CN117590286A - 电力转换器的ac-dc转换器区段中的ac输入断开连接的检测 - Google Patents

Abstract

一种检测电路包括：转换器，被配置为将多相交流AC输入转换为直流DC输出；多个感测二极管，每个感测二极管被单独地电连接至多相AC输入的一个相；至少一个节点，被布置在多个感测二极管的相对于多相AC输入的下游；电源，被配置为将电源电压输出到至少一个节点和多个感测二极管；以及掩模时间生成器，被配置为确定至少一个节点处的节点电压并且确定节点电压是否持续预定的掩模时间段。

Description

电力转换器的AC-DC转换器区段中的AC输入断开连接的检测

技术领域

本公开涉及用于检测电力转换器的AC-DC转换器区段中的AC输入断开连接的系统和方法。

背景技术

常规的电力转换设备(如变频器)通常被用于各种应用中，其中电力必须从电网供应的固定频率和电压的交流(AC)电转换而来。例如，变频驱动器通常必须将电网供应的固定频率和电压功率转换为变频-可变电压源，以便对AC电机的适当控制进行调整。在许多实例中，AC电力首先经由AC-DC转换器被转换为直流(DC)电力，然后随后经由DC-AC转换器被转换回AC电力，从而经由DC-AC转换器中的调整实现最终AC电力输出的电压和频率。

然而，常规的电力转换器(如变频器)可能由于三相或多相输入的一个相断开连接而容易发生故障，可能是由于该特定相中的保险丝熔断或由于接线故障而意外断开连接。重要的是检测输入相的这种断开连接，并且采取适当和先发制人的动作，以使电力转换器的这种故障不会由于设备的可避免的停机时间而导致操作效率低下。

在一些实例中，有必要对电力转换设备进行日常维护或维修，出于安全原因，可能需要断开连接三相或多相输入。即使AC输入断开连接，残余电压也可能在电力转换器内存在相当长的一段时间，长达数十秒，并且没有做好准备的维修人员可能容易受到这种残余电压引起的电击。

发明内容

在实施例中，本公开提供了一种检测电路，包括：转换器，被配置为将多相交流(AC)输入转换为直流(DC)输出；多个感测二极管，每个感测二极管被单独地电连接至多相AC输入的一个相；至少一个节点，被布置在多个感测二极管的相对于多相AC输入的下游；电源，被配置为将电源电压输出到至少一个节点和多个感测二极管；以及掩模时间生成器，被配置为确定至少一个节点处的节点电压并且确定节点电压是否持续预定的掩模时间段。

附图说明

本公开的主题在下面将基于示例性附图更详细地描述。本文描述和/或图示的所有特征可以被单独使用或以不同的组合组合使用。通过参照所附附图阅读以下详细描述，各种实施方式的特征和优点将变得显而易见，所附附图图示了以下内容：

图1图示了变频器；

图2图示了图1所图示的变频器的整流器区段；

图3图示了图1所图示的变频器的交替整流器区段；

图4至图7图示了根据本公开的实施例的检测电路；

图8图示了检测电路和放电电路；

图9图示了包括共享DC母线连接的电力转换系统；

图10A和图10B图示了在变化负载下没有相断开连接的AC-DC转换器的DC母线电压测量值；以及

图11A和图11B图示了在变化负载下具有一个相断开连接的AC-DC转换器的DC母线电压测量值。

具体实施方式

本公开的各个方面包括用于检测到电力转换器的AC-DC区段的三相或多相输入的一个或多个相的断开连接的系统和方法。所公开的系统和方法为AC-DC转换器提供了显著的性能和安全改进，因为电断开连接可以被更容易地检测和诊断，具有更高的特异性。在一些方面中，本公开提供了对三相电力输入中的哪个输入经历了电断开连接的检测。在一些方面中，所公开的特征通过在检测到电断开连接时立即消除电击的可能性来提供安全益处。在一些方面中，所公开的特征通过使残余电压放电来提供安全益处，从而降低对维修人员的电击的可能性。进一步地，通过提供更可靠和准确的电输入断开连接检测，本公开实现了增加的自动化功能性，诸如冗余措施、警告和/或警报系统和/或下游保护措施的自动触发。

图1图示了变频器100的简化示意图。变频器100包括三相电力输入102，该三相电力输入102将交流(AC)输入(诸如来自电网电力的AC输入)传递到整流器区段104。整流器区段104将来自三相电力输入102的AC信号转换为直流(DC)信号。DC信号被测量为DC母线112两端的电压电势，该DC母线112在一些情况下包括电容器106(或本文中由电容器106表示的其他电路系统)。来自DC母线112的DC信号然后被传递到三相逆变器108，该三相逆变器108被配置为将DC信号转换为三相电力输出110。取决于变频器100的用例，三相电力输出110可以被定制用于操作专用电机或其他设备。设备和/或系统利用变频器100将AC电力(诸如电网电力)转换为用于根据需要操作设备的可用形式的AC电力。

图2图示了图1所图示的变频器100的整流器区段104的更详细视图。在整流器区段104中，变频器100的三相电力输入102被电连接至二极管202、204、206、208、210、212的集合。具体地，六个二极管202、204、206、208、210、212中的两个二极管被指派给三相电力输入102的每个相，其中二极管202、206、210的一个集合被配置为仅通过来自每个相的正下游电流，而二极管204、208、212的第二集合被配置为通过来自每个相的负下游电流。通过这种方式，在变频器100的DC母线112两端产生直流电势。在所图示的实施例中，两个预充电配置被包括在DC母线的正侧，即，第一预充电触头配置216和第二预充电触头配置218，它们分别在结构上基本相同，并且可以被实施为替代配置。将容易理解的是，预充电电路系统可以在DC母线的正侧或负侧实施，尽管它通常被绘制在正侧。每个预充电触头配置216、218包括一个预充电触头214、215和预充电电阻器226、228。无论使用哪个配置，每个配置都被配置为当最初施加通过三相电力输入102的电力时，在DC母线电容器106的充电期间限制通过整流二极管202、206、210的电流涌入。电阻器226、228被配置为限制涌入电流，并且当DC母线电容器106被完全充电时，预充电触头214、215在变频器控制器的命令下闭合。

图3图示了图1所图示的变频器100的交替整流器区段300。交替整流器区段300包括第三预充电配置302，它可以被实施为第一预充电触头配置216和第二预充电触头配置218的替代方案。在第三预充电配置302中，三相电力输入102将AC信号传递到上部二极管304、306、308，三相电力输入102的每个相被传递到单独的上部二极管304、306、308。上部二极管304、306、308被配置为仅允许来自三相电力输入102的正下游电流。第三预充电配置302然后将电流从二极管中的每个二极管传递到预充电电阻器303。交替整流器区段300还包括下部二极管312、316、320，它被配置为将来自三相电力输入102的负下游电流传递向DC母线电容器106的负侧。三个可控硅整流器(SCR)310、314、318被包括在三相电力输入102和上部二极管304、306、308的下游，其中一个SCR 310、314和318被指派给三相电力输入102的每个相。第三预充电配置302经由上部二极管304、306、308和预充电电阻器303限制DC母线电容器106的充电电流。当DC母线电容器106被基本上充电时，SCR 310、314、318在变频器控制器的控制下被选通。

图4图示了根据本公开的实施例的输入相损耗检测电路400。检测电路包括感测二极管416、426、436、DC电力供应(Vcc)408、偏置电阻器(R)406和掩模时间生成器。在图示的检测电路400中，包括三个感测二极管416、426、436，每个感测二极管被电连接在三相电力输入402的一个相的下游。在所图示的实施例中，三相电力输入402包括第一相410、第二相420和第三相430。第一相410被连接至两个二极管，即，二极管(D1)412和二极管(D4)414。第一相410还被连接至感测二极管(DS_a)416。第二相420被连接至两个二极管，即，二极管(D3)422和二极管D6 424。第二相420还被连接至感测二极管(DS_b)426。第三相430被连接至两个二极管，即，二极管(D5)432和二极管(D2)434。第三相430还被连接至感测二极管(DS_c)436。上部二极管412、422、432被配置为允许正下游电流流动并且形成正DC电压440。下部二极管414、424、434被配置为允许负下游电流流动并且形成负DC基准电压450。感测二极管416、426、436是高电压、低电流感测二极管，并且被电连接以形成节点404。节点404然后被电连接至掩模时间生成器460和偏置电阻器406。

检测电路400被配置为基于三相电力输入402以及上部二极管和下部二极管412、422、432、414、424、434的功能来感测和响应各种场景。当电力经由三相电力输入402接收时，下部二极管414、424、434中的一个或多个在AC输入的周期的某个部分期间导电，50Hz的AC输入的周期为20毫秒(ms)，并且60Hz的AC输入的周期为16.667ms。当下部二极管414、424、434中的一个或多个适当导通时，节点404处的电压处于或接近指示节点404处0(零)的逻辑状态的基准电压450。这是因为在DC电力供应408、偏置电阻器406、感测二极管416、426、436中的一个或多个以及下部二极管414、424、434中的一个或多个之间存在电流路径。当AC电力输入未经由三相电力输入402接收时，所有三个下部二极管414、424、434都关断，并且节点404处于等于由DC电力供应408提供的电压的电压电势。这导致节点404处的逻辑状态为1(一)，因为不存在从DC电力供应408通过感测二极管416、426、436的电流路径。

当DC母线上(在正DC电压440与负DC基准电压450之间)有大量电负载时，二极管414、416、418分别依次导通约120电度。因此，三个二极管414、416、418中的一个二极管在给定时间总是导通，因此节点404将被保持在逻辑状态0。例如，在DC母线上的部分负载或非常小的负载下，诸如在单元处于“待机模式”时由连接的电力输入引起的负载，每个二极管414、416、418导通的持续时间变得越来越小，但永远不会为零。因此，在所谓的“待机模式”下，二极管414、416、418可以仅导通大约10至20电度。因此，节点404在大部分时间内保持在逻辑状态1，但是在每个输入电力供应周期期间在非常短的时间内周期性地下降到逻辑状态0。因此，如此后更详细地描述的，需要掩模时间生成器460来监测节点404，并且仅当节点404在足够长的时间段内持续处于逻辑状态1时才宣布输入断开连接，该时间段可以是电网电压周期的倍数，以确保输入相损失检测没有被误检测到。

如果节点404的逻辑状态为“低”，那么这指示下部二极管414、424、434中的一个或多个导通，因此整流器系统被连接至三相电力输入并且接收AC电力。如果节点404的逻辑状态为“高”，那么这指示所有下部二极管414、424、434在该时刻不导通，因此指示整流器系统与三相电力输入410或者AC电力输入断开连接的可能性。

掩模时间生成器460提高了节点404处的“高”逻辑状态是由于AC电力供应断开连接引起的确定性。掩模时间生成器具有被配置为指示整流器逻辑状态的生成器输出461。具体地，掩模时间生成器460输出整流器逻辑状态，该整流器逻辑状态为“高”，以指示当节点404处于“高”状态达预定时间段(本文称为掩模时间)时AC电力输入断开连接。例如，这确保了下部二极管414、424、434与AC输入电力断开连接的测量条件(对应于节点404处的“高”逻辑状态)持续至少掩模时间。在一些实施例中，掩模时间在AC电力输入的周期的大约一到五倍之间。例如，针对50Hz的AC电力输入，掩模时间可以是从20ms到100ms，并且针对60Hz的AC输入，掩模时间可以是从16.667到100ms。信号形式的逻辑状态可以经由生成器输出461从掩模时间生成器460传递到变频器控制器，该变频器控制器可以被编程为取决于信号采取必要的动作。例如，变频器控制器可以通过用户界面(UI)或警报来发起警告或警示，以指示已经检测到AC电力输入断开连接。将容易了解的是，变频器控制器可以被进一步配置为基于生成器输出461的逻辑状态来发起各种任务、输出或动作，诸如发起冗余特征、发起安全程序以使断开连接的系统对于维护或维修更安全，使生成器输出逻辑状况与其他本地和/或远程系统通信等。在一些实施例中，掩模时间生成器460可以被实施为微控制器，使用现场可编程门阵列(FPGA)和/或使用离散模拟和数字集成电路(IC)。在一些实施例中，掩模时间生成器460在用于执行基础变频器操作的变频器中已经包括的微控制器内实施。

图5图示了根据本公开的实施例的检测电路500，它被配置用于更详细的输入相损耗检测。与图4的检测电路400相似，图5所图示的检测电路500包括三相电力输入402，其中三个相410、420、430中的每个相都被连接至整流二极管电路的相应的上部二极管412、422、432和下部二极管414、424、434。检测电路500还类似地包括被布置在相410、420、430中的每个相上的感测二极管416、426、436。然而，在所图示的实施例中，每个感测二极管416、426、436与单独的节点512、522、532相关联，从而与单独的偏置电阻器514、524、534和单独的掩模时间生成器516、526、536相关联。具体地，与第一相410相关联的第一感测二极管416被电连接至第一节点512，该第一节点512又被连接至第一偏置电阻器514和输出第一生成器输出518的第一掩模时间生成器516。与第二相420相关联的第二感测二极管426被电连接至第二节点522，该第二节点522又被连接至第二偏置电阻器524和输出第二生成器输出528的第二掩模时间生成器526。与第三相430相关联的第三感测二极管436被电连接至第三节点532，该第三节点532又被连接至第三偏置电阻器534和输出第三生成器输出538的第三掩模时间生成器536。偏置电阻器514、524、534中的每个偏置电阻器被电连接至产生基准电压550的DC电力供应508。

检测电路500以与图4的检测电路400类似的方式操作，除了分别对应于每个下部二极管414、424、434的状态的每个节点512、522、532的逻辑状态可以由单独的对应掩模时间生成器516、526、536单独检测。因此，检测电路500使得能够检测每个相410、420、430的单独故障或断开连接，而不是一起检测所有三个相410、420、430的整体。在一些实施例中，检测电路500还使得能够基于对单独相内的故障的检测来检测单独相的保险丝的故障。因为每个节点512、522、532的逻辑状态表示每个相应的下部二极管414、424、434的操作状态，所以每个相应的掩模时间生成器516、526、536还可以向被配置为接收每个生成器输出518、528、538的变频器控制器提供更详细的信息。因此，变频器控制器可以处理或传送更详细的状况数据以提供更详细的状况报告，发起更详细的诊断、冗余或安全措施等。在一些实施例中，变频器控制器可以被配置为在经由检测电路检测到系统在单相供应上操作时减少逆变器的输出电力和/或电流容量。

检测电路500可以通过以下假设场景更容易地理解，该假设场景仅是说明性的，并且仅表示检测电路500可能遇到并且正确处置的众多场景中的一个场景。三相电力输入402可以被适当地连接至AC输入电力，并且每个相410、420、430同样可以适当地并且正常地起作用。然而，二极管(D4)414与第一相410之间的连接可能由于例如物理连接点的疲劳而丢失。检测电路500将在节点512处检测对应于第一相410的断开连接的“高”逻辑状态以及在节点522、532处检测指示第二相420和第三相430的标称性能的“低”逻辑状态。在确定节点512处的“高”逻辑状态持续超过预定时间段时，第一掩模时间生成器516可以向第一生成器输出518输出“高”逻辑状态。第二掩模时间生成器526和第三掩模时间生成器536将分别向第二生成器输出528和第三生成器输出538中的每个生成器输出输出“低”逻辑状态。变频器控制器然后将接收第一生成器输出、第二生成器输出和第三生成器输出中的每个生成器输出。基于第一生成器输出518的“高”状态，变频器控制器可以更新UI以指示第一相410断开连接或者触发指示第一相410断开连接的警告或警报。取决于其他条件，变频器控制器可以确定发起冗余或安全措施可能是必要的。例如，变频器控制器可以将整个电气系统或子系统与AC电力断开连接，以允许安全地处置和维修连接至第一相的二极管或保险丝。在一些实施例中，变频器控制器还可以基于标称操作阶段的“低”状态发起通信或动作，诸如向UI显示监测状况。

通过提高断开连接检测的细节水平，检测电路500提供了优于常规系统的各种优点。例如，由于工人能够更快地标识故障点并且相应地执行维护或维修工作，因此维护或维修时间和成本可以被减少。先前在常规系统中不可能实施的应急操作也可以由变频器控制器来实施。例如，在检测到单个相发生故障或断开连接时，变频器控制器可以减少剩余操作相上的负载，以确保系统的电力需求不会导致整流器的其他部分汲取的电力尖峰，这可能会对整流器的剩余部分造成损坏。

图6图示了根据本公开的实施例的检测电路600。检测电路600以与图4的检测电路400类似的方式操作，但是感测二极管616、626、636被布置为防止上游电流流向三相电力输入402。感测二极管616、626、636经由节点604被电连接至下游，该节点604也被电连接至掩模时间生成器660和偏置电阻器606。电力供应(Vcc)608也被包括在偏置电阻器606和上部二极管412、422、432的下游。掩模时间生成器660被配置为输出生成器输出661。检测电路600的一般逻辑状况和操作类似于图4的检测电路400，但是不是将节点604处的电压与基准电压650进行比较，而是将节点606处的电压与正电压640进行比较，电力供应608的电压相对于正电压640进行参考，并且检测电路被配置为检测上部二极管412、422、432而不是下部二极管414、424、434的断开连接。例如，当上部二极管412、422、432中的一个或多个适当导通时，节点604处的电压处于或接近正电压640，该正电压640指示节点604处0(零)的逻辑状态。掩模时间生成器660同样被配置为基于节点604的逻辑状态来确定系统是否与AC电力输入断开连接，并且相应地经由生成器输出661输出逻辑状态。

图7图示了根据本公开的实施例的检测电路700。检测电路700以与图5的检测电路500类似的方式操作，但是感测二极管616、626、636被包括在内，并且被布置为防止上游电流流向三相电力输入402。第一相410与第一感测二极管616电连接，该第一感测二极管616随后连接至第一节点712，然后连接至第一偏置电阻器714。第一节点712还被连接至第一掩模时间生成器716，该第一掩模时间生成器716被配置为输出到第一生成器输出718。第二相420与第二感测二极管626电连接，该第二感测二极管626随后连接至第二节点722，然后连接至第二偏置电阻器724。第二节点722还被连接至第二掩模时间生成器726，该第二掩模时间生成器726被配置为输出到第二生成器输出728。第三相430与第三感测二极管636电连接，该第三感测二极管636随后连接至第三节点732，然后连接至第三偏置电阻器734。第三节点732还被连接至第三掩模时间生成器736，该第三掩模时间生成器736被配置为输出到第三生成器输出738。第一偏置电阻器714、第二偏置电阻器724和第三偏置电阻器734被配置为电连接至电力供应708。

检测电路700被配置为检测单独的上部二极管412、422、432和/或单独的对应相410、420、430的导通状态，而不是检测单独的下部二极管414、424、434的导通状态。每个节点712、722、732的逻辑状态类似于检测电路400的逻辑状态，但是用于电力供应和用于确定“高”与“低”状态的参考电压是正电压740，而不是基准电压650。

很容易了解，除了分别与图4和图5的检测电路具有结构、操作和逻辑相似性外，图6和图7的检测电路还具有与本文先前描述的许多相同的特征、优点和应用。

图8图示了包括检测电路802、变频器控制器804、放电电阻器808和开关806的检测和残余电压放电系统800。检测电路802可以包括根据本公开中公开的任何检测电路的检测电路，包括图4至图7所图示的检测电路。如上面关于图1和图2描述的，现有技术的系统可以包括DC母线两端的电容器106(或电行为类似于电容器的其他组件)。这是潜在的安全隐患，因为在三相电力输入402停止接收AC电力之后，甚或在采取其他常规隔离措施之后，电容器106可能携带电荷。事实上，在一些情况下，电容器106的完全放电以及因此电力转换系统的完全放电可能需要数十秒，并且在一些情况中超过30秒，这颠覆了不小心的工人的预期，并且产生了实质性的安全隐患。

在所图示的实施例中，检测电路802向变频器控制器804输出一个或多个状况信号，该变频器控制器804被配置为控制开关806的断开/闭合状态。在检测电路802检测到相断开连接时，除了关闭电力转换系统或以其他方式将其与AC电力隔离之外，变频器控制器804还可以闭合开关806，从而通过经由放电电阻器808在正参考电压840与负参考电压840之间提供电连接来立即使电容器106放电。作为一种安全特征，这是特别有利的，因为在执行维护、维修或调试的工人可以在停机后与系统交互之前，可以很好地执行电力转换系统中的剩余电压的自动和立即放电。

尽管以上描述将放电描述为“立即的”，但容易理解的是，从安全的意义上讲，放电是立即的，但在现实应用中，放电从来都不是瞬时的。因此，放电时间可以通过获得放电电阻器808的电阻和电容器106的电容的乘积并且将该乘积乘以4来近似地确定。放电电阻器808的电阻的值因此可以基于期望的安全协议或标准所陈述的放电时间要求来调整或选择。

在一些实施例中，变频器控制器804是可选的，并且检测电路802可以被配置为直接控制开关806，而不是将信号传递给变频器控制器804。在一些实施例中，放电电阻器808本身不是单个电阻器，而是作为电阻器电行为的一个或多个组件。

在一些实施例中，检测和残余电压放电系统800可以通过消除放电电阻器808来修改，从而利用预充电电阻器226或228来充当放电电阻器808的功能，如上所述。在这种实施例中，重要的是确保在通过变频器控制器804接通开关806之前，预充电触头214或215断开。在这种情况下，放电时间将与充电时间相同。如果使用来自图3的交替整流器区段300(选项3)的预充电方案，则无法省略放电电阻器808。

图9图示了包括在第一变频器910与第二变频器920之间的共享DC母线连接940、950的电力转换系统900。第一变频器910和第二变频器920中的每个变频器被配置为经由三相电力输入902接收AC电力。第一保险丝904被包括在内，在三相电力输入902的每个相上具有一个保险丝以保护第一变频器910。同样地，第二保险丝906被包括在内，在三相电力输入902的每个相上具有一个保险丝以保护第二变频器920。在一些实施例中，可以使用断路器来代替保险丝904、906。在一些实施例中，一个或多个AC电抗器可以被包括在三相电力输入902与每个变频器的输入之间。第一变频器910和第二变频器920分别包括整流器区段912、922、三相逆变器919、929以及在正DC母线参考914、924与负DC母线参考918、928之间的DC母线电容器916、926。正DC母线参考914、924经由第一共享DC母线连接940连接，并且负DC母线参考918、928经由第二共享DC母线连接950连接。每个变频器910、920被配置为向单独的下游系统(诸如AC电机)供应输出电压。

诸如图9中图示的配置有时被称为“公共AC-公共DC”配置。虽然在所图示的电力转换系统900中仅包括两个变频器910、920，但是容易了解的是，通过简单地经由保险丝将附加整流器区段连接至三相电力输入902并且确保正与负DC母线参考之间的公共共享连接，可以包括多于两个变频器。所图示配置和类似配置的主要优点是，由于共享的DC母线连接，来自一个系统(诸如电连接至变频器中的一个变频器的AC电机)的再生能量可以被其他电机消耗。例如，由连接至第一变频器910的三相逆变器919的电机产生的再生能量可以经由共享DC连接940、950发送，以向连接至第二变频器920的三相逆变器929的电机供电。然而，当到任何变频器910、920的仅一个或多个输入相受到损害时，变频器910和920中的一个或多个的剩余整流器电路可能遭受过载，因为剩余的可操作整流器区段将汲取附加电力来进行补偿。此外，在常规的公共AC-公共DC系统中，检测共享相中的哪个相已经断开连接是不可能的。因此，可以在每个变频器中使用诸如本公开中描述的检测电路等检测电路，以确保即使只有一个或多个输入相发生故障或断开连接，也能执行适当的保护。在一些实施例中，适当的保护包括显示或以其他方式传送断开连接已经发生。在一些实施例中，适当的保护可以包括调整输出电力，诸如降低变频器的输出电力，否则会过载。

很容易理解，通过使用有源前端或线路转换器前端电路在电力转换设备中实施检测电路，而不是附图中图示或示例性实施例中描述的无源整流器电路，可以应用本公开的实施例，并且实现其相对优点。不管在特定电力转换系统中使用的AC-DC转换拓扑如何，所公开的实施例提供了有助于检测断开连接的检测电路，从而提高常规电力转换系统的功能性和安全。还将容易理解，虽然本文描述的示例性实施例主要涉及三相电力输入，但是所公开的检测电路可以被容易地修改以适应任何多相电力输入。

图10A、图10B、图11A和图11B图示了通过在变化的条件下测量AC-DC转换器的DC母线两端的电压而获得的实验数据。图10A和图10B图示了当关联的电力转换器分别处于100％负载和10％负载下时没有相断开连接的AC-DC转换器的DC母线电压测量值。具体地，图10A图示了AC-DC转换器的DC母线两端的DC母线电压测量值1002的曲线图。AC-DC转换器是其一部分的电力转换器处于100％负载下。DC母线电压测量值被绘制为以伏特为单位的电压1010与以秒为单位的时间1020。图10B同样图示了处于10％负载下的电力转换器中的DC母线电压测量值1004的类似曲线图。图11A和图11B以与图10A和图10B类似的方式图示了AC-DC转换器的DC母线电压测量值，除了测量DC母线电压的AC-DC转换器具有断开连接的输入相。图11A图示了一个输入相断开连接的AC-DC转换器的DC母线两端的DC母线电压测量值1102的曲线图。关联的电力转换器处于100％负载下。图11B同样图示了处于10％负载下的电力转换器中的DC母线电压测量值1104的类似曲线图。图10A、图10B、图11A和图11B所图示的电压测量值是使用400V、50Hz的AC电力输入获得的。

在一些常规系统中，相的断开连接通过监测DC母线处的电压来确定。如图10A所图示的，当所有输入相被连接并且系统处于100％负载下时，DC母线电压的电压变化在大约60伏的范围内。相比之下，当存在相断开连接并且系统处于100％负载下时，DC母线的电压变化在大约120电压的范围内，如图11A所示。因此，包括被配置为监测DC母线电压的控制器的系统可以在电压变化增加超过给定负载的可接受阈值时确定断开连接已经发生。然而，当比较图10B和图11B的曲线图时，本公开中公开的检测电路的优点是显而易见的。尽管图10A与图11A之间的电压变化的差异是显而易见的，但是图10B和图11B中的曲线图之间的电压变化的差异并没有显著减小。因此，控制器可能无法可靠地辨别在某些负载，特别是在较低负载下何时已经断开连接发生(如图11B所示)。本公开的实施例消除了仅依赖于这种基于软件的监测方法的需要，并且还消除了对更昂贵的电压传感器的需要，该电压传感器可能是在完全操作的DC母线电压和与断开连接相关的DC母线电压之间进行可靠辨别所需要的。因此，本公开的实施例提供了更可靠和更具成本效益的检测替代方案。此外，在公共AC-公共DC配置中，由于DC母线参考电压是通过共享连接共享的，如果一个整流器部分或完全断开连接，则第二整流器或其他整流器可能干扰DC母线测量或维持DC母线电压而没有显著的电压纹波，但剩余有源整流器二极管上的电流应力增加。因此，本公开的实施例还通过降低当一个或多个相输入已经断开连接时有源整流器二极管上的电流过载的可能性来提高电力转换系统的可靠性。

包括控制器的本公开的实施例被理解为包括处理器和存储器，该处理器被配置为执行存储在存储器上的指令。例如，在一些实施例中，控制器可以是微控制器，该微控制器被配置为监测一个或多个掩模时间生成器的生成器输出信号，并且取决于从生成器输出接收的信号，进一步传递串行或数字输出信号。在一些实施例中，控制器是具有附加外围设备或连接的子系统的较大处理器。例如，控制器可以是个人计算设备、平板计算机或其他智能设备的一部分，被配置为无线地或经由有线串行通信端口与电力转换器通信。很容易理解，控制器因此可以被配置或调整为基于接收到的生成器输出信号执行各种功能，允许在变频器系统中实施定制的冗余、安全或保护措施。

本文引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请和专利)均通过引用并入本文，其程度如同每个参考文献被单独地且具体地指示为通过引用并入本文并且在本文中完整陈述。

在描述本发明的上下文中(特别是在以下权利要求的上下文中)，术语“一”和“一个”以及“该”和“至少一个”和类似指代的使用应被解释为覆盖单数和复数形式，除非本文另有指示或与上下文明显矛盾。术语“至少一个”之后是一个或多个项目的列表(例如“A和B中的至少一个”)的使用应被解释为是指从所列项目(A或B)中选择的一个项目或者所列项目(A和B)中的两个或多个的任何组合，除非本文另有指示或与上下文明显矛盾。除非另有提到，否则术语“包括(comprising)”、“具有”、“包括(including)”和“包含”应被解释为开放式术语(即，意思是“包括但不限于”)。除非本文另有指示，否则本文中值范围的叙述仅旨在用作单独指代落入该范围内的每个单独值的简写方法，并且将每个单独值并入说明书中，就像在本文中单独叙述一样。除非本文另有指示或与上下文明显矛盾，否则本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行。除非另有要求，否则本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本发明，并且不对本发明的范围构成限制。说明书中的语言不应该被解释为指示任何未要求保护的元素对于本发明的实践来说都是必不可少的。

本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的用于执行本发明的最佳模式。在阅读前述描述时，那些优选实施例的变化对于本领域的普通技术人员而言可能变得显而易见。本发明人预期熟练的技术人员适当地采用这种变化，并且本发明人希望以不同于本文具体描述的方式来实践本发明。因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求中叙述的主题的所有修改和等效物。而且，除非本文另有指示或与上下文明显矛盾，否则本发明涵盖上述元素在其所有可能的变化中的任何组合。

Claims (20)

1.一种检测电路，包括：

转换器，被配置为将多相交流AC输入转换为直流DC输出；

多个感测二极管，每个感测二极管被单独地电连接至所述多相AC输入的一个相；

至少一个节点，被布置在所述多个感测二极管的相对于所述多相AC输入的下游；

电源，被配置为将电源电压输出到所述至少一个节点和所述多个感测二极管；以及

掩模时间生成器，被配置为确定所述至少一个节点处的节点电压并且确定所述节点电压是否持续预定的掩模时间段。

2.根据权利要求1所述的检测电路，还包括在电力供应与所述至少一个节点之间的至少一个偏置电阻器。

3.根据权利要求1所述的检测电路，其中所述预定的掩模时间段等同于来自所述多相AC输入的一个相的信号的至少一个完整周期。

4.根据权利要求3所述的检测电路，其中所述预定的掩模时间段在20ms至100ms之间。

5.根据权利要求4所述的检测电路，其中所述多相AC输入具有50Hz的频率。

6.根据权利要求1所述的检测电路，其中所述掩模时间生成器被配置为基于所述节点电压是否持续所述预定的掩模时间段来输出状况信号，并且其中所述状况信号被输出到变频器控制器。

7.根据权利要求6所述的检测电路，其中所述变频器控制器被配置为基于从所述掩模时间生成器接收的所述状况信号来发起断开连接警告、冗余措施和/或设备保护措施。

8.根据权利要求6所述的检测电路，其中所述变频器控制器被配置为基于从所述掩模时间生成器接收的所述状况信号来致动安全开关，所述安全开关被配置为使所述转换器的DC母线电压放电。

9.根据权利要求1所述的检测电路，包括用于所述多相AC输入的每个相的至少一个节点、用于所述多相AC输入的每个相的至少一个偏置电阻器以及用于所述多相AC输入的每个相的至少一个掩模时间生成器。

10.根据权利要求9所述的检测电路，其中每个掩模时间生成器被配置为确定指示所述掩模时间生成器的相应相是否断开连接的断开连接电压是否持续预定时间段。

11.根据权利要求10所述的检测电路，其中每个掩模时间生成器被配置为输出相状况信号，并且其中每个相状况信号由变频器控制器接收。

12.根据权利要求11所述的检测电路，其中所述变频器控制器被配置为通过降低一个或多个转换器的输出电力要求来防止与指示所述相断开连接的相状况信号不对应的每个相的过载。

13.根据权利要求8所述的检测电路，包括被布置在所述安全开关的正电压侧上的放电电阻器，所述安全开关被配置为使所述DC母线电压通过所述放电电阻器放电。

14.根据权利要求8所述的检测电路，包括被布置在所述安全开关的正电压侧上的预充电电阻器和预充电触头，所述预充电触头被配置为在所述安全开关被致动以使所述DC母线电压放电之前断开。

15.一种确定变频器与交流AC输入之间的断开连接是否已经发生的方法，包括：

提供多个感测二极管、电力供应以及在所述电力供应与所述多个感测二极管之间的至少一个节点；

确定节点电压，所述节点电压表示所述至少一个节点处存在的电压；

确定所述节点电压是否持续至少预定时间段；以及

如果所述节点电压持续至少所述预定时间段，则输出指示断开连接发生的状况信号。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述预定时间段等同于来自所述AC输入的一个相的信号的至少一个完整周期。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述预定时间段在20ms至100ms之间。

18.根据权利要求15所述的方法，包括：经由被配置为接收所述状况信号的变频器控制器来发起断开连接警告、冗余措施和/或设备保护措施。

19.根据权利要求15所述的方法，包括：经由被配置为接收所述状况信号的变频器控制器来致动安全开关，所述安全开关被配置为使所述变频器的直流DC母线电压放电。

20.根据权利要求15所述的方法，包括：将所述节点电压与所述电力供应的所述至少一个节点相对侧处存在的基准电压进行比较。