CN108535637B - 用于检测逆变器的功率继电器的故障的设备 - Google Patents

用于检测逆变器的功率继电器的故障的设备 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于检测逆变器的功率继电器中的故障的设备。用于检测功率继电器中的故障的设备包括：电压传感器，其被配置为测量DC链路的电压；电流传感器，其被配置为测量应用到逆变器级的输出电流；存储单元，其被配置为存储初始充电电阻器的电阻、电容器的时间常数和当DC链路的电压降没有发生时测量的参考电压；以及控制器，其被配置为当DC链路的电压降发生时基于参考电压和在经过对应于时间常数的时间段之后测量的电压之间的差来确定在功率继电器中的故障的存在或不存在。

Description

用于检测逆变器的功率继电器的故障的设备
技术领域
本公开内容涉及一种用于检测逆变器的功率继电器中的故障的设备。
背景技术
当启动逆变器时，执行初始充电。在初始充电期间，打开与初始充电电阻器并联连接的功率继电器。初始充电电阻器用于在初始充电期间防止浪涌电流。此后，使用控制信号来闭合逆变器的功率继电器以使逆变器正常操作。
图1是图示了在逆变器的初始充电期间的电流流动的示图。
参考图1，转换器级20将交流电流(AC)转换为直流电流(DC)并且提供具有直流电流(DC)的平滑电路。
平滑单元通常包括设置有电容器13的DC链路、电阻器11和功率继电器12。
当逆变器被驱动时，电流如图1的箭头①指示的流动。这是为了防止在初始电流的引入期间的浪涌电流。当功率继电器12通过逆变器内部生成的控制信号闭合(ON)时，电流如箭头②指示的流动。甚至当电机40被驱动时电流如箭头②指示的流动，并且到逆变器级30的输出电流增加，使得电流(idc)也增加。如果功率继电器12在电机40的驱动期间被损坏，则电流可以再次如箭头①指示的流动，使得在初始充电电阻器11中流动的电流可能偏离额定容量。结果，初始充电电阻器11可能被损坏并且可能导致热量，使得逆变器的内部结构也可能被损坏。
发明内容
本公开内容的目的是提供一种用于检测逆变器的功率继电器中的故障的设备，其包括单个电压传感器并且通过计算电压降来确定在功率继电器中是否存在故障。
本公开内容的目的不限于上述目的并且本领域技术人员可以从以下描述中认识到其他目的和优点。此外，将容易地认识到本公开内容的目的和优点能够通过所附权利要求及其组合中记载的单元来实践。
根据本公开内容的一个方面，一种用于检测逆变器的功率继电器中的故障的设备包括：电压传感器，其被配置为测量DC链路的电压；电流传感器，其被配置为测量到逆变器级的输出电流；存储单元，其被配置为存储初始充电电阻器的电阻、电容器的时间常数和当在DC链路处没有电压降发生时测量的参考电压；以及控制器，其被配置为当在DC链路处发生电压降时基于在参考电压和在已经经过对应于时间常数的时间段之后测量的电压之间的差来确定在功率继电器中是否存在故障。
控制器可以将电压之间的差与由输出电流和电阻确定的电压降进行比较，由此确定在功率继电器中是否存在故障。
控制器可以将当电压降发生时测量的针对每单位时间的电压降的速率与基于测量的输出电流计算的速率进行比较，由此确定电压降是否持续。
当电压降持续对应于时间常数的时间段时，控制器可以确定在功率继电器中是否存在故障。
根据本公开内容的示例性实施例，通过采用单个电压传感器并且计算电压降，能够确定在功率继电器中是否存在故障。
附图说明
图1是图示了在逆变器的初始充电期间的电流流动的示图；
图2是图示了根据本公开内容的示例性实施例的用于检测逆变器的功率继电器中的故障的设备的示图；
图3是图示了根据本公开内容的示例性实施例的用于检测逆变器的功率继电器中的故障的方法的流程图；
图4是图示了随时间的电压降的曲线图。
图5图示了到逆变器的输出电流的特征。
具体实施方式
上述目的、特征和优点将从参考附图的详细描述中变得显而易见。以使得本领域技术人员能够容易地实践本公开内容的技术构思的充分的细节描述了实施例。可以省略对公知的功能或配置的详细描述以免不必要地使本公开内容的要点模糊不清。在下文中，将参考附图详细描述本公开内容的实施例。在整个附图中，相似的附图标记表示相似的元件。
下文将参考附图描述本公开内容的实施例。
图2是图示了根据本公开内容的实施例的用于检测逆变器的功率继电器中的故障的设备的视图。
参考图2，用于检测逆变器的功率继电器中的故障的设备可以包括电压传感器140、电流传感器150、控制器160、显示单元170和存储单元180。
根据本公开内容的实施例的用于检测逆变器的功率继电器中的故障的设备可以是逆变器的内部元件或者可以是可拆卸地连接到逆变器的外部装置或部件。也就是说，本公开内容的技术范围不限于用于检测逆变器的功率继电器中的故障的设备，而是包含能够检测功率继电器中的故障的逆变器。
转换器级200可以将AC电压转换成DC电压。
逆变器级300可以将由电容器130平滑的DC电压转换为三相AC电压，并且可以向电机400提供三相AC电压。
初始充电电阻器110可以被设置在转换器级200和具有电容器130的DC链路之间。初始充电电阻器110也可以与功率继电器120并联连接。
初始充电电阻器110可以防止在逆变器的初始驱动期间发生浪涌电流。
功率继电器120可以被设置在转换器级200和具有电容器130的DC链路之间并且可以与初始充电电阻器110并联连接。
功率继电器120在逆变器的驱动之前保持断开(OFF)。功率继电器120在已经经过预定时间段之后根据在逆变器内部生成的控制信号而被闭合(ON)。
电容器130可以被设置在转换器级200和逆变器级300之间并且可以平滑从转换器200生成的DC电压。
电压传感器140可以连接到DC链路的电容器130的两端，可以测量应用到电容器130的DC链路电压，并且可以向控制器160提供测量的DC链路电压。DC链路电压可以在单位时间的规律的间隔处被测量。例如，电压传感器140可以在1毫秒(ms)的间隔处定期测量DC链路电压。
电流传感器150可以测量到逆变器级300的输出电流并且可以向控制器160提供测量的输出电流。
控制器160可以将通过电压传感器140测量的DC链路电压存储在存储单元180中。参考电压可以被存储在存储单元180中，参考电压是当电压稳定时(即，当不发生电压降时)测量的电压。
此外，当在DC链路中发生电压降时，控制器160可以将由电压传感器140测量的每单位时间的电压降的速率与使用由电流传感器150测量的输出电流计算的速率进行比较，以基于比较的结果来确定是否存在故障。
在每单位时间的电压降的速率与基于输出电流计算的速率之间的比较能够由下面的数学表达式1表示：
[表达式1]
Figure BDA0001367427350000041
其中n和n+1是用于区分电压测量时间的符号，iout表示输出电流，istd表示额定电流，tp表示电压测量时间之间的时间间隔，idc表示通过初始充电电阻器110的电流，R表示初始充电电阻器110，并且τ表示RC电路的时间常数。
在表达式1中，每单位时间的电压降的速率依赖于输出电流，将该输出电流与通过将计算的电流(iout)除以时间常数τ获得的值进行比较。由于各种原因可以发生电压降。在由各种原因导致的电压降当中，表达式1提供了用于假设由功率继电器120的损坏而导致的电压降的基础。也就是说，通过使用表达式1，控制器160确定存在每单位时间的电压降的量等于由损坏的功率继电器120产生的跨初始充电电阻器110的电压降的量的高可能性。
可以基于iout来计算电流idc，其将在后面描述。
如果在表达式1中左手侧大于右手侧，则控制器160可以确定电压降持续。
例如，控制器160可以连续地将DC链路电压存储在存储单元180中，同时确定这种电压降是否持续。
如果电压降持续对应于时间常数的时间段，则控制器160可以确定在功率继电器120中存在故障。
控制器160可以通过将存储的参考电压与在已经经过时间常数之后测量的电压之间的差异与计算的值进行比较来确定在功率继电器120中是否存在故障。
计算的值是使用输出电流和电阻计算的电压降的量，其如数学表达式2表示的进行比较：
[表达式2]
Figure BDA0001367427350000051
其中Vi表示参考电压，并且Vf表示在已经经过对应于时间常数的时间段之后测量的电压。
如果在表达式2中左手侧大于右手侧，则控制器160可以确定在功率继电器120中存在故障，并且否则可以确定在功率继电器120中不存在故障。
显示单元170可以被连接到控制器160以在控制器160的控制下显示信息并且可以指示在功率继电器120中是否存在故障。
显示单元170可以包括可以用于指示在功率继电器120中是否存在故障的发光二极管(LED)灯。应当注意，这仅仅是说明性的。显示单元170可以被实现为屏幕，使得用户可以从屏幕检查是否存在故障。
当显示单元170被实现为屏幕时，显示单元170可以包括触摸屏。在这种情况下，用户可以通过对触摸屏进行触摸来检查是否存在故障。
显示单元170还可以被能够并入逆变器中的扬声器代替。如果控制器确定在功率继电器120中存在故障，则它操作扬声器以可听地通知用户在功率继电器120中存在故障。
存储单元180可以被连接到控制器160并且可以存储初始充电电阻器110的电阻、与电容器130相关的时间常数、参考电压、额定电流等。
存储单元180还可以存储当控制器160确定电压降是否持续时测量的测量电压的历史记录。
图3是图示了根据本公开内容的示例性实施例的用于检测逆变器的功率继电器中的故障的方法的流程图。
图3图示的方法可以由用于检测逆变器的功率继电器中的故障的设备来执行。在下面的描述中，该方法由用于检测逆变器的功率继电器中的故障的设备来执行。
在步骤S301中，电压传感器140可以测量参考电压。
控制器160可以将测量的参考电压存储在存储单元180中。
在步骤S303中，控制器160可以确定是否开始检测。
确定是否开始检测意味着确定是否开始确定电压降是否持续。
基于表达式1确定是否开始检测。如果在表达式1中左手侧大于右手侧，则其可以前进到步骤S305，否则其可以返回到步骤S301。
在步骤S305中，控制器160可以接收关于在规律的间隔处测量的电压的信息并且可以确定电压降是否持续。如果电压降连续地发生，则其前进到步骤S307。否则，其返回到步骤S301。
在步骤S307中，控制器160可以确定在检测已经开始之后已经经过的时间是否超过时间常数。如果是，则其前进到步骤S309。否则，其返回到步骤S305。
在步骤S309中，控制器160可以确定在功率继电器120中是否存在故障。基于表达式2可以确定是否存在故障。如果在表达式2中左侧大于右侧，则其前进到步骤S311，否则，其返回到步骤S301。
在步骤S311中，控制器160可以确定在功率继电器120中是否存在故障。控制器160可以将功率继电器120中的故障记录在存储单元180中。
在步骤S313中，控制器160可以指示在功率继电器120中是否存在故障。
图4是图示了随时间的电压降的曲线图。
在曲线图中，Vdc表示跨DC链路的电压，即，由电压传感器140测量的电压。
在时间点①处，测量参考电压，并且无电压降发生。这点可以指示功率继电器120操作正常。
在时间点②处，控制器160确定是否开始检测。可以基于表达式1来确定是否开始检测。
在时间点③至时间点⑥处，控制器160确定电压降是否持续。
在时间点⑦处，已经经过时间常数，并且控制器160确定在功率继电器120中是否存在故障。
图5图示了到逆变器300的输出电流的特征。
图5的左上方的视图示出了随时间的三相(即，a相、b相和c相)输出电压的分量。图5的左下方的视图示出了随时间的三相输出电流的分量。图5的右侧的视图示出了在从π/2至5π/6的间隔内的时间段Ts的切换波形。
针对时间段Ts的输出电流的平均值变为输出电流的idc分量。
在时间段(Ts-ta+tc)期间的输出电流变为零，并且在时间段(ta-tb)期间的输出电流可以是ia。在时间段(tb-tc)期间的输出电流可以是ia+ib。
从π/2至5π/6的间隔可以重复六次。通过使用间隔作为代表性间隔扩展关于idc的表达式，能够获得以下表达式3和表达式4：
[表达式3]
Figure BDA0001367427350000081
[表达式4]
Figure BDA0001367427350000082
Figure BDA0001367427350000083
其中
Figure BDA0001367427350000084
通过将表达式4代入表达式3，使用数学表达式5，能够计算idc：
[表达式5]
Figure BDA0001367427350000085
其中m表示调制指数，并且pfm表示逆变器效率。
根据本公开内容的一个实施例，控制器160可以使用表达式5以便计算表达式1或表达式2中的idc。
存储单元180可以存储调制指数m和逆变器效率，并且控制器160可以使用存储的调制指数和逆变器效率来计算表达式5。
本发明所属领域的技术人员可以以各种方式对上述本公开内容进行替代、改变和修改而不脱离本公开内容的范围和精神。因此，本公开内容不限于上述示例性实施例和附图。因此，寻求保护的本公开内容的真实范围仅由所附权利要求限定。

Claims (3)

1.一种用于检测逆变器的功率继电器中的故障的设备，所述设备包括：
电压传感器，其被配置为测量DC链路的电压；
电流传感器，其被配置为测量到逆变器级的输出电流；
存储单元，其被配置为存储初始充电电阻器的电阻、电容器的时间常数和当在所述DC链路处没有电压降发生时测量的参考电压；以及
控制器，其被配置为当在所述DC链路处发生所述电压降时识别所述参考电压和在已经经过对应于所述时间常数的时间段之后测量的电压之间的电压差，将所述输出电流除以额定电流来获得第一值,将第二值与第三值进行比较,如果所述第二值大于所述第三值,则确定在所述功率继电器中存在故障，其中，所述第二值是通过识别的所述电压差除以获得的所述第一值来获得，所述第三值是所述初始充电电阻器的电阻乘以所述初始充电电阻器的电流来获得。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，当所述电压降发生时，所述控制器将测量的每单位时间的电压降的速率与基于所述输出电流计算的速率进行比较，由此确定所述电压降是否持续。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，当所述电压降持续对应于所述时间常数的时间段时，所述控制器确定在所述功率继电器中是否存在故障。
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