用于有源前端滤波电容器劣化检测的方法和装置制造方法

用于有源前端滤波电容器劣化检测的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了用于检测有源前端(AFE)电力转换器中的三角形连接的滤波电容器的劣化的装置和方法，其中，基于所测量的支路电路电流来计算三角形电路电容器臂电流，并且基于所计算的臂电流以及所测量的线间电压和相应相位角来计算滤波电容器阻抗值，以与一个或更多个阈值进行比较，以选择性地检测滤波电容器的劣化。还提供了通过将基频RMS阻抗值计算为RMS电容器电压与RMS电路支路电流的比率，并且将所计算的RMS阻抗值与一个或更多个阈值进行比较来检测星形连接的滤波电容器的劣化的装置和方法。
【专利说明】用于有源前端滤波电容器劣化检测的方法和装置

【背景技术】
[0001] 电机驱动器和其他电力转换系统使用来自交流电源的电力来工作，并且典型地包 括输入滤波器以降低与电力转换器的工作相关联的开关噪声，并且尤其控制由特定有源前 端（AFE)整流器的高频工作生成的总谐波失真（THD)。特别地，许多电力转换系统利用与每 个交流输入相相关联的电感器电容器（LC)或电感电容电感（LCL)输入滤波电路以控制所 连接的电网的谐波含量。这种滤波电路遭受滤波电容器的损坏或劣化。滤波电容器劣化转 而在替换部件成本、用于检查和替换的劳动以及电力转换系统和任何关联机械的停机时间 的方面可能是昂贵的。然而，迄今为止，评估输入滤波电容器的性能和任何劣化是困难的， 通过维修人员的视觉检查未必能够识别初始电容器劣化。某些传统电力转换器采用与滤 波电路电容器串联的熔断器，但是在实践中熔断器要么不能足够快地断开以防止电容器劣 化，要么在健康的电容器正常工作时频繁断开从而造成过度的系统停机时间的结果。因此， 仍然需要用于有源前端电力转换器的改进的滤波电容器劣化预测或检测装置和技术。


【发明内容】

[0002] 现在概述本公开内容的各个方面以便于对本公开内容的基本理解，其中，本发明 内容不是本公开内容的广泛概述，既不意在标识本公开内容的特定元素，也不意在描述本 公开内容的范围。而是，本
【发明内容】
的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前以简化形 式来呈现本公开内容的各个构思。本公开内容提供用于有源前端（AFE)电力转换滤波电容 器劣化检测的方法和装置，其中，测量线间电压和电路支路电流，并且三角形连接的滤波电 容器阻抗被计算并与一个或更多个阈值进行比较而不需要直接测量电容器电流。因此，本 公开内容呈现了相对于传统电容器劣化防止或检测技术的显著进步，因为未使用熔断器并 且能够在系统损坏之前评估劣化的发生。进而，可以使用所检测的劣化状况提供系统警报 或警告和/或关闭电力转换系统。
[0003] 公开了一种电力转换系统，其包括有源前端整流器和输入滤波电路，输入滤波电 路包括三个串联电路，三个串联电路具有耦合在相应系统电力输入相与相应整流器输入相 之间的一个或更多个关联滤波电感器。滤波电路还包括：三个电容器电路支路，其各自连接 至相应串联电路之一；以及以三角形配置连接的三个滤波电容器。反馈电路感测跨滤波电 容器的线间电压以及滤波电路支路电流。电力转换器还包括劣化检测系统，劣化检测系统 至少部分地基于线间电压和滤波电路支路电流来计算基频滤波电容器阻抗值，并且根据所 计算的阻抗值来选择性地检测滤波电容器中的一个或更多个滤波电容器的劣化。
[0004] 在某些实施中，输入滤波电路的各个串联电路包括第一滤波电感器和第二滤波电 感器，各个电容器电路支路连接至接合相应串联电路的第一滤波电感器与第二滤波电感器 的节点。在某些实施中，检测系统对线间电压和滤波电路支路电流进行滤波以获得在输入 电力基频处的值，并计算用于确定基频滤波电容器阻抗值的RMS值。此外，在某些实施方式 中，该系统使用用于计算电容器阻抗的公式，该公式包含根据以三角形配置连接的仿真电 阻电路（artificial resistive circuit)确定的比率，使得该公式仅涉及基频RMS线间电 压和滤波电路支路电流值以及线间电压之间的相位角。在某些实施中，例如，该系统包括过 零（zero-crossing)检测电路以测量电压之间的相位角，或者可以假设相位角（例如120° 和 240° )。
[0005] 根据本公开内容的另外的方面，提供一种用于检测电机驱动器中的滤波电容器劣 化的方法，包括：测量跨三角形连接的滤波电容器的线间电压以及测量滤波电路支路电流 值。该方法还包括：根据所测量的电压和电流计算基频滤波电容器阻抗值，并将所计算的电 容器阻抗与至少一个阈值进行比较。至少部分地根据所计算的阻抗值与阈值的比较来选择 性地检测滤波电容器中的一个或更多个滤波电容器的劣化。该方法的某些实施方式包括基 于阈值比较发出警报或关闭电机驱动器。此外，在某些实施中，该方法包括：对所测量的电 压和电流进行滤波以获得在交流输入基频处的经滤波的值；以及计算用于计算基频滤波电 容器阻抗值的RMS值。
[0006] 本公开内容的另外的方面提供用于检测星形连接的滤波电容器的劣化的装置和 技术，其中，对例如支路电路与星形连接的滤波电容器的公共连接点之间的电容器电压进 行感测，对该电压进行滤波以提供基频电容器电压值，根据该基频电容器电压值来计算RMS 值。相似地，对流经滤波电容器的滤波支路电路电流进行测量并获得其基频RMS值。然后 将滤波电容器阻抗值计算为基频RMS电压与基频RMS电流的比率，将由此计算出的滤波电 容器阻抗值与一个或更多个阈值进行比较以选择性地检测滤波电容器的劣化。
[0007] 根据本公开内容的另外的方面，提供一种具有用于执行滤波电容器劣化检测方法 的计算机可执行指令的计算机可读介质。

【专利附图】

【附图说明】
[0008] 以下描述和附图详细阐述了本公开内容的某些示例性实施，其表示可以执行本公 开内容的各种原理的若干示例方式。然而，所示示例并不穷举本公开内容的许多可能的实 施方式。当结合附图考虑时，将在以下详细描述中阐述本公开内容的其他目的、优点和创新 特征，在附图中：
[0009] 图1是示出具有输入LCL滤波器以及根据本公开内容的一个或更多个方面的滤波 电容器劣化检测装置的示例性有源前端（AFE)电机驱动器的示意图，该输入LCL滤波器包 括三角形连接滤波电容器；
[0010] 图2是示出通过变压器连接至电源的另一个AFE电机驱动器的示意图，该AFE电 机驱动器包括CL输入滤波器以及根据本公开内容的滤波电容器劣化检测装置，该CL输入 滤波器具有三角形连接滤波电容器；
[0011] 图3是示出根据本公开内容的在图1的LCL滤波器中各个测量的和计算出的电压 和电流以及用于计算校正因子比率的在仿真三角形连接电阻电路中的臂电流和支路电流 的计算的示意图；
[0012] 图4和图5示出根据本公开内容的另外的方面的表示用于检测AFE滤波电容器劣 化的示例过程的流程图；
[0013] 图6是示出图1和图2的劣化检测装置中的示例性阻抗计算的进一步的细节的示 意图；
[0014] 图7是示出图1和图2的系统中的示例性线间电压波形与相应相位角的曲线图；
[0015] 图8是示出具有输入LCL滤波器以及根据本公开内容的另外的方面的劣化检测系 统的另一个示例性AFE电机驱动器的示意图，该LCL滤波器具有星形连接的滤波电容器；
[0016] 图9是进一步示出图8的LCL滤波器中的各个测量的和计算出的值的示意图；以 及
[0017] 图10是示出根据本公开内容的另外的方面的用于检测或预测图8和图9的系统 中的AFE滤波电容器劣化的示例过程的流程图。

【具体实施方式】
[0018] 现在参照附图，以下将结合附图描述若干个实施方式或实施，其中，贯穿始终以相 似的附图标记表示相似的元件，并且其中，各个特征未必按比例绘制。公开了用于检测以三 角形配置连接的电力转换系统滤波电容器的劣化的技术和装置。本公开内容的这些方面可 见于与有源前端（AFE)电机驱动器相关联的应用以及其他形式的电力转换系统。此外，尽 管在上下文中示出为三相输入设备，但是可以在具有任何数量的输入相的电力转换系统中 采用所公开的构思，在该电力转换系统中输入滤波器包括至少一个三角形连接的滤波电容 器电路。
[0019] 所公开的技术和装置有利地便于计算和监视输入滤波电容器值（即电容）及其变 化以预测或检测部件劣化而不需要直接测量流经被监视的电容器的电流。对此，在一些系 统中，封装或其他物理约束可能妨碍包含三角形电路支路的臂中的直流传感器，和/或设 置这种传感器可能成本过高。然而，使用所公开的技术，可以将流进连接至三角形配置的三 个滤波电容器的支路的电流与测量的跨滤波电容器的线间电压和测量的或假设的电压相 位角一起用于计算各个滤波电容值。使用这些，可以与一个或更多个阈值进行比较以评估 各个滤波电容器的潜在劣化，并且可以确定这些部件中的一个或更多个是否劣化。此外，劣 化检测可以用于发起任何适当的补救或报告动作。以这种方式，本公开内容避免先前使用 的与滤波电容器串联的保护性熔断器的过包容或欠包容的属性，并且还有利地便于早识别 在三角形连接的输入滤波电容器中发生的部件劣化。这转而可以用于最小化系统停机时间 以及降低或减轻与电机驱动器或其他电力转换系统相关联的维护成本。
[0020] 首先参照图1和图2,图1示出了具有三相交流输入4的示例性电机驱动器10,三 相交流输入4接收来自三相源2的输入电力，其中驱动器10包括整流器30、中间直流中继 电路40和提供变频变幅度交流输出电力以驱动电机负载6的输出逆变器50。尽管在上下 文示出和描述了电机驱动器型的电力转换系统10,但是可以在提供交流输出还是直流输出 以驱动电机或其他类型负载的其他形式的电力转换系统中采用各个公开的构思。驱动器输 入4具有通过LCL输入滤波电路20连接至开关（有源前端）整流器30的交流输入的三个 输入相端子。开关整流器30包括分别耦合在相应交流输入相（u、v、w)之一与直流中继电 路40的相应直流总线端子（+或-)之间的开关装置S1至S6。驱动控制器60包括整流器 开关控制器62,其向整流器开关装置S1至S6提供整流器开关控制信号62a以使得整流器 30使用任何合适的脉宽调制（PWM)技术对接收到的三相交流输入电力进行转换以提供跨 中继电路40的直流总线电容Cdc的直流电压Vdc。逆变器50接收来自中继电路40的直流 输入电力并且包括分别耦合在正或负直流总线端子之一与连接至电机负载6的相应输出 相之间的逆变器开关S7至S12。逆变器开关S7至S12根据由驱动控制器60的逆变器开 关部件66提供的逆变器开关控制信号66a工作，逆变器开关部件66根据任何合适的脉宽 调制技术生成信号66a以对来自中继电路40的直流电力进行转换，以向电机负载6提供变 频变幅度的交流输出电力。开关整流器30和逆变器50可以采用任何合适形式的开关装置 S1至S12,包括但不限制于绝缘栅双极晶体管（IGBT)、硅可控整流器（SCR)、门极可关断晶 闸管（GTO)、集成门极换流晶闸管（IGCT)等。
[0021] 由图1的示例可见，LCL滤波电路20包括三个串联电路，三个串联电路分别连接 在电力转换器输入4与整流器交流输入的相应相之间。每个串联电路包括一对串联连接的 滤波电感器，其中第一电路包括：连接在第一电力转换器输入端子与中间节点"a"之间的 电感器La (例如3%的电感器）；以及连接在中间节点"a"与第一整流器交流输入节点"u" 之间的第二滤波电感器（例如9%的电感器）Lu。相似地，第二串联电路包括：连接在第二 电机驱动器输入与第二中间节点"b"之间的第一电感器Lb ;以及连接在节点"b"与第二整 流器输入"v"之间的第二电感器Lv。第三串联电路具有由第三中间节点"c"接合的第一电 感器Lc和第二电感器Lw。此外，滤波电路20包括将节点a、b、c分别连接至三角形配置的 三个滤波电容器Cab、Cbc、Cca的三个电容电路支路22a、22b和22c。在该三角形连接的电 容器电路中，如所示每个滤波电容器C连接至两个电容器电路支路22。
[0022] 图2示出了替代实施方式，其中CL滤波电路20被设置用于通过变压器3连接电 机驱动器10与电源2。在该示例中，由于变压器3的次级绕组的电感，省略了第一滤波电感 器La、Lb和Lc，并且输入端子4分别在节点a、b和c处直接连接至电感器Lu、Lv和Lw。
[0023] 由图1和图2可见，此外，电机驱动器10包括与滤波电路20耦合的劣化检测系统 70以及反馈电路，该反馈电路例如通过感测所示的支路电路22处的电压来感测跨滤波电 容器Cab、Cbc和Cca的线间电压V^。和。此外，反馈电路包括电流传感器，该电 流传感器耦合至支路电路22以感测在相关联的电容器电路支路22a、22b和22c中流动的 滤波电路支路电流1。_ 3、、1^和I。.。。劣化检测系统70可以为提供在此阐述的所描述的滤 波、RMS计算、阻抗计算和阈值比较功能的任何合适的硬件、处理器执行的软件、处理器执行 的固件、可编程逻辑、模拟电路等，并且可以使用执行存储在系统70的电子存储器中的计 算机可执行指令的一个或更多个处理器元件进行操作。由图1和图2可见，劣化检测系统 70可以包括一个或更多个部件，该部件可以被实施为用于执行的软件和/或固件部件、可 编程逻辑等，包括低通滤波/RMS计算部件72、阻抗计算部件74以及能够进行操作以将一个 或更多个计算机计算出的值与一个或更多个阈值76进行比较的比较逻辑。此外，劣化检测 系统70可以提供指示由系统70检测的滤波电容器Cab、Cbc和/或Cca中的一个或更多个 滤波电容器的劣化的检测输出信号或值78。在一个实施中，如所示，可以将劣化检测信号 78提供给电机驱动控制器60以发起一个或更多个动作，例如关闭电机驱动器10和/或向 例如与电机驱动器10和/或连接的网络（未示出）相关联的用户接口提供警报或警告信 号或其他指示。
[0024] 在工作中，劣化检测系统70被配置成至少部分地基于测量的线间电压Ve. ab、Vc.bc 和V。. Μ并且根据所感测的滤波电路支路电流I。. a、I。.b和I。.。来计算基频滤波电容器阻抗值 Zab._z、Zbc;.6(IHz和Ζ Μ.6(ΙΗζ。此外，系统70根据所计算的基频滤波电容器阻抗值Zab. 6(IHz、Zbc;.6QHz 和ZM._z来选择性地检测滤波电容器Cab、Cbc和/或Cca中的一个或或更多个滤波电容 器的劣化。例如，检测系统70的某些实施分别将电容器阻抗值Z ab._z、Zbc;.6(IHz和ΖΜ._ ζ与 一个或更多个阈值76进行比较，阈值76例如为表示标称电容值减去特定百分比的下阈值 76以及表示标称电容值加上表示制造容限、温度漂移效应、部件年龄效应等的另外的百分 比（例如在一个实施中为5%至8% )的上阈值76。如果任何一个电容器Cab、Cbc和/或 Cca的计算出的基频阻抗值Z_z在下阈值以下或上阈值以上，则系统70提供检测信号78 以发起用户警告或警报和/或关闭电机驱动器10。
[0025] 在某些实施中，系统70包括一个或更多个硬件型和/或处理器执行的软件型滤波 器72，滤波器72对线间电压V。. ab、V。. b。和V。.。3以及滤波电路支路电流I。. a、I。. b和I。.。进行滤 波以获得在多相交流输入电力的基频处的经滤波的线间电压和以 及经滤波的电路支路电流Ι^._ ζ、Ι^6Μιζ和。例如，LPF/RMS部件72可以包括任意 合适阶或滤波器类型的低通和/或带通滤波器或其组合，以去除在交流输入电力基频（例 如在一个示例中为60Hz)以上的频率。例如，某些实施采用具有约80Hz的截止频率的二阶 巴特沃斯（Butterworth)低通滤波器以获得经滤波的线间电压V e.ab.6(lhz、Ve.be. 6(lhz和Ve.ea.6(lhz 以及经滤波的电路支路电流I。. a. ecihz、Ic.b. ecihz和I。.。. ecihz。
[0026] 部件72还根据经滤波的线间电压Ve.ab._z、Ve. be.6(lhz和Ve.ea.6(lhz计算RMS线间电 ? Vc. ab. 60hz. RMS、Vc. be. 60hz. RMS 和?并且根据经滤波的电路支路电流Ι^_Ζ、Ι^_Ζ和 Ic.c._z计算冊S支路电路电流Ic.a. 6Qhz.MS、Ic.b.6(lhz. KMS和Ic.c.6Qhz.MS。RMS计算可以根据已知 的任何合适的均方根公式，例如计算经滤波的电压或电流值（例如在基频处）的一系列采 样值的平方的平均值的平方根。此外，劣化检测系统70的所示实施方式使用阻抗计算部件 74以根据下面将进一步描述的基频RMS线间电压Vf· Ve.bc;.6"s和V_6(lhz. KMS并且 根据基频RMS电路支路电流1。.3?、和1。.。.6" 3来计算基频滤波电容器阻抗 值 Zab. 60Hz、Zbc. 60Hz 和 Zca. 60Hz。
[0027] 参照图3,示例性系统70在计算基频滤波电容器阻抗值时有利地采用比率型校正 因子，该校正因子是使用连接至电容器电路支路22的仿真电阻电路得到的。尽管事实上在 电机驱动器10中未设置该电阻电路（图3中替代地以虚线表示），但是包括1欧姆电阻元 件Rabl、Rbcl和Real的这种三角形连接的电阻器网络提供了用于开发相对于滤波电路20 的三角形连接滤波电容器Cab、Cbc和Cca使用的校正因子的有用平台。由图1至图3可 见，尽管可以通过电机驱动器20的反馈系统直接测量支路电路电流〖。.^〖。.，和1。_。（与感测 的线间电压值V e.ab、Ve.b。和Ve. ea -起），但是实际流经三角形配置中的各个电容器Cab、Cbc 和Cca的臂电路电流I。.ab、1。.,。和I。.Μ需要专用传感器，这将增加系统10的成本和/或考 虑到电机驱动器10的封装需求这未必可行。另外，准确计算臂电路电流I。.#、I。. b。和I。. Μ 的能力便于通过将线间电压除以计算出的臂电路电流I。.ab、1^。和I。.Μ来计算滤波电容器 Cab、Cbc和Cca的相应阻抗值Zab、Zb。和Zca。
[0028] 对此，本发明人已经意识到预测电容器的劣化的最佳方式为监视电容器阻抗，例 如通过阻抗计算部件74与一个或更多个阈值76进行比较。此外，基于基频（例如60Hz) 的阻抗是优选的，这是因为在开关电力转换系统10内存在滤波电路20导致更高的频率谐 波含量。例如，在有源前端电力驱动器中，基频分量将通常具有频谱中的最大幅度，显著谐 波的剩余部分（例如针对4kHz PWM开关频率的大约4kHz和8kHz)将通常包括许多彼此接 近的并且通常具有较低幅度的不同谐波，因此相对于更高阶谐波更难以提取用于阈值比较 的信号。
[0029] 此外，针对例如在电机驱动输入滤波电路20中经常使用的金属化聚丙烯电容器， 电容可以在相关温度范围（例如_55°C至+85°C)内变化特定量（例如+1.4%至-2. 5%)， 在设置用于与计算出的滤波电容器阻抗值Zab._z、Zbc;. 6(IHz和ZM._z比较的阈值76时，除了 +/-3%的初始制造容限之外还可以考虑电容器部件的工作寿命内的最大容限（老化容限） 的因素。在一个可能的实施中，确定初始阻抗值（例如根据制造商规格等），将下阈值76设 置成第一常量（例如在一种情况下为0.9)乘以初始阻抗值，将初始值乘以第二常量（例如 1. 1)以获得上阈值76。
[0030] 本发明人还意识到在图1至图3所示的三角形配置的滤波电容器中，能够根据可 以直接测量和/或假设的因子和/或参数，通过仔细调节或补偿对真实的臂电路电流Iub、 Id。和1。^的计算来减轻或克服不能或不期望添加测量实际流经滤波电容器Cab、Cbc和 (：(^的臂电路电流1。^、1。. 13。和1。.。3的专用电流传感器。具体地，如下所述，本发明人已经开 发了用于根据感测的线间电压、感测的支路电流I。.％、1。1和1。_。 3以及跨滤波电容器Cab、 Cbc的线间电压与V。.,。之间的测量的和/或假设的相位角Φ,。和ΦΜ来计算臂电路电 流I。. ab、I。.b。和1。^的技术。因此，本公开内容的技术和装置克服了不能或不期望添加附加 专用滤波电容器电流感测，并且提供了准确监视用于检测或尽早警告电容器劣化的滤波电 容器Cab、Cbc和Cca的电容值的能力。
[0031] 由图3可见，仿真三角形连接的电阻电路耦合至电路支路22a、22b和22c (与实际 三角形连接的滤波电容器电路一样）。关于在实际滤波电容器电路中流动的RMS电流，可以 在三个电路节点a、b和c处根据基尔霍夫电流定律来创建以下等式（1):

【权利要求】
1. 一种电力转换系统（10)，包括： 电力转换器输入（4)，其能够进行操作以接收多相交流输入电力； 有源前端（AFE)整流器（30)，其包括三相交流输入以及多个开关装置（S1-S6)，所述多 个开关装置（S1-S6)能够根据多个整流器开关控制信号（62a)进行操作以对在所述三相交 流输入处接收到的电力进行转换以提供直流输出电力； 输入滤波电路（20)，其耦合在所述电力转换器输入（4)与所述AFE整流器（30)之间， 所述输入滤波电路（20)包括：第一串联电路、第二串联电路和第三串联电路，其各自包括 耦合在所述电力转换器输入（4)的相应相与所述AFE整流器（30)的三相交流输入的相应 相之间的至少一个滤波电感器（Lu、Lv、Lw);第一电容器电路支路（22a)、第二电容器电路 支路（22b)和第三电容器电路支路（22c)，其分别连接至所述第一串联电路、第二串联电路 和第三串联电路；以及以三角形配置连接的三个滤波电容器（Cab、Cbc、Cca)，每个滤波电 容器（C)连接至所述电容器电路支路（22)中的两个电容器电路支路； 反馈电路，其与所述输入滤波电路（20)操作耦合以感测跨所述滤波电容器（Cab、Cbc、 (^)的线间电压（1.3^。.13。、1.。3)，以及在所述电容器电路支路（22 &、2213、22(3)中流动的滤 波电路支路电流（1。.^〗。^、〗。.。）；以及 劣化检测系统（70)，其与所述输入滤波电路（20)操作耦合以至少部分地根据所述线 间电压并且根据所述滤波电路支路电流（Ιε.3、Ι^、Ι。.。）来计算基频滤波 电容器阻抗值（Z ab.6CIHz、Zbc;.6(IHz、ΖΜ._ ζ)，并且根据所计算的基频滤波电容器阻抗值（Zab.6CIHz、 4。. 6_、2。3.6_)来选择性地检测所述滤波电容器（Cab、Cbc、Cca)中的一个或更多个滤波电 容器的劣化。
2. 根据权利要求1所述的电力转换系统（10)， 其中，所述输入滤波电路（20)的所述各个串联电路包括：连接至所述电力转换器输入 (4)的相应相的第一滤波电感器（La、Lb、Lc);以及连接在所述第一滤波电感器（La、Lb、Lc) 与所述AFE整流器（30)的三相交流输入的相应相之间的第二滤波电感器（Lu、L V、Lw);并 且 其中，所述输入滤波电路（20)的所述各个电容器电路支路（22a、22b、22c)连接至接合 所述相应串联电路的所述第一滤波电感器与所述第二滤波电感器的节点（a、b、c)。
3. 根据权利要求1所述的电力转换系统（10)，其中，所述劣化检测系统（70)能够进行 操作以： 对所述线间电压和所述滤波电路支路电流（Ιε.3、Ι^、Ι。.。）进行滤波 以获得所述多相交流输入电力的基频处的经滤波的线间电压和 经滤波的电路支路电流（Ie.a.6rafe、Ie.b.6Mfe、I。. e.6Mfe); 根据所述经滤波的线间电压（1^.6_、^。.6_、1.。3. 6_)计算RMS线间电压（Ve.ab.6QHz. EMS、Vc. be. 60Hz. EMS、Vc. ca. 60Hz. RMS); 根据所述经滤波的电路支路电流（Ι^_ζ、Ι^.6(ΙΗζ、Ι^_ζ)计算RMS电路支路电流（I。. a. 60Hz. EMS、Ic. b. 60Hz. RMS、Ic. c. 60Hz. RMS) ?，以及 根据所述RMS线间电压（V。 ab. 60Hz. RMS、V。· be. 60Hz. RMS、V。· ca. 60Hz. RMS )并且根据所述RMS电路支路 电'2/lL· (Ic.a.6〇Hz.RMS、Ic.b_60Hz.RMS、Ic.c.60Hz. KMS)来计算所述基频滤波电容器阻抗值（Zab._z、Zbc;. 6(IHz、 Zca. 60Hz) 0
4. 根据权利要求3所述的电力转换系统（10)，其中，所述劣化检测系统（70)能够进行 操作以： 根据以下等式计算第一滤波电容器（Cab)的所述基频滤波电容器阻抗值Zab.6(IHz:
其中： Vc. sib. 6UMS、l.b。. 6UMS和V。.60hz. EMS分力丨」是跨所述弟'~滤波电各器（Cab)、弟·_?滤波电 容器（Cbc)和第三滤波电容器（Cca)的所述RMS线间电压； I c. a. 60hz. EMS c. b. 60hz. RMS 和Ic^_Z.EMS分别是流经所述第一电路支路、第二电路支路和第三 电路支路的所述RMS电路支路电流； Φ&是跨所述第一滤波电容器（Cab)和第二滤波电容器（Cbc)的线间电压（Ve.ab、V c.bc;) 之间的相位角； ΦΜ是跨所述第一滤波电容器（Cab)和第三滤波电容器（Cca)的线间电压（Ve.ab、V c. J 之间的相位角。
5. 根据权利要求4所述的电力转换系统（10)，其中，所述劣化检测系统（70)包括过零 检测电路以测量跨所述滤波电容器（Cab、Cbc)的线间电压之间的相位角（Φ,。、 ① ca)。
6. 根据权利要求4所述的电力转换系统（10)，其中，所述劣化检测系统（70)使用跨所 述滤波电容器（Cab、Cbc)的线间电压之间的相位角（Φ&、Φ Μ)的假设值来计 算所述基频滤波电容器阻抗值（Zab.6QHz、Z be.6QHz、Zea.6QHz)。
7. -种用于检测有源前端（AFE)电机驱动器（10)中的滤波电容器劣化的方法（100)， 所述方法（100)包括： 测量（102)跨滤波电容器（Cab、Cbc、Cca)的线间电压（^^^^(。上其中^述滤 波电容器（Cab、Cbc、Cca)以三角形配置连接，每个滤波电容器（C)连接至所述电机驱动器 (10)的滤波电路（20)中的三个电容器电路支路（22)中的两个电容器电路支路； 测量（108)在所述电容器电路支路（22a、22b、22c)中流动的滤波电路支路电流（Ic.a、 I。· b、I。· c) ? 至少部分地根据所述线间电压（VupVd。、^并且根据所述滤波电路支路电流（I。. a、Ic.b、I。.。）来计算（120)基频滤波电容器阻抗值huZknU ; 将所计算的基频滤波电容器阻抗值与至少一个阈值（76)进行 比较（122);以及 至少部分地根据所计算的基频滤波电容器阻抗值（Zab._z、Zbc;. 6(IHz、ΖΜ._ζ)与所述至少 一个阈值（76)的所述比较来选择性地检测（124)所述滤波电容器（Cab、Cbc、Cca)中的一 个或更多个滤波电容器的劣化。
8. 根据权利要求7所述的方法（100)，包括： 对所测量的线间电压进行滤波（104)以获得所述多相交流输入电力 的基频处的经滤波的线间电压; 根据所述经滤波的线间电压计算（106)RMS线间电压（Vc. ab. 60Hz. RMS、Vc. be. 60Hz. RMS、Vc. ca. 60Hz. RMS); 对所测量的滤波电路支路电流（Ια3、ι^、ι。.。）进行滤波（110)以获得所述多相交流输 入电力的基频处的经滤波的电路支路电流α^.6(ΙΗζ、?α.6(ΙΗζ、ι^6(ΙΗζ); 根据所述经滤波的电路支路电流α^6(ΙΗζ、Ι^.6(ΙΗζ、Ι_6(ΙΗζ)计算（112)RMS电路支路电 '2<1L· (Ic. a. 6〇Hz. RMS、Ic. b. 60Hz· RMS、Ic. c. 60Hz. RMS );以及 至少部分地根据所述RMS线间电压（L-i、Ve.be.6(IHz. KMS、Ve.ea.6(IHz.KMS)和所述RMS电 路支路电流（Ια_ζ.ΚΒ、Ι。』』·.!*、Ι^_Ζ.ΚΒ)来计算（120)所述基频滤波电容器阻抗值 (Zab. 60Hz、Zbc. 60Hz、Zca. 60Hz) ?
9. 根据权利要求8所述的方法（100)，包括： 根据以下等式计算（120)第一滤波电容器（Cab)的所述基频滤波电容器阻抗值 ^ab. 60Hz *
J 其中： Vc. ε?. 6UMS、l.b。. 6UMS和V。.。￡1. 60hz. RMS分力丨」是跨所述弟'~滤波电各器（Cab)、弟·_?滤波电 容器（Cbc)和第三滤波电容器（Cca)的所述RMS线间电压； I c. a. 60hz. EMS c. b. 60hz. RMS 和Ic^_Z.EMS分别是流经所述第一电路支路、第二电路支路和第三 电路支路的所述RMS电路支路电流； Φ&是跨所述第一滤波电容器（Cab)和第二滤波电容器（Cbc)的线间电压（Ve.ab、V c.bc;) 之间的相位角； ΦΜ是跨所述第一滤波电容器（Cab)和第三滤波电容器（Cca)的线间电压（Ve.ab、V c. J 之间的相位角。
10. -种电力转换系统（10)，包括： 电力转换器输入（4)，其能够进行操作以接收多相交流输入电力； 有源前端（AFE)整流器（30)，其包括三相交流输入以及多个开关装置（S1-S6)，所述多 个开关装置（S1-S6)能够根据多个整流器开关控制信号（62a)进行操作以对在所述三相交 流输入处接收到的电力进行转换以提供直流输出电力； 输入滤波电路（20)，其耦合在所述电力转换器输入（4)与所述AFE整流器（30)之间， 所述输入滤波电路（20)包括：第一串联电路、第二串联电路和第三串联电路，其各自包括 耦合在所述电力转换器输入（4)的相应相与所述AFE整流器（30)的三相交流输入的相应 相之间的至少一个滤波电感器（Lu、Lv、Lw);第一电容器电路支路（22a)、第二电容器电路 支路（22b)和第三电容器电路支路（22c)，其分别连接至所述第一串联电路、第二串联电 路和第三串联电路；以及以星形配置连接的三个滤波电容器（Ca、Cb、Cc)，每个滤波电容器 (C)连接在相应的所述电容器电路支路（22)之一与公共连接节点（24)之间； 反馈电路，其与所述输入滤波电路（20)操作耦合以感测跨所述滤波电容器（Ca、Cb、 (^)的电容器电压以。.3、￥。.13、1.。），以及在所述电容器电路支路（22&、2213、22(3)中流动的滤 波电路支路电流（1。.^〗。^、〗。.。）；以及 劣化检测系统（70)，其与所述输入滤波电路（20)操作耦合以至少部分地根据所述电 容器电压（La、V。.,、V。.。）并且根据所述滤波电路支路电流（1。_3、I。.,、1。_。）来计算基频滤 波电容器阻抗值（Z a.6CIHz、Zb.6(IHz、Ζε. 6(ΙΗζ)，并且根据所计算的基频滤波电容器阻抗值（Za._z、 4 6_、心6_)来选择性地检测所述滤波电容器（Ca、Cb、Cc)中的一个或更多个滤波电容器 的劣化。
【文档编号】G01R27/16GK104124876SQ201410177608
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2013年4月29日
【发明者】谢苗·罗亚克, 罗伯特·J·布雷茨曼 申请人:洛克威尔自动控制技术股份有限公司