CN103135029A

CN103135029A - 并联逆变器系统的错误布线检测系统

Info

Publication number: CN103135029A
Application number: CN2012104931179A
Authority: CN
Inventors: 金子贵之
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: DE102012221376B4; CN103135029B; DE102012221376A1; US8872461B2; JP5929127B2; JP2013113695A; US20130134917A1

Abstract

本发明提供了一种并联逆变器系统的错误布线检测系统。在由并联连接的两个逆变器2a和2b构成的并联逆变器系统的错误布线检测系统中，各个逆变器输出可变电压的多相AC电功率且各个逆变器的输出侧连接到单个负载，该错误布线检测系统包括：检测逆变器2a和2b中的每一个的各相的输出电压的电压检测器6a和6b；控制构成各个逆变器的半导体开关设备的导通和截止的控制单元5a和5b；以及布线状况判定装置，该布线状况判定装置操作控制单元5a而使逆变器2a中的指定开关设备导通以在逆变器2a中的任意两相之间构成闭合电路，在两个逆变器2a和2b的输出电压值之间进行比较并且在比较结果的基础上作出关于布线是否正确的判定。布线状况判定装置由诸如控制单元5a和5b中的每一个中的CPU之类的单元致动。

Description

并联逆变器系统的错误布线检测系统

技术领域

本发明涉及在驱动诸如电动机之类的负载的具有多个并联连接的逆变器的并联逆变器系统中检测错误布线的技术。

背景技术

用于将来自逆变器的电功率供应给电动机的电缆经由诸如端子排（terminalblock）之类的连接单元连接到逆变器和电动机。在铺设电缆的工作中，这有时导致到端子排的错误电缆连接、具有错误相序的到电动机的错误电缆连接、或者电缆连接的错误遗漏（在下文中通称为错误布线）。在不校正这种错误布线的情况下驱动电动机使得过量的电流流入电动机，从而例如导致设备的损坏或者系统的故障。因此，操作员必须提前进行检查以使不存在这种错误布线。

在此，作为检测逆变器和电动机之间的未完成的连接（作为一种错误布线）的现有技术的系统，已知例如图4和图5所示的系统。

现有技术的系统是在JP-A-7-20190（段落[0007]和[0008]以及图1和图2等）中描述的系统。图4是示出具有现有技术中的逆变器的电动机驱动系统的电路图。图4所示的电动机驱动系统包括将三相AC电压转换成DC电压的整流电路101、平滑电容器102、包括半导体开关设备Q₁至Q₆的逆变器部分103、供应有来自逆变器部分103的三相AC电压的AC电动机M、检测逆变器部分103的至少两相中的其各个输出电流的电流传感器104、电流检测器105、在检测电流值的基础上进行输出电压指令的操作以输出输出电压指令的CPU（中央处理单元）106、以及根据输出电压指令产生开关设备Q₁至Q₆的驱动信号以输出驱动信号的基极驱动电路107。

图5是示出检测图4所示的现有技术中的电动机驱动系统中的逆变器和电动机M之间的未完成连接的状态的操作的流程图。

首先，通过操作整流电路101，对平滑电容器102充电以使作为逆变器的主电路电压的平滑电容器102两端的电压变成指定电压（S101）。接着，通过使逆变器部分103的三相中的两相的每一个中的开关设备导通，形成范围为从逆变器的DC电路到电动机M的闭合电路。例如，通过使开关设备Q₁和Q₄导通，形成闭合电路以确认电流是否从逆变器部分103中的U相流向V相，或者通过使开关设备Q₃和Q₂导通，形成闭合电路以确认电流是否从逆变器部分103中的V相流向U相（S102）。

针对其余两相的所有组合进行类似的操作（S103和S104）。当确认针对两相的所有组合电流都流动时，作出电动机正常连接到逆变器的各相的输出侧的判定，并且完成处理（在S105为“是”）。此外，当确认针对两相的任一组合没有电流流动时，作出相应相中的连接点处的连接未完成的判定（在S105为“否”、以及S106）。

此外，在日本专利No.2,797,882（段落[0018]至[0021]以及图1和图2等）中，描述了伺服电动机的控制系统，其中该系统检测逆变器的两相中的开关设备导通时的电流以作出关于伺服电动机是否连接到逆变器的判定。

另外，在JP-A-2010-213557（段落[0007]至[0012]以及图1和图2等）中，描述了三相同步电动机的控制系统。在该控制系统中，检测驱动三相同步电动机的逆变器的至少两相中的输出电流以进行正交二轴变换，通过该正交二轴变换获取q轴电流反馈信号、回馈的速度信号、以及q轴电流指令，从而在由此获取的信号和指令的基础上检测电动机的两相或三相中的错误布线。

专利文献1：JP-A-7-20190（段落[0007]和[0008]以及图1和图2等）

专利文献2：日本专利No.2,797,882（段落[0018]至[0021]以及图1和图2等）

专利文献3：JP-A-2010-213557（段落[0007]至[0012]以及图1和图2等）

JP-A-7-20190、日本专利No.2,797,882和JP-A-2010-213557中所描述的现有技术的任一系统是驱动具有单个逆变器的电动机的情况下的系统。

与其相比，在驱动具有并联连接的多个逆变器的单个电动机的并联逆变器系统中，甚至在同相中存在并联连接的逆变器的数量的电缆。由此，存在不知道哪一个逆变器具有到电动机的错误布线的问题。具体而言，在并联逆变器系统中，当逆变器之间的电感组件较小时，在其中包括错误布线的情况下进行操作的逆变器可通过某一通电的方式导致短路，从而使过量的电流流入逆变器中的开关设备，这可能损坏系统。

另外，还存在的问题在于，虽然在日本专利No.2,797,882中所描述的系统中，对连接到电动机的布线中的错误相序的检测是可能的（段落[0030]等），但是在JP-A-7-20190和JP-A-2010-213557中所描述的各个系统中，对错误相序的检测是不可能的。

因此，本发明的目的在于，提供能够确定地检测诸如到端子排的未完成连接以及包括多个逆变器的并联逆变器系统中的错误连接之类的错误布线的错误布线检测系统。此外，本发明的另一目的在于，提供根据需要对错误相序进行检测的错误布线检测系统。

发明内容

为了解决该问题，本发明的第一方面是一种由并联连接的多个逆变器构成的并联逆变器系统的错误布线检测系统，其中各个逆变器输出可变电压的多相AC电功率且各个逆变器的输出侧连接到单个负载，该错误布线检测系统包括：

检测各个逆变器的各相的输出电压的电压检测装置；

控制构成各个逆变器的半导体设备的导通和截止的控制装置；以及

以及布线状况判定装置，该布线状况判定装置操作控制装置而使一个逆变器中的指定开关设备导通以在该一个逆变器中的任意两相之间构成闭合电路，在包括一个逆变器的多个逆变器的输出电压值之间进行比较，其中各个输出电压分别是各个逆变器的各相的输出电压且由电压检测装置检测，并且在比较结果的基础上作出关于布线是否正确的判定。

本发明的第二方面是，在根据本发明的第一方面的并联逆变器系统的错误布线检测系统中，相互传送多个逆变器之间的电压检测装置检测到的输出电压的值且共享这些值的装置被设置在多个逆变器中的每一个中。

本发明的第三方面是，在根据本发明的第一或第二方面的并联逆变器系统的错误布线检测系统中，还包括相序判定装置，该相序判定装置在不使用旋转位置的信息对基于多相AC电动机的速度指令值的旋转方向与实际旋转方向进行比较的情况下起动作为负载与通过布线状况判定装置判定为布线正常的逆变器连接的多相AC电动机，以判定电动机的相序是否正确。

本发明的第四方面是，在根据本发明的第一至第三方面中的任一方面的并联逆变器系统的错误布线检查系统中，允许多个逆变器只在布线状况判定装置和相序判定装置之一完成判定处理时进行正常操作。

本发明的第五方面是，在根据本发明的第一至第四方面中的任一方面的并联逆变器系统的错误布线检测系统中的，布线状况判定装置和相序判定装置之一由控制装置中的处理单元致动。

根据本发明，在其中多个逆变器并联连接的并联逆变器系统中，可确定地且容易地检测到包括未完成的连接、到端子排的错误连接、以及错误相序的错误布线。

附图说明

图1是示出作为根据本发明一个实施例的并联逆变器系统的电路配置的电路图；

图2是示出根据本发明实施例中的错误布线检测操作的整体的示例的流程图；

图3是示出根据本发明一个实施例中的错误布线检测操作的另一示例的流程图；

图4是示出具有现有技术中的逆变器的电动机驱动系统的电路图；以及

图5是示出检测图4所示的现有技术中的电动机驱动系统中的逆变器和电动机之间的未完成连接的状态的操作的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图解释本发明的一个实施例。

首先，图1是示出作为根据本发明一个实施例的并联逆变器系统的电路配置的电路图。该电路是在两个逆变器并联连接以组合其输出用于驱动作为负载的电动机的情况下的电路。

在图1中，附图标记1指示三相AC电动机，而附图标记2a和2b指示逆变器。在此，附图标记2a指示主逆变器而附图标记2b指示从逆变器。诸如脉冲编码器之类的旋转位置检测器3连接到电动机1，从而可获取电动机1的旋转位置的信息（旋转角和旋转速度）。

逆变器2a和2b分别设置有电功率转换器4a和4b，DC电压被输入到电功率转换器4a和4b中的每一个。电功率转换器4a由电容器C_1a和C_2a以及半导体开关设备（诸如IGBT）Q_1a和Q_2a、Q_3a和Q_4a、以及Q_5a和Q_6a的组合、以及未示出的栅极驱动电路构成，各个组合串联连接在DC总线之间。电功率转换器4b由电容器C_1b和C_2b以及半导体开关设备（诸如IGBT）Q_1b和Q_2b、Q_3b和Q_4b以及Q_5b和Q_6b的组合、以及未示出的栅极驱动电路构成，各个组合串联连接在DC总线之间。

开关设备Q_1a至Q_6a以及Q_1b至Q_6b由控制单元5a和5b驱动，各个控制单元包括诸如微计算机（CPU）之类的处理器以及各种电子电路。先前描述的未示出的栅极驱动电路可分别包含在控制单元5a和5b中。

逆变器2a和2b的输出电压和输出电流由电压检测器6a和6b以及电流检测器7a和7b检测，从而分别输入到控制单元5a和5b。与该输入一起，来自旋转位置检测器3的旋转位置的信息也被输入到控制单元5a和5b。在控制单元5a和5b中，在输入信息的基础上分别产生开关设备Q_1a至Q_6a以及Q_1b至Q_6b的栅极信号。通过开关设备Q_1a至Q_6a以及Q_1b至Q_6b的导通截止操作从电功率转换器4a和4b输出且由通过端子排8a和8b到连接点的电缆分别传送到电动机1的AC电流在连接点组合以在此后供应给电动机1。

另外，作为与操作员的接口，操作读出器10a和10b连接到控制单元5a和5b。控制单元5a和5b分别通过使用传送装置9a和9b来相互传送内部信息项，从而通过将信息项存储在其各个存储器中来共享信息项。

接着，将解释作为本实施例的并联逆变器系统的操作。首先，如之前解释的，逆变器2a和2b的输出电流组合以供应给电动机1，这些逆变器的并联排列的数量被确定为与电动机1的额定电流和操作状况相称。

然后，在正常状况下的操作中，主逆变器2a中的控制单元5a产生速度指令值，通过这些速度指令值电动机1从停止状态起动运行、随后加速到目标速度并操作，直至根据状况减速直到停止。根据速度指令值和旋转位置检测器3检测到的实际旋转速度值，计算出与电动机1的生成扭矩相对应的电流指令值，以使电动机1跟随速度指令值。与该计算一起，根据这些电流指令值以及电流检测器7a检测到的输出电流值，计算出电压指令值。

在电压指令值的基础上，产生电功率转换器4a中的开关设备Q_1a至Q_6a的栅极信号。通过使用这些栅极信号，使得开关设备Q_1a至Q_6a导通和截止，藉此输出PWM受控信号。

然而，在从逆变器2b中，在控制单元5b中经由传送装置9a和9b捕获由主逆变器2a操作的电压指令值，通过这些传送装置，电功率转换器4b与主逆变器2a中的电功率转换器4a类似地操作。此外，电流检测器7b检测到的输出电流还经由传送装置9a和9b传送到主逆变器2a中的控制单元5a。

在逆变器2a和2b之间，称为交叉电流或循环电流的电流以根据通过耦合逆变器2a和2b的输出而引起的电压误差程度的值来流动。相对于此，在主侧中的控制单元5a和从侧中的控制单元5b校正其各个电压指令值以使来自逆变器2a和2b的各个输出电流值变成相等的一些情况下还进行交叉电流控制。

此后，将针对作为本发明的主要部分的错误布线检测操作来进行说明。

图2是示出本实施例中的错误布线检测操作的整体的示例的流程图。首先，进行布线状况判定处理SA，接着进行相序判定处理SB。虽然相序的误差（逆变器的输出侧的相序和电动机的输入侧的相序之间的差异）归因于一种错误布线，但是为了方便起见，此处将解释与布线状况判定处理SA不同的相序判定处理SB。

在布线状况判定处理SA中，为了使电流从主逆变器2a中的一相（例如，U相）流向另一相（例如，V相），在两相之间形成闭合电路（步骤S1）。具体地，由控制单元5a准备指定电流指令值，并且随后获取电流指令值（V_ur和V_vr），从而电流检测器7a检测到的电流I_u1的值跟随电流指令值以使电功率转换器4a中的两相（例如，U相和V相）中的开关设备导通。在此，在电功率转换器4a中，不使其余相（例如，W相）中的开关设备导通。然后，所有相中的输出电压V_u1、V_v1和V_w1的值由电压检测器6a检测，从而在控制单元5a中与电流检测器7a检测到的电流I_u1和I_v1的值一起捕获。

在从逆变器2b中，在所有相中的开关设备都没有被电功率转换器4b导通的情况下，检测输出电压V_u2、V_v2和V_w2的值以在控制单元5b中捕获。与该检测一起，控制单元5b通过传送装置9a和9b与主逆变器2a一侧的控制单元5a相互共享信息（控制单元5a和5b将输出电压V_u1、V_v1、V_w1、V_u2、V_v2和V_w2的值一起存储和保留在其各个内部存储器中）。

此后，确认主逆变器2a中的U相和V相之间的断开是存在还是不存在。在此，除了断线引起的所谓断开以外，断开包括诸如到端子排的未完成连接之类的故障。

在不断开的情况下形成闭合电路允许U相中的电流和V相中的电流以彼此相反的极性流动。因此，确认是否保持I_u1≈-I_v1的关系（S2）。当保持I_u1≈-I_v1的关系时，处理移动到步骤S3。然而，当不保持该关系时，断开被认为是一种错误布线，并且处理跳到步骤S11。

当主逆变器2a和从逆变器2b两者都没有错误布线时，布线的阻抗远小于电动机1的阻抗使得各个相应相中的输出电压彼此基本相等。因此，在步骤S2之后，比较逆变器2a和2b两者共享的各个相中的电压的检测值以确认检测电压的值是否变成V_u1≈V_u2、V_v1≈V_v2且V_w1≈V_w2，通过该比较判定错误布线是存在还是不存在。

此外，当在U相和V相之间形成闭合电路时，保持V_u1=-V_v1的关系，其未通电的相（例如，W相）中的输出电压变成零。这同时也得到确认（S4、S5和S11）。

只有通过该确认，才存在不连接未通电的相（在该示例中为W相）的布线（到端子排的未完成连接或者断开）的可能性。因此，在其间通过使开关设备导通而形成闭合电路的两相的组合改变的情况下（在图2所示的示例中为从U相和V相的组合到V相和W相的组合），进行与从步骤S1至步骤S5类似的处理（S6至S10、S11）。

通过以上处理，完成布线状况判定处理SA。当在存在错误布线的处理中作出判定时（S11），操作读出器10a和10b显示存在错误布线以给操作员警告。

顺便提及的是，对布线状况判定处理SA的执行准许确认错误布线在主逆变器2a和从逆变器2b中各相中是存在还是不存在。然而，该执行不可能确认逆变器2a和2b中的每一个的三相输出是否通过电缆以正确相序连接到电动机1的输入侧。

由此，通过相序判定处理SB，根据电动机1旋转时的旋转方向，作出关于相序是否正确的判定。

当通过使用从图1所示的旋转位置检测器3获取的旋转角和旋转速度来控制电动机1的旋转时，错误相序可能使得过量的电流流动。由此，在开始时，在不使用诸如旋转位置检测器3之类的检测器的情况下起动电动机1（S12）。例如，对于在此情况下的具体驱动控制系统，枚举诸如恒定V/f（电压/频率）控制系统之类的控制系统和无传感器的矢量控制系统。

接着，在基于驱动电动机1时的速度指令值的旋转方向和从旋转位置检测器3获取的电动机1的实际旋转方向之间进行比较，从而作出关于两个旋转方向是否相同的判定（S13）。在此，当相序正确时，基于速度指令值的旋转方向与实际旋转方向相同。由此，处理变成正常完成（在S13为“是”）。当相序错误时，电动机1在与基于速度指令值的旋转方向相反的方向上旋转。然后，作出存在相序的差异的判定，并且操作读出器10a和10b显示操作相序有误以给操作员警告（在S13为“否”以及S14）。

图3是示出根据本发明一个实施例中的错误布线检测操作的另一示例的流程图。

在图3中，首先，确认对图2所示的布线状况判定处理SA和相序判定处理SB的执行（步骤S21）。此后，作出关于处理的项目是否已正常完成的判定（S22）。当已正常完成了处理的项目时，执行准许以上所解释的正常操作（电动机1的通过逆变器2a和2b的操作）的处理（在S22为“是”、以及S23）当未正常完成处理的项目时，执行不准许正常操作的处理（在S22为“否”、以及S24）。

图3所示的错误布线检测操作基于在操作并联逆变器系统时已完成了对布线状况判定处理SA的执行和对相序判定处理SB的执行的假设。由此，根据图3所示的操作，只有在作为判定处理SA和判定处理SB两者的结果未找到布线问题时才准许正常操作。因此，可预防在逆变器系统进行实用操作之后出现麻烦。

尽管已参考本发明的优选实施例具体地示出和描述了本发明，但本领域普通技术人员应当理解在形式和细节上可作出上述以及其他改变而不背离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种由并联连接的多个逆变器构成的并联逆变器系统的错误布线检测系统，其中各个逆变器输出可变电压的多相AC电功率且各个逆变器的输出侧连接到单个负载，所述错误布线检测系统包括：

检测各个逆变器的各相的输出电压的电压检测装置；

以及布线状况判定装置，所述布线状况判定装置操作控制装置而使一个逆变器中的指定开关设备导通以在所述一个逆变器中的任意两相之间构成闭合电路，在包括所述一个逆变器的多个逆变器的输出电压值之间进行比较，其中各个输出电压分别是各个逆变器的各相的输出电压且由所述电压检测装置检测，并且在比较结果的基础上作出关于布线是否正确的判定。

2.如权利要求1所述的并联逆变器系统的错误布线检测系统，其特征在于，在所述多个逆变器之间相互传送所述电压检测装置检测到的输出电压值且共享所述值的装置设置在所述多个逆变器中的每一个中。

3.如权利要求1或2所述的并联逆变器系统的错误布线检测系统，其特征在于，还包括相序判定装置，所述相序判定装置在不使用旋转位置的信息对基于多相AC电动机的速度指令值的旋转方向与实际旋转方向进行比较的情况下起动作为负载与通过所述布线状况判定装置判定为布线正常的逆变器连接的多相AC电动机，以判定所述电动机的相序是否正确。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的并联逆变器系统的错误布线检测系统，其特征在于，所述多个逆变器只在所述布线状况判定装置和所述相序判定装置之一完成判定处理时被允许进行正常操作。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的并联逆变器系统的错误布线检测系统，其特征在于，所述布线状况判定装置和所述相序判定装置之一由所述控制装置中的处理单元致动。