DE102011012386A1 - Motorsteuervorrichtung mit einer Fehlerdiagnosefunktion - Google Patents
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Abstract
Eine Motorsteuervorrichtung, die in der Lage ist, während des Betriebes einen Massefehler und einen Kurzschluss von Phase zu Phase durch Unterscheiden eines vom anderen wird bereitgestellt, während eine Kostenzunahme minimiert wird. Die Summe der dreiphasigen Wechselströme, die von einer dreiphasigen Stromversorgung einem Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler bereitgestellt wird, wird durch einen Stromsensor ermittelt. Wenn ein Überstrom durch eine Überstromermittlungseinrichtung ermittelt wird, wirdmittelten Ströme Null ist, bestimmt, dass der Fehler ein Kurzschluss von Phase zu Phase ist, aber dann, wenn die Summe nicht Null ist, wird bestimmt, dass der Fehler ein Massefehler bzw. Erdungsfehler ist.
Description
- Hintergrund der Erfindung
- 1. Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung mit einer Fehlerdiagnosefunktion.
- 2. Beschreibung des Standes der Technik
- Das Bereitstellen einer Motorsteuervorrichtung, die an eine dreiphasige Wechselstromversorgung angeschlossen ist und die einen Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler zum Umwandeln des dreiphasigen Wechselstroms, der von der dreiphasigen Wechselstromversorgung bereitgestellt wird, in Gleichstrom und einen Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler zum Umwandeln des von dem Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler abgegebenen Gleichstrom in einen dreiphasigen Wechselstrom zur Zufuhr an einen Motor, aufweist, ist bekannt. Falls drei Stromsensoren vorgesehen sind, die die dreiphasigen Ausgangsströme unabhängig voneinander ermitteln, kann bei einer solchen Motorsteuervorrichtung die Vorrichtung zuverlässig jeglichen Überstrom ermitteln, der in dem Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler auftritt, und kann auch identifizieren, ob die Ursache ein Massefehler bzw. Erdungsfehler oder ein Kurzschluss von Phase zu Phase ist. Das heißt, falls ein Überstrom im Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler wegen eines Massefehlers oder eines Kurzschlusses von Phase zu Phase auftritt, kann der Überstrom durch einen der drei Sensoren ermittelt werden und, falls die Summe der durch die drei Stromsensoren ermittelten Ströme nicht Null ist, wird ermittelt, dass die Ursache ein Massefehler ist, aber dann, wenn die Summe Null ist, wird ermittelt, dass die Ursache ein Kurzschluss von Phase zu Phase ist.
- Jedoch sind im Allgemeinen lediglich zwei Sensoren vorgesehen, um die Kosten zu reduzieren, und der verbleibende der drei Phasenströme wird durch Berechnen erhalten, indem angenommen wird, dass die Summe der Dreiphasenströme Null ist. Folglich gibt es im Fall eines herkömmlichen Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlers mit zwei Ausgangsstromsensoren Fälle, bei denen der durch einen Massefehler verursachte Überstrom nicht ermittelt werden kann, wie nachstehend detailliert beschrieben wird, und falls der Überstrom ermittelt werden kann, ist es nicht möglich, zu identifizieren, ob die Ursache ein Massefehler oder ein Kurzschluss von Phase zu Phase ist.
- Demgemäß muss in einem Fall, bei dem ein solcher Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler zwei Ausgangstromsensoren aufweist, der Betrieb der Vorrichtung im Fall des Auftretens eines Überstromalarms gestoppt werden und der Isolationswiderstand des Motors und der Stromleitungen müssen geprüft werden, um zu ermitteln, ob die Ursache ein Massefehler oder ein Kurzschluss von Phase zu Phase ist. Ferner ist es schwierig die Ursache zu ermitteln, falls der Massefehler sporadisch auftritt.
- Andererseits muss in dem Fall, bei dem eine Motorsteuervorrichtung mit drei Ausgangssensoren versehen ist, in dem ein zusätzlicher Stromsensor wie zuvor beschrieben hinzugefügt wird, falls die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, eine Mehrzahl von Motoren durch Zuführen von Gleichstrom anzusteuern, der von dem Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler zu einer Mehrzahl von Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler abgegeben wird, der zusätzliche Stromsensor zu jedem der Mehrzahl von Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler hinzugefügt werden, was die Kosten stark erhöht.
- Die
JP 7-239 359 A - Andererseits offenbart die
JP 4-10 536 A - Die
JP 63-85 380 A JP 7-239 359 A JP 7-239 359 A - Kurzer Abriss der Erfindung
- Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, während die Zunahme der Kosten minimiert wird, eine Motorsteuervorrichtung mit einer Fehlerdiagnosefunktion zu schaffen, die in der Lage ist während des Betriebes einen Massefehler und einen Kurzschluss von Phase zu Phase zu ermitteln, indem sie voneinander unterschieden werden.
- Erfindungsgemäß wird eine Motorsteuervorrichtung bereitgestellt, die einen Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler zum Wandeln eines von einer dreiphasigen Wechselstromversorgung bereitgestellten dreiphasigen Wechselstroms in Gleichstrom und einen Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler zum Wandeln des vom Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler ausgegebenen Gleichstrom in dreiphasigen Wechselstrom zum Zuführen an einen Motor umfasst, wobei die Motorsteuervorrichtung ferner umfasst: eine Summenstromermittlungseinrichtung, die die Summe der Ströme ermittelt, die von der dreiphasigen Wechselstromversorgung durch den Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler zu dem Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler fließen, eine Überstromermittlungseinrichtung, die einen Überstrom bei einem Ausgangsstrom des Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlers ermittelt, und eine Bestimmungseinheit, die dann, wenn ein Überstrom durch die Überstromermittlungseinheit ermittelt wird, bestimmt, dass ein Massefehler bzw. Erdungsfehler aufgetreten ist, falls beurteilt werden kann, dass die Summe der Ströme, die durch die Summenermittlungseinrichtung ermittelt wird, nicht Null ist, und bestimmt, dass ein Kurzschluss von Phase zu Phase aufgetreten ist, falls beurteilt werden kann, dass die Summe der Ströme, die durch die Summenermittlungseinheit ermittelt wird, Null ist.
- Indem so die Summe der Ströme ermittelt wird, kann ermittelt werden, ob die Ursache ein Massefehler bzw. Erdungsfehler oder ein Kurzschluss von Phase zu Phase ist, wenn ein Überstrom während des Betriebes auftritt.
- Ferner ist bei einer Ausgestaltung, bei der der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler eine Mehrzahl von Invertern (Wechselrichter) aufweist, um eine Mehrzahl von Motoren anzusteuern, die zu Zunahme an Kosten niedriger als es der Fall wäre, falls ein zusätzlicher Stromsensor zu jedem Inverter hinzugefügt worden wäre, um die Bestimmung zwischen dem Massefehler und dem Kurzschluss von Phase zu Phase durchzuführen, da die Summenstromermittlungseinrichtung und die Bestimmungseinheit, die hinzugefügt werden, um die Ermittlung zu machen, seitens des Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlers bereitgestellt werden.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine Darstellung, die einen Kurzschluss von Phase zu Phase erläutert; -
2 ist ein Wellenformdiagramm, das einen Überstrom erläutert, der aufgrund des Kurzschlusses von Phase zu Phase auftritt; -
3 ist eine Darstellung, die einen Massefehler erläutert; -
4 ist ein Diagramm, das einen Überstrom erläutert, der aufgrund des Massefehlers auftritt; -
5 ist ein Diagramm, das die Ausgestaltung einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; -
6 ist ein Diagramm, das die Ausgestaltung einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung zeigt; -
7 ist ein Diagramm, das die Ausgestaltung einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer anderen alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; -
8 ist ein Diagramm, das die Ausgestaltung einer Motorsteuervorrichtung gemäß noch einer anderen alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und -
9 ist ein Diagramm, das die Ausgestaltung einer Motorsteuervorrichtung gemäß noch einer anderen alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. - Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
- Wenn ein Kurzschluss (ein Kurzschluss von Phase zu Phase) vorübergehend beispielsweise zwischen der S-Phase und der T-Phase an der Ausgangsseite des Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlers
10 , wie in1 gezeigt ist, erscheinen ein Überstrom12 und ein Überstrom14 bei dem S-Phasenstrom IS bzw. dem T-Phasenstrom IT, wie in2 gezeigt ist. Da im Fall eines Kurzschlusses von Phase zu Phase kein Rückstrom über der Masse auftritt, ist die folgende Beziehung zwischen den Phasenströmen IR, IS und IT erfüllt.IR + IS + IT = 0 (1) - Wenn andererseits ein Kurzschluss zur Masse (Massefehler) vorübergehend beispielsweise in der T-Phase an der Ausgangsseite des Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlers
10 auftritt, wie in3 gezeigt ist, erscheint ein Überstrom16 bei dem T-Phasenstrom IT, wie in4 gezeigt ist. In diesem Fall ist die durch Gleichung (1) definierte Relation nicht erfüllt, weil ein Rückstrom über Masse vorhanden ist; Folglich gilt:IR + IS + IT ≠ 0 (2) - Falls der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler
10 an der Ausgangsseite mit drei Stromsensoren zum Ermitteln der Dreiphasenströme unabhängig voneinander versehen ist, kann ermittelt werden, ob der Kurzschluss ein Massefehler oder ein Kurzschluss von Phase zu Phase ist, indem die Summe der Ströme berücksichtigt wird und überprüft wird, ob die durch die Gleichung (1) erfüllte Relation erfüllt ist oder nicht. Um die Kosten zu reduzieren, werden jedoch im Allgemeinen lediglich zwei Sensoren vorgesehen, und der verbleibende der Dreiphasenströme wird durch eine Berechnung erhalten, indem angenommen wird, dass die Summe der Dreiphasenströme Null ist. Folglich ist es bei Verwendung von lediglich zwei Stromsensoren nicht möglich, zwischen dem Massefehler und dem Kurzschluss von Phase zu Phase zu unterscheiden. Bei dem in1 gezeigten Beispiel (ein Kurzschluss von Phase zu Phase tritt zwischen der S-Phase und der T-Phase auf) kann, selbst dann, wenn die R-Phase nicht mit einem Stromsensor versehen ist, falls die S-Phase und die T-Phase jeweils mit einem Stromsensor versehen sind, das Auftreten des Kurzschlusses von Phase zu Phase ermittelt werden, indem der Überstrom mit den zwei Stromsensoren ermittelt wird. Jedoch ist es in dem Fall, bei dem R-Phase mit einem Stromsensor versehen ist, aber eine aus der S-Phase und der T-Phase nicht mit einem Stromsensor versehen sind, möglich, den Überstrom zu ermitteln, der durch den Kurzschluss von Phase zu Phase oder einen Massefehler verursacht wird, aber es ist nicht möglich, zu ermitteln, ob die Ursache ein Kurzschluss von Phase zu Phase oder ein Massefehler ist. Ferner kann bei dem in3 gezeigten Beispiel (ein Kurzschluss tritt in der T-Phase auf), falls die T-Phase nicht mit einem Stromsensor versehen ist, sogar das Auftreten des Überstroms aufgrund des Massefehlers nicht ermittelt werden. -
5 zeigt die Ausgestaltung einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Funktion aufweist, um das Auftreten eines Überstroms zu ermitteln und zu ermitteln, ob die Ursache ein Kurzschluss von Phase zu Phase oder ein Massefehler ist. Ein Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler18 wandelt den dreiphasigen Wechselstrom, der von einer dreiphasigen Wechselstromversorgung20 bereitgestellt wird, in Gleichstrom zum Ausgeben um. Ein Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler10 wandelt den vom Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler18 abgegebenen Gleichstrom in einen frequenzvariablen dreiphasigen Wechselstrom zum Ausgeben um. Die Abschnitte zum Steuern der Transistoren im Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler10 und im Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler18 sind hier nicht gezeigt. - Eine Nullphasenstromermittlungseinrichtung
22 ermittelt die Summe der dreiphasigen Wechselströme, die von der dreiphasigen Wechselstromversorgung dem Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler18 zugeführt werden. Die Stromsensoren24 und26 ermitteln zwei der dreiphasigen Wechselströme, die von dem Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler10 ausgegeben werden. Eine Überstromermittlungseinrichtung28 ermittelt einen Überstrom auf Grundlage der Ströme, die durch die Stromsensoren24 und26 ermittelt werden. Wenn ein Überstrom durch die Überstromermittlungseinrichtung28 ermittelt wird, bestimmt eine Massefehler/Kurzschluss-Bestimmungseinheit30 auf Grundlage des durch die Nullphasenstromermittlungseinrichtung22 ermittelten Stroms, ob die Ursache des Überstroms ein Massefehler oder ein Kurzschluss von Phase zu Phase ist. - Wenn der Überstrom nicht durch einen Kurzschluss von Phase zu Phase verursacht wird, da kein Rückstrom über Masse für die drei Phasen an der Eingangsseite des Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlers
18 sowie an der Ausgangsseite des Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlers10 , die zuvor beschrieben wurden, vorhanden ist, ist die Relation ähnlich zu derjenigen, die durch Gleichung (1) definiert ist, erfüllt und kein Strom wird durch die Nullphasenstromermittlungseinrichtung22 ermittelt. Wenn andererseits der Überstrom durch einen Massefehler verursacht wird, fließt ein Massefehlerstrom und dieser Massefehlerstrom wird durch die Nullphasenstromermittlungseinrichtung22 ermittelt. Wenn der durch die Überstromermittlungseinrichtung28 ermittelte Überstrom, falls die Summe der Ströme, die durch die Nullphasenstromermittlungseinrichtung22 ermittelt wird, so klein ist, dass sie gleich Null betrachtet wird, bestimmt demgemäß die Massefehler/Phase-zu-Phase-Kurzschluss-Bestimmungseinheit30 , dass die Ursache des Überstroms ein Kurzschluss von Phase zu Phase ist; falls andererseits die Summe der Ströme nicht so klein ist, dass sie gleich Null beurteilt werden kann, wird bestimmt, dass die Ursache des Überstroms ein Massefehler ist. - Da der Überstrom in zwei der drei Ausgangsphasen des Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlers
10 in dem Beispiel von5 ermittelt wird, kann dann, wenn ein Massefehler in der Phase auftritt, die nicht mit einem Stromsensor versehen ist, der Überstrom nicht durch die Überstromermittlungseinrichtung28 ermittelt werden. Da jedoch der Massefehlerstrom durch die Nullphasenstromermittlungseinrichtung22 ermittelt wird, kann die Massefehler/Phase-zu-Phase-Kurzschluss-Bestimmungseinheit30 das Auftreten des Massefehlers ermitteln. - Um die Summe der Ströme an der Eingangsseite zu ermitteln, kann anstelle der Nullphasenstromermittlungseinrichtung
22 ein aufklemmbarer Sensor (clamp-on-sensor) oder dergleichen verwendet werden, der Strom durch Ermitteln des magnetischen Feldes um den Strom unter Verwendung eines Hall-Elementes ermittelt. Das heißt, dass durch das Verlaufen aller der drei Stromleitungen durch den Ermittlungsring des aufklemmbaren Sensoren die Summe der Ströme ermittelt werden kann, wie es bei einer Nullphasenstromermittlungseinrichtung möglich ist. -
6 zeigt ein Beispiel, bei dem anstelle des Ermittelns der Summe der dreiphasigen Wechselströme an der Eingangsseite der Nullphasenstromermittlungseinrichtung22 die dreiphasigen Wechselströme an der Eingangsseite unabhängig voneinander durch Stromsensoren32 ,34 und36 ermittelt werden und durch einen Addierer38 miteinander addiert werden, um die Summe der Ströme zu erhalten. -
7 zeigt ein Beispiel, bei dem als ein Mittel zum Ermitteln der Summe der Ströme an der Eingangsseite ein aufklemmbarer Sensor20 ähnlich zu dem zuvor beschriebenen vorgesehen ist, um die Summe der Ströme zu ermitteln, die auf den zwei Leitungen fließen, durch die Gleichstrom von dem Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler18 zu dem Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler geliefert wird. -
8 zeigt ein Beispiel, bei dem die in dem Beispiel von5 gezeigten Stromsensoren24 und26 weggelassen sind und stattdessen ein Stromsensor44 vorgesehen ist, der einen Überstrom durch Ermitteln des Stroms ermittelt, der auf einer der zwei Leitungen fließt, durch die der Gleichstrom von dem Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler18 zu dem Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler10 über einen Glättungskondensator42 geliefert wird. Als Mittel zum Ermitteln der Summe der Ströme kann das unter Bezugnahme auf6 oder7 beschriebene Mittel anstelle des unter Bezugnahme auf5 beschriebenen Stromsensors verwendet werden. -
9 zeigt ein Beispiel, bei dem der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler10 aus einer Mehrzahl von Invertern10-1 ,10-2 , ... aufgebaut ist, um eine Mehrzahl von Motoren anzusteuern. Da in diesem Fall der Stromsensor22 und die Massefehler/Phase-zu-Phase-Kurzschluss-Bestimmungseinheit30 zum Durchführen des Bestimmens hinsichtlich eines Massefehlers bzw. eines Kurzschlusses von Phase zu Phase seitens des Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlers18 bereitgestellt werden, ist die Zunahme der Kosten niedriger, als es der Fall wäre, falls ein separater Stromsensor zu jedem Inverter hinzugefügt werden würde. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- JP 7-239359 A [0006, 0008, 0008]
- JP 4-10536 A [0007]
- JP 63-85380 A [0008]
Claims (7)
- Motorsteuervorrichtung mit einem Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler zum Umwandeln eines dreiphasigen Wechselstroms, der von einer dreiphasigen Wechselstromversorgung geliefert wird, in Gleichstrom und einem Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler zum Umwandeln des Gleichstroms, der von dem Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler ausgegeben wird, in einen dreiphasigen Wechselstrom, um diesen einem Motor bereitzustellen, wobei die Motorsteuervorrichtung ferner ausweist: eine Summenstromermittlungseinrichtung, die eine Summe von Strömen ermittelt, die von der dreiphasigen Wechselstromversorgung durch den Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler zum Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler fließen; eine Überstromermittlungseinrichtung, die einen Überstrom bei einem Ausgangsstrom des Gleichstrom/Wechselstroms-Wandler ermittelt; und eine Bestimmungseinheit, die dann, wenn ein Überstrom durch die Überstromermittlungseinrichtung ermittelt wird, bestimmt, dass ein Massefehler aufgetreten ist, falls beurteilt werden kann, dass die Summe der Ströme, die durch die Summenstromermittlungseinrichtung ermittelt wird, nicht Null ist, aber bestimmt, dass ein Kurzschluss von Phase zu Phase aufgetreten ist, falls beurteilt werden kann, dass die Summe der Ströme, die durch die Summenstromermittlungseinrichtung ermittelt wird, Null ist.
- Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Summenstromermittlungseinrichtung einen Stromsensor aufweist, der die Summe der Ströme ermittelt, die auf drei Leitungen fließen, durch die der dreiphasige Wechselstrom von der dreiphasigen Wechselstromversorgung dem Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler bereitgestellt wird.
- Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Summenstromermittlungseinrichtung umfasst: drei Stromsensoren, die die entsprechenden Ströme ermitteln, die auf den drei Leitungen fließen, durch die der dreiphasige Wechselstrom von der dreiphasigen Wechselstromversorgung dem Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler bereitgestellt wird; und Summiermittel zum Berechnen der Summe der Ströme, die durch die drei Stromsensoren ermittelt werden.
- Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stromermittlungseinrichtung einen Stromsensor umfasst, der die Summe der Ströme ermittelt, die auf zwei Leitungen fließen, durch die der Gleichstrom von dem Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler dem Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler bereitgestellt wird.
- Motorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Überstromermittlungseinrichtung zwei Stromsensoren umfasst, die den Überstrom durch Ermitteln der entsprechenden Ströme ermittelt, die auf zwei der drei Leitungen fließen, durch die der dreiphasige Wechselstrom von dem Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler dem Motor bereitgestellt wird.
- Motorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Überstromermittlungseinrichtung einen Stromsensor umfasst, der den Überstrom durch Ermitteln des Stroms ermittelt, der auf einer der zwei Leitungen fließt, durch die der Gleichstrom von dem Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler dem Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler bereitgestellt wird.
- Motorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler eine Mehrzahl von Invertern umfasst, die den Gleichstrom in einen dreiphasigen Wechselstrom zum Bereitstellen an entsprechende der Mehrzahl von Motoren wandelt, und wobei der Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler den Gleichstrom, der aus dem dreiphasigen Wechselstrom gewandelt wird, parallel der Mehrzahl von Invertern bereitstellt.
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