CN103563201A - 用于运行逆变器的方法以及逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行逆变器（1）、尤其是脉冲逆变器的方法，其中所述逆变器（1）具有多个分别带有外导体（7，8，9）和至少一个半导体器件（12，13）的相系统（2，3，4）以及温度监控装置（15），所述温度监控装置具有多个温度传感器（16，17，18），其中借助所述温度传感器（16，17，18）检测所述相系统（2，3，4）中的至少一个的至少一部分的温度。在此规定，从所检测的温度分别求取温度梯度，确定所求取的温度梯度与梯度估计值的偏差并且在所述偏差超过阈值时判定所述逆变器（1）、尤其是所述逆变器（1）的冷却装置的故障。本发明此外还涉及一种逆变器（1）。

Description

用于运行逆变器的方法以及逆变器

技术领域

本发明涉及一种用于运行逆变器、尤其是脉冲逆变器的方法，其中所述逆变器具有多个分别带有外导体和至少一个半导体器件的相系统以及温度监控装置，所述温度监控装置具有多个温度传感器，其中借助所述温度传感器检测所述相系统中的至少一个的至少一部分的温度。此外，本发明涉及一种逆变器。

背景技术

开头所述类型的方法由现有技术已知。所述方法用于运行逆变器。逆变器在此具有以下任务：将直流电转换为交流电。也可以设置相反的方向，即将交流电转换为直流电。逆变器也可以称作Inverter（逆变器）。逆变器具有多个相系统，其中给每个相系统分配有外导体。在外导体上施加交流电，所述外导体就此而言位于逆变器的交流电侧。给每个相系统分配有至少一个半导体器件。借助半导体器件，例如为了将直流电转换成交流电，可以周期性地如此切换外导体，使得在外导体处存在交流电。通常如此控制多个相系统的半导体器件，使得施加在外导体上的交流电在相系统之间相位偏移地存在。然而也可以设置另外的不可切换的半导体器件。逆变器或者半导体器件的操控利用相应的控制电路或者控制设备实现，在所述控制设备上执行控制程序。

半导体器件具有独特的欧姆内阻，所述欧姆内阻在存在流过相应的半导体器件的电流的情况下导致热量输入进所述半导体器件并且因此导致温度上升。而如果没有电流流过半导体器件，则该半导体器件将热量向该半导体器件的周围环境发出并且随着时间的推移使半导体器件的温度匹配于周围环境的温度。

为了保护逆变器和尤其半导体器件以免过热——在过热的情况下逆变器或逆变器的至少一个区域超过允许的最大温度，逆变器具有温度监控装置。给该温度监控装置分配有多个温度传感器，借助所述多个温度传感器可检测或者检测所述相系统中至少一个相系统的至少一部分或者至少一个区域的温度。通过有利的方式，给每个相系统分配有所述温度传感器中的至少一个。由导热效应和/或传热效应决定地，借助相应的温度传感器检测的温度通常与整个相系统的温度不对应，而是仅与该整个相系统的一部分的温度对应。然而，如果给相系统分配有由良好导热的材料制成的、与相系统的待冷却区域触碰接触的元件并且温度传感器布置在所述元件处，则可以至少近似地假定：所检测的温度基本上对应于相系统的实际温度。所述元件例如是相系统或者逆变器的冷却体并且可以是其冷却装置的组成部分。

如果出现温度传感器中的至少一个的缺陷或者损坏，则借助其不能够或至少不再能够可靠地检测温度。例如可能出现以下情况：损坏的或者说有缺陷的温度传感器向温度监控装置传送恒定的温度。如果该恒定的温度不高于对于逆变器最大允许的最大温度，则温度监控装置允许继续运行逆变器或者说在相应的相系统过热时不能去活逆变器。因此，所述逆变器或至少相应的相系统也许可能由于过热而被损坏。

发明内容

相反地，具有权利要求1的特征的方法具有以下优点：能够实现在逆变器处或在逆变器中存在的温度的更可靠的监控。此外，可能的是，确定尤其逆变器的冷却装置的其他缺陷。这根据本发明来实现，其方式是，由所检测的温度分别求取温度梯度，确定所求取的温度梯度与梯度估计值的偏差并且在偏差超过阈值时判定（auf…erkennen）逆变器、尤其是逆变器的冷却装置的故障。因此，借助温度传感器通过已知的方式和方法检测相应的相系统的温度。随后，分析处理所检测的温度，其中首先由所检测的温度求取温度梯度、即温度随时间的变化。随后，应确定通过所述方式求取的温度梯度与梯度估计值的偏差。附加地或替代地，也能够确定温度梯度彼此的偏差。

偏差包括至少一个偏差值，有利地对于每一个求取的温度梯度各一个偏差值。因此，可以给每个温度梯度或者温度传感器中的每一个分配偏差值之一。在确定偏差时，将温度梯度分别与梯度估计值比较。梯度估计值是温度梯度的近似确定，所述温度梯度的近似确定例如由逆变器的控制设备基于逆变器的至少一个运行参数求取。如果通过这种方式求取的偏差超过阈值，则判定逆变器或者冷却装置的故障，从而能够采取适当的措施。

例如在识别到故障时去活逆变器，从而电流不再流过相系统或者半导体器件。如果判定逆变器故障，则此外可以产生故障信号。所述故障信号尤其由温度监控装置向逆变器的控制设备传送。控制设备在出现故障信号时可以如所描述的那样去活或以有限的功率继续运行逆变器。通过这种方式可靠地防止逆变器的进一步变热并且因此可靠地防止由于超过最大温度引起的损坏。如果仅仅偏差值之一超过阈值，则已经能够判定逆变器的故障。然而，替代地或附加地，可能需要偏差值中的多个、尤其是所有偏差值大于阈值。

基本上可以仅仅设置所述一个阈值。然而，也可以确定多个彼此不同的阈值。如果存在多个阈值，则可以在超过所述阈值之一时判定分别所分配的故障。例如在超过较低的第一阈值时判定第一故障并且在超过较高的第二阈值时判定第二故障（等等）。在此也能够产生不同的故障信号。尤其给多个阈值中的每一个分配有相应的故障信号，所述故障信号在超过所属的阈值时被产生。因此可能的是，定义一个阈值，其中故障或者故障信号表明冷却装置的冷却功率降低到确定的程度（例如50%），和定义另一较高阈值，在超过所述另一较高阈值时，故障或者故障信号表明冷却装置完全失灵。

阈值可以是恒定的，但也可以被确定为可变的。在两种情况下，阈值不仅可以被说明为绝对值也可以被说明为相对值。在第一种情况下，阈值是温度梯度差，所述温度梯度差不允许被所求取的温度梯度的偏差超过。在后一种情况下，允许的偏差与所求取的温度梯度有关。然而，阈值也可能与其他因素有关。例如阈值可以作为周围环境温度和/或流过相系统的电流的电流强度的函数存在，并且所述周围环境温度和/或电流强度越高，阈值可以越大。因此可以考虑以下情况：温度传感器在不同的温度范围内可能具有不同的温度分辨率。如果设置有多个阈值，则相应项适用。

如果应当确定所求取的温度彼此的偏差，则可以规定，确定所述偏差，其方式是，从每个温度梯度中减去参考值，其中作为参考值，所检测的温度梯度的平均值或所检测的温度梯度之一、尤其是最大的或最小的温度梯度用作参考值。基本上可以任意选择参考值。例如该参考值也可以作为常量存在，所述常量对应于在运行逆变器期间待预期的平均温度梯度。然而，以有利的方式，参考值与所检测的温度梯度有关。例如可以根据温度梯度的平均值确定该参考值。也可能的是，直接使用所求取的温度梯度之一作为参考值。在此，可以使用确定的温度传感器的所求取的温度梯度作为参考值。然而，有利的是，使用所求取的温度梯度的极值、即尤其是所求取的温度梯度中的最大或最小的温度梯度作为参考值。

逆变器尤其是三相逆变器，即具有三个相系统并且具有同样多的外导体。然而，一般可以存在任意数量的相系统或者外导体。可能由于在半导体器件与印刷电路板（Leiterblatte）或在逆变器和底板之间热连接的情况下出现不均匀性而出现偏差超过阈值。在两种情况下，影响冷却，在第一种情况下，仅仅涉及半导体器件，在后一种情况下涉及整个逆变器。也可能存在冷却循环的故障，例如由于冷却水管路中污染物质附着或冷却水管路的中断或者损坏。此外，可能由于气泡形成而有冷却循环的降低的冷却功率。在所有情况下，为了防止逆变器的损坏，应采取适当的对策。

本发明的一个改进方案规定，基于瞬间流过相系统的电流的电流强度确定梯度估计值。电流强度越大，则待预期的温度梯度越大并且因此梯度估计值越大。梯度估计值的确定例如可以在逆变器的控制设备中实现。出于所述目的，在控制设备中尤其存放有表格，在所述表格中对于不同的电流强度保存有相应的梯度估计值。从所述表格中可以直接为存放在表格中的最近的电流强度提取梯度估计值或借助内插、尤其是线性内插从存放在表格中的最近的电流强度确定梯度估计值。然而，替代地，也可以存放梯度估计值和电流强度之间的数学关系，利用其至少能够近似地求取待预期的温度梯度。

本发明的一个改进方案规定，为每个相系统确定梯度估计值。基本上可以为所有相系统共同确定梯度估计值。然而，因为在每一个相系统中至少暂时可能出现不同的电流强度，所以有利的是，为每一个相系统单独确定梯度估计值。这意味着，也应该对于每个相系统单独实施偏差的确定。通过这种方式，在出现故障时，可以至少关于相系统定位该故障。在此，当相系统之一的偏差超过阈值时，通常足以判定故障。然而，替代地可以规定，多个相系统的偏差或者偏差值必须超过阈值。

本发明的一个改进方案规定，在所检测的温度低于传感器最小温度的情况下和/或在所检测的温度超过传感器最大温度的情况下判定温度监控装置或逆变器的故障。给每一个温度传感器分配有相应的传感器最小温度和/或相应的传感器最大温度。所述温度描述以下温度范围：在所述温度范围内，借助温度传感器检测的温度是允许的。如果所检测的温度低于传感器最小温度或者如果该所检测的温度超过传感器最大温度，则可以假定，温度传感器是有缺陷的。因此，在这种情况下也判定温度监控装置或逆变器的故障。对所检测的温度是否位于温度传感器的温度范围之外的检查通过有利的方式在确定温度梯度之前实施。然而，也可以规定，在确定温度梯度之后或在确定温度梯度期间才进行检查。

本发明的一个改进方案规定，多次实施温度的检测、温度梯度的求取和温度梯度的偏差的确定并且在偏差多次超过阈值的情况下才判定逆变器的故障。在运行逆变器或者温度监控装置时可能发生：在检测温度期间出现故障或者短暂的干扰。因此，所检测的温度中的各个温度不能够被有意义地分析处理，而是导致温度梯度的有错误的求取并且因此导致大的偏差，所述偏差也许可能超过阈值。在这种情况下通常判定逆变器的故障，尽管仅仅有对温度监控装置或者温度传感器的短期影响。为了防止对故障的这种有错误的判定，不仅多次实施温度的检测，而且多次实施温度梯度的求取和温度梯度彼此的偏差或与梯度估计值的偏差的确定。

在每一次超过阈值时，例如计数器递增。如果计数器超过确定的极限值，则实际上判定逆变器的故障并且例如发送故障信号。在此可以如此实施计数器，使得该计数器在确定的时间间隔消逝之后复位或长期以确定的速率递减。因此，多次允许在时间间隔内温度的有错误的检测的出现。只有当在时间间隔内更频繁地有错误地检测温度并且每一次偏差都超过阈值时才判定逆变器的故障。

本发明的一个改进方案规定，给每一个相系统分配有多个半导体器件并且给半导体器件中的至少一些分别分配有温度传感器。半导体器件在此可以理解为尤其是晶体管和二极管。通常给每一个相系统或者每一个外导体分别分配有两个晶体管和两个二极管，其中两个二极管用作空转二极管。晶体管如此由逆变器或者其控制设备操控，使得将在所述晶体管上施加的直流电转变成用于外导体的交流电或反之亦然。为了改善温度监控，现在可以规定，给每一个相系统不是仅仅分配有一个温度传感器，而是相反地每一个相系统具有多个温度传感器，其中所述多个温度传感器被分配给确定的半导体器件。例如可以规定，给每一个相系统的每一个晶体管分别分配有一个温度传感器。

本发明的一个改进方案规定，在以电流加载相系统期间实施所述方法。仅仅在以电流加载期间出现实际上存在的温度的变化，从而温度梯度（明显）不同于0。因此有意义的是，在电流流过相系统或者相应的半导体器件期间至少实施温度的检测。替代地，所述方法显然可以在以电流加载相系统之后不久实施。在这种情况下，相系统的温度下降直至所述温度基本上已经适应逆变器的周围环境温度为止。在温度的该下降期间存在负的温度梯度。根据该负的温度梯度，也可以关于所求取的温度梯度彼此的偏差或与梯度估计值的偏差来实施分析处理。因此，在此也能够判定逆变器的故障。

本发明的一个改进方案规定，在判定故障的情况下去活或以降低的功率继续运行逆变器。在存在故障时，逆变器或者至少一个单个相系统的冷却受影响，从而热量不再能够容易地排出。出于所述原因，有意义的是，不再以电流加载相系统或至少减小电流强度、即以降低的功率继续运行逆变器。通过这种方式能够避免逆变器或者相系统的损坏。

此外，本发明涉及一种逆变器，尤其是用于实施先前描述的方法，其中所述逆变器具有多个分别带有外导体和至少一个半导体器件的相系统以及温度监控装置，所述温度监控装置具有多个温度传感器，其中借助所述温度传感器能够检测所述相系统中的至少一个的至少一部分的温度。在此规定，温度监控装置构造用于，从所检测的温度分别求取温度梯度，确定所求取的温度梯度与梯度估计值的偏差并且在偏差超过阈值时判定逆变器的故障。基本上能够根据上述实施来改进逆变器。利用如此设计的逆变器能够实现开头所述的优点、尤其是实现更可靠的温度监控。

附图说明

下面根据在附图中所示的实施例更详细地解释本发明，而不限制本发明。在此，

唯一的图示出逆变器的示意性的表示。

具体实施方式

该图示出逆变器1的示意性的表示，所述逆变器在此作为三相逆变器存在。相应地，逆变器1具有三个相系统2、3、4。逆变器用于来自直流电源5的直流电的逆变，用于运行电机6、尤其是交流电动机。逆变器1也可以用于将借助电机6产生的交流电转变成直流电，用于中间存储在直流电源5中。电机6连接到逆变器1的外导体7、8、9上。每一个外导体7、8、9在此被分配给所述相系统2、3、4之一。在此示出的实施例中，外导体7分配给相系统2，外导体8分配给相系统3并且外导体9分配给相系统4。

相系统2、3、4中的每一个均具有两个开关元件10和11，其中所述开关元件10和11之一构造为高侧开关并且另一个构造为低侧开关。每一个开关元件10和11均具有晶体管12和二极管13，所述晶体管和二极管作为半导体器件存在。二极管13分别构成用于开关元件10和11的空转二极管。开关元件10和11或者相系统2、3、4的晶体管12可由逆变器1的控制设备14周期性地操控。所述操控在此如此实现，使得从由直流电源5提供的直流电中提供用于运行电机6的交流电。根据上述实施也能够实现相反的过程。

逆变器1此外具有温度监控装置15，所述温度监控装置在这里所示的实施例中作为控制设备14的组成部分存在，即集成到所述控制设备中。温度传感器16、17和18连接到温度监控装置15上，其中温度传感器16、17和18中的每一个分配给相系统2、3和4之一。因此，借助温度传感器16、17和18能够检测相应的相系统2、3或4的至少一部分的温度。温度监控装置15现在被设置用于，从所检测的温度分别求取温度梯度，确定所求取的温度梯度与梯度估计值的偏差并且在偏差超过阈值时判定逆变器的故障。例如在此，给每一个温度梯度分配偏差的偏差值。替代地或附加地，也可以考虑温度梯度彼此的偏差。

如果偏差或者偏差值中的至少一个超过阈值，则可以推断出，相应的温度传感器16、17和18是有缺陷的或至少不能够可靠地测定实际存在的温度。也可想像逆变器或者相系统2、3或4之一的冷却缺陷。如果判定逆变器15的故障，则温度监控装置15例如向控制设备14传送故障信号。随后，控制设备14可以采取适当的措施，例如显示故障通知和/或去活逆变器1，即不再切换开关元件10和11或者其晶体管12用于逆变或者整流。通过这种方式，可以防止由于过高的温度的出现而引起的逆变器1的损坏。

Claims (9)

1.用于运行逆变器（1）、尤其是脉冲逆变器的方法，其中所述逆变器（1）具有多个分别带有外导体（7，8，9）和至少一个半导体器件（12，13）的相系统（2，3，4）以及温度监控装置（15），所述温度监控装置具有多个温度传感器（16，17，18），其中借助所述温度传感器（16，17，18）检测所述相系统（2，3，4）中的至少一个的至少一部分的温度，其特征在于，从所检测的温度分别求取温度梯度，确定所求取的温度梯度与梯度估计值的偏差并且在所述偏差超过阈值时判定所述逆变器（1）、尤其是所述逆变器（1）的冷却装置的故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于瞬间流过所述相系统（2，3，4）的电流的电流强度确定所述梯度估计值。

3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为每个相系统（2，3，4）确定所述梯度估计值。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所检测的温度低于传感器最小温度的情况下和/或在所检测的温度超过传感器最大温度的情况下判定所述温度监控装置（5）或所述逆变器（1）的故障。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，多次实施温度的检测、温度梯度的求取和温度梯度的偏差的确定并且在所述偏差多次超过所述阈值的情况下才判定所述逆变器（1）的故障。

6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，给每一个相系统（2，3，4）分配多个半导体器件（12，13）并且给所述半导体器件（12，13）中的至少一些分别分配温度传感器（16，17，18）。

7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在以电流加载所述相系统（2，3，4）期间实施所述方法。

8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在判定所述故障的情况下去活或以降低的功率继续运行所述逆变器（1）。

9.逆变器（1），尤其是用于实施根据以上权利要求中任一项或多项所述的方法，其中所述逆变器（1）具有多个分别带有外导体（7，8，9）和至少一个半导体器件（12，13）的相系统（2，3，4）以及温度监控装置（15），所述温度监控装置具有多个温度传感器（16，17，18），其中借助所述温度传感器（16，17，18）能够检测所述相系统（2，3，4）中的至少一个的至少一部分的温度，其特征在于，所述温度监控装置（15）构造用于，从所检测的温度分别求取温度梯度，确定所求取的温度梯度与梯度估计值的偏差并且在所述偏差超过阈值时判定所述逆变器（1）、尤其是所述逆变器（1）的冷却装置的故障。

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