CN110146770A - 一种用于变频器的电机绝缘和短路识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于变频器的电机绝缘和短路识别方法，属于电机控制领域。该方法通过在电机运转前通过变频器的CPU按照时序图输出可调控的PWM信号，先识别上下臂是否发生短路，在上下臂均未发生短路的情况下，识别绕组是否发生短路，在每进入载波中断只改变一次导通状态，即使变频器和电机有异常，造成的破坏也小；解决了电机工作时发生短路情况，变频器和电机会受到破坏的问题；达到了在变频器运转前进行短路和绝缘识别，可以更早地保护电机和变频器，令短路故障产生的破坏力减小的效果。

Description

一种用于变频器的电机绝缘和短路识别方法

技术领域

本发明实施例涉及电机控制领域，特别涉及一种用于变频器的电机绝缘和短路识别方法。

背景技术

电机绕组中相邻两条导线之间的绝缘层损坏后，两条导线相碰，称为绕组短路。发生在同一绕组中的绕组短路称为匝间短路；发生在两相绕组之间的绕组短路称为相间短路。不论是哪一种短路情况，都会使电机的某一相或两相电流增加，引起局部发热，导致绝缘层老化损坏电机。因此，发生短路情况后必须立即停机处理。

一般驱动电机的变频器都会有过电流(OC)侦测线路，然而过电流侦测线路必须等到较高频率(电压)时才侦测到过电流。但是，低频时输出电压小，PWM脉冲宽度很小，当输出短路时，短路电流波宽很窄，会被过电流侦测线路的RC滤掉而无法动作，会对IGBT造成立即性破坏。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种用于变频器的电机绝缘和短路识别方法。该技术方案如下：

第一方面，提供了一种用于变频器的电机绝缘和短路识别方法，该方法包括：

在电机运转前，变频器的CPU输出用于进行上下臂短路识别的第一PWM信号，每组第一PWM信号用于导通U相或V相或W相的下臂，每组第一PWM信号持续T1秒，相邻的两组第一PWM信号间隔W1秒；

在进行上下臂短路识别时，获取每组第一PWM信号对应的直流侧采样电阻的母线电流；

通过第一比较电路检测母线电流是否大于直流侧电流比较准位，若检测到母线电流大于直流侧电流比较准位，则通过第一比较电路向变频器的CPU发送中断信号；

若每组第一PWM信号对应的直流侧采样电阻的母线电流均小于直流侧电流比较准位，则变频器的CPU输出用于进行绕组短路识别的第二PWM信号；每组第二PWM信号用于导通任意两相，且每组第二PWM信号导通U相、V相、W相中的任意一相的上臂以及U相、V相、W相中的任意一相的下臂，每组第二PWM信号的脉冲宽度至少为令过电流保护电路动作的宽度，每组第二PWM信号持续T2秒，相邻的两组第二PWM信号间隔W2秒，相邻的两组第二PWM信号导通的相及上下臂不完全相同；

在进行绕组短路识别时，获取每组第二PWM信号对应的导通相的相电流侦测电阻的电流；

通过第二比较电路检测相电流侦测电阻的电流是否大于三相电流比较准位，若检测到相电流侦测电阻的电流大于三相电流比较准位，则通过第二比较电路向变频器的CPU发送中断信号。

可选的，向变频器的CPU发送中断信号，包括：

向变频器的CPU的中断引脚发送中断信号，变频器立即切断输出，停止后续程序并显示故障。

可选的，上下臂短路识别包括3个测试状态，分别为：

测试状态1：U相下臂导通，U相上臂、V相上下臂、W相上下臂关闭；

测试状态2：V相下臂导通，V相上臂、W相上下臂、U相上下臂关闭；

测试状态3：W相下臂导通，W相上臂、V相上下臂、U相上下臂关闭。

可选的，绕组短路识别包括3个测试状态，分别为：

测试状态4：U相上臂、V相下臂导通，U相下臂、V相上臂、W相上下臂关闭；

测试状态5：V相上臂、W相下臂导通，V相下臂、W相上臂、U相上下臂关闭；

测试状态6：W相上臂、U相下臂导通，W相下臂、U相上臂、V相上下臂关闭。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在电机运转前通过变频器的CPU按照时序图输出可调控的PWM信号，先识别上下臂是否发生短路，在上下臂均未发生短路的情况下，识别绕组是否发生短路，在每进入载波中断只改变一次导通状态，即使变频器和电机有异常，造成的破坏也小；解决了电机工作时发生短路情况，变频器和电机会受到破坏的问题；达到了在变频器运转前进行短路和绝缘识别，可以更早地保护电机和变频器，令短路故障产生的破坏力减小的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是了一种典型三相功率变频器的结构示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的U相上下臂同时导通时的电流流向示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的U相上臂和V相下臂同时导通时的电流流向示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种用于变频器的电机绝缘和短路识别方法的流程图；

图5是根据一示例性实施例示出的第一PWM信号的时序图；

图6是根据一示例性实施例示出的用于变频器的电机绝缘和短路识别方法的工作原理图；

图7是根据一示例性实施例示出的第一比较电路的电路原理图；

图8是根据一示例性实施例示出的第二PWM信号的时序图；

图9是根据一示例性实施例示出的第二比较电路的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1示出了一种典型三相功率变频器的结构，其中Vu、Vv、Vw是输出给三相星型绕组的电压，V_DC是逆变器输入电压，六个开关可以是BJT或GTO或IGBT，开关的开启顺序必须遵守如下条件：

1、其中三个开关保持导通，另外三个开关保持关闭；

2、同一相的上、下开关由2个互补脉冲信号驱动；在这种情况下，不允许上、下开关同时导通，以确保电源V_DC不会短路。

电机故障包括两类：

1、变频器的上下臂短路；

控制电路、驱动电路故障可能导致上下臂同时导通，V_DC的正负极短接起来，此时流过直流侧采样电阻R1的母线电流Idc会突增，图2示出了U相上下臂同时导通时的电流流向。

2、电机绕组短路；

配线工作等人为失误、电机绝缘层的破坏，可能会造成绕组短路，流过相电流侦测电阻(R2、R3、R4)的电流会突增；如图3所示，以U相上臂和V相下臂同时导通为例，V_DC的正负极相当于短接，流过相电流侦测电阻R2的电流Iu和相电流侦测电阻R3的电流Iv会变得异常大。

本发明实施例提供的用于变频器的电机绝缘和短路识别方法，通过变频器的CPU输出可调控的PWM信号，先进行上下臂短路识别，若上下臂未短路，则进行电机绕组短路识别。

在进行上下臂短路识别时，每进入载波中断改变一次导通状态，且只导通一相下臂；包括3个测试状态，分别为：

测试状态1：U相下臂导通，U相上臂、V相上下臂、W相上下臂关闭；

测试状态2：V相下臂导通，V相上臂、W相上下臂、U相上下臂关闭；

测试状态3：W相下臂导通，W相上臂、V相上下臂、U相上下臂关闭。

在进行电机绕组短路识别时，每进入载波中断改变一次导通状态，导通一相上臂和另一相下臂；包括3个测试状态，分别为：

测试状态4：U相上臂、V相下臂导通，U相下臂、V相上臂、W相上下臂关闭；

测试状态5：V相上臂、W相下臂导通，V相下臂、W相上臂、U相上下臂关闭；

测试状态6：W相上臂、U相下臂导通，W相下臂、U相上臂、V相上下臂关闭。

如图4所示，本发明实施例提供的用于变频器的电机绝缘和短路识别方法，可以包括如下步骤：

步骤1，在电机运转前，变频器的CPU输出用于进行上下臂短路识别的第一PWM信号。

每组第一PWM信号用于导通U相或V相或W相的下臂，每组第一PWM信号持续T1秒，相邻的两组第一PWM信号间隔W1秒。

每组第一PWM信号包括6个信号，分别对应U相、V相、W相的上下臂，但每组第一PWM信号只能令U相、V相、W相中某一相的下臂导通，余下的上臂或下臂关闭。第一PWM信号的时序图如图5所示。

步骤2，在进行上下臂短路识别时，获取每组第一PWM信号对应的直流侧采样电阻的母线电流。

图2中点P和点P1之间的电阻R1为直流侧采样电阻。

步骤3，通过第一比较电路检测母线电流是否大于直流侧电流比较准位。

直流侧电流比较准位是预先设定的，可根据实际情况调整。

图6所示的第一比较电路61获取每组第一PWM信号对应的直流侧采样电阻的母线电流，并检测母线电流是否大于直流侧电流比较准位，若检测到母线电流大于直流侧电流比较准位，则第一比较电路61向变频器的CPU60发送中断信号OC。

图7示例性的示出了第一比较电路的电路原理图，图7中点P与点P1之间的电阻R1为直流侧采样电阻，若母线电流大于直流侧电流比较准位，则第一比较电路向变频器的CPU60发送中断信号OC。

当进行上下臂短路识别时，变频器的CPU输出第i组第一PWM信号，导通U相下臂，其他上下臂关闭，若此时第一比较电路输出中断信号OC，则表明U相上下臂短路，若此时第一比较电路没有输出中断信号OC，则表明U相上下臂未短路；等待W1秒后，CPU输出第i+1组第一PWM信号，导通V相下臂，其他上下臂关闭，若此时第一比较电路输出中断信号OC，则表明V相上下臂短路，若此时第一比较电路没有输出中断信号OC，则表明V相上下臂未短路；等待W1秒后，CPU输出第i+2组第一PWM信号，导通W相下臂，其他上下臂关闭，若此时第一比较电路输出中断信号OC，则表明W相上下臂短路，若此时第一比较电路没有输出中断信号OC，则表明W相上下臂未短路。

当检测到上下臂短路，第一比较电路向变频器的CPU的中断引脚发送中断信号，变频器立即切断输出，停止后续程序并显示故障，比如，U相上下臂短路则显示故障为U相上下臂短路。

当每组第一PWM信号对应的直流侧采样电阻的母线电流均小于直流侧电流比较准位，即U相、V相、W相的上下臂均未短路时，进行绕组短路识别，及执行步骤4。

步骤4，变频器的CPU输出用于进行绕组短路识别的第二PWM信号。

每组第二PWM信号用于导通任意两相，且每组第二PWM信号导通U相、V相、W相中的任意一相的上臂以及U相、V相、W相中的任意一相的下臂，每组第二PWM信号不同时导通同一相的上下臂。

每组第二PWM信号的脉冲宽度至少为令过电流保护电路动作的宽度。

每组第二PWM信号持续T2秒，相邻的两组第二PWM信号间隔W2秒，相邻的两组第二PWM信号导通的相及上下臂不完全相同。

第二PWM信号的时序图如图8所示。

在运转前通过变频器的CPU按如图8所示的时序图输出第二PWM信号。

步骤5，在进行绕组短路识别时，获取每组第二PWM信号对应的导通相的相电流侦测电阻的电流。

可选的，三相电流通过三相电流侦测电阻获取，如图3所示，U相的相电流侦测电阻为R2，相电流侦测电阻R2的电流为Iu；V相的相电流侦测电阻为R3，相电流侦测电阻R3的电流为Iv；W相的相电流侦测电阻为R4，相电流侦测电阻的电流为Iw。

此外，每组第二PWM信号对应的导通相的相电流侦测电阻的电流还可以通过CT采样获得。

可选的，通过第二PWM信号先导通U相上臂和V相下臂T2秒，等待W2秒；再导通V相上臂和W相下臂T2秒，等待W2秒；再导通W相上臂和U相下臂T2秒，等待W2秒；可以分别检测U-V相，V-W相，W-U相之间是否存在短路。

步骤6，通过第二比较电路检测相电流侦测电阻的电流是否大于三相电流比较准位。

图9示例性地示出了第二比较电路的电路原理图。

若检测到相电流侦测电阻的电流大于三相电流比较准位，则通过第二比较电路向变频器的CPU发送中断信号。

图6所示的第二比较电路62获取每组第二PWM信号对应的导通相的相电流侦测电阻的电流，并检测相电流侦测电阻的电流是否大于三相电流比较准位，若检测到相电流侦测电阻的电流大于三相电流比较准位，则通过第二比较电路62向变频器的CPU60发送中断信号OC。

第i组第二PWM信号对应的导通相为U相和V相，相电流侦测电阻的电流为Iu和Iv；第i+1组第二PWM信号对应的导通相为V相和W相，相电流侦测电阻的电流为Iv和Iw；第i+2组第二PWM信号对应的导通相为W相和U相，相电流侦测电阻的电流为Iw和Iu。

当检测到任意两相导通即绕组短路，第二比较电路向变频器的CPU的中断引脚发送中断信号OC，变频器立即切断输出，停止后续程序并显示故障，比如，U相和V相短路则显示故障为U相和V相短路。

若变频器的CPU按图8所示的时序图输出第二PWM信号，完成绕组短路识别后，CPU的中断引脚未收到中断信号OC，则表明变频器和电机无故障可以正常使用。

综上所述，本发明实施例通过在电机运转前通过变频器的CPU按照时序图输出可调控的PWM信号，先识别上下臂是否发生短路，在上下臂均未发生短路的情况下，识别绕组是否发生短路，在每进入载波中断只改变一次导通状态，即使变频器和电机有异常，造成的破坏也小；解决了电机工作时发生短路情况，变频器和电机会受到破坏的问题；达到了在变频器运转前进行短路和绝缘识别，可以更早地保护电机和变频器，令短路故障产生的破坏力减小的效果。

需要说明的是：上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于变频器的电机绝缘和短路识别方法，其特征在于，所述方法包括：

在电机运转前，变频器的CPU输出用于进行上下臂短路识别的第一PWM信号，每组第一PWM信号用于导通U相或V相或W相的下臂，每组第一PWM信号持续T1秒，相邻的两组第一PWM信号间隔W1秒；

在进行上下臂短路识别时，获取每组第一PWM信号对应的直流侧采样电阻的母线电流；

通过第一比较电路检测所述母线电流是否大于直流侧电流比较准位，若检测到所述母线电流大于直流侧电流比较准位，则通过第一比较电路向所述变频器的CPU发送中断信号；

若每组第一PWM信号对应的直流侧采样电阻的母线电流均小于直流侧电流比较准位，则变频器的CPU输出用于进行绕组短路识别的第二PWM信号；每组第二PWM信号用于导通任意两相，且每组第二PWM信号导通U相、V相、W相中的任意一相的上臂以及U相、V相、W相中的任意一相的下臂，每组第二PWM信号的脉冲宽度至少为令过电流保护电路动作的宽度，每组第二PWM信号持续T2秒，相邻的两组第二PWM信号间隔W2秒，相邻的两组第二PWM信号导通的相及上下臂不完全相同；

在进行绕组短路识别时，获取每组第二PWM信号对应的导通相的相电流侦测电阻的电流；

通过第二比较电路检测所述相电流侦测电阻的电流是否大于三相电流比较准位，若检测到所述相电流侦测电阻的电流大于三相电流比较准位，则通过第二比较电路向所述变频器的CPU发送中断信号。

2.根据权利要求1所述的用于变频器的电机绝缘和短路识别方法，其特征在于，向所述变频器的CPU发送中断信号，包括：

向所述变频器的CPU的中断引脚发送中断信号，所述变频器立即切断输出，停止后续程序并显示故障。

3.根据权利要求1所述的用于变频器的电机绝缘和短路识别方法，其特征在于，上下臂短路识别包括3个测试状态，分别为：

测试状态1：U相下臂导通，U相上臂、V相上下臂、W相上下臂关闭；

测试状态2：V相下臂导通，V相上臂、W相上下臂、U相上下臂关闭；

测试状态3：W相下臂导通，W相上臂、V相上下臂、U相上下臂关闭。

4.根据权利要求1所述的用于变频器的电机绝缘和短路识别方法，其特征在于，绕组短路识别包括3个测试状态，分别为：

测试状态4：U相上臂、V相下臂导通，U相下臂、V相上臂、W相上下臂关闭；

测试状态5：V相上臂、W相下臂导通，V相下臂、W相上臂、U相上下臂关闭；

测试状态6：W相上臂、U相下臂导通，W相下臂、U相上臂、V相上下臂关闭。