CN106018990B - 脉冲逆变器和用于识别脉冲逆变器中的故障的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种脉冲逆变器和用于识别脉冲逆变器中的故障的方法。为了识别脉冲逆变器(4)的多个逆变器相(11a‑11c)之一的故障或者该逆变器相(11a‑11c)之一中的半导体开关(14a‑14c，17a‑17c)的故障，连续地确定从逆变器相(11a‑11b)输出到连接的负载(A，B，C)的相电流(ia，ib，ic)的电流空间矢量(Iαβ)的空间矢量角(θ)。对于至少一个预设的角范围(σ1‑σ6)或对于至少一个由多个角范围(σ1‑σ6)组成的角区间(σa‑σc)确定测量参量，测量参量表示停留时间的特征，对于该停留时间而言空间矢量角(θ)在角范围(σ1‑σ6)或角区间(σa‑σc)内停留。测定的测量参量与预设的故障标准比较。当测量参量满足故障标准时在此产生故障信号(f1‑f6)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于识别脉冲逆变器的多个逆变器相之一的故障或者在该逆变器相之一中的半导体开关的故障的方法。本发明还涉及所属的脉冲逆变器。
背景技术
脉冲逆变器通常用于将直流电转换为多相交流电。在典型的应用中，脉冲逆变器特别地应用于驱控无刷电动机。脉冲逆变器的每个逆变相在此与电动机的所属的相绕组(发动机相)连接。
脉冲逆变器的每个逆变器相通常由两个具有分别并联的续流二极管的半导体开关(大多数为所谓的“绝缘栅双极型晶体管”的形式，简称IGBT)组成，该续流二极管在半桥电路中串联在电压中间电路的高电位母线和低电位母线之间。在每个逆变器相的两个半导体开关之间的相连接部处夹接有相线，逆变器相经由该相线连接要驱控的负载、特别是要驱控的电动机的对应的发动机相。
在脉冲逆变器的运行中可能出现半导体开关的故障，其例如由对应于半导体开关的栅极驱动开关出现故障而引起。此外，还能够出现整个逆变器相的故障，例如由于在对应的相线内部的导线断裂。两个前述的故障状态改变了由脉冲逆变器输出的相电流，并因此能够导致由脉冲逆变器驱控的负载的-偶尔是危险的-运行干扰。因此存在一种需求，即在脉冲逆变器运行中快速且安全地识别上述类型的故障状态。
发明内容
本发明的目的在于，实现有效地(特别是快速地、不出故障地和能够简单转换地)识别脉冲逆变器的多个逆变器相之一的故障或该逆变器相之一中的半导体开关的故障。
在根据本发明方法的过程中，连续地测定从逆变器相输出到连接的负载的相电流的电流空间矢量的空间矢量角。“连续地”在此意味着，空间矢量角时间连续地确定或者利用采样周期离散地周期性地确定，该取样周期基本上比相电流的周期时长小。对于至少一个预设的角范围(也就是能由空间矢量角采用的、数值范围为0°到360°或相应的0到2π的预设的子区段)根据本方法确定测量参量，其表示停留时间的特征，对于该停留时间来说空间矢量角在相电流的周期时长期间停留在角范围内。简单接合在一起的角区域在此称为“角范围”，其包括在两个边界角之间的所有角度值。在本方法可替换的设计方案中，多个(即至少两个)这样的角范围组成了一个共同的角区间。在该情况下测量参量表示停留时间的特征，对于该停留时间来说空间矢量角在相电流的周期时长期间停留在角区间内。
测量参量能够在本发明的范畴中直接地、也就是以绝对的时间说明的形式表明停留时间。对此可替换地，对于该方法引入测量参量，该测量参量不是直接描述停留时间，而是经由单一的数学关系与时间间隔连接。特别地，在本发明的范畴中优选将标准的停留时间引入作为测量参量，对于其计算来说用绝对的停留时间除以相电流的周期时长。
根据本方法将上面提及的测量参量与预设的故障标准比较。只要在该比较中确定了测量参量满足故障标准，则根据本方法产生故障信号，该故障信号表明上述类型的故障状态，即脉冲逆变器半导体开关的或逆变器相的故障。
上述方法具有的优点是，其能够简单地(特别是用少量数学上的耗费地)进行转换，但同时实现了快速和不出故障地识别上述类型的故障状态。特别地，上述方法能够相对于脉冲逆变器中的瞬时过程稳定地以及与输出的相电流和输出的功率的频率无关地实施。由此，能够完全地或者至少很大程度上排除故障警告。
在本方法优选的设计方案中涉及多个不同的预设的角范围或者角区间。对于这些不同的角范围或者角区间中的每一个相应地确定一个对应的测量参量，该测量参量表示在角范围或者角区间中的空间矢量角的停留时间的特征。测量参量中的每一个与对应的故障标准比较。故障信号取决于相应的角区间或相应的角范围地以不同的形式(例如在带有不同的模拟值的模拟故障信号的情况下，和在带有不同的数据内容的数字故障信号的情况下)输出，当对于角区间或角范围来说满足相对应的故障标准时。通过故障信号的取决于相关的角范围或相关的角区间的区分的输出，有利地实现了识别所基于的故障状态的类型和/或故障源的位置。这以如下的认识为基础，即脉冲逆变器的逆变相和不同的半导体开关在故障中引起在空间矢量角的不同角范围中相应地表示特征的异常现象(即不规律的停留时间)。
原则上该角范围的或每个角范围的张角能够在本发明的最大范畴中自由地选择(具有的限制是，角范围本身能够不超过总的角区间([0°；360°]或[0；2π])地延伸)。只要限定多个角范围，该角范围在本发明的范畴中在此能够特别地如下限定，即角范围直接互相邻接或者甚至互相重叠。优选地，同样的多个角范围如下地选择，即在各个角范围之间分别形成中间空间，在角范围内部检测电流空间矢量的相应的停留时间。特别地，角范围如下地选择，即角范围的张角小于邻接的中间空间的张角。对于角范围的任一预设的数量N(N＝1，2，3…)意味着，该角范围或每个角范围如下地选择，即选择其张角S小于180°/N(π/N)的角度(S<π/N)。例如中间空间的尺寸大约是角范围两倍宽的尺寸(S≈2π/3N)。
原则上该方法在本发明的范畴中能够用在具有任意数量的逆变器相的脉冲逆变器上。本方法优选地用在精确地具有三个逆变器相的脉冲逆变器中。
在本方法相应的变体中预设六个具有相同张角的不同的角范围，其分别以60°(π/3)的角间距彼此布置。特别地，这六个角范围以30°(π/6)、90°(π/2)、150°(5π/6)、210°(7π/6)、270°(3π/2)和330°(11π/6)的角度值进行定心。在此，从以空间矢量坐标系为基础的传统定义出发，在该定义中相电流的相电流矢量位于限定空间矢量角的角零点的、空间矢量坐标系的横坐标上。
互相对置(即互相错开180°或π)的角范围在此相应地组合成共同的角区间，使得从六个角范围中产生三个角区间，这三个角区间互相分别以60°(π/3)的中间角间隔开，并且分别对应相电流之一(和因此的逆变器相之一)。在此对于该三个角区间中的每一个相应地确定各一个对应的测量参量，其表示空间矢量角在角区间中的停留时间的特征。
将三个测量参量中的每一个分别与作为故障标准的对应的阈值比较，其中，当三个测量参量之一超过对应的阈值时产生故障信号。该故障信号在此如下地输出，即其识别在那个所对应的测量参量超过对应阈值的逆变器相中的故障。依据这样区分的故障信号因此能够定位那个其中出现故障的逆变器相。
在本方法简单的实施方案中，故障信号在此非特定地用于故障的具体类型。因此通过故障信号不能详细说明，在相关的逆变器相中是否仅仅是一个单独的半导体开关出现故障，或者是否是全部的逆变器相出现故障。在本方法的改进方案中，这两个故障类型通过故障信号被区分。为了识别故障类型，在此将三个-对应于前述角区间中各一个的-测量参量与较小的第一阈值和较大的第二阈值比较。当对应的测量参量位于第一阈值和第二阈值之间时，通过故障信号在此示出在相关的逆变器相中的半导体开关的故障。相对地，当对应的测量参量超过第二阈值时，通过故障信号示出相关的逆变器相的故障。换句话说，根据对应的测量参量是否仅仅超过第一阈值还是也超过第二阈值而不同地输出故障信号，使得两个前述的故障类型依据故障信号能够被区分。
根据本发明的脉冲逆变器包括多个、特别是三个逆变器相，其中在高电位母线和低电位母线之间的半桥电路中连接有各两个半导体开关。此外，脉冲逆变器包括用于驱控半导体开关的控制单元。
根据本发明，控制单元配置用于，在脉冲逆变器的运行中自动地执行前述的根据本发明的、特别是在前述的实施变体方案中的任一个方法。根据本发明的脉冲逆变器优选用于驱控多相电动机。在规定的运行状态中，在此位于每个逆变器相中的一个相的半导体开关之间的相连接部与电动机分别对应的发动机连接。
控制单元优选地包括微控制器，其在软件技术上配置用于自动执行根据本发明的方法。换句话说，在微控制器中实施控制程序(固件)，其在脉冲逆变器的规定的运行中实施并在此自动地执行根据本发明的方法。
然而替选地，用于执行根据本发明的方法的控制单元的功能性也能够在不可编程的电子部件、例如特定用途集成电路(ASIC)中利用电路技术的工具实施。
附图说明
接下来依据附图详细地阐述本发明的实施例。其中示出：
图1在示意性的框图中示出脉冲逆变器和下游的电动机以及用于驱控脉冲逆变器的控制单元，
图2在空间矢量坐标系中示出由脉冲逆变器输出的相电流的电流空间矢量和在脉冲逆变器不受干扰的运行中的电流空间矢量的运动曲线(轨迹)以及三个在空间矢量坐标系中引入的、在电流空间矢量坐标系的横坐标和电流空间矢量之间形成的空间矢量角的角区间，
图3至8以根据图2的示意图示出了在脉冲逆变器的六个半导体开关中的各一个发生故障时电流空间矢量的不同的运动曲线，
图9至11以根据图2的示意图示出了在脉冲逆变器的三个逆变器相中的各一个发生故障时电流空间矢量的不同的运动曲线，
图12以示意图示出了在脉冲逆变器不受干扰的运行中空间矢量角在时间上的变化，并且
图13以根据图12的示意图示出了在半导体开关发生故障时空间矢量角在时间上的变化。
彼此相应的部分和参量在所有的附图中始终设有相同的标号。
具体实施方式
图1粗略地示出了具有无刷的(电的)发动机2的驱动系统1，从(电压的)中间电路3为其供给电能。为了驱控发动机2，在发动机2和中间电路3之间接通具有控制单元5的脉冲逆变器4。
发动机2包括(在示意图中仅示意性地示出)定子6，其利用旋转励磁绕组7缠绕。旋转励磁绕组7包括三个绕组相，其以下称作发动机相A，B和C。发动机相A，B，C在发动机侧接合在星形接点8。分别在发动机相A，B和C中流动的电流中的每一个的电流强度以下称作相电流ia，ib和ic。
脉冲逆变器4包括三个半桥11a，11b，11c，其彼此平行地连接在中间电路3中。半桥11a，11b和11c成对地配属于发动机相A，B和C并因此也称作“逆变器相”。每个半桥11a，11b，11c包括一个相连接部12a，12b，12c，其与相应的发动机相A，B，C经由相应的相线连接。因此发动机相A连接到半桥11a的相连接部12a处，发动机相B连接到半桥11b的相连接部12b处，发动机相C连接到半桥11c的相连接部12c处。
在相应的相连接部12a，12b，12c和中间电路3的高电位母线13之间，每个半桥11a，11b，11c包括一个高电位侧的半导体开关14a，14b，14c，特别是以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的形式。半导体开关14a，14b，14c中的每一个相应地并联有续流二极管15a，15b，15c。在中间电路3的低电位母线16和每个半桥11a，11b，11c的相连接部12a，12b，12c之间相应地连接低电位侧的半导体开关17a，17b，17c。半导体开关17a，17b，17c中的每一个再次特别地以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的形式构造并位于并联的续流二极管18a，18b，18c的侧面。
与半桥11a，11b，11c并联地连接有在中间电路3中的(中间电路)电容19。控制单元5在输出侧与半导体开关14a，14b，14c和17a，17b，17c的栅极连接部连接用于输出驱控信号。在输入侧给控制单元5输送相电流ia，ib，ic的测量值。该测量值由测量转换器20提高，其连接在发动机相A，B，C的相线中。在驱动系统1替选的实施方案中仅测量三个相电流ia，ib，ic中的两个。第三相电流ia，ib及ic由此在控制单元5中计算。
控制单元5由微控制器构成或包括至少一个类似物。在控制单元5中在此在软件技术上实现控制程序21，其在脉冲逆变器4的运行中通过控制单元5实施。
中间电路3引导具有基本上恒定的中间电路电压UZ的直流电。在驱动系统1的运行中控制单元5在控制程序21的流程下如下地驱控半导体开关14a，14b，14c和17a，17b，17c，即脉冲逆变器4将直流电转换为馈入发动机相A，B，C中的三相交流电。在脉冲逆变器4不受干扰的运行中，相电流ia，ib，ic因此以周期Tel和分别为120°(2π/3)的相角偏移正弦地振荡。
除了上述主要功能外，控制程序21还包括诊断功能，其用于快速地和不出故障地识别脉冲逆变器4的运行中的故障状态，即半导体开关14a，14b，14c和17a，17b，17c之一的故障或半桥11a，11b，11c之一的故障。
半导体开关14a，14b，14c和17a，17b，17c之一的待识别的故障在此表现为，相应的半导体开关14a，14b，14c和17a，17b，17c持续地锁闭。这样的故障状态特别地通过控制单元5的对应的栅极驱动电路的损坏引起。
相反地，半桥11a，11b，11c之一的待识别的故障表现为，对应于半桥11a，11b，11c的相电流ia，ib，ic持续地跌落到零。这样的故障状态特别地通过在对应的相线内部的线的断裂引起。
在控制程序21的流程下，控制单元5以采样周期TS周期性地检测相电流ia，ib，ic的值。采样周期TS在此小于相电流ia，ib，ic的周期Tel。采样周期例如规定为最小出现的周期Tel的十分之一。相电流ia，ib，ic因此通过控制单元5近似连续地采样。
控制单元5从相电流ia，ib，ic测定的值中分别计算电流空间矢量Iαβ(图2)的分量iα和iβ，根据：
在定子固定的空间矢量坐标系中，该坐标系根据图2通过两个垂直的轴α和β展开，分量iα和iβ分别表示电流空间矢量Iαβ在轴α和β上的投影。公式1在此从与单位矢量a，b和c相乘的相电流ia，ib，ic的矢量的加法中得出。
Iαβ＝ia·a+ib·b+ic·c。 公式2
单位矢量a，b和c在此相应于在定子6中的发动机相A，B和C的定向地分别在120°(2π/3)的角的情况下彼此设定。在根据图2的空间矢量坐标系中
-单位矢量a平行于α轴地取向，
-单位矢量b相对于α轴在120°(2π/3)的情况下地取向，和
-单位矢量c相对于α轴在240°(4π/3)角的情况下地取向。
控制单元5从分量iα和iβ中分别计算-接下来称为空间矢量角θ的-角，空间矢量Iαβ与根据图2的空间矢量坐标系的横坐标、即与轴α围出该角：
在控制程序21中计算处理能够根据公式1和公式3选择性地依次执行，或者与单个的计算步骤结合。
在此控制单元5测定标准的停留时间，对于该停留时间而言空间矢量角θ在相电流ia，ib，ic的每个周期期间位于三个预设的角区间σa，σb或σc内的每一个中。接下来一直将具有0和1之间的数值范围的无尺寸的参量称为“标准停留时间”(或者也简称为“停留时间”)，其由空间矢量角θ在相应的角区间σa，σb，σc中的(以通常的时间单位的)绝对停留时间除以周期Tel得出。
如图2中可得出的是，角区间σa由两个彼此对置的角范围σ1和σ2组成，其分别具有例如22.5°(S＝π/8)的张角S并以角度90°(π/2)或270°(3π/2)定心。
角区间σb由两个彼此对置的角范围σ3和σ4组成，其同样-如角范围σ1和σ2-分别具有张角S，但是不同地以角度30°(π/6)或210°(7π/6)定心。
最后，角区间σc由两个彼此对置的角范围σ5和σ6组成，它们再次分别具有张角S，但是不同地以角度150°(5π/6)或330°(11π/6)定心。
在相电流ia，ib，ic的每个周期结束时，将标准的停留时间分别与两个阈值δP和δIGBT比较。
阈值δP通常如下地预设，其满足如下关系
优选地，阈值δP以到公式4的下限值一定距离地确定，例如
只要得出了如下的比较结果，即空间矢量角θ在角区间σa中的标准停留时间达到或超过阈值δP，则控制单元5产生故障信号f1。相应地，控制单元5产生
-故障信号f2，当空间矢量角θ在角区间σb中的标准停留时间达到或超过阈值δP时，和
-故障信号f3，当空间矢量角θ在角区间σc中的标准停留时间达到或超过阈值δP时。
阈值δIGBT一般如下地预设，即满足关系
优选地，阈值δIGBT以到公式6的下限值一定距离地确定，例如
只要空间矢量角θ在角区间σa中的标准停留时间低于阈值δP，则控制单元5检验标准停留时间是否达到或超过了较小的阈值δIGBT。在该情况下控制单元5产生故障信号f4。相应地控制单元5产生的
-故障信号f5，当空间矢量角θ在角区间σb中的标准停留时间位于阈值δP和阈值δIGBT之间时，和
-故障信号f6，当空间矢量角θ在角区间σc中的标准停留时间位于阈值δP和阈值δIGBT之间时。
在相电流ia，ib，ic的每个周期之后，控制单元5将标准停留时间复位为0并在相电流ia，ib，ic的下一个周期中重新开始前述的方法循环。
控制单元5同样输出了分别产生的故障信号f1-f6(图1)。此外，故障信号f1-f6在控制单元5的内部为了关于安全措施、特别是脉冲逆变器4的事故停机进行决定被评估。最优地提出，故障信号f1-f6在控制单元5内部为了诊断目的而持续地储存。
故障信号f1到f6表明脉冲逆变器4的下面的故障状态：
-f1:半桥11a进而发动机相A的故障，
-f2:半桥11b进而发动机相B的故障，
-f3:半桥11c进而发动机相C的故障，
-f4:半桥11a的半导体开关14a或17a的故障，
-f5:半桥11b的半导体开关14b或17b的故障，
-f6:半桥11c的半导体开关14c或17c的故障。
故障变量f1-f6对于上述故障状态的说服力以如下情况为基础，即上述故障状态以相应的表示特征的方式改变电流空间矢量Iαβ的运动曲线T。在此轨道曲线称作运动曲线T(或者轨迹)，其在根据图2的空间矢量坐标系中实现了电流空间矢量Iαβ在相电流ia，ib，ic的一个周期期间的峰值。
如从图2中得知的那样，轨道曲线T在脉冲逆变器4不受干扰的运行中符合围绕空间矢量坐标系原点的至少近似的圆形轨道，其中电流空间矢量Iαβ在该圆形轨道上以近似恒定的角速度ωel＝2π/Tel运动。
电流空间矢量Iαβ因此在脉冲逆变器4不受干扰的运行中-如能够从在图12中示出的空间矢量角θ相对于时间t的图表中识别的那样-在并非角范围σ1到σ6之一中停留得基本上比标准的、具有如下公式的停留时间vz更长，
因此电流空间矢量Iαβ在脉冲逆变器4不受干扰的运行中在并非-包括角范围σ1到σ6中的各两个的-角区间σa到σc之一中停留得基本上长于
在图3至8中相应地示出在半导体开关14a-14c和17a-17c之一发生故障时电流空间矢量Iαβ的运动轨迹T。具体地
-图3示出在半导体开关14a故障时电流空间矢量Iαβ的运动轨迹T，
-图4示出在半导体开关14b故障时电流空间矢量Iαβ的运动轨迹T，
-图5示出在半导体开关14c故障时电流空间矢量Iαβ的运动轨迹T，
-图6示出在半导体开关17a故障时电流空间矢量Iαβ的运动轨迹T，
-图7示出在半导体开关17b故障时电流空间矢量Iαβ的运动轨迹T，
-图8示出在半导体开关17c故障时电流空间矢量Iαβ的运动轨迹T。
如在图3至8中能够识别的那样，在半导体开关14a-14c和17a-17c之一发生故障时，电流空间矢量Iαβ描述的运动轨迹T一直近似为半圆形。由此如从根据图13清楚地示出的空间矢量角θ的时间曲线那样，始终跳过电流空间矢量Iαβ的六个角范围σ1-σ6中的两个。相应地，对于三个角区间σa-σc中的两个从如下公式中得出缩短的标准停留时间v-
相反地，在相应的其他的角区间σa-σc中，电流空间矢量Iαβ在一个时间段保持住，在该时间段期间电流空间矢量Iαβ在脉冲逆变器4不受干扰的运行中套上180°(π)的半圆加上各两次两个所属角范围σa-σc的半张角S。相应地，对于这些其他的角区间σa-σc从如下公式中得出加长的标准的停留时间v+
为了识别半导体开关14a-14c和17a-17c之一的故障，依据公式6在公式10和11中给出的边界值中选择阈值δIGBT。
在图9至11中分别示出在半桥11a-11c或发动机相A-C之一故障时电流空间矢量Iαβ的运动轨迹T。具体地
-图9示出在半桥11a或发动机相A故障时电流空间矢量Iαβ的运动轨迹T，
-图10示出在半桥11b或发动机相B故障时电流空间矢量Iαβ的运动轨迹T，
-图11示出在半桥11c或发动机相C故障时电流空间矢量Iαβ的运动轨迹T。
如在图9至11中能够看出的那样，在半桥11a-11c或发动机相A-C之一故障时电流空间矢量Iαβ描述的运动轨迹T始终仅仅径向地取向，使得空间矢量角θ保持恒定。空间矢量Iαβ在此经由全部的周期Tel保持在三个角区间σa-σc之一中，使得对于角区间σa-σc得出v++＝1的标准停留时间。
为了将半桥11a-11c或发动机相A-C之一的故障单一地识别为故障源，能够选择高于在公式11中说明的边界值的依据公式4的阈值δP。
本发明尽管根据描述的实施例变得特别清楚，但本发明并不局限于这些实施例。更确切地说，能够从上述说明中推导出本发明的另外的实施方式。
Claims (8)
1.一种用于识别脉冲逆变器(4)的多个逆变器相之一的故障或者所述逆变器相之一中的半导体开关(14a-14c，17a-17c)的故障的方法，
其特征在于，连续地确定从所述逆变器相输出到连接的负载(A，B，C)的相电流(ia，ib，ic)的电流空间矢量(Iαβ)的空间矢量角(θ)，
其中，对于至少一个预设的角范围(σ1-σ6)或对于至少一个由多个所述角范围(σ1-σ6)组成的角区间(σa-σc)确定测量参量，所述测量参量表示停留时间的特征，在所述停留时间期间所述空间矢量角(θ)在所述角范围(σ1-σ6)或所述角区间(σa-σc)内停留，
其中，将测定的所述测量参量与预设的故障标准比较，并且
其中，当所述测量参量满足所述故障标准时产生故障信号(f1-f6)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，预设多个所述角范围(σ1-σ6)或所述角区间(σa-σc)，
其中，对于多个所述角范围(σ1-σ6)或所述角区间(σa-σc)中的每一个相应地确定一个对应的、表示在相应的所述角范围(σ1-σ6)或相应的所述角区间(σa-σc)中的所述空间矢量角(θ)的所述停留时间的特征的测量参量，并且将所述测量参量与对应的故障标准比较，并且
其中，所述故障信号(f1-f6)取决于角范围(σ1-σ6)或者角区间(σa-σc)地以不同的形式输出，对于这些角范围或者角区域满足了对应的故障标准。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述角范围(σ1-σ6)或每个角范围如下地进行选择，即所述角范围的张角(S)小于π/N，其中N表示所述角范围(σ1-σ6)的数量。
4.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，对于设有三个逆变器相(11a-11c)的所述脉冲逆变器(4)预设六个具有相同的张角(S)的不同的角范围(σ1-σ6)，所述角范围中的各一个以角度30°、90°、150°、210°、270°和330°进行定心，其中，错位180°的角范围(σ1-σ6)相应地组合为共同的角区间(σa-σc)，并且其中，三个所述角区间(σa-σc)之一相应地对应于三个所述逆变器相(11a-11c)之一，
其中，对于三个所述角区间(σa-σc)中的每一个相应地确定一个对应的、表示在相应的所述角区间(σa-σc)中的所述空间矢量角(θ)的所述停留时间的特征的测量参量，
其中，将三个所述测量参量中的每一个相应地与预设为故障标准的阈值比较，并且
其中，通过所述故障信号(f1-f6)识别逆变器相(11a-11c)中的故障，该逆变器相的对应的测量参量超过对应的所述阈值。
5.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，对于设有三个逆变器相(11a-11c)的所述脉冲逆变器(4)预设六个具有相同的张角(S)的不同的角范围(σ1-σ6)，所述角范围中的各一个以角度30°、90°、150°、210°、270°和330°进行定心，其中，错位180°的角范围(σ1-σ6)相应地组合为共同的角区间(σa-σc)，并且其中，三个所述角区间(σa-σc)之一相应地对应于三个所述逆变器相(11a-11c)之一，
其中，对于三个所述角区间(σa-σc)中的每一个相应地确定一个对应的、表示在相应的所述角区间(σa-σc)中的所述空间矢量角(θ)的所述停留时间的特征的测量参量，
其中，将三个所述测量参量中的每一个相应地与预设为故障标准的阈值比较，并且
其中，通过所述故障信号(f1-f6)识别逆变器相(11a-11c)中的故障，该逆变器相的对应的测量参量超过对应的所述阈值。
6.根据权利要求4或5所述的方法，
其特征在于，将三个所述测量参量中的每一个与较小的第一阈值(δIGBT)和较大的第二阈值(δP)比较，并且
其中，当对应的测量参量位于所述第一阈值(δIGBT)和所述第二阈值(δP)之间时，通过所述故障信号(f1-f6)识别在相关的所述逆变器相(11a-11c)中的半导体开关(14a-14c，17a-17c)的故障，并且
其中，当对应的测量参量超过所述第二阈值(δP)时，通过所述故障信号(f1-f6)识别相关的所述逆变器相(11a-11c)的故障。
7.一种脉冲逆变器(4)，具有多个逆变器相(11a-11c)，在所述逆变器相中，在高电位母线(13)和低电位母线(16)之间的半桥电路中连接有各两个半导体开关，所述脉冲逆变器还具有用于驱控所述半导体开关(14a-14c，17a-17c)的控制单元(5)，其特征在于，所述控制单元(5)设置用于自动地执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
8.根据权利要求7所述的脉冲逆变器(4)，其特征在于，所述脉冲逆变器用于驱控多相电动机(2)。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101382585A (zh) * | 2007-09-07 | 2009-03-11 | 比亚迪股份有限公司 | 一种电机中逆变器的测试方法、装置及电机 |
| EP2146426A1 (de) * | 2008-07-16 | 2010-01-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betrieb einer Antriebseinrichtung und Antriebseinrichtung zur Ausführung des Verfahrens |
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|---|---|---|---|---|
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-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101382585A (zh) * | 2007-09-07 | 2009-03-11 | 比亚迪股份有限公司 | 一种电机中逆变器的测试方法、装置及电机 |
| EP2146426A1 (de) * | 2008-07-16 | 2010-01-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betrieb einer Antriebseinrichtung und Antriebseinrichtung zur Ausführung des Verfahrens |
| CN103364683A (zh) * | 2013-07-01 | 2013-10-23 | 东南大学 | 一种逆变电路开路故障检测方法 |
| CN104422850A (zh) * | 2013-09-02 | 2015-03-18 | Ls产电株式会社 | 检测逆变器系统内电力电缆的状态的方法 |
| CN103983891A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-08-13 | 台达电子企业管理（上海）有限公司 | 逆变器电路的短路故障检测装置及方法 |
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