CN116298561A - 用于四象限变频器的电压相序检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于四象限变频器的电压相序检测系统,包括电压向量检测单元，电压向量检测单元的输入端与整流回馈单元的输入端电连接，电压向量检测单元被配置为在整流主控单元对IGBT模块进行调制之前获取整流回馈单元的输入端的三相输入电压，以及根据三相输入电压确定与三相输入电压相关的三个电压向量；以及整流主控单元，整流回馈单元与电压向量检测单元电连接，被配置为根据三个电压向量的脉冲顺序确定整流回馈单元的输入端的电压相序。在该检测系统中，电压向量检测单元的输入端与整流回馈单元的输入端电连接，输入电压检测点在整流回馈单元的输入端，这样，可以显著减少电压向量检测单元的导线长度，有效降低外界干扰。

Description

用于四象限变频器的电压相序检测系统

技术领域

本发明属于四象限变频器的电压相序检测技术领域，尤其涉及一种用于四象限变频器的电压相序检测系统。

背景技术

传统的针对四象限变频器的相序检测方案中，必须在四象限变频器的变压器副边设置电压检测点，并设置相应的电压相序检测电路和相应的接线。但是，四象限变频器的电抗器的热损耗通常在2%左右，最高温度可能达到130℃。而四象限变频器的IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的安全工作的环境温度通常小于55℃。因此，如果电抗器和IGBT在同一个防爆腔体，电抗器对环境温度的加热可能使IGBT温升击穿。所以，需要将电抗器和IGBT进行分腔设计，因此，电抗器与IGBT之间的距离较远。所以，电压相序检测电路的输入电压检测线过长，使得相序检测很容易受到外界干扰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中电压相序检测电路的输入电压检测线过长，使得相序检测很容易受到外界干扰的缺陷，提供一种用于四象限变频器的电压相序检测系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

根据本公开的一个方面，提供一种用于四象限变频器的电压相序检测系统。四象限变频器包括整流回馈单元，整流回馈单元包括IGBT模块，该检测系统包括：电压向量检测单元，电压向量检测单元的输入端与整流回馈单元的输入端电连接，电压向量检测单元被配置为在整流主控单元对IGBT模块进行调制之前获取整流回馈单元的输入端的三相输入电压，以及根据三相输入电压确定与三相输入电压相关的三个电压向量，三个电压向量包括第一电压向量Urs、第二电压向量Ust以及第三电压向量Utr；以及整流主控单元，整流回馈单元与电压向量检测单元电连接，被配置为捕获第一电压向量Urs、第二电压向量Ust以及第三电压向量Utr，以及根据第一电压向量Urs、第二电压向量Ust以及第三电压向量Utr的脉冲顺序确定整流回馈单元的输入端的电压相序。其中，第一电压向量Urs为整流回馈单元的输入端的R相线与S相线之间的线电压，第二电压向量Ust为整流回馈单元的输入端的S相线与T相线之间的线电压，第三电压向量Utr为整流回馈单元的输入端的T相线与R相线之间的线电压。

在一些实施例中，电压向量检测单元包括：第一电阻网络，第一电阻网络的输入端与整流回馈单元的输入端的R相线电连接，第一电阻网络的输出端分别与第一电压比较器反向输入端、第二电压比较器同向输入端电连接；第一电容，第一电容的一端与第一电阻网络的输出端电连接，第一电容的另一端接地；第一电压比较器，第一电压比较器的输出端被配置为输出第三电压向量Utr；第二电阻网络，第二电阻网络的输入端与整流回馈单元的输入端的S相线电连接，第二电阻网络的输出端分别与第二电压比较器反向输入端、第三电压比较器同向输入端电连接；第二电容，第二电容的一端与第二电阻网络的输出端电连接，第二电容的另一端接地；第二电压比较器，第二电压比较器的输出端被配置为输出第一电压向量Urs；第三电阻网络，第三电阻网络的输入端与整流回馈单元的输入端的T相线电连接，第三电阻网络的输出端分别与第三电压比较器反向输入端、第一电压比较器同向输入端电连接；第三电容，第三电容的一端与第三电阻网络的输出端电连接，第三电容的另一端接地；以及第三电压比较器，第三电压比较器的输出端被配置为输出第二电压向量Ust。

在一些实施例中，第一电阻网络包括：第一电阻，第一电阻的一端作为第一电阻网络的输入端，第一电阻的另一端与第二电阻的一端电连接；第二电阻，第二电阻的另一端分别与第三电阻的一端、第四电阻的一端以及第五电阻的一端电连接；第三电阻，第三电阻的另一端接地；第四电阻，第四电阻的另一端作为第一电阻网络的输出端；以及第五电阻，第五电阻的另一端与直流电源端电连接；第二电阻网络包括：第六电阻，第六电阻的一端作为第二电阻网络的输入端，第六电阻的另一端与第七电阻的一端电连接；第七电阻，第七电阻的另一端分别与第八电阻的一端、第九电阻的一端以及第十电阻的一端电连接；第八电阻，第八电阻的另一端接地；第九电阻，第九电阻的另一端作为第二电阻网络的输出端；以及第十电阻，第十电阻的另一端与直流电源端电连接；第三电阻网络包括：第十一电阻，第十一电阻的一端作为第三电阻网络的输入端，第十一电阻的另一端与第十二电阻的一端电连接；第十二电阻，第十二电阻的另一端分别与第十三电阻的一端、第十四电阻的一端以及第十五电阻的一端电连接；第十三电阻，第十三电阻的另一端接地；第十四电阻，第十四电阻的另一端作为第三电阻网络的输出端；以及第十五电阻，第十五电阻的另一端与直流电源端电连。

在一些实施例中，该检测系统还包括三相调制电压检测单元，三相调制电压检测单元的输入端与整流回馈单元的输入端电连接，三相调制电压检测单元被配置为在整流主控单元对整流回馈单元的IGBT模块进行调制时根据整流回馈单元的输入端的三相输入电压确定三相调制电压；整流主控单元还与三相调制电压检测单元电连接，整流主控单元还被配置为根据三相调制电压对四象限变频器进行电压闭环控制。

在一些实施例中，三相调制电压检测单元包括：第四电阻网络，第四电阻网络的输入端与整流回馈单元的输入端的R相线电连接，第四电阻网络的输出端与第四电压比较器同向输入端电连接；第四电容，第四电容的一端与第四电阻网络的输出端电连接，第四电容的另一端与直流母线负极电连接；第四电压比较器，第四电压比较器的输出端与第四电压比较器的反向输入端电连接，第四电压比较器的输出端被配置为输出第一调制电压；第五电阻网络，第五电阻网络的输入端与整流回馈单元的输入端的S相线电连接，第五电阻网络的输出端与第五电压比较器同向输入端电连接；第五电容，第五电容的一端与第五电阻网络的输出端电连接，第五电容的另一端与直流母线负极电连接；第五电压比较器，第五电压比较器的输出端与第五电压比较器的反向输入端电连接，第五电压比较器的输出端被配置为输出第二调制电压；第六电阻网络，第六电阻网络的输入端与整流回馈单元的输入端的T相线电连接，第六电阻网络的输出端与第六电压比较器同向输入端电连接；第六电容，第六电容的一端与第六电阻网络的输出端电连接，第六电容的另一端与直流母线负极电连接；第六电压比较器，第六电压比较器的输出端与第六电压比较器的反向输入端电连接，第六电压比较器的输出端被配置为输出第三调制电压。

在一些实施例中，第四电阻网络包括：第十六电阻，第十六电阻的一端作为第四电阻网络的输入端，第十六电阻的另一端与第十七电阻电连接；第十七电阻，第十七电阻的另一端与第十八电阻的一端电连接；第十八电阻，第十八电阻的一端作为第四电阻网络的输出端，第十八电阻的另一端与直流母线负极电连接；第五电阻网络包括：第十九电阻，第十九电阻的一端作为第五电阻网络的输入端，第十九电阻的另一端与第二十电阻电连接；第二十电阻，第二十电阻的另一端与第二十一电阻的一端电连接；第二十一电阻，第二十一电阻的一端作为第五电阻网络的输出端，第二十一电阻的另一端与直流母线负极电连接；第六电阻网络包括：第二十二电阻，第二十二电阻的一端作为第六电阻网络的输入端，第二十二电阻的另一端与第二十三电阻电连接；第二十三电阻，第二十三电阻的另一端与第二十四电阻的一端电连接；第二十四电阻，第二十四电阻的一端作为第六电阻网络的输出端，第二十四电阻的另一端与直流母线负极电连接。

在一些实施例中，IGBT模块包括第一IGBT单元和第二IGBT单元，第一IGBT单元与直流母线正极电连接，第二IGBT单元与直流母线负极电连接；整流主控单元还被配置为使得第二IGBT单元导通，在预定延迟时间后获取第一调制电压，以及响应于确定第一调制电压大于第一参考电压，将整流回馈单元中的所有IGBT模块断开。

在一些实施例中，IGBT模块包括第一IGBT单元和第二IGBT单元，第一IGBT单元与直流母线正极电连接，第二IGBT单元与直流母线负极电连接；整流主控单元还被配置为使得第一IGBT单元导通，在预定延迟时间后获取第一调制电压，以及响应于确定第一调制电压小于第二参考电压，将整流回馈单元中的所有IGBT模块断开。

在一些实施例中，整流主控单元包括FPGA（现场可编程逻辑门阵列）。

在一些实施例中，预定延迟时间为5毫秒。

在一些实施例中，三相调制电压检测单元以直流母线负极为参考地。

本发明的积极进步效果在于：在该用于四象限变频器的电压相序检测系统中，电压向量检测单元的输入端与整流回馈单元的输入端电连接，也即，输入电压检测点在整流回馈单元的输入端，这样，可以显著减少电压向量检测单元的导线长度，有效降低外界干扰。

附图说明

图1示出了传统的针对四象限变频器的相序检测方案。

图2示出了本公开的实施例的一种可选的实施方式的用于四象限变频器的电压相序检测系统的方框示意图。

图3示出了本公开的实施例的用于四象限变频器的电压相序检测系统与四象限变频器的连接方式示意图。

图4示出了本公开的实施例的电压向量检测单元的电路结构示意图。

图5示出了整流回馈单元的输入端的三相输入电压的波形以及电压向量检测单元输出的三个电压向量的波形示意图。

图6示出了本公开的实施例的一种可选的实施方式的用于四象限变频器的电压相序检测系统的方框示意图。

图7示出了本公开的实施例的三相调制电压检测单元的电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

如前文所描述，传统的针对四象限变频器的相序检测方案中，必须在四象限变频器的变压器副边设置电压检测点，并设置相应的电压相序检测电路和相应的接线。图1示出了传统的针对四象限变频器的相序检测方案。应当理解，四象限变频器110的主回路拓扑结构包括变压器112、第一电抗器L1、第二电抗器L2、整流回馈单元114以及逆变单元116。其中，整流回馈单元114与逆变单元116通过直流母线连接，直流母线包括直流母线正极DC+和直流母线负极DC-。逆变单元116与牵引电机118电连接。整流回馈单元114包括三个IGBT单元，其中，IGBT元件VT1以及IGBT元件VT2构成一个IGBT单元，IGBT元件VT1与直流母线正极DC+电连接，IGBT元件VT2与直流母线负极DC-电连接，其中，C表征IGBT元件的集电极，E表征IGBT元件的发射极，G表征IGBT元件的基极。类似地，IGBT元件VT3以及IGBT元件VT4构成一个IGBT单元，IGBT元件VT5以及IGBT元件VT6构成一个IGBT单元。逆变单元116包括三个IGBT单元，其中，IGBT元件VT13以及IGBT元件VT14构成一个IGBT单元，IGBT元件VT13与直流母线正极DC+电连接，IGBT元件VT4与直流母线负极DC-电连接。类似地，IGBT元件VT15以及IGBT元件VT16构成一个IGBT单元，IGBT元件VT17以及IGBT元件VT18构成一个IGBT单元。

对于四象限变频器110，整流回馈单元114如果要实现能量的双向流通，并且实现控制Ir、Is、It中的无功分量和电流有效值大小，就必须知道UR、US、UT三相输入电压的大小和相位。针对四象限变频器110进行相序检测，例如可以采用电压相序检测电路120实现。传统的相序检测方案中，压检测点设置于变压器112的副边。因此，电压相序检测电路120的检测输入端与变压器112的副边电连接，电压相序检测电路120的输出端分别通过电流互感器CT1、CT2以及CT3与整流回馈单元114的输入端连接，其中，Ur、Us、Ut分别表征整流回馈单元114的输入端的电压。此种情况下，电压相序检测电路120的输入电压检测线过长，使得相序检测很容易受到外界干扰。

为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个，本公开的示例实施例提出了一种用于四象限变频器的电压相序检测系统的方案。在本公开的方案中，电压向量检测单元的输入端与整流回馈单元的输入端电连接，也即，输入电压检测点在整流回馈单元的输入端，这样，可以显著减少电压向量检测单元的导线长度，有效降低外界干扰。

以下对本公开的实施例的用于四象限变频器的电压相序检测系统进行详细说明。

图2示出了本公开的实施例的一种可选的实施方式的用于四象限变频器的电压相序检测系统的方框示意图。图3示出了本公开的实施例的用于四象限变频器的电压相序检测系统与四象限变频器的连接方式示意图。图4示出了本公开的实施例的电压向量检测单元的电路结构示意图。四象限变频器110包括整流回馈单元114，整流回馈单元114包括IGBT模块。检测系统200包括电压向量检测单元202和整流主控单元204。其中，电压向量检测单元202的输入端与整流回馈单元114的输入端电连接，电压向量检测单元202被配置为在整流主控单元204对IGBT模块进行调制之前获取整流回馈单元114的输入端的三相输入电压（整流回馈单元114的输入端的三相输入电压例如包括Ur、Us、Ut），以及根据三相输入电压确定与三相输入电压相关的三个电压向量，三个电压向量包括第一电压向量Urs、第二电压向量Ust以及第三电压向量Utr。整流回馈单元与电压向量检测单元电连接，被配置为捕获第一电压向量Urs、第二电压向量Ust以及第三电压向量Utr，以及根据第一电压向量Urs、第二电压向量Ust以及第三电压向量Utr的脉冲顺序确定整流回馈单元的输入端的电压相序。

在上述方案中，检测系统200的电压检测的测量点设置在整流回馈单元114的输入侧，也即，检测系统200紧靠整流回馈单元114。所以，检测系统200的检测导线可以设置得很短，这显著降低了EMC（电磁兼容性）处理的难度，从而有效降低外界干扰。

电压向量检测单元202包括第一电阻网络221、第一电容C1、第一电压比较器CMP1、第二电阻网络222、第二电容C2、第二电压比较器CMP2、第三电阻网络223、第三电容C3以及第三电压比较器CMP3。其中，第一电阻网络221的输入端与整流回馈单元114的输入端的R相线电连接，以便获取整流回馈单元114的输入端的R相线电压Ur。第一电阻网络221的输出端分别与第一电压比较器CMP1反向输入端、第二电压比较器CMP2同向输入端电连接。第一电容C1的一端与第一电阻网络221的输出端电连接，第一电容C1的另一端接地。第一电压比较器CMP1的输出端被配置为输出第三电压向量Utr。第二电阻网络222的输入端与整流回馈单元114的输入端的S相线电连接，以便获取整流回馈单元114的输入端的S相线电压Us。第二电阻网络222的输出端分别与第二电压比较器CMP2反向输入端、第三电压比较器CMP3同向输入端电连接。第二电容C2的一端与第二电阻网络222的输出端电连接，第二电容C2的另一端接地。第二电压比较器CMP2的输出端被配置为输出第一电压向量Urs。第三电阻网络223的输入端与整流回馈单元114的输入端的T相线电连接，以便获取整流回馈单元114的输入端的T相线电压Ut。第三电阻网络223的输出端分别与第三电压比较器CMP3反向输入端、第一电压比较器CMP1同向输入端电连接。第三电容C3的一端与第三电阻网络223的输出端电连接，第三电容C3的另一端接地。第三电压比较器CMP3的输出端被配置为输出第二电压向量Ust。

第一电阻网络221包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4以及第五电阻R5。第一电阻R1的一端作为第一电阻网络221的输入端，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端电连接；第二电阻R2的另一端分别与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端以及第五电阻R5的一端电连接；第三电阻R3的另一端接地；第四电阻R4的另一端作为第一电阻网络221的输出端；第五电阻R5的另一端与直流电源端VDD电连接。

第二电阻网络222包括第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9以及第十电阻R10。第六电阻R6的一端作为第二电阻网络222的输入端，第六电阻R6的另一端与第七电阻R7的一端电连接；第七电阻R7的另一端分别与第八电阻R8的一端、第九电阻R9的一端以及第十电阻R10的一端电连接；第八电阻R8的另一端接地；第九电阻R9的另一端作为第二电阻网络222的输出端；第十电阻R10的另一端与直流电源端VDD电连接。

第三电阻网络223包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14以及第十五电阻R15。第十一电阻R11的一端作为第三电阻网络223的输入端，第十一电阻R11的另一端与第十二电阻R12的一端电连接；第十二电阻R12的另一端分别与第十三电阻R13的一端、第十四电阻R14的一端以及第十五电阻R15的一端电连接；第十三电阻R13的另一端接地；第十四电阻R14的另一端作为第三电阻网络223的输出端；第十五电阻R15的另一端与直流电源端VDD电连。

需要说明的是，当四象限变频器110主回路刚上主电，当电容C10两端的母线电压稳定，此时通过电阻RA、RB完成了预充电。整流主控单元204还没有对整流回馈单元114中的IGBT单元VT1～VT6进行调制，此时，Ir=Is=It=0；UR=Ur、US=Us、UT=Ut。显然此时检测系统200对Ur、Us、Ut进行锁相，测量到的相位和幅值，就是变压器112输出的相序和幅值。图5示出了整流回馈单元的输入端的三相输入电压的波形以及电压向量检测单元输出的三个电压向量的波形示意图。其中，纵轴表征电压，横轴表征时间（t）。如图5所示，如果此时整流回馈单元的输入端的三相输入电压的相位是Ur、Us、Ut，则Urs、Ust、Utr依次输出高电平脉冲。反之，如果整流回馈单元的输入端的三相输入电压的相位是Ur、Ut、Us，则Urs、Utr、Ust依次输出高电平脉冲。所以，整流主控单元204只要对Urs、Utr、Ust进行捕获，测量出脉冲顺序，就能够确定整流回馈单元的输入端的电压相序，也即，变压器112的副边的三相电压UR、US、UT的相序。

图6示出了本公开的实施例的一种可选的实施方式的用于四象限变频器的电压相序检测系统的方框示意图。如图6所示，在一些实施例中，该检测系统200还包括三相调制电压检测单元206。图7示出了本公开的实施例的三相调制电压检测单元206的电路结构示意图。三相调制电压检测单元206的输入端与整流回馈单元114的输入端电连接，三相调制电压检测单元206被配置为在整流主控单元204对整流回馈单元114的IGBT模块进行调制时根据整流回馈单元114的输入端的三相输入电压确定三相调制电压；整流主控单元204还与三相调制电压检测单元206电连接，整流主控单元204还被配置为根据三相调制电压对四象限变频器110进行电压闭环控制。

在一些实施例中，三相调制电压检测单元206包括第四电阻网络224、第四电容C4、第四电压比较器CMP4、第五电阻网络225、第五电容C5、第五电压比较器CMP5、第六电阻网络226、第六电容C6、第六电压比较器CMP6。其中，第四电阻网络224的输入端与整流回馈单元114的输入端的R相线电连接，以便获取整流回馈单元114的输入端的R相线电压Ur，第四电阻网络224的输出端与第四电压比较器CMP4同向输入端电连接；第四电容C4的一端与第四电阻网络224的输出端电连接，第四电容C4的另一端与直流母线负极DC-电连接；第四电压比较器CMP4的输出端与第四电压比较器CMP4的反向输入端电连接，第四电压比较器CMP4的输出端被配置为输出第一调制电压U1；第五电阻网络225的输入端与整流回馈单元114的输入端的S相线电连接，以便获取整流回馈单元114的输入端的S相线电压Us，第五电阻网络225的输出端与第五电压比较器CMP5同向输入端电连接；第五电容C5的一端与第五电阻网络225的输出端电连接，第五电容C5的另一端与直流母线负极DC-电连接；第五电压比较器CMP5的输出端与第五电压比较器CMP5的反向输入端电连接，第五电压比较器CMP5的输出端被配置为输出第二调制电压V1；第六电阻网络226的输入端与整流回馈单元114的输入端的T相线电连接，以便获取整流回馈单元114的输入端的T相线电压Ut，第六电阻网络226的输出端与第六电压比较器CMP6同向输入端电连接；第六电容C6的一端与第六电阻网络226的输出端电连接，第六电容C6的另一端与直流母线负极DC-电连接；第六电压比较器CMP6的输出端与第六电压比较器CMP6的反向输入端电连接，第六电压比较器CMP6的输出端被配置为输出第三调制电压W1。

在一些实施例中，第四电阻网络224包括第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18。第十六电阻R16的一端作为第四电阻网络224的输入端，第十六电阻R16的另一端与第十七电阻R17电连接；第十七电阻R17的另一端与第十八电阻R18的一端电连接；第十八电阻R18的一端作为第四电阻网络224的输出端，第十八电阻R18的另一端与直流母线负极DC-电连接。

第五电阻网络225包括第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21。第十九电阻R19的一端作为第五电阻网络225的输入端，第十九电阻R19的另一端与第二十电阻R20电连接；第二十电阻R20的另一端与第二十一电阻R21的一端电连接；第二十一电阻R21的一端作为第五电阻网络225的输出端，第二十一电阻R21的另一端与直流母线负极DC-电连接。

第六电阻网络226包括第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24。第二十二电阻R22的一端作为第六电阻网络226的输入端，第二十二电阻R22的另一端与第二十三电阻R23电连接；第二十三电阻R23的另一端与第二十四电阻R24的一端电连接；第二十四电阻R24的一端作为第六电阻网络226的输出端，第二十四电阻R24的另一端与直流母线负极DC-电连接。

在一些实施例中，整流回馈单元114的IGBT模块例如包括第一IGBT单元VT1和第二IGBT单元VT2等，第一IGBT单元VT1与直流母线正极DC+电连接，第二IGBT单元VT2与直流母线负极DC-电连接。需要说明的是，当整流主控单元204对整流回馈单元114的IGBT模块进行调制时，此时R相线电压Ur、S相线电压Us、T相线电压Ut是整流回馈单元114的IGBT单元VT1～VT6的调制电压。当第二IGBT单元VT2截止、第一IGBT单元VT1导通时，Ur=UDC+（UDC+表征直流母线正极DC+的电压）；当第一IGBT单元VT1截止、第二IGBT单元VT2导通时，Ur=UDC-（UDC-表征直流母线负极DC-的电压）。因此，在整流主控单元204对整流回馈单元114的IGBT模块进行调制时，三相调制电压检测单元206可以根据整流回馈单元114的输入端的三相输入电压确定三相调制电压。三相调制电压检测单元206以直流母线负极DC-的电压UDC-为参考地。第一调制电压U1、第二调制电压V1、第三调制电压W1分别对应于三相调制电压的波形。整流主控单元204根据第一调制电压U1、第二调制电压V1、第三调制电压W1的幅值和相位可以计算出调制电压的大小和相位，从而对四象限变频器进行电压闭环控制。

在一些实施例中，整流回馈单元114的IGBT模块例如包括第一IGBT单元VT1和第二IGBT单元VT2，第一IGBT单元VT1与直流母线正极DC+电连接，第二IGBT单元VT2与直流母线负极DC-电连接；整流主控单元204还被配置为使得第二IGBT单元VT2导通，在预定延迟时间后获取第一调制电压U1，以及响应于确定第一调制电压U1大于第一参考电压，将整流回馈单元114中的所有IGBT模块断开。预定延迟时间例如为5微秒。

需要说明的是，当整流主控单元204生成第一开通信号使得第二IGBT单元VT2导通，以及使得第一IGBT单元VT1截止，整流主控单元204延迟5微秒后检测第一调制电压U1。正常情况下，即第一IGBT单元VT1未发生短路的情况下，应当满足U1=0V。但是，如果出现第一IGBT单元VT1短路，则第一IGBT单元VT1和第二IGBT单元VT2对直流母线短路，其直通电流会在1～3微秒内增大到IGBT单元的额定电流的6～7倍，于是，第二IGBT单元VT2饱和导通，第二IGBT单元VT2的CE电压（集电极与发射极之间的电压）相应地升高，第一调制电压U1也相应地升高。在整流主控单元204运行的程序中，可以设定第一参考电压，第一参考电压例如可以为1.6V左右。只要第一调制电压U1超过第一参考电压，整流主控单元204即判定第一IGBT单元VT1短路。于是，整流主控单元204立即将整流回馈单元114中的所有IGBT模块断开，以便停止所有驱动号信号输出，并且整流主控单元204输出U相上桥短路报警信号。此处的第一参考电压1.6V是以整流主控单元204的工作电压（即直流电源端VDD的电压）为5V为例进行说明的。如果整流主控单元204的工作电压为3.3V，则第一参考电压需要相应调整。即，第一参考电压与直流电源端VDD的电压正相关。

在一些实施例中，IGBT模块包括第一IGBT单元VT1和第二IGBT单元VT2，第一IGBT单元VT1与直流母线正极DC+电连接，第二IGBT单元VT2与直流母线负极DC-电连接；整流主控单元204还被配置为使得第一IGBT单元VT1导通，在预定延迟时间后获取第一调制电压U1，以及响应于确定第一调制电压U1小于第二预定电压，将整流回馈单元114中的所有IGBT模块断开。预定延迟时间例如为5微秒。

需要说明的是，当整流主控单元204生成第二开通信号使得第一IGBT单元VT1导通，以及使得第二IGBT单元VT2截止，整流主控单元204延迟5微秒后检测第一调制电压U1。正常情况下，即第二IGBT单元VT2未发生短路的情况下，应当满足U1=5V。但是，如果发生第二IGBT单元VT2短路，则U1<5V。在整流主控单元204运行的程序中，可以设定第二参考电压，第二参考电压例如可以为3.4V。只要第一调制电压U1小于第二参考电压，整流主控单元204即判定第二IGBT单元VT2短路。于是，整流主控单元204立即将整流回馈单元114中的所有IGBT模块断开，以便停止所有驱动号信号输出，并且整流主控单元204输出U相下桥短路报警信号。此处的第二参考电压3.4V是以整流主控单元204的工作电压（即直流电源端VDD的电压）为5V为例进行说明的。如果整流主控单元204的工作电压为3.3V，则第二参考电压需要相应调整。即，第二参考电压与直流电源端VDD的电压正相关。

需要说明的是，预定延迟时间为驱动保护时间，可以根据IGBT单元实际的短路保护时间来合理设定。例如，如果IGBT单元要求6微秒短路保护时间，则预定延迟时间通常设置为4.5～5.5微秒之间；如果IGBT单元要求10微秒短路保护时间，则预定延迟时间通常设置为8～9微秒之间。也即，预定延迟时间与IGBT单元对应的短路保护时间正相关。

为了使得检测系统200响应速度快，整流主控单元204可以采用FPGA或者CPLD（复杂可编程逻辑器件）作为控制芯片来实现。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于四象限变频器的电压相序检测系统，四象限变频器包括整流回馈单元，整流回馈单元包括IGBT模块，其特征在于，所述检测系统包括：

电压向量检测单元，电压向量检测单元的输入端与整流回馈单元的输入端电连接，电压向量检测单元被配置为在整流主控单元对整流回馈单元的IGBT模块进行调制之前获取整流回馈单元的输入端的三相输入电压，以及根据三相输入电压确定与三相输入电压相关的三个电压向量，三个电压向量包括第一电压向量Urs、第二电压向量Ust以及第三电压向量Utr，第一电压向量Urs为整流回馈单元的输入端的R相线与S相线之间的线电压，第二电压向量Ust为整流回馈单元的输入端的S相线与T相线之间的线电压，第三电压向量Utr为整流回馈单元的输入端的T相线与R相线之间的线电压；

三相调制电压检测单元，三相调制电压检测单元的输入端与整流回馈单元的输入端电连接，三相调制电压检测单元被配置为在整流主控单元对整流回馈单元的IGBT模块进行调制时根据整流回馈单元的输入端的三相输入电压确定三相调制电压；以及

整流主控单元，整流回馈单元与电压向量检测单元电连接，被配置为捕获第一电压向量Urs、第二电压向量Ust以及第三电压向量Utr，以及根据第一电压向量Urs、第二电压向量Ust以及第三电压向量Utr的脉冲顺序确定整流回馈单元的输入端的电压相序；整流主控单元还与三相调制电压检测单元电连接，整流主控单元还被配置为根据三相调制电压对四象限变频器进行电压闭环控制。

2.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，电压向量检测单元包括：

第一电阻网络，第一电阻网络的输入端与整流回馈单元的输入端的R相线电连接，第一电阻网络的输出端分别与第一电压比较器反向输入端、第二电压比较器同向输入端电连接；

第一电容，第一电容的一端与第一电阻网络的输出端电连接，第一电容的另一端接地；

第一电压比较器，第一电压比较器的输出端被配置为输出第三电压向量Utr；

第二电阻网络，第二电阻网络的输入端与整流回馈单元的输入端的S相线电连接，第二电阻网络的输出端分别与第二电压比较器反向输入端、第三电压比较器同向输入端电连接；

第二电容，第二电容的一端与第二电阻网络的输出端电连接，第二电容的另一端接地；

第二电压比较器，第二电压比较器的输出端被配置为输出第一电压向量Urs；

第三电阻网络，第三电阻网络的输入端与整流回馈单元的输入端的T相线电连接，第三电阻网络的输出端分别与第三电压比较器反向输入端、第一电压比较器同向输入端电连接；

第三电容，第三电容的一端与第三电阻网络的输出端电连接，第三电容的另一端接地；以及

第三电压比较器，第三电压比较器的输出端被配置为输出第二电压向量Ust。

3.如权利要求2所述的检测系统，其特征在于，第一电阻网络包括：

第一电阻，第一电阻的一端作为第一电阻网络的输入端，第一电阻的另一端与第二电阻的一端电连接；

第二电阻，第二电阻的另一端分别与第三电阻的一端、第四电阻的一端以及第五电阻的一端电连接；

第三电阻，第三电阻的另一端接地；

第四电阻，第四电阻的另一端作为第一电阻网络的输出端；以及，

第五电阻，第五电阻的另一端与直流电源端电连接；

第二电阻网络包括：

第六电阻，第六电阻的一端作为第二电阻网络的输入端，第六电阻的另一端与第七电阻的一端电连接；

第七电阻，第七电阻的另一端分别与第八电阻的一端、第九电阻的一端以及第十电阻的一端电连接；

第八电阻，第八电阻的另一端接地；

第九电阻，第九电阻的另一端作为第二电阻网络的输出端；以及，

第十电阻，第十电阻的另一端与直流电源端电连接；

第三电阻网络包括：

第十一电阻，第十一电阻的一端作为第三电阻网络的输入端，第十一电阻的另一端与第十二电阻的一端电连接；

第十二电阻，第十二电阻的另一端分别与第十三电阻的一端、第十四电阻的一端以及第十五电阻的一端电连接；

第十三电阻，第十三电阻的另一端接地；

第十四电阻，第十四电阻的另一端作为第三电阻网络的输出端；以及，

第十五电阻，第十五电阻的另一端与直流电源端电连。

4.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，三相调制电压检测单元包括：

第四电阻网络，第四电阻网络的输入端与整流回馈单元的输入端的R相线电连接，第四电阻网络的输出端与第四电压比较器同向输入端电连接；

第四电容，第四电容的一端与第四电阻网络的输出端电连接，第四电容的另一端与直流母线负极电连接；

第四电压比较器，第四电压比较器的输出端与第四电压比较器的反向输入端电连接，第四电压比较器的输出端被配置为输出第一调制电压；

第五电阻网络，第五电阻网络的输入端与整流回馈单元的输入端的S相线电连接，第五电阻网络的输出端与第五电压比较器同向输入端电连接；

第五电容，第五电容的一端与第五电阻网络的输出端电连接，第五电容的另一端与直流母线负极电连接；

第五电压比较器，第五电压比较器的输出端与第五电压比较器的反向输入端电连接，第五电压比较器的输出端被配置为输出第二调制电压；

第六电阻网络，第六电阻网络的输入端与整流回馈单元的输入端的T相线电连接，第六电阻网络的输出端与第六电压比较器同向输入端电连接；

第六电容，第六电容的一端与第六电阻网络的输出端电连接，第六电容的另一端与直流母线负极电连接；

第六电压比较器，第六电压比较器的输出端与第六电压比较器的反向输入端电连接，第六电压比较器的输出端被配置为输出第三调制电压。

5.如权利要求4所述的检测系统，其特征在于，第四电阻网络包括：

第十六电阻，第十六电阻的一端作为第四电阻网络的输入端，第十六电阻的另一端与第十七电阻电连接；

第十七电阻，第十七电阻的另一端与第十八电阻的一端电连接；

第十八电阻，第十八电阻的一端作为第四电阻网络的输出端，第十八电阻的另一端与直流母线负极电连接；

第五电阻网络包括：

第十九电阻，第十九电阻的一端作为第五电阻网络的输入端，第十九电阻的另一端与第二十电阻电连接；

第二十电阻，第二十电阻的另一端与第二十一电阻的一端电连接；

第二十一电阻，第二十一电阻的一端作为第五电阻网络的输出端，第二十一电阻的另一端与直流母线负极电连接；

第六电阻网络包括：

第二十二电阻，第二十二电阻的一端作为第六电阻网络的输入端，第二十二电阻的另一端与第二十三电阻电连接；

第二十三电阻，第二十三电阻的另一端与第二十四电阻的一端电连接；

第二十四电阻，第二十四电阻的一端作为第六电阻网络的输出端，第二十四电阻的另一端与直流母线负极电连接。

6.如权利要求4所述的检测系统，其特征在于，IGBT模块包括第一IGBT单元和第二IGBT单元，第一IGBT单元与直流母线正极电连接，第二IGBT单元与直流母线负极电连接；

整流主控单元还被配置为使得第二IGBT单元导通，在预定延迟时间后获取第一调制电压，以及响应于确定第一调制电压大于第一参考电压，将整流回馈单元中的所有IGBT模块断开。

7.如权利要求4所述的检测系统，其特征在于，IGBT模块包括第一IGBT单元和第二IGBT单元，第一IGBT单元与直流母线正极电连接，第二IGBT单元与直流母线负极电连接；

整流主控单元还被配置为使得第一IGBT单元导通，在预定延迟时间后获取第一调制电压，以及响应于确定第一调制电压小于第二参考电压，将整流回馈单元中的所有IGBT模块断开。

8.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，整流主控单元包括FPGA。

9.如权利要求6所述的检测系统，其特征在于，预定延迟时间为5毫秒。

10.如权利要求4所述的检测系统，其特征在于，三相调制电压检测单元以直流母线负极为参考地。

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