CN101160713B - 交流电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的交流电动机控制装置包括：交流电动机；逆变器，其通过电动机线缆由电动机电流对交流电动机进行驱动；和电动机电流检测器，其检测在交流电动机的电动机线缆中流动的电动机电流；该交流电动机控制装置利用运算处理装置，根据由电动机电流检测器检测到的电动机电流检测电动机线缆的相间短路或断线等异常。由此，可提供一种不使用特别的电路就能检测出交流电动机驱动中的电动机线缆的异常状态的交流电动机控制装置。

Description

交流电动机控制装置

技术领域

本发明涉及连接电动机与电力变换器之间的线缆(cable)的异常检测，尤其涉及交流电动机控制装置的异常检测。

背景技术

历来，存在着对连接电动机与逆变器(inverter)之间的线缆或电动机电路的断线、相间短路等异常进行检测的方法。作为该方法，存在如下技术：在电动机驱动停止中向电动机电路施加低电压，基于诊断图案(pattern)对此时的逆变器直流部中流动的电流进行诊断判定的技术(特开平6-66901号公报)；和测量短路电流所持续的时间，当该持续时间超过规定时间时，判断为短路故障的技术(特开平10-191551号公报)。

上述技术中的前者是在电动机驱动前向电动机施加微弱电压，并根据此时的DC电流图案对相间短路进行检测的技术。该技术能在电动机驱动前检测出相间短路，但存在着无法检测出电动机驱动中的相间短路的缺点。

而上述技术中的后者是只能应用于DC电动机的技术。因此，在电流值时刻变化的交流电动机中难以应用该技术。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种不设置特别的电路就能由运算处理装置检测出交流电动机驱动中的电动机线缆的异常状态(相间短路、线缆断线等)的电动机控制装置。

本发明的交流电动机控制装置的代表方案之一包括：交流电动机；逆变器，其通过电动机线缆由三相电动机电流对交流电动机进行驱动；电动机电流检测器，其检测与交流电动机连接的电动机线缆中流动的三相电动机电流；和运算处理装置，其基于由电动机电流检测器检测到的电动机电流，检测电动机线缆发生异常的情况；电动机线缆的异常是相间短路状态，异常的情况基于三相电动机电流的振幅值的大小进行判定，运算处理装置确定电动机线缆发生了异常 的相，并且在所流电动机被驱动的过程中检测所述异常的情况。

而且，本发明的交流电动机控制装置的另一代表方案包括：交流电动机，其由多个电动机电流驱动；逆变器，其通过多根电动机线缆由多个电动机电流对交流电动机进行驱动；电动机电流检测器，其检测与交流电动机连接的多根电动机线缆中分别流动的多个电动机电流；存储单元，其保存由电动机电流检测器检测到的多个电动机电流；和运算处理装置，其将存储单元中存储的电动机电流与预先确定的规定值进行比较，当多个电动机电流值中的至少两个电动机电流值比该规定值大时，判定电动机线缆为相间短路状态，运算处理装置确定处于相间短路状态的相。

还有，本发明的交流电动机控制装置的另一代表方案包括：交流电动机，其由多个电动机电流驱动；逆变器，其通过多根电动机线缆由多个电动机电流对交流电动机进行驱动；电动机电流检测器，其检测与交流电动机连接的多根电动机线缆中分别流动的多个电动机电流；存储单元，其保存由电动机电流检测器检测到的多个电动机电流；和运算处理装置，其将存储单元中存储的电动机电流与预先确定的规定值进行比较，当多个电动机电流值中的至少一个电动机电流值比该规定值小时，判定电动机线缆为断线状态，多个电动机电流是U相电流、V相电流、以及W相电流，运算处理装置确定处于断线状态的相，并且在交流电动机被驱动的过程中检测异常。

根据本发明，可提供能以低成本进行迅速的异常检测的交流电动机控制装置。

附图说明

图1是具备了作为本发明一个实施例的进行相间短路检测的电动机控制装置的电动汽车的驱动系统构成图；

图2是作为本发明一个实施例的实施相间短路检测的流程图；

图3是说明本发明中的相间短路时的相电流的图；

图4是具备了作为本发明另一个实施例的进行相间短路检测的电动机控制装置的电动汽车的驱动系统构成图；

图5是作为本发明另一个实施例的实施相间短路检测的流程图；

图6是作为本发明另一个实施例的进行相间断线检测的流程图；

图7是对于进行作为本发明另一个实施例的相间断线检测的判定时间的最佳值的说明图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

(实施例1)

基于图1～图3，说明用于进行相间短路检测的一个实施例。首先，基于电动汽车用驱动控制系统，描述本发明的电动机线缆状态的异常检测方法。

图1是表示具备本实施例的电动机控制装置的电动汽车用驱动系统的构成图。交流电动机1(同步电动机)是永磁铁型同步电动机。作为电力变换器的逆变器电路2以电池4为电源进行动作。交流电动机1通过逆变器电路2接受电力的供给。交流电动机1中包括：作为旋转传感器的编码器等速度检测部6、和检测磁极位置的磁极位置传感器等相位运算部7。这些部件分别将交流电动机1的转速和相位的信息传递给控制装置。

从电池4向逆变器电路2输入直流电流。在逆变器电路2的直流电流输入侧连接着：使电池4的电压平滑化的电容器3、和测定电池4的电压的电池电压检测部5。电池电压检测部5将检测出的电池4的电压值传递给电流指令决定部9。

从逆变器电路2输出U相、V相、W相这三相交流电流。在该逆变器电路2的交流电流输出侧存在着电流检测部13，其对输入到交流电动机1的交流电流、即U相、V相、W相的各电流值进行检测。由电流检测部13检测出的三相交流电流在三相两相变换部12中基于由相位运算部7运算出的相位角θ被dq轴变换。该dq轴变换值被传递到电流控制运算部10的输入侧。

电流指令决定部9基于由速度指令检测部6输出的转速N、由电池电压检测部5检测出的电池4的电压、以及由转矩指令处理部8处理后的转矩指令τ^*，输出dq轴电流指令。

电流控制运算部10根据从电流指令决定部9输出的dq轴电流指令、通过三相两相变换部12进行dq轴变换后的电流检测值、以及从速度检测部6输出的转速N，基于PI控制来运算dq轴电压指令。由电流控制运算部10运算出的dq轴电压指令，基于由相位运算部7运算出的相位角θ， 在两相三相变换部11中运算三相交流电压指令。

在两相三相变换部11的内部，存在PWM信号控制部(未图示)。PWM信号运算部将三相交流电流指令变换为开关控制信号，该开关控制信号用于控制位于逆变器电路2的内部的开关元件。该开关控制信号被供给到位于逆变器电路2的内部的各相的开关元件。

由电流检测部13检测到的三相交流电流被输入到线缆状态检测部14。线缆状态检测部14始终同时对U相、V相、W相的交流电流值进行采样。该采样值例如被保存在位于运算处理装置内部的存储装置中。此时，希望采样周期比交流电动机1的驱动频率充分短。

在连接交流电动机1与逆变器电路2的电动机线缆中发生了相间短路或断线等异常的情况下、和在正常动作的情况下，对于交流电动机1与逆变器电路2之间流动的电流而言，会在U相、V相、W相各相的相位关系或电流振幅值上产生差异。在本实施例中，作为一例，对电动机电流基于振幅值的变化的异常判定进行说明。

图3是表示通常时与相间短路时的相电流的比较图。在电动机线缆处于相间短路状态时，电动机的相间电感变得极小。因此，短路相电动机电流如图3(b)所示，相对于指令值而言过大，通过电流反馈控制器成为振荡的状态。作为一例，若与图3(a)所示的正常时的电流波形18的振幅值进行比较，则短路时的短路相电流波形19的振幅值为2倍以上。

可利用电动机电流的该差异，从采样后的U相、V相、W相的各相电流数据中拾取规定时间量的采样数据，由此检测相间短路。

图2是表示本实施例的相间短路检测方法的流程图。基于采样后的U相、V相、W相的各相电流数据，来检测相间短路状态的产生。这里，采样后的各相的电流数据被保存在位于运算处理装置内部的存储装置中。而且，预先确定作为判断是否为短路状态(异常状态)的判定基准的电流值，并将该值保存到存储装置中。因此，通过由运算处理装置对采样后的电流数据与基准电流值进行比较，可检测出是否为短路状态。

首先，在诊断开始时，处于对U相的电流值进行判定的状态15，判定U相电流是否超过了预先确定的规定值。该状态下，在判定为U相电流超过了规定值的情况下，接下来转移到对V相的电流值进行判定的状态16。

在对V相的电流值进行判定的状态16下，判定V相电流是否超过了规定值。这里，在判定为V相电流超过了规定值的情况下，判定为U-V相间为短路状态(short状态)。

另一方面，在对V相的电流值进行判定的状态16下，当判定为V相电流在规定值以下时，接下来转移到对W相的电流值进行判定的状态17。这里，在判定为W相电流超过了规定值的情况下，判定为U-W相间为短路状态。当判定为W相电流在规定值以下时，转移到诊断开始的状态。

而且，当处于对U相的电流值进行判定的状态15时，在判定为U相电流在规定值以下的情况下，接下来转移到对W相的电流值进行判定的状态17’。当判定为W相电流在规定值以下时，转移到诊断开始的状态。另一方面，在判定为W相电流超过了规定值的情况下，转移到对V相的电流值进行判定的状态16’

在对V相的电流值进行判定的状态16’中，当判定为V相电流超过了规定值的情况下，判定为V-W相间为短路状态。另一方面，当判定为V相电流在规定值以下时，转移到诊断开始的状态。

在本实施例中，由于使异常状态的检测更为可靠，因此，更优选在超过电流的规定值的状态持续了规定时间的情况下判定为相间短路状态。

当电动机线缆短路时，从逆变器观察的电动机绕线的电感以及电阻极小。因此，电动机电流急剧增大，电动机电流的检测值相对于指令值变得过大。而且，如果在短路相间中各个相位角以单方的短路相为基准，则另一方短路相近似为逆相。利用该关系，通过电流检测器将电动机电流值取入到运算处理装置的内部，并对该电流的振幅值以及相位关系进行判定，由此，可检测出电动机线缆的短路状态(异常状态)。

此时，若采用运算处理装置的运算速度非常快的装置，则能实现异常状态的早期检测，因此，可抑制因向逆变器以及电动机施加过大电流而引起的设备损坏或不希望的转矩的产生。

还有，在本实施例中，优选采用现有的电动机控制用的运算处理装置等。若采用现有的运算处理装置等，则无需特别设置线缆异常用的电路，因此性价比优异。不过，也可与电动机控制用的运算处理装置独立地设置异常检测用的运算处理装置来实施本发明。

如上所述，可提供一种从采样后的U相、V相、W相的各电流数据中采样规定时间量的数据来确认各层的电流数据，由此可检测出电动机线缆的相间(U-V相、U-W相、V-W相)短路状态的检测方法、以及执行该检测方法的交流电动机控制装置。

(实施例2)

基于图4以及图5，对用于进行相间短路检测的另一个实施例进行说明。图4是具备了本实施例中的电动机控制装置的电动汽车用驱动系统的构成图。在本实施例的电动机控制装置中，对于与实施例1的电动机控制装置相同的部分省略说明。

在图4所示的具备了电动机控制装置的电动汽车的驱动系统中，对于交流电动机20、逆变器电路21、电容器22、电池23、电池检测部24、速度检测部25、相位运算部26、转矩指令处理部27、电流指令决定部28、电流控制运算部29、两相三相变换部30、三相两相变换部31、以及电流检测部32而言，与图1的系统相同。图4中与图1的不同之处在于，存在两相单相变换部33、以及线缆状态检测部34。

在图4的系统中，由电流检测部32检测到的三相交流电流通过三相两相变换部31被变换为dq轴电流。这里，通过在两相单相变换部33中执行数式1，使得dq轴电流被变换为相检测电流的有效值I^rms35。

I^rms＝(d轴检测电流²+q轴检测电流²)^0.5    …(数式1)

另一方面，与上述同样，通过在两相单相变换部33中执行数式2，将从电流指令决定部28输出的dq轴电流指令值变换为相电流指令的有效值I^*rms36。

I^*rms＝(d轴电流指令²+q轴电流指令²)^0.5    …(数式2)

这里，当电动机线缆处于相间短路状态时，电动机的相间电感极小。因此，如上所述，短路相电动机电流相对于指令值而言过大。即，若以有效值判断电动机电流，则检测电流有效值I^rms35相对于电流指令有效值I^*rms36产生偏差(offset)。

图5中表示了本实施例的相间短路检测方法的流程图。如该图所示，通过偏差计算器43对相电流指令的有效值I^*rms40与相检测电流的有效值 I^rms41计算出偏差值ΔIrms。当该偏差值ΔIrms43超过规定值时，将此时判定为相间短路状态。这里，优选对由两相单相变换部33计算出的相检测电流的有效值I^rms35实施滤波处理。

(实施例3)

接着，参照图1、图6以及图7，对进行线缆断线的异常检测的一个实施例进行说明。

在图1所示的具备电动机控制装置的电动汽车的驱动系统中，由线缆状态检测部14始终同时对U相、V相、W相各相的交流电流进行采样。采样得到的值例如被保存在位于运算处理装置内部的存储装置中。

这里，当电动机线缆处于断线状态时，断线相的检测电流值理论上为0A。因此，从采样后的U相、V相、W相的电流数据中拾取规定时间量的采样数据。

图6是表示本实施例中的断线检测方法的流程图。如图6所示，在判定驱动电流值的状态50中，当电动机的驱动电流值为预先确定的规定值以上时，保持该状态。另一方面，当电流指令为规定值以上的状态下，若判定为驱动电流比规定值小，则状态转移到对U相电流值进行判定的状态51。

在判定U相电流值的状态51中，当U相电流比规定值小时，判定为U相为断线状态。另一方面，当U相电流在规定值以上时，状态转移到判定V相电流值的状态52。

在判定V相电流值的状态52中，当V相电流比规定值小时，判定为V相为断线状态。另一方面，当V相电流在规定值以上时，状态转移到判定W相电流值的状态53。

在判定W相电流值的状态53中，当W相电流比规定值小时，判定为W相为断线状态。另一方面，当W相电流在规定值以上时，转移到判定开始的状态。

而且，图7是表示对断线检测中的判定时间的最佳值进行说明的图。从该图可知，希望电流数据的采样时间至少在电动机驱动频率的1/2以上。

这样，可实现通过采样规定时间量的U相、V相、W相的电流数据来 判定各相的电流状态，由此检测出电动机线缆的断线状态的检测方法、以及执行该检测方法的交流电动机控制装置。

以上，对本发明的实施例进行了详细说明，但本发明并不限定于上述实施例，在其技术思想的范围内可进行各种变形。例如，在相间短路检测方法和断线检测方法中，改变U相、V相、W相各相的电流值的判定顺序，或取代电流的振幅值而将电流的相位作为异常判定而使用的情况，当然都在本发明的范围内。

Claims (2)

1.一种交流电动机控制装置，包括：

交流电动机；

逆变器，其通过电动机线缆由三相电动机电流对所述交流电动机进行驱动；

电动机电流检测器，其检测与所述交流电动机连接的所述电动机线缆中流动的所述三相电动机电流；和

运算处理装置，其基于由所述电动机电流检测器检测到的所述三相电动机电流，检测所述电动机线缆是否发生异常；

所述电动机线缆的所述异常是相间短路状态，

所述异常的情况基于所述三相电动机电流的振幅值的大小进行判定，

所述运算处理装置确定所述电动机线缆发生了异常的相，并且在所述交流电动机被驱动的过程中检测所述异常的情况。

2.一种交流电动机控制装置，包括：

交流电动机，其由多个电动机电流驱动；

逆变器，其通过多根电动机线缆由所述多个电动机电流对所述交流电动机进行驱动；

电动机电流检测器，其检测与所述交流电动机连接的所述多根电动机线缆中分别流动的所述多个电动机电流；

存储单元，其保存由所述电动机电流检测器检测到的所述多个电动机电流；和

运算处理装置，其将所述存储单元中存储的所述电动机电流与预先确定的规定值进行比较，当所述多个电动机电流值中的至少一个电动机电流值比该规定值小时，判定所述电动机线缆为断线状态；

所述多个电动机电流是U相电流、V相电流、以及W相电流，

所述运算处理装置确定处于所述断线状态的相，并且在所述交流电动机被驱动的过程中检测异常。

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