CN110829379A - 用于检测电机装置的电机相故障的方法和用于驱动电子整流电机的驱动电路 - Google Patents

用于检测电机装置的电机相故障的方法和用于驱动电子整流电机的驱动电路 Download PDF

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Abstract

在用于检测电机装置(12、18)的电机相故障(R7a…d；X)的方法中，电机装置的电机相(U、V、W)连接到具有DC电压中间电路(14)和逆变器(16)的驱动电路(10)，在逆变器(16)切断时，在至少一个电机相(U、V、W)处的相对于参考电位(P1)的电机相电压(Uu、Uv、Uw)被捕获；并且所捕获的电机相电压(Uu、Uv、Uw)的电压曲线用于确定在电机装置(12、18)的电机相(U、V、W)的其中一个上是否存在电机相故障(R7a…d；X)。

Description

用于检测电机装置的电机相故障的方法和用于驱动电子整流 电机的驱动电路
技术领域
本发明涉及一种用于检测电机装置的电机相故障的方法、一种用于操作具有这种电机相检测的用于驱动电子整流电机的驱动电路的方法，以及一种用于驱动电子整流电机的驱动电路。
背景技术
当使用驱动电路操作电子整流电机时，在电机侧可能出现各种绝缘故障。这些绝缘故障包括电机相的绝缘故障，其可能例如由于电机缆线或电机绕组中的缺陷而产生。此外，由于电机绕组的绝缘故障，在电机的中性点处可能出现绝缘故障。在绝缘故障的情况下，电流可能流到地或保护导体，在这种情况下，这种故障电流可能由于电击和火灾风险而对人构成风险。此外，在电机装置中可能出现电机相的中断，例如由于切断的电机缆线或烧坏的电机绕组。存在可靠地检测电机相故障(例如绝缘故障或故障电流和电机相中断)以防止例如电子整流电机的驱动电路的进一步操作的一般尝试。
US 6 043 664 A公开了一种用于检测多相AC电机中的绝缘故障的方法和装置，其中所有电机的相对于保护导体的电压被测量和求和以便通过比较随时间的平均电压与预定阈值来检测绝缘故障的存在。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于检测电机装置的电机相故障的改进方法，其中电机装置的电机相连接到驱动电路。
该目的通过独立权利要求中的教导来实现。从属权利要求涉及本发明的特别有利的配置和展开。
在根据本发明的用于检测电机装置的电机相故障的方法中，所述电机装置的电机相连接到驱动电路，所述驱动电路具有DC电压中间电路和逆变器，至少一个电机相处的相对于参考电位的电机相电压在逆变器切断时被捕获，并且被捕获的电机相电压的电压曲线用于确定在电机装置的一个电机相上是否存在电机相故障。
根据本发明，建议在切断逆变器的同时检查电机装置的电机故障(例如电机相的绝缘故障或电机装置的电机相的中断)的存在，并且在该过程中仅捕获一个或多个电机相的一个电机相，以便能够从所述电机相的电压曲线检测电机相故障的存在。通过简单的电路结构和简单的测量信号评估，可以以这种方式执行故障检查。
电机装置特别是包括电机和用于将电机连接到驱动电路的电机缆线。电机相上可检测的绝缘故障尤其包括电机缆线的电机相上、电机绕组中和电机绕组的中性点处的绝缘故障。电机相中的可检测中断尤其包括切断的电机缆线和烧坏的电机绕组。电机相中的这种绝缘故障和这种中断一起指的是与本发明有关的电机故障。
在上下文中，切断的逆变器应理解为意味着不主动激励所连接的电机的逆变器。这尤其可以通过切断或断开逆变器的所有断路器来实现。可以通过在启动电机之前接通逆变器或在电机运行暂停时切断逆变器来执行故障检查。故障检查优选在逆变器切断且电机也处于静止状态时进行，结果是电机的转子也不旋转，从而可能产生可能影响电机相故障检测的电压。
本发明不限于特殊类型的电机。电机装置中的电机尤其是电子整流电机，例如同步电机或异步电机、AC电机、三相电机等。
驱动电路的DC电压中间电路优选地具有中间电路电容器。驱动电路的逆变器优选地具有逆变器桥电路，优选地具有多个断路器(例如具有反并联连接的二极管的MOSFET或IGBT)。逆变器优选地以对应于所连接的电机的方式具有多相配置。
驱动电路的DC电压中间电路优选地通过整流器连接到AC连接部，相应的供电网络可以连接到该AC连接部。驱动电路可以连接到例如单相电源系统、三相电源系统、单相三线网络(美国)等。因此，驱动电路的整流器优选地是桥式整流器或具有多个整流二极管的推挽式整流器。
在本发明的一种配置中，至少一个电机相经由至少一个第一电阻器连接到第一参考电位，并且经由至少一个另外的电阻器连接到第二参考电位，以便随后捕获选定的电机相的相应的分得的电机相电压。第二参考电位是与第一参考电位不同的参考电位。第一参考电位例如是DC电压中间电路的负极或地；第二参考电位例如是DC电压中间电路的正极。优选地，所述至少一个第一电阻器的电阻值之和具有高的数值，并且例如约为1兆欧。可选地，所述至少一个另外的电阻器的电阻值之和也可以优选地具有高的数值。如果驱动电路连接到单相或多相电源系统，则所述至少一个第一电阻器的电阻值之和与所述至少一个另外的电阻器的电阻值之和可以优选地被选择为是相同的；相反，如果驱动电路连接到单相三线网络(美国)，则所述至少一个第一电阻器的电阻值之和与所述至少一个另外的电阻器的电阻值之和应被选择为不同。利用该实施例变型，可以容易地执行故障检查，以便确定在其中一个电机相上是否存在绝缘故障。
在本发明的替代配置中，第一电机相通过至少一个第一电阻器连接到第一参考电位，而其他电机相中每一者均通过至少一个另外的电阻器连接到第二参考电位，以便随后捕获第一电机相的相应地分得的电机相电压。第二参考电位是与第一参考电位不同的参考电位。第一参考电位例如是DC电压中间电路的负极或地；第二参考电位例如是DC电压中间电路的正极。优选地，所述至少一个第一电阻器的电阻值之和具有高的数值，并且例如约为1兆欧。在每种情况下，所述至少一个另外的电阻器的电阻值之和同样优选地具有高的数值。在每种情况下，如果驱动电路连接到单相或多相电源系统并且在总共为三个电机相的情况下，则所述至少一个另外的电阻器的电阻值之和优选地是所述至少一个第一电阻器的电阻值之和的两倍。利用该实施例变型，可以容易地执行故障检查，该故障检查可以用于检测电机相之一上的绝缘故障或电机相的中断的存在。
在本发明的一种配置中，借助于分压器捕获电机相电压或分得的电机相电压。借助于分压器测量的测量电压可以有利地通过模拟/数字转换器(例如微控制器)来求得。分压器优选地由所述一个电机相或所述第一电机相与第一参考电位之间的至少一个第一电阻的两个电阻器形成。
在本发明的另一种设计方案中，可以在运行期间在逆变器接通的情况下根据捕获的电机相电压定量计算在故障检查期间的绝缘故障的故障电流值和/或绝缘故障的电阻值和/或绝缘故障的最大可能的故障电流值。
在最后提到的配置中，故障检查期间的绝缘故障的故障电流值和/或绝缘故障的电阻值优选地仅基于所述至少一个第一电阻器和所述至少一个另外的电阻器的电阻值、通过分压器捕获的分得的电机相电压的测量电压、供电网络的网络电压和DC电压中间电路两端的中间电路电压来计算。在这种情况下，具体的计算公式取决于驱动电路所连接的供电网络的类型以及相应的整流器。另外，具体的计算公式取决于电机相电压是在是网络电压的正半波还是负半波中被捕获和求得。
此外，在最后提到的配置中，在逆变器接通的操作期间绝缘故障的最大可能的故障电流值同样可以仅基于所述至少一个第一电阻器和至少另一个电阻器的电阻值、通过分压器捕获的分得的电机相电压的测量电压、供电网络的网络电压和DC电压中间电路两端的中间电路电压来计算。在这种情况下，具体的计算公式也取决于驱动电路所连接的供电网络的类型以及相应的整流器。另外，具体的计算公式取决于电机相电压是在网络电压的正半波还是负半波中被捕获和评估。
在上下文中，最大可能的故障电流是在正常的电机操作期间在驱动电路的逆变器接通的情况下流动的最大可能的故障电流。在根据本发明的故障检查期间确实不可能确定所确定的绝缘故障是在电机相中的一个上还是在电机中性点上。然而，最大故障电流可以定义为绝缘故障中的中间电路电压与所确定的电阻值的商。也就是说，只要在绝缘故障中存在中间电路电压，就会发生最大故障电流。这是当受绝缘故障影响的电机相切换到高电平时、或者在中性点相对于保护接地发生绝缘故障的情况下驱动电路将电机切换到零矢量(所有电机相同时处于高电平)并且因此中性点具有中间电路电压时所发生的。
本发明还涉及一种用于操作具有DC电压中间电路和逆变器以用于驱动电子整流电机的驱动电路的方法，其中包含电机的电机装置的电机相连接到驱动电路的逆变器。电机装置的电机相故障的存在根据本发明的上述用于检测电机相故障的方法被检查。如果使用该方法确定了电机相故障，则在捕获电机相电压之后，驱动电路的逆变器和/或功率因数校正滤波器(如果存在)的接通被防止。
本发明还涉及一种用于操作具有DC电压中间电路、功率因数校正滤波器和逆变器以用于驱动电子整流电机的驱动电路的方法，其中包含电机的电机装置的电机相连接到驱动电路逆变器。电机装置的电机相故障的存在根据本发明的上述用于检测电机相故障的方法被检查。如果已使用此方法确定对于电机相上的绝缘故障的最大可能故障电流值低于预先限定的极限值，则在捕获电机相电压后驱动电机时，驱动电路的功率因数校正滤波器切断，以便以低功率驱动电机。在这种情况下，还可以优选地为用户或客户服务生成故障信号。故障电流的预先限定的极限值优选为6mA(例如，当使用A型故障电流断路器时)或10mA(例如，当使用F型故障电流断路器时)。
本发明还涉及一种用于驱动电子整流电机的驱动电路，该驱动电路具有DC电压中间电路和逆变器，该逆变器连接到该DC电压中间电路，并且包含电机的电机装置的电机相可以连接到该逆变器，并且所述驱动电路还具有检测电路和控制设备，所述检测电路用于捕获在至少一个电机相处相对于参考电位的电机相电压，所述控制设备被配置为在逆变器被切断时操作用于捕获电机相电压的检测电路并且基于所捕获的电机相电压的电压曲线来确定在电机装置的一个电机相上是否存在电机相故障。
利用该驱动电路可以实现与利用上述用于检测电机故障的方法所实现的优点相同的优点。关于有利配置和术语的解释，同样附加地参考上述与用于检测电机相故障的方法相关的陈述。
在本发明的一种配置中，检测电路具有至少一个第一电阻器以及至少一个另外的电阻器，至少一个电机相通过该第一电阻器连接到第一参考电位，至少一个电机相通过该至少一个另外的电阻器连接到第二参考电位。第二参考电位是与第一参考电位不同的参考电位。第一参考电位是例如DC电压中间电路的负极或地；第二参考电位例如是DC电压中间电路的正极。优选地，所述至少一个第一电阻器的电阻值之和具有高的数值，并且例如约为1兆欧。可选地，所述至少一个另外的电阻器的电阻值之和也可以优选地具有高的数值。如果驱动电路连接到单相或多相电源系统，则所述至少一个第一电阻器的电阻值之和与所述至少一个另外的电阻器的电阻值之和可以优选地被选择为相同的；相反，如果驱动电路连接到单相三线网络(美国)，则所述至少一个第一电阻器的电阻值之和与所述至少一个另外的电阻器的电阻值之和应被选择为不同。利用该实施例变型的检测电路，可以容易地执行故障检查，以便确定在一个电机相上是否存在绝缘故障。
在本发明的替代配置中，检测电路具有至少一个第一电阻器以及至少一个另外的电阻器，电机相的第一电机相通过所述第一电阻器连接到第一参考电位，电机相的另一个电机相相应地通过所述至少一个另外的电阻器连接到第二参考电位。第二参考电位是与第一参考电位不同的参考电位。第一参考电位例如是DC电压中间电路的负极或地；第二参考电位例如是DC电压中间电路的正极。优选地，所述至少一个第一电阻器的电阻值之和具有高的数值，并且例如约为1兆欧。在每种情况下，所述至少一个另外的电阻器的电阻值之和同样优选地具有高的数值。在每种情况下，如果驱动电路连接到单相或多相电源系统并且在总共三个电机相的情况下，则所述至少一个另外的电阻器的电阻值之和优选地是所述至少一个第一电阻器的电阻值之和的两倍。利用该实施例变型的检测电路，可以容易地执行故障检查，该故障检查可以用于检测电机相之一上的绝缘故障或电机相的中断的存在。
在本发明的一种配置中，检测电路具有用于捕获电机相电压的分压器。
在本发明的另一种配置中，控制设备还被配置成在已经确定电机相故障的情况下在捕获电机相电压之后防止逆变器和/或功率因数校正滤波器(如果存在)的接通。
附图说明
通过以下参照附图对优选的非限制性示例性实施例的描述，将更好地理解本发明的上述和其他的特征和优点，其中，部分示意性地：
图1示出了根据本发明第一示例性实施例的具有连接的电机的驱动电路的电路图；
图2示出了在对图1的驱动电路进行故障检查期间，在没有绝缘故障的无故障情况下的网络电压、故障电流和电机相电压的曲线图；
图3示出了在对图1的驱动电路进行故障检查期间，在其中一个电机相上发生绝缘故障的情况下的网络电压、故障电流和电机相电压的曲线图；
图4示出了根据本发明第二示例性实施例的具有连接的电机的驱动电路的电路图；
图5示出了在对图4的驱动电路进行故障检查期间，在没有绝缘故障的无故障情况下的网络电压、故障电流和电机相电压的曲线图；
图6示出了在对图4的驱动电路进行故障检查期间，在其中一个电机相上发生绝缘故障的情况下的网络电压、故障电流和电机相电压的曲线图；
图7示出了根据本发明第三示例性实施例的具有连接的电机的驱动电路的电路图；
图8示出了在对图7的驱动电路进行故障检查期间，在没有绝缘故障的无故障情况下的网络电压、故障电流和电机相电压的曲线图；
图9示出了在对图7的驱动电路进行故障检查期间，在其中一个电机相上发生绝缘故障的情况下的网络电压、故障电流和电机相电压的曲线图；
图10示出了根据本发明第四示例性实施例的具有连接的电机的驱动电路的电路图；
图11示出了在对图10的驱动电路进行故障检查期间，在没有绝缘故障的无故障情况下的网络电压、故障电流和电机相电压的曲线图；
图12示出了在对图10的驱动电路进行故障检查期间，在其中一个电机相上发生绝缘故障的情况下的网络电压、故障电流和电机相电压的曲线图；和
图13示出了根据本发明的检测电路的实施例变型的电路图。
具体实施方式
参照图1至图3，更详细地解释根据第一示例性实施例的用于电子整流电机的驱动电路的结构和操作方法。
驱动电路10用于驱动电子整流电机12。在图1的示例性实施例中，电机是三相无刷电机12，其具有在中性点SP处相互连接的三个电机相U、V、W。电机12通过逆变器16从DC电压中间电路14馈电。DC电压中间电路14具有中间电路电容器C1，并且逆变器16在该示例性实施例中具有三相逆变器桥电路，所述三相逆变器桥电路在其半桥中总共具有六个断路器M1至M6(例如具有反并联连接的二极管的MOSFET或IGBT)。电机12的三个电机绕组通过电机缆线18连接到电机相连接部20，该电机相连接部连接到逆变器16的半桥的三个中心抽头(tap)。电机12和电机缆线18各自具有三个电机相U、V、W并且是电机装置的一部分。
在输入侧，DC电压中间电路14经由整流器22连接到AC连接部24。驱动电路10经由AC连接部24连接到供电网络26。在图1的示例性实施例中，供电网络26是单相供电系统，驱动电路10连接到单相供电系统的相导体L1和中性导体N，并且供电网络26还具有保护接地PE。在该示例性实施例中，整流器22具有整流桥电路，其具有总共四个整流二极管D7至D10。
可选地，功率因数校正滤波器(PFC滤波器)30也可以连接在整流器22和DC电压中间电路14之间。PFC滤波器30可以在该示例中配置在升压转换器拓扑中并且尤其包含电感L8、开关M8和整流二极管D5。PFC滤波器30可选地也可以存在于其他示例性实施例中，即使未在图4、7和10中示出。
驱动电路10还具有例如以微控制器的形式的控制设备(未示出)，该控制设备控制逆变器16的断路器M1至M6。
在这种驱动电路10的情况下，存在各种类型的电机故障，这些故障可能发生在所连接的电机12的侧。电机缆线18中的电机相的绝缘故障和电机12的电机绕组的中性点SP的绝缘故障可能出现。如图1中所示的各种类型的绝缘故障为电机缆线18的电机相U、V、W电阻器R7a、R7b、R7c的绝缘故障和电机12的电机绕组的中性点SP的电阻器R7d的绝缘故障。
驱动电路10具有检测电路28，用于检测所有这些R7a、R7b、R7c、R7d的绝缘故障。
此外，电机U、V、W的中断可能由于切断的电机缆线18或电机12的烧坏的电机绕组而产生。图1以示例的方式示出了电机缆线18中的电机相U的中断X。为了检测电机相U、V、W中的这种中断X，驱动电路10可替代地具有检测电路28'，其在图13中示例性地示出并在后面更详细地描述。
图1中的检测电路28在逆变器16切断的情况下并且优选地还在PFC滤波器30(如果存在)切断的情况下捕获电机相U(通常是电机相U、V、W中的至少一个)的电机相电压Uu。为此目的，电机U相作为第一参考电位P1通过第一电阻器R1、R2以高阻抗方式连接到DC电压中间电路14的负极或连接到地，并且作为第二参考电位P1通过另外的电阻器R8、R9以高阻抗方式连接到DC电压中间电路14的正极。第一电阻器R1、R2还用作分压器，以用于捕获作为测量电压Um的分得的电机相电压Uu，所述测量电压可以由控制设备的模拟/数字转换器求得。在根据本发明的电机相故障检测方法中，捕获电机相电压中的一个是足够的，但是也可以可选地捕获和求得多个电机相的电机相电压。
通过切断/断开逆变器16的所有断路器M1…M6来切断逆变器16，从而使得连接到电机相连接部20的电机12不被驱动电路10主动地激励。优选地，不仅在逆变器16切断时、并且还在电机处于静止状态时，故障检查由检测电路28执行，使得不能通过仍在旋转的电机12的转子引起电压。
在图1的示例性实施例中，第一电阻器R1、R2的电阻值之和被选择为等于另外的电阻器R8、R9的电阻值之和，其中这些电阻值之和是每一者大约1兆欧。从而，在无故障状态下，电机相电压Uu呈现DC电压中间电路14两端的中间电路电压U+HV的值的一半。代替两个所述另外的电阻器R8、R9，也可以仅设置单独的电阻器R8。
现在基于在图1至3描述如何借助于该检测电路28检测R7a、R7b、R7c、R7d的绝缘故障的存在。出此考虑，以示例的形式，在图1中在供电网络26的网络电压UNetz的正半波中示出了故障电流IR7和电容器电流ΔI的电流箭头，其中逆变器16被切断并且断路器M1…6被切断/断开。
在故障检查期间的各种情况下，图2中的曲线图示出了在没有绝缘故障的无故障情况下的网络电压UNetz、故障电流IR7和电机相电压Uu、Uv、Uw的时间曲线，并且图3中的曲线图显示了在绝缘故障的情况下的网络电压UNetz、故障电流IR7和电机相电压Uu、Uv、Uw的时间曲线。图2和3的曲线轮廓示出了在切断PFC滤波器30的情况下进行故障检查的情况；然而，也可以在PFC滤波器30接通的情况下以类似的方式执行故障检查。
由于在无故障情况下的绝缘故障电阻无穷大，因此电机相电压Uu(对于R1+R2＝R8+R9的情况)占中间电路电压的一半U+HV/2。图2和3中曲线图的对比示出了可以使用电机相电压Uu的电压曲线来容易地检测电机装置的侧12、18处是否存在绝缘故障。
仅当整流器22的二极管D7在网络电压UNetz的正半波中导通并且整流器22的二极管D9在网络电压UNetz的负半波中导通时，故障电流IR7才流动。当逆变器16切断时，仅当网络电压UNetz超过中间电路电压的值的一半U+HV/2时才发生该状态。如图3所示，为此，故障电流IR7仅在网络电压UNetz的大小大于中间电路电压的一半U+HV/2时流动。
电机相电压Uu可以通过简单的分压器公式表示为测得的分压电压Um的函数：
Figure BDA0002160897830000111
在网络电压UNetz的正半波中，绝缘故障电阻R7可以通过以下表达式计算：
Figure BDA0002160897830000112
在网络电压UNetz的负半波中，绝缘故障电阻R7可以通过以下表达式计算：
Figure BDA0002160897830000113
在网络电压UNetz的正半波中，故障检查期间的故障电流IR7可以通过以下表达式计算：
Figure BDA0002160897830000114
在网络电压UNetz的负半波中，故障检查期间的故障电流IR7可以通过以下表达式计算：
在逆变器16接通的操作期间的可能的最大故障电流IR7，max可以基于在网络电压UNetz的正半波期间的绝缘故障的中间电路电压和所确定的电阻值R7的商通过以下表达式来确定：
Figure BDA0002160897830000122
在网络电压UNetz的负半波中，可能的最大故障电流IR7，max可以通过以下表达式计算：
Figure BDA0002160897830000123
也就是说，在逆变器16借同的操作期间，绝缘故障电阻R7、绝缘故障的故障电流值IR7和可能的最大故障电流值IR7，max可以仅基于检测电路28的第一电阻器和另外的电阻器R1、R2、R8、R9的电阻值、分得的电机相电压Uu的由检测电路28的分压器R1、R2捕获的测量电压Um、DC电压中间电路14两端的中间电路电压U+HV和网络电压UNetz来计算。
除了绝缘故障的定性检测之外，还可以借助于最后两个表达式来执行绝缘故障的定量检测。例如，可以将以这种方式计算的最大可能故障电流值IR7，max与预先限定的极限值进行比较。例如，如果故障电流值IR7超过6mA，则检测到绝缘故障。相反，如果仅确定低于预先限定的限制值(例如6mA或10mA)的小的最大可能故障电流值IR7，max，则可以在PFC滤波器30切断的情况下以可能的低功率操作电机12，并且故障信号也可以被传输给用户或客户服务。
具有根据本发明的用于检测电机装置的侧12、18的绝缘故障的检测电路28的驱动电路10也可以与其他供电网络26和相应的适配的整流器22结合使用。
参照图4至图6，其中更详细地解释了根据第二示例性实施例的用于电子整流电机的驱动电路的结构和操作方法。在这种情况下，相同或相应的部件和参数具有与第一示例性实施例中相同的附图标记。
在图4的示例性实施例中，供电网络26是三相供电系统，驱动电路10连接到供电系统的相导体L1、L2、L3，并且供电网络26还具有保护接地PE。在该示例性实施例中，整流器22具有整流桥电路，其具有总共六个整流二极管D7至D12。对于其余部分，驱动电路10对应于图1中的第一示例性实施例中的驱动电路。
图5中的曲线图示出了在没有绝缘故障的无故障情况下的网络电压UNetz、故障电流IR7和电机相电压Uu、Uv、Uw的时间曲线，并且
图6中的曲线图显示了在故障检查期间的任何情况下在绝缘故障的情况下的网络电压UNetz、故障电流IR7和电机相电压Uu、Uv、Uw的时间曲线。图5和6的曲线轮廓示出了在没有PFC滤波器30或PFC滤波器30切断的情况下对驱动电路10进行故障检查的情况；然而，也可以在PFC滤波器30接通的情况下以类似的方式执行故障检查。
由于在无故障情况下绝缘故障电阻无穷大，因此电机相电压Uu(对于R1+R2＝R8+R9的情况)占中间电路电压的一半U+HV/2。如图5和6中的曲线图的对比所示，电机相电压Uu、Uv、Uw的电压曲线可用于容易地检测电机装置的侧12、18是否存在绝缘故障。
在三相电源系统的情况下，故障电流IR7在故障的情况下连续流动，因为桥式整流器22的至少一个二极管D7…12在任何时候都是导电的。
在使用与第一示例性实施例中的单相电源系统相同的公式的三相电源系统的情况下，计算绝缘故障的电阻值和故障电流。
参照图7至图9，其中更详细地说明了根据第三示例性实施例的用于电子整流电机的驱动电路的结构和操作方法。在这种情况下，相同或相应的部件和参数具有与前述示例性实施例中相同的附图标记。
在图7的示例性实施例中，供电网络26是单相三线网络(美国)，驱动电路10连接到三线网络的相导体L1、L2，并且供电网络26还具有连接到保护性接地PE的中性导体。在该示例性实施例中，整流器22具有整流桥电路，其具有总共四个整流二极管D7至D10。对于其余部分，驱动电路10的结构和操作方法对应于图1中的第一示例性实施例的结构和操作方法。与具有单相电源系统的第一示例性实施例相对地，在单相三线网络的情况下，检测电路28的第一电阻R1、R2之和另外的电阻R8、R9之和必不相等，因为若非如此，故障电流将不会流过整流器22的二极管。然而，在这种情况下，一个电机相U也以高阻抗方式连接到DC电压中间电路14的负极。
图8中的曲线图示出了在没有绝缘故障的无故障情况下的网络电压UNetz、故障电流IR7和电机相电压Uu、Uv、Uw的时间曲线，图9中的曲线图示出了在故障检查期间的每种情况下在绝缘故障的情况下的网络电压UNetz、故障电流IR7和电机相电压Uu、Uv、Uw的时间曲线。图8和9的曲线轮廓示出了在没有PFC滤波器30或PFC滤波器30切断的情况下对驱动电路10进行故障检查的情况；然而，也可以在PFC滤波器30接通的情况下以类似的方式执行故障检查。
在单相三线网络的情况下，使用与第一示例性实施例中的单相电源系统相同的公式计算绝缘故障的电阻值和故障电流。
在无故障情况下，电机相电压Uu具有以下值：
Figure BDA0002160897830000141
在单相三线网络的情况下，仅当两个外部导体L1、L2之间的网络电压超过以下电压值时，故障电流IR7才流动：
Figure BDA0002160897830000151
参见图10至12，其中更详细地解释了根据第四示例性实施例的用于电子整流电机的驱动电路的结构和操作方法。在这种情况下，相同或相应的部件和参数具有与前述示例性实施例中相同的附图标记。
在图10的示例性实施例中，供电网络26是单相三线网络(美国)，与第三示例性实施例中类似，驱动电路10连接到三线网络的相导体L1、L2，并且供电网络26还具有连接到保护接地PE的中性导体。与第三示例性实施例相对地，该示例性实施例中的整流器22是具有两个整流二极管D1和D2的推挽式整流器的形式，并且DC电压中间电路14具有两个中间电路电容器C1和C2。对于其余部分，驱动电路10的结构和操作方法对应于图1中的第一示例性实施例的结构和操作方法。与具有单相电源系统的第一示例性实施例相对地，在单相三线网络的情况下，检测电路28的第一电阻R1、R2之和与另外的电阻R8、R9之和必不相等，因为若非如此，故障电流将不会流过整流器22的二极管。然而，在这种情况下，一个电机相U也以高阻抗方式连接到DC电压中间电路14的负极。
图11的曲线图示出了在没有绝缘故障的无故障情况下的网络电压UNetz、故障电流IR7和电机相电压Uu、Uv、Uw的时间曲线，图12中的曲线图示出了在故障检查期间的各种情况下，在绝缘故障的情况下的网络电压UNetz、故障电流IR7和电机相电压Uu、Uv、Uw的时间曲线。图11和12的曲线轮廓示出了在没有PFC滤波器30或PFC滤波器30切断的情况下对驱动电路10进行故障检查的情况；然而，也可以在PFC滤波器30接通的情况下以类似的方式执行故障检查。
在无故障情况下，电机相电压Uu具有以下值：
在单相三线网络的情况下，仅当两个外部导体L1、L2之间的网络电压超过以下电压值时，故障电流IR7才流动：
Figure BDA0002160897830000161
在网络电压UNetz的正半波中，绝缘故障电阻R7可以通过以下表达式计算：
Figure BDA0002160897830000162
在网络电压UNetz的负半波中，绝缘故障电阻R7可以通过以下表达式计算：
Figure BDA0002160897830000163
在网络电压UNetz的正半波中，故障检查期间的故障电流IR7可以通过以下表达式计算：
Figure BDA0002160897830000164
在网络电压UNetz的负半波中，故障检查期间的故障电流IR7可以通过以下表达式计算：
Figure BDA0002160897830000165
因此，在网络电压UNetz的正半波期间的其中逆变器16接通的操作期间，最大可能故障电流IR7，max可以通过以下表达式确定：
Figure BDA0002160897830000171
在网络电压UNetz的负半波中，最大可能故障电流IR7，max可以通过以下表达式计算：
Figure BDA0002160897830000172
参照图13，现在更详细地解释检测电路28'的替代实施例，例如，可以使用该检测电路代替上述检测电路28与图1、4、7和10中的驱动电路10进行组合，以为了除了检测在电机相U、V、W的绝缘故障R7a…d的存在之外，还能够检测电机相U、V、W中的中断X的存在。作为示例，图13示出了能够借助于该检测电路28’检测到的电机相故障R7a、R7b、R7c和X。
以与检测电路28的上述实施例变体类似的方式，检测电路28'具有包括两个第一电阻器R1和R2的分压器，第一电机相(此处：W)通过该分压器以高阻抗方式连接到地作为第一参考电位P1，以捕获和求得作为分压器R1、R2的测量电压Um的相应的电机相电压Uw。与检测电路28的上述实施变体相对地，该第一电机相W也未连接到DC电压中间电路14的正极。替代地，其他电机相U和V中的每一者分别通过两个另外的电阻器R3、R4和R5、R6以高阻抗方式连接到DC电压中间电路14的正极作为第二参考电位P2。因此，分得的电机相电压Uw通过分压器R1、R2被捕获为测量电压Um。
如果驱动电路10连接到单相或多相电源系统26并且在总共有三个电机相U、V、W的情况下，另外的电阻器的电阻值之和R3+R4与R5+R6(例如大约2兆欧)优选地是第一电阻器的电阻值之和R1+R2(例如大约1兆欧)的两倍，从而在无故障情况下测得的电机相电压Um再次具有中间电路电压的一半，如在图1至12的前述示例性实施例中那样。
对电机U、V、W上的绝缘故障R7a…c的检测、以及对故障检查期间的绝缘故障电阻R7、故障电流IR7和运行期间的在逆变器16接通的情况下的最大可能故障电流IR7，max的测量以与基于图1和12描述的使用检测电路28的故障检查方式的类似方式执行。然而，如果使用来自图13的检测电路28'，则电机相电压Uw也在电机相中断X的情况下改变，这是因为所有的电机相U、V、W随后不再彼此连接，并且即使没有绝缘故障R7a…c，所测得的电机相电压的值Um也不具有中间电路电压的一半U+HV/2。
附图标记列表
10：驱动电路
12：马达
14：DC电压中间电路
16：逆变器
18：电机缆线
20：电机相连接部
22：整流器
24：AC连接部
26：供电网络
28、28'：检测电路
30：功率因数校正滤波器(PFC滤波器)
C1、C2：14的中间电路电容器
D1、D2：22的整流二极管
D5：30的整流二极管
D7-D12：22的整流二极管
L1、L2、L3：26的相导体
L8：30的电感
M1-M6：16的断路器
M8：30的开关
N：26的中性导体
PE：保护接地
P1：第一参考电位
P2：第二参考电位
R1、R2：28、28'的第一电阻器
R3、R4：28'的另外的电阻器
R5、R6：28'的另外的电阻器
R7：绝缘故障电阻
R7a…d：绝缘故障电阻
R8、R9：28的另外的电阻器
SP：12的中性点
U、V、W：12、16、18的电机相
X：电机相中的中断
ΔI：电容器电流
IR7：故障电流
U+HV：中间电路电压
ULx：网络相电压
Um：由28、28'捕获的电压
UNetz：网络电压
Uu、Uv、Uw：电机相电压

Claims (14)

1.一种用于检测电机装置(12、18)的电机相故障(R7a…d；X)的方法，所述电机装置的电机相(U、V、W)连接到具有DC电压中间电路(14)和逆变器(16)的驱动电路(10)，
其特征在于，
当所述逆变器(16)切断时，在至少一个电机相(U、V、W)处的相对于参考电位(P1)的电机相电压(Uu、Uv、Uw)被捕获；并且
捕获的电机相电压(Uu、Uv、Uw)的电压曲线用于确定在所述电机装置(12、18)的所述电机相(U、V、W)中的一者上是否存在电机相故障(R7a…d；X)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
至少一个电机相(U、V、W)经由至少一个第一电阻器(R1、R2)连接到第一参考电位(P1)，并且经由至少一个另外的电阻器(R8、R9)连接到第二参考电位(P2)；并且
电机相(U、V、W)的分得的电机相电压(Uu、Uv、Uw)被捕获。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述电机相(U、V、W)的第一电机相(W)经由至少一个第一电阻器(R1、R2)连接到第一参考电位(P1)，并且所述电机相(U、V、W)的其他电机相(U、V)分别经由至少一个另外的电阻器(R3、R4；R5、R6)连接到第二参考电位(P2)；并且，
所述第一电机相(W)的分得的电机相电压(Uw)被捕获。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，
通过分压器(R1、R2)捕获电机相电压或分得的电机相电压(Uu、Uv、Uw)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，
故障检查期间的绝缘故障(R7a…d)的故障电流值(IR7)和/或所述绝缘故障(R7a…d)的电阻值(R7)和/或所述绝缘故障(R7a…d)的最大可能的故障电流值(IR7，max)在其中所述逆变器(16)接通的运行期间基于捕获的电机相电压(Uu、Uv、Uw)被定量计算。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，
故障检查期间的所述绝缘故障(R7a…d)的故障电流值(IR7)和/或所述绝缘故障(R7a…d)的电阻值(R7)仅基于所述至少一个第一电阻器(R1、R2)和所述至少一个另外的电阻器(R3、R4；R5、R6；R8、R9)的电阻值、通过所述分压器(R1、R2)捕获的分得的电机相电压(Uu、Uv、Uw)的测量电压(Um)、供电网络(26)的网络电压(UNetz)和所述DC电压中间电路(14)两端的中间电路电压(U+HV)来计算。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，
在所述逆变器(16)接通的运行期间，所述绝缘故障(R7a…d)的最大可能的故障电流值(IR7，max)仅基于所述至少一个第一电阻器(R1、R2)和所述至少一个另外的电阻器(R3、R4；R5、R6；R8、R9)的电阻值、通过所述分压器(R1、R2)捕获的分得的电机相电压(Uu、Uv、Uw)的测量电压(Um)、供电网络(26)的网络电压(UNetz)和所述DC电压中间电路(14)两端的中间电路电压(U+HV)来计算。
8.一种用于操作用于驱动电子整流电机(12)的驱动电路(10)的方法，所述驱动电路(10)具有DC电压中间电路(14)和逆变器(16)，其中，包含电机(12)的电机装置(12、18)的电机相(U、V、W)连接到所述驱动电路(10)的逆变器(16)，其中，所述电机装置(12、18)的电机相故障(R7a…d；X)的存在通过根据权利要求1至7中任一项所述的方法来检查，并且，如果确定了电机相故障(R7a…d；X)，则在捕获电机相电压(Uu、Uv、Uw)之后，防止接通所述驱动电路(10)的逆变器(16)和/或功率因数校正滤波器(30)。
9.一种用于操作用于驱动电子整流电机(12)的驱动电路(10)的方法，所述驱动电路(10)具有DC电压中间电路(14)、功率因数校正滤波器(30)和逆变器(16)，其中，包含电机(12)的电机装置(12、18)的电机相(U、V、W)连接到所述驱动电路(10)的逆变器(16)，其中，所述电机装置(12、18)的电机相故障(R7a…d；X)的存在通过根据权利要求1至7中任一项所述的方法来检查，并且，如果确定了电机相(U、V、W)上的绝缘故障(R7a…d；X)的最大可能的故障电流值(IR7，max)低于预定极限值，则在捕获电机相电压(Uu、Uv、Uw)之后驱动电机(12)时切断功率因数校正滤波器(30)。
10.一种用于驱动电子整流电机(12)的驱动电路(10)，所述驱动电路具有：
DC电压中间电路(14)；和
逆变器(16)，所述逆变器连接到所述DC电压中间电路(14)，并且包含电机(12)的电机装置(12、18)的电机相(U、V、W)能够连接到所述逆变器，
其特征在于，
所述驱动电路还包括检测电路(28、28’)，所述检测电路用于捕获电机相(U、V、W)的至少一者处的相对于参考电位(P1)的电机相电压(Uu、Uv、Uw)；并且
所述驱动电路还包括控制设备，所述控制设备被配置为在所述逆变器(16)切断时操作检测电路(28、28’)以捕获所述电机相电压(Uu、Uv、Uw)，并基于捕获的电机相电压(Uu、Uv、Uw)的电压曲线确定是否在电机装置(12、18)的电机相(U、V、W)的一者上存在电机相故障(R7a…d；X)。
11.根据权利要求10所述的驱动电路，其中，
所述检测电路(28)具有至少一个第一电阻器(R1、R2)以及至少一个另外的电阻器(R8、R9)，至少一个电机相(U、V、W)通过所述至少一个第一电阻器连接到第一参考电位(P1)，所述至少一个电机相(U、V、W)通过所述至少一个另外的电阻器连接到第二参考电位(P2)。
12.根据权利要求10所述的驱动电路，其中，
所述检测电路(28')具有至少一个第一电阻器(R1、R2)以及至少一个另外的电阻器(R3、R4；R5、R6)，所述电机相(U、V、W)的第一电机相(W)通过所述至少一个第一电阻器连接到第一参考电位(P1)，所述电机相(U、V、W)的其他电机相(U、V)相应地通过所述至少一个另外的电阻器连接到第二参考电位(P2)。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的驱动电路，其中，
所述检测电路(28、28’)具有分压器(R1、R2)，以用于捕获所述电机相电压(Uu、Uv、Uw)。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的驱动电路，其中，
所述控制设备被配置为在已经确定了电机相故障(R7a…d；X)的情况下，在所述电机相电压(Uu、Uv、Uw)被捕获之后防止接通所述逆变器(16)和/或功率因数校正滤波器(30)。
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