專利名稱:接地故障檢測方法
技術領域:
本發明涉及一種接地故障檢測方法,尤其涉及驅動多相電動機的逆變器。
背景技術:
在驅動電動機的電動機驅動裝置中,專利文獻1公開了一種可確定漏電部 位的電動機驅動裝置。在專利文獻l所記載的電動機驅動裝置中,將交流電源
通過RC串聯電路與負母線連接,并基于RC串聯電路的電阻和電容器之間的連 接點處的交流波形的振幅來檢測漏電。
專利文獻l:日本專利特開2005-304138號公報
然而,在專利文獻1所記載的電動機驅動裝置中,為了檢測漏電而需 要專用的交流電源和RC串聯電路,從而存在電路規模變大且制造成本上升 的問題。
發明內容
因此,本發明的目的在于提供一種可在不新增漏電檢測用的專用電路的情 況下、利用現有的裝置來檢測電動機產生的接地故障的技術。 解決技術問題所采用的技術方案
本發明的接地故障檢測方法的第1形態,是一種對由逆變器(100)驅動 的電感性多相負載(10)產生的接地故障進行檢測的接地故障檢測方法,所述 逆變器包括第一直流電源線(VH);施加了比所述第一直流電源線低的電
位的第二直流電源線(VL);連接在所述第一直流電源線與第二直流電源
線之間的平滑電容器(1);與所述電感性多相負載連接的多根輸出線(L4、 L5、 L6);分別連接在所述第一直流電源線與各所述輸出線之間的多個上 橋臂側開關(Q21、 Q22、 Q23);分別與所述上橋臂側開關并聯連接、并具
有與所述第一直流電源線連接的陰極的二極管(D21、 D22、 D23);分別連 接在所述第二直流電源線與各所述輸出線之間的多個下橋臂側開關(Q24、 Q25、 Q26);以及分別與所述下橋臂側開關并聯連接、并具有與所述第二 直流電源線連接的陽極的二極管(D24、 D25、 D26),根據所述平滑電容器 的兩端電壓隨著所述上橋臂側開關和所述下橋臂側開關中的、至少任一個 開關從接通切換成斷開而上升,來判斷產生了所述接地故障。
本發明的接地故障檢測方法的第2形態,是在第1形態的接地故障檢測方 法中,執行(a)對所述平滑電容器的第一所述兩端電壓(Vtl)進行檢測的 步驟(SI) ; (b)從執行了所述步驟(a)的時刻起,在所述上橋臂側開關和 所述下橋臂側開關中的至少任一個開關從接通切換成斷開后,對所述平滑電容 器的第二所述兩端電壓(Vt2)進行檢測的步驟(S2);以及(c)對所述第二 所述兩端電壓相對于所述第一所述兩端電壓的增量(AVI)是否超過了第一規 定值進行判斷的步驟(S3、 S4)。
本發明的接地故障檢測方法的第3形態,是在第2形態的接地故障檢測方 法中,還執行(d)從執行了所述步驟(b)的時刻起,在所述上橋臂側開關 和所述下橋臂側開關中的至少任一個開關從接通切換成斷開后,對所述平滑電 容器的第三所述兩端電壓(Vt3)進行檢測的步驟(S5);以及(e)對所述第 三所述兩端電壓相對于所述第二所述兩端電壓的增量(AV2)是否超過了第二 規定值進行判斷的步驟(S6、 S7)。
發明效果
若采用本發明的接地故障檢測方法的第1形態,則無需為了檢測接地故障 而新增專用的電路,可利用現有的裝置來檢測電感性多相負載產生的接地故 障。
若采用本發明的接地故障檢測方法的第2形態,則可根據增量超過了第一 規定值來判斷兩端電壓已上升。
若采用本發明的接地故障檢測方法的第3形態,則可根據兩個增量分別超 過了第一規定值和第二規定值來判斷兩端電壓已上升。因此,可將接地故障與 電源異常區分開來進行檢測。
本發明的目的、特征、方面和優點將通過下面的詳細說明和附圖而變得更 為明確。
圖1是實施形態的逆變器系統的概略結構圖。
圖2是表示產生接地故障時的平滑電容器的兩端電壓Vdc的圖。
圖3是表示產生接地故障時的平滑電容器的兩端電壓Vdc的上升機理的圖。
圖4是表示實施形態的逆變器系統的接地故障檢測動作的圖。
具體實施方式
實施形態
圖1是表示實現本發明的接地故障檢測技術的逆變器系統的概略結構圖。 逆變器100從三相交流電源40得到電源供給,對三相電動機10進行驅動。
三相電動機10由U相繞組11、 V相繞組12和W相繞組13構成,從逆 變器100供給三相電壓來進行驅動。
逆變器100包括輸入線L1 L3、輸出線L4 L6、第一直流電源線 VH、施加了比第一直流電源線VH低的電位的第二直流電源線VL、整流電路 30、平滑電容器l、開關2、電壓檢測部3、逆變器電路20、以及控制裝置 50。
整流電路30通過在第一直流電源線VH與第二直流電源線VL之間、分 別并聯連接三組以陰極側朝向第一直流電源線VH的形態串聯連接的兩個二 極管而構成。串聯連接的兩個二極管的連接點分別通過輸入線L1 L3與三 相交流電源40的R相、S相、T相的一端連接。整流電路30對來自三相交 流電源40的交流電進行整流。
平滑電容器1連接在第一直流電源線VH與第二直流電源線VL之間, 使被整流電流30整流過的直流電壓變得平滑。
逆變器電路20由分別連接在第一直流電源線VH與各輸出線L4 L6之
間的上橋臂側晶體管Q21 Q23、分別與各上橋臂側晶體管Q21 Q23并聯連 接并具有與第一直流電源線VH連接的陰極的二極管D21 D23、分別連接在 第二直流電源線VL與各輸出線L4 L6之間的下橋臂側晶體管Q24 Q26、 以及分別與各下橋臂側晶體管Q24 Q26并聯連接并具有與第二直流電源線 VL連接的陽極的二極管D24 D26而構成。
輸出線L4 L6分別與構成三相電動機IO的U相繞組11、 V相繞組12 和W相繞組12的一端連接。逆變器電路20根據來自控制裝置50的PWM(脈 寬調制)信號而將由平滑電容器1供給的直流電壓轉換成交流電壓,然后 將該轉換后的交流電壓通過輸出線L4 L6向三相電動機10供給,對三相
電動機io進行驅動。
電壓檢測部3對平滑電容器1的兩端電壓Vdc進行檢測,并將該檢測 出的兩端電壓Vdc向控制裝置50輸出。
開關2分別連接在第一直流電源線VH上和第二直流電源線VL上,是 將第一直流電源線VH和第二直流電源線VL分別進行電路切斷的開關,受 控制裝置50控制。
在本實施形態中,如后所述,使用電壓檢測部3所檢測出的平滑電容 器l的兩端電壓Vdc,來檢測三相電動機IO產生的接地故障,但該電壓檢 測部3并非專用于檢測接地故障。通常,控制裝置50基于流過三相電動機 10的電流值、平滑電容器1的兩端電壓Vdc等,來計算對三相電動機10 的各相施加的電壓,并基于該計算的結果來生成對構成逆變器電路20的上 橋臂側晶體管Q21 Q23和下橋臂側晶體管Q24 Q26的接通/斷開進行控制 的P麗信號,并將其輸出。g口,為了驅動三相電動機IO,本來就包括了電 壓檢測部3。因此,只需進行軟件上的變更,就可對電感性多相負載產生的 接地故障進行檢測。
圖2是表示在三相電動機10內產生接地故障時的、上橋臂側晶體管和 下橋臂側晶體管的開關動作以及平滑電容器1的兩端電壓Vdc的變動的圖。 如圖2所示,在三相電動機10內產生接地故障時,隨著上橋臂側晶體管Q21 和下橋臂側晶體管Q25從接通切換成斷開,平滑電容器1的兩端電壓Vdc上升。
下面具體說明該動作的機理。
例如,在圖l所示的逆變器系統中,假設因三相電動機10內的中性點 與裝置外殼接觸,而在三相電動機10內產生了接地故障。此時,從三相交 流電源40來看,如圖l中的虛線所示,可視為三相電動機10內的中性點 與接地電阻R1連接。接地電阻R1的阻值為幾十Q到IOOQ左右。
圖3是表示產生接地故障時的平滑電容器1的兩端電壓Vdc的上升機理的 圖。在上橋臂側晶體管Q21和下橋臂側晶體管Q25處于接通狀態時,如圖3中 的實線箭頭所示,來自平滑電容器1的直流電流依次通過上橋臂側晶體管Q21、 輸出線L4、 U相繞組ll而在中性點分流, 一部分流向接地電阻R1。另一部分 依次通過V相繞組12、輸出線L5、下橋臂側晶體管Q25,而流向平滑電容器l。
在此,在上橋臂側晶體管Q21從接通切換成斷開、例如上橋臂側晶體 管Q23從斷開切換成接通時,U相繞組11因自感而產生反電動勢,如圖3 中的虛線箭頭所示,產生依次通過二極管D24、輸出線L4、 U相繞組ll而 流向接地電阻R1的電流。因此,平滑電容器l被充電,從而如圖2所示, 平滑電容器1的兩端電壓Vdc上升。
同樣,在下橋臂側晶體管Q25從接通切換成斷開、例如下橋臂側晶體 管Q24從斷開切換成接通時,V相繞組12因自感而產生反電動勢,結果電 流依次通過接地電阻R1、 V相繞組12、 二極管D22,而流向平滑電容器l。 因此,平滑電容器l被充電,從而如圖2所示,平滑電容器l的兩端電壓 Vdc上升。
另外,在上橋臂側晶體管Q22、 Q23和下橋臂側晶體管Q24、 Q26從接 通切換成斷開時,平滑電容器1的兩端電壓Vdc也同樣會上升。
艮口,在三相電動機10內產生接地故障時,每次上橋臂側晶體管Q21 Q23和下橋臂側晶體管Q24 Q26中的任一個從接通切換成斷開,便會導致 平滑電容器1的兩端電壓Vdc上升。
本實施形態通過對因上述動作而產生的平滑電容器1的兩端電壓Vdc 的上升進行檢測來檢測三相電動機10產生的接地故障。但是,平滑電容器 1的兩端電壓Vdc上升的因素除了三相電動機10產生了接地故障以外,例
如還包括電源異常。在本實施形態中,如后所述,能夠與電源異常進行區分,
來檢測三相電動機10中產生的接地故障。圖4是表示本實施形態的逆變器 系統的接地故障檢測動作。下面根據需要也適當參照圖2。
首先,在步驟S1中,電壓檢測部3對平滑電容器l的兩端電壓Vtl進行 檢測,并將其向控制裝置50輸出。
在步驟S2中,從執行了步驟Sl的時刻起,在上橋臂側晶體管Q21 Q23 和下橋臂側晶體管Q24 Q26中的至少任一個從接通切換成斷開后,電壓檢測 部3對平滑電容器1的兩端電壓Vt2進行檢測,并將其向控制裝置50輸出。 這例如可通過使電壓檢測部3的檢測周期大于控制裝置50輸出的PWM信號的 周期來實現。
在步驟S3中,控制裝置50對平滑電容器1的兩端電壓的增量AVl二Vt2 一Vtl進行計算。
在步驟S4中,控制裝置50對增量A VI是否超過了預先確定的規定值Vth 進行判斷。
若步驟S4的判斷結果是增量AV1未超過規定值Vth,則再次從步驟S1 開始動作。
若步驟S4的判斷結果是增量AV1超過了規定值Vth,則在步驟S5中, 從執行了步驟S3的時刻起,在上橋臂側晶體管Q21 Q23和下橋臂側晶體管 Q24 Q26中的至少任一個從接通切換成斷開后,電壓檢測部3再次對平滑電容 器1的兩端電壓Vt3進行檢測,并將其向控制裝置50輸出。
在步驟S6中,控制裝置50對平滑電容器1的兩端電壓的增量AV2二Vt3 一Vt2進行計算。
在步驟S7中,控制裝置50對增量A V2是否超過了預先確定的規定值Vth 進行判斷。
若步驟S7的判斷結果是增量AV2超過了預先確定的規定值Vth,則在步 驟S8中,控制裝置50作為三相電動機10內產生了接地故障,將開關2斷開, 中止運行。
若步驟S7的判斷結果是增量AV2未超過規定值Vth,則在步驟S9中,
控制裝置50作為產生電源異常,將開關2斷開,中止運行。
因此,可利用現有的逆變器100來檢測三相電動機10產生的接地故障。 另外,通過對平滑電容器l的兩端電壓的增量進行兩次檢測,可區分因突然的 電源異常而引起的平滑電容器1的兩端電壓上升和因接地故障而產生的兩端電 壓上升。這樣,由于可將接地故障與電源異常區分開來進行檢測,因此,在運 行中止后容易確定故障部位,從而可縮短故障之后恢復的時間。
另外,本發明的接地故障檢測方法并不一定必須進行圖4所示的所有步 驟。例如,在步驟S4的判斷結果為增量AVl超過了規定值Vth時,也可立即 中止運行。此時,是三相電動機IO產生的接地故障引起了平滑電容器1的兩 端電壓上升,還是電源異常引起了兩端電壓上升,這兩者很難辨別。但是,如 果是在發現了某種異常時,中止運行并進行故障部位的確定和修理那樣的形 態,則可采用上述方法。
對本發明進行了詳細說明,但上述說明在所有方面均只是例示,本發明 并不局限于此。應當理解為,未例示的無數個變形例可認為不超出本發明 的范圍。
權利要求
1. 一種接地故障檢測方法,對由逆變器(100)驅動的電感性多相負載(10)產生的接地故障進行檢測,其特征在于,所述逆變器包括第一直流電源線(VH);施加了比所述第一直流電源線低的電位的第二直流電源線(VL);連接在所述第一直流電源線與第二直流電源線之間的平滑電容器(1);與所述電感性多相負載連接的多根輸出線(L4、L5、L6);分別連接在所述第一直流電源線與各所述輸出線之間的多個上橋臂側開關(Q21、Q22、Q23);分別與所述上橋臂側開關并聯連接、并具有與所述第一直流電源線連接的具有陰極的二極管(D21、D22、D23);分別連接在所述第二直流電源線與各所述輸出線之間的多個下橋臂側開關(Q24、Q25、Q26);以及分別與所述下橋臂側開關并聯連接、并具有與所述第二直流電源線連接的具有陽極的二極管(D24、D25、D26),根據所述平滑電容器的兩端電壓隨著所述上橋臂側開關和所述下橋臂側開關中的、至少任一個開關從接通切換成斷開而上升,從而判斷產生了所述接地故障。
2. 如權利要求1所述的接地故障檢測方法,其特征在于,執行(a) 對所述平滑電容器的第一所述兩端電壓(Vtl)進行檢測的步驟(Sl);(b) 從執行了所述步驟(a)的時刻起,在所述上橋臂側開關和所述下橋 臂側開關中的至少任一個開關從接通切換成斷開后,對所述平滑電容器的第二 所述兩端電壓(Vt2)進行檢測的步驟(S2);以及(c) 對所述第二所述兩端電壓相對于所述第一所述兩端電壓的增量(A VI)是否超過了第一規定值進行判斷的步驟(S3、 S4)。
3. 如權利要求2所述的接地故障檢測方法,其特征在于,還執行 (d) 從執行了所述步驟(b)的時刻起,在所述上橋臂側開關和所述下橋 臂側開關中的至少任一個開關從接通切換成斷開后,對所述平滑電容器的第三 所述兩端電壓(Vt3)進行檢測的步驟(S5);以及(e) 對所述第三所述兩端電壓相對于所述第二所述兩端電壓的增量(A V2)是否超過了第二規定值進行判斷的步驟(S6、 S7)。
全文摘要
一種接地故障檢測方法,可利用現有的逆變器來檢測電動機產生的接地故障。在三相電動機(10)產生接地故障時,構成逆變器電路(20)的上橋臂側晶體管(Q21~Q23)和下橋臂側晶體管(Q24~Q26)中的任一個每次從接通切換成斷開,平滑電容器1的兩端電壓就會上升。由接地故障檢測部(3)來檢測平滑電容器(1)的兩端電壓,對第一規定期間內的增量和第二規定期間內的增量進行計算,從而可將接地故障與突發性的電源異常區分開來進行檢測。
文檔編號H02M7/48GK101385236SQ20078000510
公開日2009年3月11日 申請日期2007年3月6日 優先權日2006年3月9日
發明者八木達, 吉坂圭一, 小倉健, 野村真一郎 申請人:大金工業株式會社