CN105644371B - 基于高频注入的高电压互锁 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及基于高频注入的高电压互锁。一种用于驱动电机的电力逆变器被配置为:基于高频注入电流将电压施加到电机。三相电流被测量并被输入到电流控制器中。从电流控制器输出的电压命令使用离散傅里叶变换被监测,以确定所述电压命令的正序电压和负序电压。将序电压与预期的正序电压以及负序电压进行比较。如果预期的序电压与实际序电压之间的差的幅值大于预定阈值,则输出连接丢失诊断。
Description
技术领域
本申请总体上涉及检测电机的线缆连接。
背景技术
混合动力电动车辆或纯电动车辆包括用于车辆推进的一个或更多个电机。当与传统的12伏车辆电力系统相比较时,电机在相对大的电压和电流下运转。高电压系统可以监测电机的连接状态。典型的电机可以是三相马达,并且可以包括在电机与电力逆变器之间的三种导线的连接。为了监测所述连接状态,在电力逆变器与电机之间通常包括附加的低电压信号线。附加的低电压信号被监测以确定电力逆变器与电机之间的连接状态。
发明内容
一种车辆包括电机和至少一个控制器,所述至少一个控制器被配置为:对应于注入电流将电压施加到电机,并且响应于与所述电压关联的序电压比预定序电压大预定量,输出连接丢失诊断,其中,所述预定序电压是基于注入电流的参数和电机的参数的。注入电流的频率可以是与所述电压变化的速率对应的开关频率的预定倍数。注入电流的幅值可以是预定幅值。所述至少一个控制器还可以被配置为:当电机的转速低于预定转速时,施加所述电压。所述预定序电压可以是基于电机的电感的。所述电压可以响应于至电机的连接正在被断开而升高。所述至少一个控制器还可以被配置为:接收电机中的测量电流,并根据测量电流与注入电流之间的差来控制所述电压。
一种方法包括:基于诊断注入参考电流和测量电流,通过控制器将电压输出到电机。所述方法还包括:响应于与所述电压关联的序电压比预定序电压大预定量,通过控制器输出连接丢失诊断。所述预定序电压可以是基于诊断注入参考电流的参数和电机的参数的。所述序电压可以是基于所述电压的离散傅里叶变换的。所述电压可以是基于诊断注入参考电流与测量电流之间的差的。诊断注入参考电流的频率可以是与所述电压变化的速率对应的开关频率的预定倍数。
一种电力逆变器,包括:至少一个控制器,被配置为:对应于注入电流将电压施加到电机,并且响应于与所述电压关联的序电压比预定序电压大预定量,输出连接丢失诊断,其中,所述预定序电压是基于注入电流的参数和电机的参数。注入电流的频率可以是与所述电压变化的速率对应的开关频率的预定倍数。注入电流的幅值可以是预定幅值。所述至少一个控制器还可以被配置为:当电机的转速低于预定转速时,施加所述电压。所述预定序电压可以是基于电机的电感的。所述电压可以响应于至电机的连接正在被断开而升高。所述至少一个控制器还可以被配置为:测量电机中的电流,并根据所述电流与期望的注入电流之间的差来控制所述电压。所述序电压可以是基于所述电压的离散傅里叶变换的。
所描述的系统允许在没有任何其它连接器或导线的情况下电力逆变器与电机之间的连接被检测。注入电流可以被选择为具有小幅值,其会在不存在连接时减少安全问题。所述系统不需要大量的校准,并且可以可靠地检测连接的存在或不存在。
附图说明
图1是示出示例性动力传动系统和能量存储组件的混合动力车辆的示图。
图2是用于检测电机与电力逆变器之间的连接丢失诊断的示例性控制组态(controls configuration)的方框图。
图3是用于将电流注入电机的示例性操作序列的流程图。
图4是用于检测连接丢失诊断的示例性操作序列的流程图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而,应理解的是,所公开的实施例仅为示例,并且其它实施例可采用各种替代形式。附图不必按比例绘制;可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此,在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制,而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的,参照任一附图说明和描述的各个特征可与一个或更多个其它附图中说明的特征组合以产生未明确说明或描述的实施例。说明的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而,与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
图1描绘了示例性插电式混合动力电动车辆(PHEV)。示例性插电式混合动力电动车辆12可以包括机械连接到混合动力传动装置16的一个或更多个电机14。电机14可以能够作为马达或发电机操作。另外,混合动力传动装置16机械连接到发动机18。混合动力传动装置16还机械连接到驱动轴20,驱动轴20机械连接到车轮22。当发动机18开启或关闭时,电机14可以提供推进和减速能力。电机14还可以用作发电机并且可以通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热量损失掉的能量而提供燃料经济性效益。通过允许发动机18在更高效的速度下运转以及在特定条件下允许混合动力电动车辆12在发动机18关闭的情况下以电动模式运转,电机14还可以减少车辆排放。
牵引电池或电池组24储存电机14可以使用的能量。车辆电池组24通常提供高电压DC输出。牵引电池24电连接到一个或更多个电力电子模块26。电力电子模块26还可以被称为电力逆变器。当一个或更多个接触器42断开时,可以将牵引电池24与其它组件隔离,并且当一个或更多个接触器42闭合时,可以将牵引电池24连接到其它组件。电力电子模块26还电连接到电机14,并且在牵引电池24和电机14之间提供双向传输能量的能力。例如,示例性牵引电池24可以提供DC电压,而电机14可利用三相AC电流来运转。电力电子模块26可以将DC电压转换为供电机14使用的三相AC电流。在再生模式下,电力电子模块26可以将来自用作发电机的电机14的三相AC 电流转换为与牵引电池24相兼容的DC电压。在此的描述同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆,混合动力传动装置16可以是连接到电机14的变速箱,并且可以不存在发动机18。
除了提供用于推进的能量之外,牵引电池24还可以提供用于其它车辆电气系统的能量。示例性系统可以包括DC/DC转换器模块28,DC/DC转换器模块28将牵引电池24的高电压DC输出转换为与其它车辆负载相兼容的低电压DC供电。其它电力负载46(诸如,压缩机和电加热器)可以不使用DC/DC 转换器模块28直接连接到高电压。低电压系统可以电连接到辅助电池30(例如,12V电池)。
车辆12可以是在其中牵引电池24可以通过外部电源36进行再充电的电动车辆或插电式混合动力车辆。外部电源36可以是到接收公用电力的电插座的连接。外部电源36可以电连接到电动车辆供电设备(EVSE)38。EVSE 38 可以提供用于调整和管理电源36与车辆12之间的能量传输的电路以及控制。外部电源36可以为EVSE 38提供DC或AC电力。EVSE 38可以具有用于插入车辆12的充电端口34的EVSE连接器40。充电端口34可以是被配置为从EVSE 38到车辆12传输电力的任何类型的端口。充电端口34可以电连接到充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块32可以适配从EVSE 38供应的电力,以向牵引电池24提供适合的电压和电流水平。电力转换模块32 可以与EVSE 38进行接口连接以协调到车辆12的电力传送。EVSE连接器 40可以具有与充电端口34的对应的凹处紧密配合的插脚。可选地,被描述为电连接的各个组件可以使用无线感应耦合来传输电力。
一个或更多个车轮制动器44可以被提供用于使车辆12减速以及防止车辆12的运动。车轮制动器44可以是液压致动的、电致动的或它们的某种组合。车轮制动器44可以是制动系统50的一部分。制动系统50可以包括操作车轮制动器44的其它组件。为简单起见,附图描绘了制动系统50与车轮制动器44中的一个之间的单一连接。制动系统50和其它的车轮制动器44之间的连接是隐含的。制动系统50可以包括用于监测和协调制动系统50的控制器。制动系统50可以监测制动组件并控制用于车辆减速的车轮制动器44。制动系统50可以响应于驾驶员命令,并且还可以自主运行以实现诸如稳定控制的功能。当被其它控制器或子功能请求时,制动系统50的控制器可以实现应用被请求的制动力的方法。
一个或更多个电力负载46可以连接到高电压总线。电力负载46可以具有适时地操作和控制电力负载46的关联的控制器。电力负载46的示例可以是加热模块或空调模块。
所讨论的各个组件可以具有控制和监测所述组件的操作的一个或更多个关联的控制器。所述控制器可以经由串行总线(例如,控制器局域网(CAN)) 或经由离散分立导线进行通信。可以存在系统控制器48,以协调各个组件的操作。
电机14可以经由一个或更多个导线连接到电力电子模块26。所述导线可以是电机14与电力电子模块26之间的线束(wiring harness)的一部分。系统可以实现策略以检测导线在电机14与电力电子模块26之间被连接。可以实现各种策略以检测电机14与电力电子模块26之间的连接。一些策略可以使用可以由控制器监测的单独的互锁(interlock)导线。这样的单独的互锁导线增加了系统的额外成本和复杂性。
电机14可以经由电力电子模块26(也被称为电力逆变器)提供的信号来控制。电机14的转矩输出可以通过控制电力电子模块26的电流输出来控制。电力电子模块26可以将DC电压输入转换为输出到电机14的交流三相电压和电流。公知的马达控制策略对于将三相电压转换为更适合于控制目的的信号是可用的。
可以实现用于检测电机14与电力电子模块26被适当地连接的高电压互锁回路(high-voltage interlock loop,HVIL)策略。HVIL策略可以在没有附加的互锁导线的情况下检测连接的存在或不存在。HVIL策略可以包括高频电流到电机14的注入。
电力电子模块26可以被控制以将正弦电压和电流信号提供给电机14。当电机14正在被控制用于推进时,信号的频率可以与电机14的转速成比例。当电机14没有正在被用于推进时,信号可以出于检查接线连接的目的而被注入。注入信号可以具有不会导致电机14转动的幅值和频率。此外,注入信号的幅值可以足够小,以最小化电击危险。
在操作电机14用于推进之前,可以执行一系列操作以确保电机14适当地连接到电力电子模块26。电压可以被施加到电机14的端子以在电机14中产生电流。为了适当地检测连接的存在,所述电流可以是相对高频的信号。
电力电子模块26可以被配置为以预定的开关频率调整电压和电流输出。所述开关频率可以是电力电子模块26内的开关装置的状态被改变的速率。注入电流的频率可以被选择,使得开关频率与注入电流频率之间存在预定比率。所述预定比率可以是10与20之间的值。
系统可以被配置为将电压提供给电机14以提供期望的电流。所述期望的电流可以是高频注入电流。电力电子模块26可以实现磁场定向控制方案来控制电机14。电机14的磁场定向控制在本领域是公知的,所以在此可以仅仅描述有限的方面。
磁场定向电机控制可以定义用于控制电机14的电压和电流的替代坐标系。所选择的坐标系比电机14的三相坐标系实现更简单的控制逻辑。所选择的坐标系可以将三相交流电压和电流变换到电压和电流由DC电压和电流表示的坐标系中。变换到DC值允许实现更有效的控制。
电力电子模块26可以包括一个或更多个电流传感器以测量在电机14的一个或更多个相中的电流。通常,利用两个传感器,而第三个相电流根据两个测得的电流来被计算。与电力电子模块26关联的控制器可以以预定的采样率对电流传感器进行采样。针对电机14的每个相电流的值可以被存储在控制器存储器中用于后续计算。
所述三相值可以使用一个或更多个坐标变换被变换到双轴坐标系中。所述三相值可以为测量值或计算值。例如,在磁场定向电机控制中,诸如帕克 (Park)坐标变换和克拉克(Clarke)坐标变换的坐标变换是公知的。一个坐标变换的输出可以是静止的双轴参照系(reference frame)中的矢量。来自三相量的一种可行的变换是克拉克变换,其可以被表示为:
其中,Xa、Xb、Xc为可以表示电流或电压的三相值。
克拉克变换将三相系统变换为静止的双轴参照系。出于控制的目的,可能期望相对于双轴参照系执行计算,所述双轴参照系相对于静止系(stationary frame)旋转。一种可行的变换是帕克变换,其可以被表示为:
其中,θ为旋转系(rotating frame)相对于静止系的角度。旋转参照系证明对马达控制目的是有用的,这是因为可以选择d-轴和q-轴的值表现为DC值而不是交流值的旋转参照系。例如,具有d-分量和q-分量的电流矢量可以用于控制电机14中的电流。d-分量可以表示磁通分量,q-分量可以表示转矩分量。
电机14的磁通和转矩可以通过调整注入电流的d-分量和q-分量来控制。磁通控制器可以被实现以调整d-分量。磁通控制器可以输入参考磁通电流与测得的磁通电流(d-分量)之间的误差。磁通控制器可以输出d-分量电压命令,所述d-分量电压命令可以实现参考磁通电流。转矩控制器可以被实现以调整q-分量。转矩控制器可以输入参考转矩电流与测得的转矩电流(q-分量) 之间的误差。转矩控制器可以输出q-分量电压命令,所述q-分量电压命令可以实现参考转矩电流。
当考虑具有恒定幅值和频率的三相正弦时,旋转参照系的优点是显而易见的。在静止的双轴参照系中,Xα和Xβ分量将以正弦信号的频率变化。相同的信号可以被表示在以相同的恒定频率旋转的旋转参照系中。在旋转参照系中,Xd和Xq分量将呈现为恒定值。
旋转参照系中的量可以通过帕克逆变换返回到静止参照系,所述帕克逆变换可以被表示为:
静止的双轴参照系中的量可以使用克拉克逆变换返回到三相系,所述克拉克逆变换可以被表示为:
以上描述表示一种可行的坐标变换方案。其它变换也是可行的。在实际实现中,变换矩阵可以被组合,以减少所需要的计算次数。
电机14可以包括定子和转子。电力电子模块26可以使电流流入定子绕组。定子电流感应出转子绕组中的电流。定子电流和转子电流之间产生的相互作用可以引起转子的转矩。所述转矩可以使转子提高或降低转速。定子电流和转子电流可以具有不同的幅值和频率。
在所选择的参照系中定义的高频电流可以被注入到电机14中。在电机 14的输出轴尚未旋转并且电机14没有被电流控制的情况下,高频电流可以被注入。控制器可以监测来自连接到电机14的位置传感器的信号,以确定电机14的输出轴是否正在旋转。如果电机14的转速小于预定转速,则电机14 的输出轴可以被认为是静止的。注入电流可以被用来确定所选择的参照系中的电压命令被施加到电机14。用于电机14的电压命令可以被采样和处理以用于HVIL检测。
图2是描绘用于可以在控制器中实现的控制系统的示例性方框图的方框图。静止参照系中的注入电流可以被表示为:
其中,Ic为旋转电流矢量的幅值,并且ωc为旋转电流矢量的频率。在静止参照系中,注入电流可以是以频率ωc旋转的具有幅值Ic的矢量。Iα分量可以为 Iccos(ωct),并且Iβ分量可以为Icsin(ωct)。注入电流可以由输出期望的注入电流的方框100表示。
以注入电流的频率旋转的双轴dq-坐标旋转参照系可以被选择用于注入电流控制。测得的三相电流可以变换到静止参照系中。所述到静止参照系的变换可以由方框102表示。方框102可以执行如等式(1)中定义的变换。
静止参照系还可以被变换到以注入电流的频率旋转的参照系中。到注入信号参照系的变换可以由方框104表示。到注入信号参照系的变换可以基于以下等式(类似于等式(2)):
Iq_HFI=Iβcos(θc)-Iαsin(θc) (6)
Id_HFI=Iβsin(θc)+Iαcos(θc) (7)
其中,θc表示注入电流的角位置,所述注入电流的角位置可以由注入电流频率和采样时间推导得到。
等式(6)和等式(7)可以被用于将电流从静止参照系变换到随注入电流一起旋转的参照系(也被称为注入电流参照系)。注入参考电流可以以类似的方式变换到旋转参照系中。在注入电流参照系中,等式(5)的注入电流可以呈现为具有固定的d-分量和固定的q-分量的矢量。还要注意的是,三相电流可以使用组合的变换(例如,方框102和方框104可以被组合成单个方框) 被变换到注入电流参照系中。
为了准确地控制高频注入电流的幅值和频率,可以在注入信号参照系中实现谐波电流控制器106。由于线路和连接中的阻抗,使得实际电流的幅值可能与等式(5)的注入参考电流不同。
一个或更多个误差信号可以被计算为注入参考电流与实际电流之间的差。所述误差可以针对d-分量和q-分量两者被计算。误差信号可以被输入到电流控制器106中。电流控制器106可以是比例-积分(PI)型控制器。电流控制器106可以被实现用于d-分量和q-分量两者。电流控制器106的输出可以是注入电流参照系中的电压命令。
d-分量电压命令和q-分量电压命令可以表示Vdq电压命令矢量。在注入电流参照系中的电压命令可以使用由方框108表示的帕克逆变换被变换回静止参照系。
然后,定子参照系的dq-坐标可以使用由方框110表示的克拉克逆变换被变换为三相电压。要注意的是,变换步骤可以被组合成一个步骤,在所述一个步骤中,操作被组合以产生从注入电流参照系到三相值的变换。
三相电压命令可以被提供给逆变器112。逆变器112可以控制到关联的开关装置的脉冲宽度调制(PWM)输出信号,以控制每相的电压。产生的电压可以使电流流入电机14的三相。在正常状况下,当逆变器112与电机14 被适当地连接时,流过电机14的电流将相对于注入参考电流被控制。电流控制器106将调整电压命令以迫使注入参考电流与实际电流之间的误差变为0。当电力电子模块26与电机14之间的连接被断开或部分连接时,所述误差不可能被迫使变为0。这可能导致电压命令增加以尝试迫使所述误差变为0的情况。
三相电压和电流可以由正序分量、负序分量以及零序分量描述。正序电压或电流将具有基于三相电压或电流的幅值和频率。表示正序分量的矢量将沿第一方向旋转。负序电压或电流将具有基于三相电压或电流的幅值和频率。然而,表示负序分量的矢量将沿着与正序矢量旋转的第一方向相反的方向旋转。
电压命令可以被表示为正序电压、负序电压以及零序电压的总和。被表示为所述总和的电压命令可以被变换到如在此所描述的dq-坐标系。控制高频注入电流的电压命令具有嵌入的显著性信息(saliency information),并且可以被表示为:
其中,Vcp和Vcn分别表示正序电压命令和负序电压命令的幅值,并且θr为转子的角位置。
三相电压命令信号可以被变换到由方框114表示的静止参照系中。可选地,可以使用在被变换为三相电压之前的电压命令信号(方框110的输入)。正序电压命令分量和负序电压命令分量的幅值可以使用由方框116表示的对电压命令信号的离散傅里叶变换(DFT)来估计。正序电压命令和负序电压命令的估计的幅值可以与由电机的电感值推导得到的预期值进行比较。当估计值与预期值之间的差大于预定阈值时,物理线缆连接的丢失可以被检测到。
负序电压分量和正序电压分量可以从DFT 116推导得到。对于正序电压命令,DFT116可以被表示为:
其中,N为基于检测要求被使用的样本的数量,fc为注入电流的频率,Ts为采样间隔,xn为复矢量Vqds的采样电压命令,并且Xk为DFT 116的输出。输出Xk可以是从其中可以推导得到幅值分量和相位分量的复数。
对于负序电压命令,DFT 116可以被表示为:
因为负序的频率沿着相反方向,所以等式略有不同。
DFT 116的输出可以是复数,并且可以被变换为具有幅值和相位的值。
DFT输出的幅值可以被表示为:
其中,Re(Xk)为复值的实部,并且Im(Xk)为复值的虚部。
每个DFT 116的输出可以是所命令的正序幅值和负序幅值。所命令的正序值和负序值可以如方框118所表示地被预测。正序分量和负序分量的预期值可以被表示为:
其中,Is为高频注入电流的幅值,并且ωc为高频注入电流的频率,Ld和Lq为在非饱和操作状况下电机的dq-轴电感,并且Vpos和Vneg为预期的正序电压命令和负序电压命令的电压。当电机14与电力电子模块26之间的连接被适当地连接时,来自DFT的预测值和实际值在幅值上应该相对接近。
用于正序幅值和负序幅值的DFT 116的输出可以与关联的预期幅值进行比较。比较和检测可以由方框120表示。来自DFT的电压命令值与关联的预期值之间的差可以针对每个正序项和负序项来计算。如果任何一个差的幅值大于预定阈值,则连接丢失诊断122可以被输出。
检测系统可以由注入程序和检测程序组成。图3描绘了可以作为注入程序的一部分被实现的操作的示例性流程图。注入程序可以将高频注入电流注入电机14。控制器可以执行操作200以确定HVIL是否被启用或被允许执行。一种情况可以是电机14未被命令并且处于零转速。如果确定HVIL未被启用,则操作204可以被执行以将注入电流设置为零。
如果确定HVIL被启用,则控制器随后可以执行操作202以更新注入电流相位角。相位角可以通过基于注入频率和采样率的量被更新。控制器随后可以执行操作206以计算如在此所描述的注入电流命令。注入电流命令可以是以注入信号参照系的坐标的形式。
控制器随后可以执行操作208以使用一个或更多个电流传感器测量三相电流。操作210可以被执行以将测得的三相电流变换到如在此所描述的注入信号参照系。实现电流控制器106的操作212可以被执行,在电流控制器106 中注入电流命令与实际电流之间的误差可以被计算。所述误差可以被输入到 PI-控制器中以产生电压输出。所述电压输出可以是产生期望的注入电流所必需的电压。要注意的是,控制器可以被实现用于变换后的系统的d-分量和q- 分量。
操作214可以被执行以将dq-坐标的电压输出变换为如在此所描述的三相电压命令。操作216可以被执行以将电压输出命令转换为适当的开关模式 (switching pattern),并将所述开关模式施加到电机14。用于给定迭代的注入处理可以在操作218结束。所述处理可以以指定的采样率持续重复。
图4描绘了可以作为检测程序的一部分被执行的操作序列的示例性流程图。检测程序可以以不同于注入程序的采样率被执行。DFT可以使用若干个样本来产生输出。样本可以以较快的采样率被收集,并且稍后被处理。在操作300,控制器可以执行指令以对三相电压命令进行采样并存储。在操作302,三相电压命令可以被变换到静止参照系中。在操作304,DFT可以被执行以确定电压命令的正序电压和负序电压。在操作306,预期的正序电压命令和负序电压命令可以被计算。在操作308,来自DFT的正序电压命令和负序电压命令的幅值可以与预期的正序电压命令和负序电压命令进行比较。在决定方框310,DFT的序电压和预期的序电压之间的差的幅值可以与预定阈值进行比较。如果所述幅值大于所述预定阈值,则操作312可以被执行以输出连接丢失诊断。如果所述幅值不大于所述预定阈值,则操作314可以被执行以清除连接丢失诊断。然后上述检测程序可以在操作316结束。
连接丢失诊断可以将诊断故障代码(DTC)存储在控制器的非易失性存储器中。连接丢失诊断可以使电力电子模块26禁用对受影响的电机14的输出。所述输出的禁用可以防止电压和电流被施加在用于推进目的的电力电子模块26的输出。连接丢失诊断可以经由灯或在显示器上的警告消息被指示给操作者。
所述状况可以继续被监测。高频电流可以被周期性地注入以确定连接是否已经被建立。当所述差的幅值小于用于正序电压命令和负序电压命令两者的预定阈值时,连接丢失诊断可以被清除。连接丢失诊断的清除可以允许电力电子模块26和电机14的正常操作。连接丢失诊断可以作为历史数据被留存在控制器的非易失性存储器中。
在此公开的处理、方法或算法可以被传送到处理装置、控制器或计算机/ 通过处理装置、控制器或计算机实现,所述处理装置、控制器或计算机可以包括任何现有的可编程电子控制单元或者专用的电子控制单元。类似地,所述处理、方法或算法可以以多种形式被存储为可被控制器或计算机执行的数据和指令,所述多种形式包括但不限于:永久地存储在非可写存储介质(诸如,ROM装置)上的信息和可变地存储在可写存储介质(诸如,软盘、磁带、 CD、RAM装置以及其它磁介质和光学介质)上的信息。所述处理、方法或算法还可以在软件可执行对象中被实现。可选择地,所述处理、方法或算法可以使用合适的硬件组件(诸如,专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或任何其它硬件组件或装置)或者硬件、软件和固件组件的组合被全部或部分地实现。
尽管上面描述了示例性实施例,但并不意图这些实施例描述了权利要求所包含的所有可能形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制,并且应理解的是,可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下作出各种改变。如前所述,各个实施例的特征可被组合,以形成可能未被明确描述或示出的本发明的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术实施方式,但是本领域普通技术人员应该认识到,一个或多个特征或特性可被折衷,以实现期望的整体系统属性,期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、维护保养方便性、重量、可制造性、装配容易性等。因此,被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式的实施例并不在本公开的范围之外,并且可被期望用于特定的应用。
Claims (7)
1.一种电力逆变器,包括:
至少一个控制器,被配置为:对应于注入电流将电压施加到电机,并且响应于与所述电压关联的序电压比预定序电压大预定量,输出连接丢失诊断,其中,所述预定序电压是基于注入电流的参数和电机的参数的,其中,注入电流的频率为与所述电压变化的速率对应的开关频率的预定倍数。
2.如权利要求1所述的电力逆变器,其中,注入电流的幅值为预定幅值。
3.如权利要求1所述的电力逆变器,其中,所述至少一个控制器进一步被配置为:当电机的转速低于预定转速时,施加所述电压。
4.如权利要求1所述的电力逆变器,其中,所述预定序电压是基于电机的电感的。
5.如权利要求1所述的电力逆变器,其中,所述电压响应于至电机的连接变成断开而升高。
6.如权利要求1所述的电力逆变器,其中,所述至少一个控制器进一步被配置为:测量电机中的电流,并根据所述电流与期望的注入电流之间的差来控制所述电压。
7.如权利要求1所述的电力逆变器,其中,所述序电压是基于所述电压的离散傅里叶变换的。
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JP7287413B2 (ja) * | 2021-03-26 | 2023-06-06 | 横河電機株式会社 | 状態検出装置 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5514978A (en) * | 1995-03-20 | 1996-05-07 | General Electric Company | Stator turn fault detector for AC motor |
CN103376385A (zh) * | 2012-04-16 | 2013-10-30 | 福特全球技术公司 | 基于高频信号注入的高电压联锁 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6141196A (en) * | 1998-03-02 | 2000-10-31 | General Electric Company | Method and apparatus for compensation of phasor estimations |
US7302320B2 (en) | 2001-12-21 | 2007-11-27 | Oshkosh Truck Corporation | Failure mode operation for an electric vehicle |
US7254468B2 (en) | 2001-12-21 | 2007-08-07 | Oshkosh Truck Corporation | Multi-network control system for a vehicle |
US20060038530A1 (en) * | 2004-07-07 | 2006-02-23 | Rt Patent Company, Inc. | System and method for optimizing motor performance by varying flux |
EP2638282B1 (en) * | 2010-11-10 | 2020-09-09 | Vestas Wind Systems A/S | Method and system for operating a wind turbine |
US9093940B2 (en) * | 2013-02-14 | 2015-07-28 | Deere & Company | Methods of determining initial position of a rotor and systems thereof |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5514978A (en) * | 1995-03-20 | 1996-05-07 | General Electric Company | Stator turn fault detector for AC motor |
CN103376385A (zh) * | 2012-04-16 | 2013-10-30 | 福特全球技术公司 | 基于高频信号注入的高电压联锁 |
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