在ac電動機運行時檢測隔離喪失的系統(tǒng)和方法

專利名稱：在ac電動機運行時檢測隔離喪失的系統(tǒng)和方法
技術領域：
下面的公開總地涉及控制電動機的系統(tǒng)和方法，尤其涉及檢測電動機AC電纜及 連接件中的隔離喪失(loss of isolation) ο
背景技術：
在許多應用中，例如電動車輛和混合動力電動車輛中，使用DC電源向三相電動機 供電。三相電動機通常由三相功率逆變器驅(qū)動。當使電動機運行時，AC電流在三相的每相 中沿著正向或負向流動，在一相中沿著正向流動的電流在其它相中的一相或兩相中沿著負 向返回。在正常運行下，所有三相中的電流總和理想上等于零，并且所述三相與地隔離。但 是，在故障狀態(tài)下，例如在其中一相與電動機底架(地)之間存在短路時，一些電流不再通 過所述相返回，因此所述三相中的電流總和不等于零。檢測三相中的隔離喪失的典型方法是使用三個電流傳感器測量三相中每相的電 流。電流傳感器通常通過使用電流傳感器直接測量三相中的每相來檢測隔離喪失。然后 將測量的三個電流相加，如果其和高于預定閾值(理想上等于零)，那么檢測到隔離喪失情 況。該方法依賴于為三相中的每相使用單獨的電流傳感器，并且依賴于電流傳感器的精度。 使用該方法還會難以檢測局部短路。因此，期望提供一種用于檢測電動機中隔離喪失的改良型系統(tǒng)和方法。另外，結(jié)合 附圖及前面的技術領域和背景技術，從下面的詳細描述和所附權利要求可清楚其它期望的 特征和特點。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種用于使電動機運行和檢測隔離喪失的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括電源和功率 逆變器，所述電源具有電源電壓，所述逆變器電聯(lián)接至所述電源。所述功率逆變器構(gòu)造成在 三個AC端子處在三相中從所述電源提供AC電流，所述三相具有處在基頻的電流，其控制電 動機速度。三相電動機電聯(lián)接至所述功率逆變器的所述三個AC端子，并且具有在正常運行 狀況下與所述功率逆變器的所述三個AC端子基本電隔離的底架。處理器構(gòu)造成控制所述 功率逆變器提供的AC電流。所述處理器構(gòu)造成接收可具有與流過電動機底架的電流相關 的分量的第一電壓信號(成比例的DC電源電壓)。所述第一電壓信號包括與所述三相的基 頻相關的第一分量、和與所述電源電壓相關的第二分量。所述處理器還構(gòu)造成濾波所述第 一電壓信號以減弱所述第二分量，測量第一分量的幅值，并通過將所述第一分量的幅值與 故障值作比較來確定是否存在AC隔離喪失狀況。提供了一種用于檢測電動機系統(tǒng)中的隔離喪失的方法。所述電動機系統(tǒng)包括具有 輸入側(cè)和輸出側(cè)的功率逆變器、以及以基頻運行的電動機。所述電動機具有電動機底架，所 述電動機底架用作所述功率逆變器的輸入和輸出側(cè)的共用基準。所述方法包括在所述逆 變器的輸入側(cè)檢測第一電壓信號；以及濾波所述第一電壓信號以提取所述第一電壓信號的 與所述基頻相關的、通過所述共用基準從所述輸出側(cè)傳送至所述輸入側(cè)的分量。所述第一電壓信號的所述分量包括分量幅值。所述方法還包括通過將所述分量幅值與AC隔離喪失 故障值作比較來確定是否存在AC隔離喪失故障。本發(fā)明還涉及以下技術方案。方案1. 一種檢測電動機系統(tǒng)中的隔離喪失的方法，所述電動機系統(tǒng)包括具有輸入側(cè)和輸出側(cè)的逆變器以及以基頻運行的電動機，所述電動機具有電連接至車輛底盤的 電動機底架，所述電動機底架用作所述逆變器的輸入側(cè)和輸出側(cè)的共用基準，所述方法包 括在所述逆變器的輸入側(cè)檢測第一電壓信號；濾波所述第一電壓信號以提取所述第一電壓信號的與所述基頻相關的、通過所述 共用基準傳遞至所述輸入側(cè)的分量，所述第一電壓信號的所述分量具有分量幅值；以及
通過將所述分量幅值與AC隔離喪失故障值作比較來確定是否存在AC隔離喪失故障。方案2.如方案1所述的方法，其中，所述電動機在與所述基頻范圍相關的范圍內(nèi) 運行，所述基頻范圍具有最高值，其中所述濾波包括采用截止頻率基本上等于所述基頻范 圍的最高值的低通濾波器。方案3.如方案2所述的方法，其中，所述濾波包括以至少是所述低通濾波器的截 止頻率的最高值的兩倍的采樣速率從所述第一電壓信號采樣。方案4.如方案1所述的方法，其中，所述電動機在與所述基頻范圍相關的范圍內(nèi) 運行，所述基頻范圍具有最高值，其中所述濾波包括使用截止頻率基本上等于所述基頻范圍的最高值的低通濾波電路；以至少是所述低通濾波器的截止頻率的最高值的兩倍的采樣速率從所述第一電 壓信號采樣；以及去除所述第一電壓信號的DC分量，以獲得所述第一電壓信號的所述分量。方案5.如方案1所述的方法，其中，確定是否存在隔離喪失故障包括將所述第一電壓信號的所述分量轉(zhuǎn)換為絕對值；以及將隨時間推移的所述絕對值取平均。方案6.如方案1所述的方法，其中，確定是否存在隔離喪失故障包括將所述第一電壓信號的所述分量轉(zhuǎn)換為絕對值信號；減弱所述絕對值信號的非DC分量；以及檢測所述減弱后的絕對值信號的峰值。方案7.如方案1所述的方法，其中，所述濾波包括將處在所述基頻的源信號分成第一正交分量和第二正交分量；將所述第一正交分量與所述第一電壓信號相乘，然后減弱較高的頻率分量以產(chǎn)生 所述第一電壓信號的第一部分；將所述第二正交分量與所述第一電壓信號相乘，然后減弱較高的頻率分量以產(chǎn)生 所述第一電壓信號的第二部分；以及組合所述第一電壓信號的第一部分和所述第一電壓信號的第二部分，以獲得所述 第一電壓信號的具有所述分量幅值的分量。方案8.如方案1所述的方法，其中，所述電動機系統(tǒng)包括基本上與所述電動機底架隔離、電聯(lián)接至所述逆變器的輸入側(cè)的DC電源，所述DC電源具有正端子和負端子，其中， 所述第一電壓信號與流過第一電容的電流成比例，所述第一電容電聯(lián)接在所述負端子與所 述電動機底架之間，所述方法還包括接收與流過第二電容的電流成比例的第二電壓信號，所述第二電容電聯(lián)接在所述 正端子與所述電動機底架之間；以及通過將所述第一電壓信號的平均值與所述第二電壓信號的平均值作比較來確定 是否存在DC隔離喪失故障。方案9.如方案5所述的方法，還包括將所述取平均后的絕對值與第一閾值作比較；如果所述取平均后的絕對值超過所述第一閾值，則發(fā)送警告信號；將所述取平均后的絕對值與比所述第一閾值大的第二閾值作比較；以及

如果所述取平均后的絕對值超過所述第二閾值，則指示隔離喪失。方案10. —種識別電動機系統(tǒng)中的隔離喪失的方法，所述電動機系統(tǒng)包括電動機 和電源，所述電動機具有連接至電性地的電動機底架，所述電動機以基頻運行，所述電源在 電源電壓下工作，所述方法包括接收跟所述電源的端子與所述電動機底架之間的電壓相關的第一電壓信號，所述 第一電壓信號包括與所述基頻相關的第一分量和與所述電源電壓相關的第二分量；濾波所述第一電壓信號，以減弱與所述電源電壓相關的所述第一分量；測量與所述基頻相關的所述第二分量的幅值；以及通過將所述第一分量的幅值與故障值作比較來確定是否存在相到地的隔離喪失 狀況。方案11.如方案10所述的方法，其中，接收第一電壓信號包括從所述第一電壓信 號采樣以獲得具有所述第一分量和所述第二分量的數(shù)字信號。方案12.如方案10所述的方法，其中，所述電動機系統(tǒng)應用開關技術以控制具有 開關頻率的電動機，其中所述第一電壓信號包括與所述開關頻率相關的第三分量，所述方 法還包括在接收所述第一電壓信號之前濾波所述第一電壓信號，以減弱與所述開關頻率相 關的所述第三分量。方案13.如方案10所述的方法，其中，測量所述第一電壓信號的所述第一分量的 幅值包括將所述第一電壓信號轉(zhuǎn)換為絕對值信號；以及將一時間段上的所述絕對值信號取平均，以獲得所述第一電壓信號的所述第一分 量的幅值。方案14.如方案10所述的方法，其中，測量所述第一電壓信號的所述第一分量的 幅值包括將所述第一電壓信號轉(zhuǎn)換為絕對值信號；以及濾波所述絕對值信號以減弱所述絕對值信號的非DC分量；其中，測量所述第一分量的幅值包括檢測濾波后的所述絕對值信號的峰值。方案15.如方案10所述的方法，其中，所述第一電壓信號的濾波包括產(chǎn)生頻率基本上等于所述基頻的源信號；
將所述源信號分成兩個正交分量；將所述第一電壓信號與所述兩個正交分量相乘以獲得所述第一電壓信號的兩個 部分；以及將所述第一電壓信號的兩個部分組合以獲得所述第一電壓信號的所述第一分量。方案16.如方案10所述的方法，其中，所述電源為DC電源，其具有正端子和負端 子并基本上與所述電性地隔離，其中，所述第一電壓信號跟在所述負端子與所述電動機底 架之間流動的電流成比例，所述方法還包括接收跟在所述正端子與所述電動機底架之間流動的電流成比例的第二電壓信號； 以及通過將所述第一電壓信號的平均值與所述第二電壓信號的平均值作比較來確定 是否存在DC隔離喪失故障。

方案17. —種系統(tǒng)，包括電源，其具有電源電壓并基本上與電性地隔離；功率逆變器，其電聯(lián)接至所述電源，所述功率逆變器構(gòu)造成在AC端子處在AC相中 從所述電源提供AC電流，所述AC相具有處于基頻的電流；電動機，其電聯(lián)接至所述功率逆變器的AC端子，所述電動機具有在正常運行狀況 下基本上與所述功率逆變器的AC端子電隔離的底架；處理器，其構(gòu)造成控制所述功率逆變器提供的AC電流，所述處理器構(gòu)造成接收與 流過電動機底架的電流相關的第一電壓信號，所述第一電壓信號包括與所述AC相的基頻 相關的第一分量、和與所述電源電壓相關的第二分量，所述處理器還構(gòu)造成濾波所述第一 電壓信號以減弱所述第二分量，測量所述第一分量的幅值，并通過將所述第一分量的幅值 與故障值作比較來確定是否存在AC隔離喪失狀況。方案18.如方案17所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器還構(gòu)造成將所述第一電壓信號 的第一分量轉(zhuǎn)換為絕對值信號，并將一時間段上的所述絕對值信號取平均，以獲得所述第 一分量的幅值。方案19.如方案17所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器還構(gòu)造成將所述第一電壓信號 的第一分量轉(zhuǎn)換為絕對值信號，濾波所述絕對值信號以減弱所述絕對值信號的非DC分量， 并檢測所述絕對值信號的峰值。方案20.如方案17所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器還構(gòu)造成產(chǎn)生頻率基本上等于 所述基頻的源信號，將所述源信號分成兩個正交分量，將所述第一電壓信號與所述兩個正 交分量中的每個分量相乘而產(chǎn)生所述第一電壓信號的兩個部分，并將所述第一電壓信號的 兩個部分組合而產(chǎn)生所述第一電壓信號的所述第一分量。


結(jié)合附圖，參考詳細描述和權利要求可得到對主題的更加全面的理解，附圖中相 同的標記表示相同的元件，并且圖1示出了示例性三相電動機系統(tǒng)的圖；圖2示出了使用基頻分量幅值的平均電壓值來檢測電動機系統(tǒng)中的隔離喪失的 示例性方法的流程圖3-5示出了根據(jù)圖2中所示方法或其它適當方法的特定實施例中，隨著時間的 推移而測得的基頻分量幅值的示例性平均電壓值的曲線；圖6示出了使用所檢測的基頻分量幅值的電壓峰值來檢測電動機系統(tǒng)中隔離喪 失的示例性方法的流程圖；圖7-9示出了根據(jù)圖6中所示方法或其它適當方法的特定實施例中，基頻分量幅 值的示例性電壓峰值相對于時間的曲線圖；圖10示出了使用源信號的正交分量來檢測電動機系統(tǒng)中隔離喪失的示例性方法 的流程圖；以及圖11示出了針對具有“低電動機基頻輸出”狀況的DC隔離喪失和/或AC隔離喪 失，檢測電動機系統(tǒng)中隔離喪失的示例性方法的流程圖。
具體實施例方式下面的詳細描述實質(zhì)上僅僅是示例性的，并不是為了限制本發(fā)明或本發(fā)明的應用 和使用。另外，也無意受前面的技術領域、背景技術、發(fā)明內(nèi)容或下面的詳細描述中表達的 明示或暗示的理論的約束。 在示例性實施例中，在功率逆變器的輸入側(cè)而不是如傳統(tǒng)系統(tǒng)中在輸出側(cè)檢測電 動機中或連至電動機的相連接件(Phase connection)中的隔離喪失。功率逆變器的輸入 側(cè)可通過共同的接地件(groimdcormection)連接到輸出側(cè)，例如通過車輛底盤等。該示例 系統(tǒng)檢測在功率逆變器的輸入側(cè)是否存在來自功率逆變器輸出側(cè)的輸出信號。如果在功率 逆變器的輸入側(cè)檢測到輸出信號，那么可推斷電流正從其中一個電動機相流向提供地的電 動機底架，從而表示地與電動機中一相或多相或者與連至電動機的三個相連接件之間存在 隔離喪失。還可在功率逆變器的輸出側(cè)只使用兩個電流傳感器來替代三個電流傳感器，以提 供用于控制所述三相的反饋。當電動機中的情況改變時，各相中的阻抗會變化。為控制目 的，控制器從電動機的兩個或更少的相接收反饋。使用示例性實施例可實現(xiàn)各種優(yōu)點。例如，由于可直接測量來自兩相的電流，并且 來自第三相的電流可計算為所述兩個被測相之和的相反值，所以可僅使用兩個電流傳感器 控制三相電動機。由于不必再通過聯(lián)接至電動機各相的電流傳感器檢測故障，在某些實施 例中可以移除其中一個電流傳感器。在各種實施例中可實現(xiàn)其它優(yōu)點。功率逆變器連接至任意適當?shù)碾娫矗鏒C電源，并供應用于使電動機運行的AC 相。DC電源基本上與地或底架隔離。在正常運行狀況下，電動機的底架與AC相隔離，沒有 電流從所述相流經(jīng)底架。電動機底架還被連接為接地件，該接地件連接至功率逆變器的輸 入側(cè)。當?shù)准芘c一個或多個AC相之間出現(xiàn)隔離喪失時，會有相對較大的電流流過電動機底 架，來自輸出側(cè)的信號通過接地件傳送至輸入側(cè)。在示例性實施例中，在“到底架(或地)” 的短路故障期間，在功率逆變器輸入側(cè)測量流過電動機底架和車輛底盤的電流，以確定任 一 AC相中是否出現(xiàn)了隔離喪失。確定隔離喪失的所述示例性方法還提供了確定何時任一 AC相中出現(xiàn)了局部隔離喪失，因為輸出信號仍傳送至功率逆變器的輸入側(cè)。圖1示出了示例性電動機系統(tǒng)100，其包括電動機110、功率逆變器130、處理器 140、電力總線150和電源170。電動機110為任何的多相或單相電動機。在示例性實施例中，電動機Iio為三相電動機，適當?shù)匕妱訖C底架112、第一相繞組114、第二相繞組116 和第三相繞組118。通過例子示出了 “相到地”短路120，短路電流信號122從第三相繞組 118中的相短路位置124流向底架112的位置126。在正常運行期間，不存在到底架120的 短路，相繞組114-118基本上與電動機底架112隔離。AC隔離喪失可因相繞組中的短路，以 及相連接件、電纜等中的短路而發(fā)生。為簡單起見，對相短路的檢測包括對可導致AC隔離喪失的連接件和構(gòu)件中短路的檢測。在示例性實施例中，測量與短路電流信號122相關的電壓以確定隔離喪失。當發(fā) 生“相到地”的故障時，短路電流信號122可通過接地件190傳送至在功率逆變器130的輸 入側(cè)131的電力總線150。當出現(xiàn)隔離喪失時，短路電流信號122可在電力總線中引起第一 電壓151和161。在示例性實施例中，通過在功率逆變器130的輸入側(cè)131測量第一電壓 151或161來確定所有三相的隔離喪失。短路電流信號122在圖1中顯示為從第三相繞組 118到地的短路。但是，短路電流信號122可為源自任意相繞組(114、116或118)的短路， 并可通過接地件190傳送至電力總線150。這樣，在電力總線150中測得的第一電壓151可 指示任意相繞組(114、116和/或118)中到地的短路。功率逆變器130為能夠?qū)C輸入電轉(zhuǎn)換為具有一相或多相的AC輸出以驅(qū)動單相 或多相電動機的任意裝置。功率逆變器130可用于驅(qū)動電動機110。功率逆變器130可為 任意類型的功率逆變器，例如將DC電轉(zhuǎn)換為AC電的逆變器。可替代地，功率逆變器130可 將AC電源轉(zhuǎn)換為用來驅(qū)動電動機110的三相AC電源。電源170可為利用功率逆變器130 驅(qū)動電動機110的任意適當?shù)碾娫?。電?70可為DC電源、燃料電池或其它類型的電源。在圖1所示的示例性實施例中，電源170為DC電源，功率逆變器130包括具有功 率逆變器正端子133和功率逆變器負端子135的輸入側(cè)131。示例性功率逆變器130還包 括具有AC相端子的輸出側(cè)132，其中AC相端子用于向示例性電動機110的三相供應AC電 流，例如第一相端子134、第二相端子136和第三相端子138。功率逆變器130可使用脈寬 調(diào)制，例如，非連續(xù)脈寬調(diào)制、空間矢量脈寬調(diào)制、或正弦脈寬調(diào)制或任意其它的技術，來控 制和驅(qū)動電動機110。電流傳感器(未示出)可連接在任意兩個相端子與任意兩個相繞組 之間，以測量用于電動機110的反饋控制的電流。處理器140為能夠接收輸入信號并且能夠產(chǎn)生用于控制功率逆變器130的信號的 任意裝置。在示例性實施例中，處理器140聯(lián)接到功率逆變器130以控制功率逆變器130 和電動機110。電流傳感器可聯(lián)接到處理器140以提供用于控制功率逆變器130和電動機 110的反饋。其它信號可用于控制功率逆變器130以及用于其它功能。盡管圖1中示出的 是單個處理器，但是本文所述處理器140的功能可由使用任意類型的軟件和/或固件模塊 的任意數(shù)量的處理器來執(zhí)行?？商娲?，處理器功能可以以硬件，或者硬件、軟件和/或固 件的任意組合來實施。處理器140可從功率逆變器130的輸入側(cè)131接收一個或多個信號， 并可確定是否出現(xiàn)了隔離喪失。如下面更加充分描述的，處理器140根據(jù)電動機110的相 繞組114-118中是否存在隔離喪失的確定結(jié)論來指令功率逆變器130控制電動機110。在示例性實施例中，處理器140聯(lián)接到顯示器142或合適時聯(lián)接到其它反饋顯示 裝置。顯示器142為能夠顯示處理器140的輸出的任意裝置。在一個實施例中，電動機系 統(tǒng)100為電動車輛(例如混合動力電動車輛)中的電動機系統(tǒng)。顯示器142可為駕駛員的 可視顯示器(例如，駕駛員信息控制臺、儀表板上的LED和/或車輛中的其它顯示裝置)的一部分。顯示器142可用于警告車輛駕駛員電動機系統(tǒng)100的狀態(tài)，包括處理器140是否 已經(jīng)確定電動機110發(fā)生了 “到底架”的短路以及與電動機系統(tǒng)100相關的其它故障。 電力總線150為將功率逆變器130聯(lián)接到電源170并且使得電流能夠在構(gòu)件之間 流動的任意裝置或系統(tǒng)。在各種實施例中，電力總線150可包括電磁兼容性(EMC)電路， 該電路具有聯(lián)接在電源170的負端子174與電動機底架112(地)之間的第一電容152、 和聯(lián)接在電源170的正端子172與電動機底架112(地)之間的第二電容162。正端子 172與負端子174之間還可聯(lián)接大容量電容173，用于濾掉DC電壓中來自電源170的缺陷 (imperfection) 0在圖1所示的示例性實施例中，當發(fā)生“相到地”的故障時，第一電壓151包括來自 功率逆變器130的輸出側(cè)132的、用于驅(qū)動短路相(例如在該實例中為第三相繞組118)的 AC電壓。用于驅(qū)動短路相的AC電壓可作為短路電流信號122被傳送通過電動機底架112 和接地件190。短路電流信號122可引起跨第一電容152存在第一電壓151和跨第二電容 162存在第二電壓161?？蓽y量第一電壓151和/或第二電壓161以確定電動機系統(tǒng)100 中何時出現(xiàn)故障，所述故障包括電動機110中“相到地”的隔離喪失和/或電力總線150中 的DC隔離喪失。在示例性實施例中，當出現(xiàn)“相到地”的故障時，第一電壓151和第二電壓161將 含有與用于驅(qū)動短路相的AC電壓相關的AC信號?？赏ㄟ^識別來自功率逆變器的輸出側(cè) 132的、跨第一電容152和/或第二電容162的AC電壓的存在來檢測故障。在示例性實施 例中，由于在正常運行期間，AC電壓與第一電容152和第二電容162隔離，所以只有當發(fā)生 “相到地”的故障時，才會存在AC電壓。第一電壓151和/或第二電壓161可以任意的方式進行測量。例如，EMC電路還 可包括第一測量電阻153和第一分壓電阻154以測量第一電壓151。在示例性實施例中， 第一分壓電阻154和第一測量電阻153用作分壓電路，其中測量了跨測量電阻153的第一 電壓信號155。第一電壓信號與第一電壓151成適當?shù)谋壤?，使得第一電壓信?55處在 供處理器140測量的適當電壓水平上。在示例性實施例中，EMC電路還包括第二測量電阻 163和第二分壓電阻164?？蓽y量跨測量電阻163的、與第二電壓161成比例的第二電壓信 號165。如同第一測量電阻153那樣，第二測量電阻163可選擇成向處理器140提供處于 適當電壓水平上的第二電壓信號165。在示例性實施例中，第一分壓電阻154和第二分壓 電阻164具有基本相同的電阻值，以提供基本相同的分壓電路，以用于測量第一電壓151和 第二電壓161。在其它實施例中，第一分壓電阻154和第二分壓電阻164可具有不同的值。 可使用其它電路和其它方法來測量第一電壓151和/或第二電壓161。在下述各種實施例中，可濾波、處理、測量或以其它方式應用第一電壓信號155和 /或第二電壓信號165來確定電動機110中的隔離喪失。為簡單起見，下面對有關確定電 動機110中AC隔離喪失的討論將主要集中在第一電壓信號上，但是對于該目的也可使用第 二電壓信號。在示例性實施例中，如下所述，當電動機110運行于低速或處于失速狀況時， 利用并比較第一電壓信號155和第二電壓信號165，以確定電路總線150中的隔離喪失和/ 或電動機110中的隔離喪失。當示例性實施例中出現(xiàn)“相到地”的故障時，第一電壓信號155包括與用于驅(qū)動短 路相的AC電壓有關的AC信號。所述AC信號可處在與電動機110的當前運行速度有關的頻率下，該頻率作為基頻。因此，來自短路相的AC信號會產(chǎn)生第一電壓信號155的分量，該 分量作為基頻分量。在示例性實施例中，基頻分量用于確定何時三個相繞組114、116和/ 或118的任一相繞組中出現(xiàn)AC隔離喪失?；l分量可包括處在基頻的電壓信號。在示例性實施例中，用于驅(qū)動電動機110 的相的基頻處在以“每秒周期數(shù)”度量的范圍內(nèi)，并且與以“每秒轉(zhuǎn)數(shù)”度量的電動機110的 當前運行速度相關。基頻的每秒周期數(shù)與當前電動機速度的每秒轉(zhuǎn)數(shù)之間的相關性可依賴 于電動機控制技術和/或特定電動機的結(jié)構(gòu)，并且電動機控制領域內(nèi)的技術人員會理解該 相關性。第一電壓信號155還可含有其它分量，包括DC分量和/或開關分量(switching component)。所述DC分量可包括與電力總線150的狀態(tài)相關的電壓。如下所述，DC分量 可用于確定電力總線中的故障，例如DC隔離喪失。所述開關分量可與用于驅(qū)動電動機110 的開關技術(switching technique)相關。在示例性實施例中，第一電壓信號155被濾波以提取基頻分量?；l分量可被處 理器140處理以測量該基頻分量的幅值。在示例性實施例中，當基頻分量具有相對較大的 幅值時，處理器140確定電動機110中存在“相到地”的故障。相反，當基頻分量具有相對 較小的幅值時，處理器140可確定電動機系統(tǒng)110正在正常狀況下運行，電動機相繞組114、 116和118與電動機底架112隔離。如下所述，局部短路也可通過電動機系統(tǒng)100檢測。

電動機系統(tǒng)100以任何適當?shù)姆绞綖V波第一電壓信號155和第二電壓信號165以 確定何時出現(xiàn)故障狀況。例如，可使用第一低通濾波器182和第二低通濾波器184過濾第 一電壓信號155。在示例性實施例中，第一低通濾波器182和第二低通濾波器184構(gòu)造成 從第一電壓信號155和第二電壓信號165濾出開關分量。第一低通濾波器182和第二低通 濾波器184可以任何的方式實施，例如以硬件、使用軟件和/或固件的處理器以及其它方法 實施。在示例性實施例中，第一低通濾波器182和第二低通濾波器184實施為具有比用來 控制電動機110的開關頻率更低的截止頻率的分立電路。例如，處理器140可以以約IOkHz 至約50kHz范圍內(nèi)的開關頻率控制功率逆變器130，在車輛應用中以約0赫茲至約3kHz范 圍內(nèi)的基頻使電動機10運行。在其它實施例和/或其它應用中，處理器140可使用其它頻 率范圍來指令功率逆變器130讓電動機110運行。在示例性實施例中，第一低通濾波器182 和第二低通濾波器184可具有約2kHz的截止頻率，以減弱第一電壓信號155和第二電壓信 號165的開關分量，且并不顯著地減弱基頻分量?？梢砸匀我膺m當?shù)姆绞竭M一步濾波和/或處理第一電壓信號155，以確定電動機 系統(tǒng)100中的隔離喪失故障。在示例性實施例中，處理器140使用模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器將第 一電壓信號155轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。A/D轉(zhuǎn)換器可為處理器140的一部分，并以電動機110的 最高基頻的速率(rate)的至少兩倍的速率從第一電壓信號155采樣。例如，處理器140可 以以約4kH ζ或更高的速率從第一電壓信號155采樣。在其它實施例中，可使用其它采樣 速率來將包括基頻分量和DC分量的第一電壓信號155轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。在示例性實施例 中，基頻分量用于確定電動機110中的隔離喪失，DC分量用于確定電力總線150中的隔離 喪失，如下所述。在圖1中，電動機系統(tǒng)100為示例性三相電動機系統(tǒng)100。在其它實施例中可使 用具有更多或更少相的其它多相電動機系統(tǒng)。為簡單起見，討論主要集中在三相電動機系統(tǒng)上；但是，所述原理可應用于其它多相電動機系統(tǒng)或單相系統(tǒng)以及其它電動機控制系統(tǒng)。 在電動機系統(tǒng)100的功能和結(jié)構(gòu)上還可以其它方式存在著變型。在其它實施例中可使用電 源、電磁兼容性電路、處理器及其它構(gòu)件的其它結(jié)構(gòu)。示例性實施例中的處理器140利用一個或多個過程來確定電動機系統(tǒng)100中的AC 和/或DC隔離喪失。例如，處理器140可執(zhí)行用于確定AC隔離喪失的過程，并且還可同時 或隨后執(zhí)行用于確定DC隔離喪失的過程。處理器140還可執(zhí)行一個或多個過程，所述過程 每個都能確定是否出現(xiàn)了隔離喪失。例如，多個過程可每個都用來確定AC隔離喪失，并將 最終確定結(jié)論進行比較以校驗結(jié)果。圖2、6、10和11示出了可由包括處理器140的電動機 系統(tǒng)100執(zhí)行的示例性過程。圖2、6、10和11中所示的示例性過程可作為替代過程或作為 補充過程執(zhí)行。通常來講，圖2、6、10和11中所示方法的各種功能和特征可以由在任意平 臺上存儲和或執(zhí)行的任意類型的硬件、軟件和/或固件邏輯來實施。例如，可通過在圖1中 電動機系統(tǒng)100內(nèi)執(zhí)行的邏輯來實施所示的方法的一部分或全部。在一個實施例中，處理 器140執(zhí)行實施圖2、6、10和11中所示各種功能中每個功能的軟件邏輯。 現(xiàn)在參照圖2，用于確定電動機系統(tǒng)中AC隔離喪失的示例性方法200適當?shù)匕?廣泛的功能接收第一電壓信號155 (功能212)；濾波第一電壓信號155以減弱DC分量(功 能216)；和確定存在AC隔離喪失(功能228)。其它實施例還可從第一電壓信號155采樣 (功能214)、將濾波后的第一電壓信號轉(zhuǎn)換為絕對值(功能218)和/或可將所述絕對值取 平均(功能220)。還可提供各種其它功能和其它特征，如下面所進一步詳細描述的。在示例性實施例中，方法200開始于功能210。處理器140 (圖1)可以任意的方式 接收第一電壓信號155(功能212)。例如，第一電壓信號155可由作為處理器140 —部分 的數(shù)據(jù)采集模塊接收。在示例性實施例中，數(shù)據(jù)采集單元從第一電壓信號155采樣(功能 214)。在方法200的一個實施例中，第一電壓信號155被轉(zhuǎn)換為數(shù)字第一電壓信號，并且使 用數(shù)字信號處理技術來實施其余的功能。在示例性實施例中，第一電壓信號155(圖1)由處理器140接收，并且具有基頻分 量和DC分量，其中開關分量已被第一低通濾波器182去除。如上所述，基頻分量可與電動 機110中的隔離喪失相關。如上所述，基頻是處在與電動機110的速度相關的范圍內(nèi)的頻率。電動機110可被 控制成具有對應于基頻范圍最高值的最大速度。在一個實施例中，采樣功能(功能214)可 以以等于或大于基頻范圍最高值的兩倍的速率來實施，但是其它實施例可使用其它值。在 其它實施例中，處理器140以比基頻范圍最高值低的速率來采樣，例如當前運行基頻的兩 倍或者任意其它適當?shù)牟蓸铀俾?。示例性方?00從第一電壓信號155濾出DC分量(功能216)。例如，在示例性實 施例中，處理器140利用數(shù)字信號處理技術來從第一電壓信號155減弱或去除DC分量。處 理器140可使用充當具有相對較低截止頻率(例如IOHz)的高通濾波器的過程。在示例性 實施例中，在濾出DC分量(功能216)之后，第一電壓信號155主要包括基頻分量。如上所 述，基頻分量可包括來自短路的相繞組(例如，圖1中的第三相繞組188)、處于基頻下的信 號，并且還可包括來自其它相繞組的基頻分量。在具有三相電動機110的示例性電動機系 統(tǒng)100中，第一電壓信號155的基頻分量包括來自所有三相的組合的、處于三倍基頻下的信 號，并且還包括來自短路的相繞組、處于基頻下的信號。在正常運行期間，沒有“相到地”的短路，基頻分量相對較小。當出現(xiàn)“相到地”的短路時，基頻分量比較起來會相對較大。該 基頻分量的存在和/或大小可與電動機110中存在“相到地”的故障或類似的故障直接相
關。 基頻分量可以任何方式來測量，以確定是否出現(xiàn)了 AC隔離喪失。在示例性方法 200中，具有基頻分量的第一電壓信號155 (圖1)被轉(zhuǎn)換為絕對值(功能218)。將基頻分 量轉(zhuǎn)換為絕對值可允許測量該基頻的幅值。將一段時間上的所述絕對值信號取平均(功能 220)，以提供來自第一電壓信號155的基頻分量的幅值的測量值。取平均的時間段可與采 用所述采樣速率可測量到的最低基頻相關。在一個實施例中，使用0. 25秒的采樣時間段來 對包括相對較低頻率的基頻范圍采樣。在示例性方法200中，將平均電壓值與一個或多個值作比較，以確定是否出現(xiàn)了 AC隔離喪失。例如，基頻分量幅值的平均電壓值可與警告值作比較(功能222)，以確定是 否向車輛操作員發(fā)送警告。如果平均電壓值低于警告值，那么處理器140確定電動機110 正在正常的運行狀況下運行，并繼續(xù)運行電動機和監(jiān)測第一電壓信號155(圖1)的基頻分 量幅值的平均電壓值。但是，當平均電壓值大于警告值時，處理器140可確定平均電壓值是 否超過比警告值大的故障值(功能224)。如果來自第一電壓信號155(圖1)的基頻分量幅值的平均電壓值低于故障值，那 么處理器140可確定存在局部的“相到地”的短路，但是電動機可繼續(xù)運行一段短的時間、 和/或以有限的能力運行，而不會引起對電動機系統(tǒng)100或其它系統(tǒng)的損壞。處理器可給 電動機系統(tǒng)100的操作員提供輸出信號，例如顯示警告的信號(功能226)。然后處理器可 繼續(xù)接收第一電壓信號155以確定“到底架”的短路狀況是否變化了。在示例性實施例中，如果來自第一電壓信號155(圖1)的基頻分量幅值的平均電 壓值等于或大于故障值，那么處理器140確定已出現(xiàn)AC隔離喪失(功能228)，并可基于該 確定結(jié)論執(zhí)行功能，例如指令功率逆變器130停止向電動機10供應AC電流。處理器還可 發(fā)送有關電動機110狀況的信息至顯示器142。例如，具有多個電動機的車輛可能在一個電 動機中經(jīng)歷“相到地”的短路，駕駛員信息中心會顯示出示出電動機之一由于故障而停機的 信息。示例性的方法200結(jié)束于功能240。圖3-5示出了根據(jù)方法200或其它適當方法的特定實施例中，隨著時間推移測得 的基頻分量的幅值的示例性平均電壓值的曲線圖。如上所述，第一電壓信號155(圖1)和 /或第二電壓信號165被濾波，以獲得基頻分量。根據(jù)方法200，通過在濾波去除其它分量 之后將第一電壓信號155的電壓幅值取平均來測量基頻分量。圖3示出了根據(jù)方法200 (圖2)的功能220，基頻分量幅值的平均電壓值310的曲 線300。在該實例中，對于曲線300這一示例性實施例，相繞組與地恰當?shù)馗綦x。曲線300 示出基頻分量幅值的平均電壓值310相對較低，例如在正常的系統(tǒng)狀況下為約0. 1伏。根 據(jù)方法200的基頻分量幅值的平均電壓值表示從功率逆變器130的輸出側(cè)132通過接地件 190傳送的AC信號的幅值。在正常運行狀況下，由于電動機系統(tǒng)100中的缺陷，可能檢測到 小的信號。相對較小的平均電壓值310還可能是由于在測量第一電壓信號155時的電噪聲 或其它不理想的狀況。在示例性實施例中，當電動機相被隔離時，平均電壓值310在如方法 200的功能222和224中所利用的警告值和故障值之下。曲線400示出了在一個相繞組短接到地時的基頻分量幅值的平均電壓值410。平均電壓值410可根據(jù)方法200(圖2)的功能220來確定。對于所述特定實施例，平均電壓 值410在警告值和故障值以上。如曲線400中所示，在根據(jù)方法200測量絕對值的0.2秒 之后，來自故障狀態(tài)中的電動機系統(tǒng)100的平均電壓值410可為約160伏。在示例性實施 例中，平均電壓值410的電壓水平與基頻分量的幅值直接相關，因此與電動機110中是否存 在“相到地”的短路直接相關。特定系統(tǒng)中的基頻分量幅值的平均電壓水平可依賴于許多 不同的因素，可隨著供應電壓、控制技術、“到底架”的短路是具有相對較低的阻抗還是相對 較高的阻抗、以及其它因素而變化。在示例性實施例中，平均電壓值410的幅值與短路電流 信號122的大小相關，并可用于確定是否超過了警告值和/或故障值。如上所述，可使用各 種控制技術來控制電動機110 (圖1)。圖4示出了利用非連續(xù)脈寬調(diào)制(DPWM)控制技術的 實施例的曲線400。圖5示出了利用正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制技術的、具有“相到地”的故障狀況的 實施例的曲線500。該曲線示出了根據(jù)方法200 (圖2)的功能220的基頻幅值的平均電壓 值510。在曲線500的示例性實施例中，相繞組之一短接到地。如上所述，多種因素可影響 處理器140(圖1)利用方法200或其它適當?shù)姆椒y得的基頻分量幅值的平均電壓水平。 如曲線500上所示，在取平均0. 2秒之后，平均電壓值510可具有約14伏的電壓。處理器 140可將平均電壓值510的電壓水平與預定值作比較，以確定是否出現(xiàn)了 AC隔離喪失。利用方法200 (圖2)的電動機系統(tǒng)100 (圖1)可基于正常運行狀態(tài)與故障狀態(tài)之 間平均電壓值(功能220)的差別來確定何時出現(xiàn)AC隔離喪失。例如，圖3-5示出了針對所 述實施例和狀況的基頻分量幅值的平均電壓值(310、410和510)，相對較低的平均電壓值 310 (低于0. 2伏)為正常運行狀況，相對較高的平均電壓值410和/或510 (大于14伏) 為AC隔離喪失狀況?；谶@些差別，該示例性實施例可以高的精確度和可靠度確定何時出 現(xiàn)隔離喪失。圖6示出了檢測電動機系統(tǒng)100 (圖1)中隔離喪失的示例性方法600。方法600 適當?shù)匕◤V泛的功能接收第一電壓信號(功能212)；將第一電壓信號轉(zhuǎn)換為絕對值信 號(功能218)；從所述絕對值信號濾出或減弱AC分量(功能620)；檢測絕對值信號的峰 值(功能620)；以及確定電動機系統(tǒng)100中出現(xiàn)了隔離喪失(功能626)。其它實施例還可 從第一電壓信號采樣(功能214)和/或從第一電壓信號濾出或減弱DC分量(功能216)。 還可提供各種其它功能和其它特征，如下面所進一步詳細描述的。示例性方法600開始于功能610。功能212-218可如上面結(jié)合圖2和示例性方法 200所述地那樣執(zhí)行。如上所述，可以以任意方式測量基頻分量來確定是否出現(xiàn)了 AC隔離 喪失。在示例性方法200中，使用基頻分量的平均電壓值來確定電動機110是否處于故障 狀況。類似地，方法600使用從基頻分量檢測到的電壓峰值來確定電動機110是否處于故 障狀態(tài)。在方法600的示例性實施例中，具有基頻分量的第一電壓信號被轉(zhuǎn)換為絕對值信 號(功能218)。如上所述，將基頻分量轉(zhuǎn)換為絕對值可允許測量該基頻的幅值。在所述示 例性方法中，處理器140從絕對值信號濾出或減弱AC分量(功能620)。在濾出AC分量之 后，處理器140可使用該信號來檢測電壓峰值(功能622)以提供基頻分量的幅值的測量 值。可在適當?shù)臅r間段上測量電壓峰值，例如約0. 25秒，但是其它實施例可使用其它值。在 示例性方法600中，電壓峰值的幅值和/或電壓峰值隨時間的斜率與電動機110中是否存在“相到地”的短路相關。處理器140可將電壓峰值和/或電壓峰值的斜率與一個或多個值 作比較，例如警告值和/或故障值。在示例性方法600中，將電壓峰值與故障值作比較(功 能624)。當電壓峰值低于故障值時，處理器140適當?shù)乩^續(xù)使電動機110運行。在示例性 實施例中，處理器140繼續(xù)接收第一電壓信號，并繼續(xù)執(zhí)行示例性方法600的功能，同時使 電動機110運行。如果電壓峰值等于或大于故障值，那么處理器140可確定電動機110中 出現(xiàn)了 AC隔離喪失(功能626)。當確定了隔離喪失時，處理器140可停止電動機110的運 行和/或指令其它適當?shù)倪^程。示例性方法600結(jié)束于功能640。

圖7-9示出了根據(jù)方法600或其它適當方法的特定實施例中，隨著時間推移測得 的基頻分量幅值的檢測到的示例性電壓峰值的曲線。如上所述，濾波第一電壓信號155(圖 1)和/或第二電壓信號165以獲得基頻分量。根據(jù)方法600，通過檢測第一電壓信號155 的幅值的電壓峰值來測量基頻分量。圖7示出了根據(jù)方法600 (圖6)的功能622，第一電壓信號155(圖1)的基頻分量 幅值的電壓峰值710的曲線700。在曲線700所示的示例性實施例中，相繞組與地恰當?shù)?隔離。根據(jù)方法600的基頻分量的電壓峰值710表示從功率逆變器130的輸出側(cè)132通過 接地件190傳送的AC信號的幅值。在示例性實施例中，因為沒有處于基頻的電流流過接地 件190 (圖1)，所以電壓峰值710相對較小。示例性曲線700顯示，電壓峰值710在約0. 2 秒后為約零伏，在約0. 25秒之后小于0. 002伏。在該示例性實施例中，基頻分量的電壓峰 值710小于故障值，處理器140基于該電壓峰值710確定相繞組114、116和118與地恰當 地隔離。曲線800示出了當其中一個相繞組短接到地時，根據(jù)方法600 (圖6)的功能622 的、第一電壓信號155的基頻分量幅值的電壓峰值810。當電動機系統(tǒng)100(圖1)具有“相 到地”的故障時，電壓峰值810會相對較大。例如，在曲線800中，電壓峰值810在約0. 2秒 時為約6伏，在約0. 25秒時為約14伏?？蓪㈦妷悍逯?10與故障值比較以確定電動機110 中是否出現(xiàn)了隔離喪失。在示例性實施例中，基頻分量幅值的電壓峰值810的大小與若干 因素直接相關，包括供給電壓、電動機控制技術、“到底架”的短路是具有相對較小的阻抗還 是相對較高的阻抗、以及其它因素。如上所述，可使用多種控制技術來控制電動機110(圖 1)。圖8示出了利用非連續(xù)脈寬調(diào)制(DPWM)控制技術的實施例的曲線800。圖9示出了利用正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制技術的、具有“相到地”故障狀況的實 施例的曲線900。曲線900示出了根據(jù)方法600 (圖6)的功能622的第一電壓信號155 (圖 1)的基頻分量幅值的電壓峰值910。當電動機系統(tǒng)100中出現(xiàn)“相到地”的故障時，電壓峰 值910會具有相對較大的值。例如，曲線900示出了相對較大的電壓峰值910，其在約0. 2 秒時具有約0. 6伏的值，在約0. 25秒時具有約1. 4伏的值。與未具有故障狀態(tài)的系統(tǒng)的電 壓峰值710(圖7)相比，故障狀態(tài)的基頻分量幅值的電壓峰值910相對較大。在示例性實 施例中，當出現(xiàn)“相到地”的故障時，電壓峰值910大于上述故障值。處理器140可將電壓 峰值910與故障值作比較，以確定是否出現(xiàn)了 AC隔離喪失，以及是否應當修改對功率逆變 器130的控制。利用方法600 (圖6)的電動機系統(tǒng)100 (圖1)可基于正常運行狀態(tài)與故障狀態(tài) 之間第一電壓信號的基頻分量幅值的電壓峰值的差別來確定何時出現(xiàn)AC隔離喪失(功能 622)。例如，圖7-9示出了所述實施例和狀況的電壓峰值(710、810和910)，對于正常運行狀況而言具有相對較低的電壓峰值710 (在0. 25秒時低于0. 002伏)，對于AC隔離喪失狀 況而言具有相對較大的電壓峰值810和/或910 (在0. 25秒時大于1. 2伏)。相對較低的 電壓峰值710為第一電壓信號155(圖1)中的基頻分量幅值的低幅值的測量值，相對較高 的電壓值810和/或910為第一電壓信號155中的相對較大基頻分量的測量值。基于這些 差別，所述示例性實施例可以高的精確度和可靠度確定何時出現(xiàn)隔離喪失。圖10示出了使用源信號的正交(例如正弦和余弦)分量來檢測電動機系統(tǒng)中隔 離喪失的示例性方法1000。示例性方法1000適當?shù)匕◤V泛的功能接收第一電壓信號 (功能1012)；將第一電壓信號與源信號的第一正交(正弦)分量相乘(功能1018)產(chǎn)生 第一電壓信號的第一部分；將第一電壓信號與源信號的第二正交(余弦)分量相乘(功能 1020)產(chǎn)生第一電壓信號的第二部分；將第一電壓信號的第一部分和第二部分組合以獲得 具有幅值的濾波后電壓信號(功能1022)；以及確定電動機110中存在AC隔離喪失(功能 1026)。其它實施例還可產(chǎn)生處在電動機110的基頻下的源信號(功能1014)，和/或?qū)⒃?信號分為正交分量(功能1016)。還可提供各種其它功能和其它特征，如下面所進一步詳細 描述的。方法1000開始于功能1010。在示例性實施例中，處理器140 (圖1)以任意適當?shù)?方式接收第一電壓信號155 (功能1012)。例如，處理器140可包括用來接收第一電壓信號 155的具有適當電連接的數(shù)據(jù)采集模塊。處理器140還可以產(chǎn)生處于基頻下的源信號(功 能1014)。例如，處理器140可以產(chǎn)生處于基頻下的用于驅(qū)動電動機110和/或用于其它功 能的信號。在示例性實施例中，所述源信號被分為正交分量(功能1016)，例如正弦分量和 余弦分量。第一源分量(正弦)與第一電壓信號155相乘(功能1018)產(chǎn)生第一電壓信號 的第一部分。第二源分量(余弦)與第一電壓信號155相乘(功能1020)產(chǎn)生第一電壓信 號的第二部分。使用實施在軟件中的兩個低通濾波器濾波所述第一部分和第二部分(功能 1019和1021)。求低通濾波器的這兩個輸出的平方和(功能1022)以獲得可與閾值故障值 作比較的幅值(功能1024)。該過程從第一電壓信號的幅值中去除了低頻分量，例如DC分 量。

在示例性實施例中，將第一電壓信號155與正交分量組合(功能1018和1020)以 及組合分離的信號(功能1022)這一過程去除或減弱了第一電壓信號155中的DC分量，使 得第一電壓信號主要含有基頻分量。在示例性的電動機系統(tǒng)100中，與正常狀況下基頻分 量的幅值相比，當電動機110中存在“相到地”的短路時，第一電壓信號155的基頻分量具 有更大的幅值。處理器140可將第一電壓信號155的幅值與故障值作比較(功能1024)， 以確定電動機110中是否出現(xiàn)了 AC隔離喪失。在示例性實施例中，處理器140繼續(xù)監(jiān)測第 一電壓信號以確定基頻分量的幅值是否大于故障值。當所述幅值等于或大于故障值時，那 么處理器可確定已出現(xiàn)AC隔離喪失(功能1026)，并可關閉電動機110的運行。當處理器 140確定已出現(xiàn)AC隔離喪失時，可通過處理器140和/或其它處理器來執(zhí)行其它過程邏輯 或功能。圖11示出了檢測電動機系統(tǒng)100 (圖1)中隔離喪失的示例性方法1100的流程圖。 方法1100適當?shù)匕◤V泛的功能接收第一電壓信號(功能1111)和第二電壓信號(功能 1112)；測量第一電壓信號的第一平均值(功能1117)和第二電壓信號的第二平均值(功 能1118)；將第一平均值與第二平均值作比較(功能1122)；以及確定是否出現(xiàn)了隔離喪失(功能1126)。其它實施例還可從第一電壓信號采樣(功能1115)和從第二電壓信號采樣 (功能1116)。還可提供各種其它功能和其它特征，如下面所進一步詳細描述的。示例性方法1100可用于在電動機110(圖1)以低的基頻運行和/或處于失速狀 況時檢測“相到地”的隔離喪失。例如，當電動機系統(tǒng)100用在車輛中時，車輛的速度可與電 動機110的速度和/或基頻相關。當車輛停止或以低速行駛時，所述基頻可低于在檢測AC 隔離喪失的一些方法中所使用的最低適當頻率。示例性方法1100可檢測在低基頻時的AC 隔離喪失，并且還可檢測DC隔離喪失。例如，當電源170的正端子172或負端子174與地 190 (例如車輛底盤或電動機底架112)之間存在短路或局部短路時，會出現(xiàn)DC隔離喪失。示例性方法1100開始于功能1110。處理器140 (圖1)可以任意的方式接收第一電 壓信號155 (功能1111)和第二電壓信號165 (功能1112)。在示例性實施例中，處理器140 使用A/D轉(zhuǎn)換器從第一電壓信號155 (功能1115)和第二電壓信號165采樣(功能1116)， 所述A/D轉(zhuǎn)換器為處理器140的一部分或者通信地聯(lián)接至處理器140。處理器140可測量 第一電壓信號155的第一平均值(功能1117)和第二電壓信號165的第二平均值(功能 1118)。在示例性實施例中，第一電壓信號155的平均值和第二電壓信號165的平均值與電 壓信號155和165的DC分量的幅值相關。

在正常運行狀況下，第一平均值大致等于第二平均值。但是，在故障狀況下，第一 平均值可顯著地不同于第二平均值。如果電動機系統(tǒng)100(圖1)經(jīng)歷了電力總線150中的 短路，例如，負端子174與電動機底架112之間的短路，那么第一電壓信號155可具有比第 二電壓信號165小得多的DC分量幅值。電力總線150中的短路可通過比較第一電壓信號 155和第二電壓信號165的平均值來檢測(功能1122)。可替代地，如果在電動機110失速 狀況期間出現(xiàn)“相到地”的短路，那么短路的相會在第一或第二電壓信號中引起DC偏移。通 過處理器140比較平均值(功能1122)可檢測“相到地”的短路。電動機系統(tǒng)100中的其 它故障會引起第一平均值與第二平均值之間平均值的差別。在示例性方法1100中，使用了平均差故障值，該平均差故障值允許第一平均值與 第二平均值之間由于電路中的缺陷、電子噪聲、電源170中的差異、以及其它適當?shù)仡A料的 差異等因素引起的適當差異。在示例性實施例中，將平均差故障值與測得的差作比較，以確 定是否出現(xiàn)了故障(功能1124)。如果處理器140確定測得的差低于平均差故障值，那么處 理器140可繼續(xù)使電動機110運行，并可比較第一電壓信號155和第二電壓信號165的平均 值。在方法1100中，如果測得的差大于平均差故障值，那么處理器140確定存在隔離喪失 (功能1126)?？苫诖嬖贒C隔離喪失的確定結(jié)論，執(zhí)行各種功能。例如，當確定了 DC隔 離喪失時，處理器140可與單獨的系統(tǒng)通信以將電源170與電力總線150斷開或隔離。示 例性方法1100結(jié)束于功能1140。所述示例性實施例和方法提供了諸如減少多相電動機系統(tǒng)中使用的電流傳感器 的數(shù)量的優(yōu)點。優(yōu)點還可包括，對隔離喪失狀況的更加快速的響應時間，從而允許關閉電動 機系統(tǒng)100以限制因短路狀況引起的進一步損壞。各種實施例還可提供在檢測DC隔離狀 況的同時檢測AC隔離狀況的優(yōu)點。本領域的技術人員還可認識到和理解其它優(yōu)點。如本文所使用的，詞語“示例性”意味著“用作實例、例子或舉例”，而不是要被精確 地復制的“模型”。本文中作為示例所述的任何實施方式并不必構(gòu)造為超過其它實施方式的 優(yōu)選或有優(yōu)勢的。另外，并沒有意圖被前述技術領域、背景技術、發(fā)明內(nèi)容或詳細描述中介紹的任意明示或暗示的理論約束。如本文所使用的，術語“基本上”意圖包含由于設計或制造的不完美、裝置或組件 的公差、環(huán)境影響和/或其它恰當?shù)囊蛩匾鸬娜魏屋p微差異。術語“基本上”還允許因寄 生效應、噪聲以及在實際實施例中可能存在的其它實際考慮事項引起的與完美或理想情況 的差異。前面的描述可涉及元件或節(jié)點或特征“連接”或“聯(lián)接”在一起。如本文所使用的， 除非另有明確的表述，否則“連接”意味著一個元件/節(jié)點/特征被電地、機械地、邏輯地或 以其它方式直接地結(jié)合至另一元件/節(jié)點/特征(或與其直接通信)。同樣，除非另有明確 的表述，否則“聯(lián)接”意味著一個元件/節(jié)點/特征可機械地、電地、邏輯地或以其它方式直 接或間接地結(jié)合至另一元件/節(jié)點/特征，使得即使這兩個特征不可直接連接也允許其相 互作用。也就是說，“聯(lián)接”意圖包含元件或其它特征的直接和間接結(jié)合，包括與一個或多個 介入元件的連接。

另外，某些術語還可用在說明書中僅為參考性目的，因此并非意圖為限制性的。例 如，涉及結(jié)構(gòu)或元件的術語“第一”、“第二”及其它這類數(shù)字性術語并不暗示次序或順序，除 非通過上下文清楚地表述。盡管在前面的詳細描述中已經(jīng)描述了至少一個示例性實施例，但是應當理解，存 在大量的變型。還應當理解，所述的一個或多個示例性實施例僅為實例，并不是為了以任何 方式限制本發(fā)明的范圍、應用或結(jié)構(gòu)。相反，前面的詳細描述將給本領域的技術人員提供實 施所述示例性實施例的方便路途。應當理解，在不脫離所附權利要求及其合法等同物限定 的本發(fā)明范圍的情況下可對元件的功能和布置進行各種改變。
權利要求
一種檢測電動機系統(tǒng)中的隔離喪失的方法，所述電動機系統(tǒng)包括具有輸入側(cè)和輸出側(cè)的逆變器以及以基頻運行的電動機，所述電動機具有電連接至車輛底盤的電動機底架，所述電動機底架用作所述逆變器的輸入側(cè)和輸出側(cè)的共用基準，所述方法包括在所述逆變器的輸入側(cè)檢測第一電壓信號；濾波所述第一電壓信號以提取所述第一電壓信號的與所述基頻相關的、通過所述共用基準傳遞至所述輸入側(cè)的分量，所述第一電壓信號的所述分量具有分量幅值；以及通過將所述分量幅值與AC隔離喪失故障值作比較來確定是否存在AC隔離喪失故障。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述電動機在與所述基頻范圍相關的范圍內(nèi)運行， 所述基頻范圍具有最高值，其中所述濾波包括采用截止頻率基本上等于所述基頻范圍的最 高值的低通濾波器。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述濾波包括以至少是所述低通濾波器的截止頻 率的最高值的兩倍的采樣速率從所述第一電壓信號采樣。
4.如權利要求1所述的方法，其中，所述電動機在與所述基頻范圍相關的范圍內(nèi)運行， 所述基頻范圍具有最高值，其中所述濾波包括使用截止頻率基本上等于所述基頻范圍的最高值的低通濾波電路； 以至少是所述低通濾波器的截止頻率的最高值的兩倍的采樣速率從所述第一電壓信 號采樣；以及去除所述第一電壓信號的DC分量，以獲得所述第一電壓信號的所述分量。
5.如權利要求1所述的方法，其中，確定是否存在隔離喪失故障包括 將所述第一電壓信號的所述分量轉(zhuǎn)換為絕對值；以及將隨時間推移的所述絕對值取平均。
6.如權利要求1所述的方法，其中，確定是否存在隔離喪失故障包括 將所述第一電壓信號的所述分量轉(zhuǎn)換為絕對值信號；減弱所述絕對值信號的非DC分量；以及 檢測所述減弱后的絕對值信號的峰值。
7.如權利要求1所述的方法，其中，所述濾波包括將處在所述基頻的源信號分成第一正交分量和第二正交分量； 將所述第一正交分量與所述第一電壓信號相乘，然后減弱較高的頻率分量以產(chǎn)生所述 第一電壓信號的第一部分；將所述第二正交分量與所述第一電壓信號相乘，然后減弱較高的頻率分量以產(chǎn)生所述 第一電壓信號的第二部分；以及組合所述第一電壓信號的第一部分和所述第一電壓信號的第二部分，以獲得所述第一 電壓信號的具有所述分量幅值的分量。
8.如權利要求1所述的方法，其中，所述電動機系統(tǒng)包括基本上與所述電動機底架隔 離、電聯(lián)接至所述逆變器的輸入側(cè)的DC電源，所述DC電源具有正端子和負端子，其中，所述 第一電壓信號與流過第一電容的電流成比例，所述第一電容電聯(lián)接在所述負端子與所述電 動機底架之間，所述方法還包括接收與流過第二電容的電流成比例的第二電壓信號，所述第二電容電聯(lián)接在所述正端 子與所述電動機底架之間；以及通過將所述第一電壓信號的平均值與所述第二電壓信號的平均值作比較來確定是否 存在DC隔離喪失故障。
9.一種識別電動機系統(tǒng)中的隔離喪失的方法，所述電動機系統(tǒng)包括電動機和電源，所 述電動機具有連接至電性地的電動機底架，所述電動機以基頻運行，所述電源在電源電壓 下工作，所述方法包括接收跟所述電源的端子與所述電動機底架之間的電壓相關的第一電壓信號，所述第一 電壓信號包括與所述基頻相關的第一分量和與所述電源電壓相關的第二分量；濾波所述第一電壓信號，以減弱與所述電源電壓相關的所述第一分量；測量與所述基頻相關的所述第二分量的幅值；以及通過將所述第一分量的幅值與故障值作比較來確定是否存在相到地的隔離喪失狀況。
10.一種系統(tǒng)，包括電源，其具有電源電壓并基本上與電性地隔離；功率逆變器，其電聯(lián)接至所述電源，所述功率逆變器構(gòu)造成在AC端子處在AC相中從所 述電源提供AC電流，所述AC相具有處于基頻的電流；電動機，其電聯(lián)接至所述功率逆變器的AC端子，所述電動機具有在正常運行狀況下基 本上與所述功率逆變器的AC端子電隔離的底架；處理器，其構(gòu)造成控制所述功率逆變器提供的AC電流，所述處理器構(gòu)造成接收與流過 電動機底架的電流相關的第一電壓信號，所述第一電壓信號包括與所述AC相的基頻相關 的第一分量、和與所述電源電壓相關的第二分量，所述處理器還構(gòu)造成濾波所述第一電壓 信號以減弱所述第二分量，測量所述第一分量的幅值，并通過將所述第一分量的幅值與故 障值作比較來確定是否存在AC隔離喪失狀況。
全文摘要
本發(fā)明涉及在AC電動機運行時檢測隔離喪失的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括具有電源電壓并基本上與地或底架隔離的電源和電聯(lián)接至該電源的功率逆變器。功率逆變器構(gòu)造成在AC端子處在AC相中從電源提供AC電流，該相具有處于基頻的電流，其控制電動機速度。電動機電聯(lián)接至功率逆變器的AC端子并且具有在正常運行狀況下基本上與功率逆變器的AC端子電隔離的底架。處理器構(gòu)造成控制功率逆變器提供的AC電流，接收與流過電動機底架的電流相關的第一電壓信號(其包括與相的基頻相關的第一分量和與電源電壓相關的第二分量)，濾波第一電壓信號以減弱第二分量，測量第一分量的幅值，并通過將第一分量的幅值與故障值作比較來確定是否存在AC隔離喪失狀況。
文檔編號G01R19/06GK101846727SQ20101014951
公開日2010年9月29日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權日2009年3月26日
發(fā)明者B·H·裴, B·M·路德維希, M·N·安瓦, S·E·格利森, S·M·N·哈桑 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司