CN101385236A - 接地故障检测方法 - Google Patents

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CN101385236A CNA2007800051073A CN200780005107A CN101385236A CN 101385236 A CN101385236 A CN 101385236A CN A2007800051073 A CNA2007800051073 A CN A2007800051073A CN 200780005107 A CN200780005107 A CN 200780005107A CN 101385236 A CN101385236 A CN 101385236A
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Abstract

一种接地故障检测方法，可利用现有的逆变器来检测电动机产生的接地故障。在三相电动机(10)产生接地故障时，构成逆变器电路(20)的上桥臂侧晶体管(Q21～Q23)和下桥臂侧晶体管(Q24～Q26)中的任一个每次从接通切换成断开，平滑电容器1的两端电压就会上升。由接地故障检测部(3)来检测平滑电容器(1)的两端电压，对第一规定期间内的增量和第二规定期间内的增量进行计算，从而可将接地故障与突发性的电源异常区分开来进行检测。

Description

接地故障检测方法
技术领域
本发明涉及一种接地故障检测方法，尤其涉及驱动多相电动机的逆变器。
背景技术
在驱动电动机的电动机驱动装置中，专利文献1公开了一种可确定漏电部位的电动机驱动装置。在专利文献1所记载的电动机驱动装置中，将交流电源通过RC串联电路与负母线连接，并基于RC串联电路的电阻和电容器之间的连接点处的交流波形的振幅来检测漏电。
专利文献1：日本专利特开2005-304138号公报
然而，在专利文献1所记载的电动机驱动装置中，为了检测漏电而需要专用的交流电源和RC串联电路，从而存在电路规模变大且制造成本上升的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种可在不新增漏电检测用的专用电路的情况下、利用现有的装置来检测电动机产生的接地故障的技术。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的接地故障检测方法的第1形态，是一种对由逆变器(100)驱动的电感性多相负载(10)产生的接地故障进行检测的接地故障检测方法，所述逆变器包括：第一直流电源线(VH)；施加了比所述第一直流电源线低的电位的第二直流电源线(VL)；连接在所述第一直流电源线与第二直流电源线之间的平滑电容器(1)；与所述电感性多相负载连接的多根输出线(L4、L5、L6)；分别连接在所述第一直流电源线与各所述输出线之间的多个上桥臂侧开关(Q21、Q22、Q23)；分别与所述上桥臂侧开关并联连接、并具有与所述第一直流电源线连接的阴极的二极管(D21、D22、D23)；分别连接在所述第二直流电源线与各所述输出线之间的多个下桥臂侧开关(Q24、Q25、Q26)；以及分别与所述下桥臂侧开关并联连接、并具有与所述第二直流电源线连接的阳极的二极管(D24、D25、D26)，根据所述平滑电容器的两端电压随着所述上桥臂侧开关和所述下桥臂侧开关中的、至少任一个开关从接通切换成断开而上升，来判断产生了所述接地故障。
本发明的接地故障检测方法的第2形态，是在第1形态的接地故障检测方法中，执行：(a)对所述平滑电容器的第一所述两端电压(Vt1)进行检测的步骤(S1)；(b)从执行了所述步骤(a)的时刻起，在所述上桥臂侧开关和所述下桥臂侧开关中的至少任一个开关从接通切换成断开后，对所述平滑电容器的第二所述两端电压(Vt2)进行检测的步骤(S2)；以及(c)对所述第二所述两端电压相对于所述第一所述两端电压的增量(ΔV1)是否超过了第一规定值进行判断的步骤(S3、S4)。
本发明的接地故障检测方法的第3形态，是在第2形态的接地故障检测方法中，还执行：(d)从执行了所述步骤(b)的时刻起，在所述上桥臂侧开关和所述下桥臂侧开关中的至少任一个开关从接通切换成断开后，对所述平滑电容器的第三所述两端电压(Vt3)进行检测的步骤(S5)；以及(e)对所述第三所述两端电压相对于所述第二所述两端电压的增量(ΔV2)是否超过了第二规定值进行判断的步骤(S6、S7)。
发明效果
若采用本发明的接地故障检测方法的第1形态，则无需为了检测接地故障而新增专用的电路，可利用现有的装置来检测电感性多相负载产生的接地故障。
若采用本发明的接地故障检测方法的第2形态，则可根据增量超过了第一规定值来判断两端电压已上升。
若采用本发明的接地故障检测方法的第3形态，则可根据两个增量分别超过了第一规定值和第二规定值来判断两端电压已上升。因此，可将接地故障与电源异常区分开来进行检测。
本发明的目的、特征、方面和优点将通过下面的详细说明和附图而变得更为明确。
附图说明
图1是实施形态的逆变器系统的概略结构图。
图2是表示产生接地故障时的平滑电容器的两端电压Vdc的图。
图3是表示产生接地故障时的平滑电容器的两端电压Vdc的上升机理的图。
图4是表示实施形态的逆变器系统的接地故障检测动作的图。
具体实施方式
实施形态
图1是表示实现本发明的接地故障检测技术的逆变器系统的概略结构图。逆变器100从三相交流电源40得到电源供给，对三相电动机10进行驱动。
三相电动机10由U相绕组11、V相绕组12和W相绕组13构成，从逆变器100供给三相电压来进行驱动。
逆变器100包括：输入线L1～L3、输出线L4～L6、第一直流电源线VH、施加了比第一直流电源线VH低的电位的第二直流电源线VL、整流电路30、平滑电容器1、开关2、电压检测部3、逆变器电路20、以及控制装置50。
整流电路30通过在第一直流电源线VH与第二直流电源线VL之间、分别并联连接三组以阴极侧朝向第一直流电源线VH的形态串联连接的两个二极管而构成。串联连接的两个二极管的连接点分别通过输入线L1～L3与三相交流电源40的R相、S相、T相的一端连接。整流电路30对来自三相交流电源40的交流电进行整流。
平滑电容器1连接在第一直流电源线VH与第二直流电源线VL之间，使被整流电流30整流过的直流电压变得平滑。
逆变器电路20由分别连接在第一直流电源线VH与各输出线L4～L6之间的上桥臂侧晶体管Q21～Q23、分别与各上桥臂侧晶体管Q21～Q23并联连接并具有与第一直流电源线VH连接的阴极的二极管D21～D23、分别连接在第二直流电源线VL与各输出线L4～L6之间的下桥臂侧晶体管Q24～Q26、以及分别与各下桥臂侧晶体管Q24～Q26并联连接并具有与第二直流电源线VL连接的阳极的二极管D24～D26而构成。
输出线L4～L6分别与构成三相电动机10的U相绕组11、V相绕组12和W相绕组12的一端连接。逆变器电路20根据来自控制装置50的PWM(脉宽调制)信号而将由平滑电容器1供给的直流电压转换成交流电压，然后将该转换后的交流电压通过输出线L4～L6向三相电动机10供给，对三相电动机10进行驱动。
电压检测部3对平滑电容器1的两端电压Vdc进行检测，并将该检测出的两端电压Vdc向控制装置50输出。
开关2分别连接在第一直流电源线VH上和第二直流电源线VL上，是将第一直流电源线VH和第二直流电源线VL分别进行电路切断的开关，受控制装置50控制。
在本实施形态中，如后所述，使用电压检测部3所检测出的平滑电容器1的两端电压Vdc，来检测三相电动机10产生的接地故障，但该电压检测部3并非专用于检测接地故障。通常，控制装置50基于流过三相电动机10的电流值、平滑电容器1的两端电压Vdc等，来计算对三相电动机10的各相施加的电压，并基于该计算的结果来生成对构成逆变器电路20的上桥臂侧晶体管Q21～Q23和下桥臂侧晶体管Q24～Q26的接通/断开进行控制的PWM信号，并将其输出。即，为了驱动三相电动机10，本来就包括了电压检测部3。因此，只需进行软件上的变更，就可对电感性多相负载产生的接地故障进行检测。
图2是表示在三相电动机10内产生接地故障时的、上桥臂侧晶体管和下桥臂侧晶体管的开关动作以及平滑电容器1的两端电压Vdc的变动的图。如图2所示，在三相电动机10内产生接地故障时，随着上桥臂侧晶体管Q21和下桥臂侧晶体管Q25从接通切换成断开，平滑电容器1的两端电压Vdc上升。下面具体说明该动作的机理。
例如，在图1所示的逆变器系统中，假设因三相电动机10内的中性点与装置外壳接触，而在三相电动机10内产生了接地故障。此时，从三相交流电源40来看，如图1中的虚线所示，可视为三相电动机10内的中性点与接地电阻R1连接。接地电阻R1的阻值为几十Ω到100Ω左右。
图3是表示产生接地故障时的平滑电容器1的两端电压Vdc的上升机理的图。在上桥臂侧晶体管Q21和下桥臂侧晶体管Q25处于接通状态时，如图3中的实线箭头所示，来自平滑电容器1的直流电流依次通过上桥臂侧晶体管Q21、输出线L4、U相绕组11而在中性点分流，一部分流向接地电阻R1。另一部分依次通过V相绕组12、输出线L5、下桥臂侧晶体管Q25，而流向平滑电容器1。
在此，在上桥臂侧晶体管Q21从接通切换成断开、例如上桥臂侧晶体管Q23从断开切换成接通时，U相绕组11因自感而产生反电动势，如图3中的虚线箭头所示，产生依次通过二极管D24、输出线L4、U相绕组11而流向接地电阻R1的电流。因此，平滑电容器1被充电，从而如图2所示，平滑电容器1的两端电压Vdc上升。
同样，在下桥臂侧晶体管Q25从接通切换成断开、例如下桥臂侧晶体管Q24从断开切换成接通时，V相绕组12因自感而产生反电动势，结果电流依次通过接地电阻R1、V相绕组12、二极管D22，而流向平滑电容器1。因此，平滑电容器1被充电，从而如图2所示，平滑电容器1的两端电压Vdc上升。
另外，在上桥臂侧晶体管Q22、Q23和下桥臂侧晶体管Q24、Q26从接通切换成断开时，平滑电容器1的两端电压Vdc也同样会上升。
即，在三相电动机10内产生接地故障时，每次上桥臂侧晶体管Q21～Q23和下桥臂侧晶体管Q24～Q26中的任一个从接通切换成断开，便会导致平滑电容器1的两端电压Vdc上升。
本实施形态通过对因上述动作而产生的平滑电容器1的两端电压Vdc的上升进行检测来检测三相电动机10产生的接地故障。但是，平滑电容器1的两端电压Vdc上升的因素除了三相电动机10产生了接地故障以外，例如还包括电源异常。在本实施形态中，如后所述，能够与电源异常进行区分，来检测三相电动机10中产生的接地故障。图4是表示本实施形态的逆变器系统的接地故障检测动作。下面根据需要也适当参照图2。
首先，在步骤S1中，电压检测部3对平滑电容器1的两端电压Vt1进行检测，并将其向控制装置50输出。
在步骤S2中，从执行了步骤S1的时刻起，在上桥臂侧晶体管Q21～Q23和下桥臂侧晶体管Q24～Q26中的至少任一个从接通切换成断开后，电压检测部3对平滑电容器1的两端电压Vt2进行检测，并将其向控制装置50输出。这例如可通过使电压检测部3的检测周期大于控制装置50输出的PWM信号的周期来实现。
在步骤S3中，控制装置50对平滑电容器1的两端电压的增量ΔV1＝Vt2—Vt1进行计算。
在步骤S4中，控制装置50对增量ΔV1是否超过了预先确定的规定值Vth进行判断。
若步骤S4的判断结果是增量ΔV1未超过规定值Vth，则再次从步骤S1开始动作。
若步骤S4的判断结果是增量ΔV1超过了规定值Vth，则在步骤S5中，从执行了步骤S3的时刻起，在上桥臂侧晶体管Q21～Q23和下桥臂侧晶体管Q24～Q26中的至少任一个从接通切换成断开后，电压检测部3再次对平滑电容器1的两端电压Vt3进行检测，并将其向控制装置50输出。
在步骤S6中，控制装置50对平滑电容器1的两端电压的增量ΔV2＝Vt3—Vt2进行计算。
在步骤S7中，控制装置50对增量ΔV2是否超过了预先确定的规定值Vth进行判断。
若步骤S7的判断结果是增量ΔV2超过了预先确定的规定值Vth，则在步骤S8中，控制装置50作为三相电动机10内产生了接地故障，将开关2断开，中止运行。
若步骤S7的判断结果是增量ΔV2未超过规定值Vth，则在步骤S9中，控制装置50作为产生电源异常，将开关2断开，中止运行。
因此，可利用现有的逆变器100来检测三相电动机10产生的接地故障。另外，通过对平滑电容器1的两端电压的增量进行两次检测，可区分因突然的电源异常而引起的平滑电容器1的两端电压上升和因接地故障而产生的两端电压上升。这样，由于可将接地故障与电源异常区分开来进行检测，因此，在运行中止后容易确定故障部位，从而可缩短故障之后恢复的时间。
另外，本发明的接地故障检测方法并不一定必须进行图4所示的所有步骤。例如，在步骤S4的判断结果为增量ΔV1超过了规定值Vth时，也可立即中止运行。此时，是三相电动机10产生的接地故障引起了平滑电容器1的两端电压上升，还是电源异常引起了两端电压上升，这两者很难辨别。但是，如果是在发现了某种异常时，中止运行并进行故障部位的确定和修理那样的形态，则可采用上述方法。
对本发明进行了详细说明，但上述说明在所有方面均只是例示，本发明并不局限于此。应当理解为，未例示的无数个变形例可认为不超出本发明的范围。

Claims (3)

1.一种接地故障检测方法，对由逆变器(100)驱动的电感性多相负载(10)产生的接地故障进行检测，其特征在于，
所述逆变器包括：
第一直流电源线(VH)；
施加了比所述第一直流电源线低的电位的第二直流电源线(VL)；
连接在所述第一直流电源线与第二直流电源线之间的平滑电容器(1)；
与所述电感性多相负载连接的多根输出线(L4、L5、L6)；
分别连接在所述第一直流电源线与各所述输出线之间的多个上桥臂侧开关(Q21、Q22、Q23)；
分别与所述上桥臂侧开关并联连接、并具有与所述第一直流电源线连接的具有阴极的二极管(D21、D22、D23)；
分别连接在所述第二直流电源线与各所述输出线之间的多个下桥臂侧开关(Q24、Q25、Q26)；以及
分别与所述下桥臂侧开关并联连接、并具有与所述第二直流电源线连接的具有阳极的二极管(D24、D25、D26)，
根据所述平滑电容器的两端电压随着所述上桥臂侧开关和所述下桥臂侧开关中的、至少任一个开关从接通切换成断开而上升，从而判断产生了所述接地故障。
2.如权利要求1所述的接地故障检测方法，其特征在于，执行：
(a)对所述平滑电容器的第一所述两端电压(Vt1)进行检测的步骤(S1)；
(b)从执行了所述步骤(a)的时刻起，在所述上桥臂侧开关和所述下桥臂侧开关中的至少任一个开关从接通切换成断开后，对所述平滑电容器的第二所述两端电压(Vt2)进行检测的步骤(S2)；以及
(c)对所述第二所述两端电压相对于所述第一所述两端电压的增量(ΔV1)是否超过了第一规定值进行判断的步骤(S3、S4)。
3.如权利要求2所述的接地故障检测方法，其特征在于，还执行：
(d)从执行了所述步骤(b)的时刻起，在所述上桥臂侧开关和所述下桥臂侧开关中的至少任一个开关从接通切换成断开后，对所述平滑电容器的第三所述两端电压(Vt3)进行检测的步骤(S5)；以及
(e)对所述第三所述两端电压相对于所述第二所述两端电压的增量(ΔV2)是否超过了第二规定值进行判断的步骤(S6、S7)。
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