔內(nèi)按共軛方式操作。
在發(fā)出操作指令以后，在步驟S1中，開關(guān)元件T2、T4和T6全都同時導(dǎo)通(低電平)。在這個操作過程中其余的開關(guān)元件T1、T3和T5全都不導(dǎo)通(高電平)。在步驟S2中，檢測到接地狀態(tài)時，程序進入步驟S3，使開關(guān)元件T2、T4、T6都不導(dǎo)通，亦即它們從低電平變?yōu)楦唠娖剑鐖D中虛線所示。在這個時段內(nèi)全部開關(guān)元件T1至T6都不導(dǎo)通(高電平)，該逆變器裝置停止操作。
在步驟S2中，判定該逆變器裝置處于正常狀態(tài)時，開關(guān)元件T1至T6按圖中實線所示正常操作。
按照如圖1和圖2所示控制程序的上述接地檢測方法可用于如圖4所示的、電流檢測電阻R1串聯(lián)連接在直流中間電路4的負極性輸出匯流排上的情況中。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思還適用于電阻R1串聯(lián)連接在直流中間電路4的正極性輸出匯流排上的情況。在這種情況下，在對應(yīng)于步驟S1的時段內(nèi)，形成各相上臂的開關(guān)元件T1、T3和T5取代下臂的開關(guān)元件T2、T4和T6同時變?yōu)閷?dǎo)通(低電平)，以便在逆變器裝置起動其正常操作之前執(zhí)行接地檢測操作。這樣，接地狀態(tài)可按同樣方式得到檢測。
如上所述，該控制程序是這樣設(shè)計的，亦即估計在逆變器輸出側(cè)接地時所提供的接地電流增長到它基本上等于逆變器過流時的輸出電流值的情況下，形成該逆變器電路中各相位臂上的開關(guān)元件(它們通過該電路中直流中間電路電流檢測電阻與直流輸入?yún)R流排相連接，如圖4所示)在該逆變器正常操作之前全變?yōu)閷?dǎo)通，而且在這種狀況下，判定被檢測的直流中間電流是否高于為檢測接地狀態(tài)而預(yù)定的電流值，借此來判定該逆變器裝置的輸出側(cè)是否接地。這樣設(shè)計的控制程序可利用作為逆變器控制電路的一個附加的功能。為此，如圖4所示的上述過流檢測電路從直流中間電路的輸出電流中檢測該逆變器裝置是否處于過流狀態(tài)，可在不修改主要電路結(jié)構(gòu)的情況下，只增加有關(guān)這個控制程序的軟件手段就可作為一個接地檢測電路來使用。
于是，這樣提供的電路其結(jié)構(gòu)簡單且造價低，能夠令人滿意地檢測逆變器裝置的過流狀態(tài)和接地狀態(tài)。
雖然本文已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實施例作了描述，但是不言而喻，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在不脫離本發(fā)明的情況下作出各種變化和修改，而這些變化和修改都落在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)并被復(fù)蓋在本文所附的權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種逆變器裝置的接地檢測方法，上述的逆變器裝置包括一個整流器電路，用以對交流輸入進行整流；一個直流中間電路，用以平滑上述整流器電路的輸出電壓；一個逆變器電路，其內(nèi)包括橋式連接的多個開關(guān)元件，所述的逆變器電路將來自上述直流中間電路提供的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€預(yù)定的交流電壓；以及一個電流檢測器，設(shè)置在上述直流中間電路的正或負極性側(cè)的輸出匯流排上，用以檢測上述逆變器裝置的輸出電流；所述的方法包括以下步驟在向上述逆變器裝置發(fā)出操作指令時，且在起動正常的逆變器操作之前，使構(gòu)成上述逆變器電路各相臂的上述開關(guān)元件全部導(dǎo)通，上述的這些開關(guān)元件連接在經(jīng)上述電流檢測器延伸的、直流輸入?yún)R流排上；及在上述電流檢測器輸出的檢測值等于或大于一個為檢測上述逆變器裝置是否發(fā)生接地而預(yù)定的一個電流值時，判定上述逆變器裝置的輸出側(cè)被接地。
全文摘要
本方法用于含有整流器電路、直流中間電路、逆變器電路和電流檢測器的逆變器裝置。逆變器電路內(nèi)含多個橋式連接的開關(guān)元件。電流檢測器設(shè)在直流中間電路的正或負極性匯流排上。響應(yīng)操作指令在該裝置起動其正常操作前使逆變器電路各相臂的開關(guān)元件全導(dǎo)通。若在此操作中檢測到接地狀態(tài)，則所有開關(guān)元件都不導(dǎo)通以使逆變器裝置停止操作。若檢測到逆變器裝置處于正常狀態(tài)，則允許該裝置起動其正常操作。
文檔編號H02M7/48GK1080058SQ93106249
公開日1993年12月29日 申請日期1993年5月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月21日
發(fā)明者石田一郎 申請人:富士電機株式會社