能够检测输出接地的逆变器系统及利用该系统的输出接地检测方法与流程

1.本发明涉及能够检测输出接地的逆变器系统及利用该逆变器系统的输出接地检测方法，尤其涉及一种通过检测分流电阻(leg
‑
shunt resistor)的电流来检测输出接地的逆变器及利用该逆变器的逆变器输出接地检测方法。


背景技术：

2.逆变器是将直流电转换为所需频率和大小的交流电的装置，其用于控制交流电动机等。这种逆变器从整流器接收三相ac电，将其转换为dc电，并将该dc电储存在直流链路(dc
‑
link)，然后通过逆变器转换为ac电后驱动电动机。此外，逆变器由变压变频(variable voltage variable frequency,vvvf)方法控制，可以根据脉冲宽度调制(pulse width modulation,pwm)输出来改变输入到电动机的电压和频率。
3.在逆变器中，可能因输出电流异常而使逆变器损坏。这里，逆变器的输出电流异常典型的有过电流和输出接地。逆变器输出接地是指逆变器输出的三相中的一个相以上与大地形成接地，从而出现电流通路(path)连接到大地的情形。这种逆变器输出接地是由于逆变器输出线断开或逆变器输出与大地之间有导体引入而引起的。在逆变器输出接地的情况下，电动机可能会因额定电流以上的过电流而劣化从而导致损坏，如果接地线与人体接触，甚至可能危害生命。因此，驱动电动机的通用逆变器在发生输出接地时通知用户有无逆变器输出接地并停止逆变器的运行，从而提供用于安全地保护电动机和用户的功能。然而，最终在通用逆变器中无法用分流电阻来准确地检测输出接地。
4.图4是根据现有技术的一般逆变器的构成图。另外，图5是根据现有技术的使用ct检测输出电流的逆变器的构成图，图6是根据现有技术的利用分流电阻检测输出电流的逆变器的构成图。
5.参照图4，根据现有技术的逆变器1从电源部(三相电)2接收三相交流电，并由整流部11对其进行整流，平滑部12平滑并储存由整流部11整流的直流电压。逆变器部13根据pwm控制信号将储存在作为平滑部12的直流链路(dc
‑
link)电容器中的直流电压输出为具有预定电压和频率的交流电压，并将该交流电压提供给电动机3。逆变器部13由三个支路构成，每个支路由两个相互串联连接的开关元件组成。
6.为了保护逆变器免受过电流的影响，需要检测过电流，为了进行这种过电流的检测，如图5所示，在逆变器1的输出端a配置电流传感器(current transformer,ct)以检测逆变器输出电流，或者如图6所示，通过配置分流电阻，该分流电阻分别与逆变器部13的下部支路b的开关元件串联连接，从而检测逆变器部13的输出电流，由此来检测过电流。此时，主要检测输出电流的瞬时最大电流，以进行过电流保护动作。
7.参照图6，在使用分流电阻的电流检测方法中，通过在逆变器1的逆变器部13的各个支路的下部开关元件(例如，绝缘栅极双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,igbt)的发射极分别配置分流电阻20来检测流过分流电阻20的电流。然而，根
据逆变器部13的开关元件的开关状态，不连续地检测输出电流，从而需要基于开关元件的开关状态来检测瞬时最大电流。
8.图7是用于说明根据逆变器的pwm状态的输出电流检测限制区域的图表。
9.在使用分流电阻检测逆变器的输出电流的方法中，根据开关元件的动作状态和电流导通时间，出现不能检测电流的区域。因此，为了扩大电流的检测区域，采用检测三相输出电流中有效的两相电流，并计算和估计剩余一相电流的方法。
10.表1是示出使用分流电阻的电流检测方法中的电流检测计算方法的表格。
11.[表1]
[0012]
扇区信息iuiviw1iu＝(ivs+iws)iv＝
‑
ivsiw＝
‑
iws2iu＝
‑
iusiv＝(ius+iws)iw＝
‑
iws3iu＝
‑
iusiv＝(ius+iws)iw＝
‑
iws4iu＝
‑
iusiv＝
‑
ivsiw＝(ius+ivs)5iu＝
‑
iusiv＝
‑
ivsiw＝(ius+ivs)6iu＝(ivs+iws)iv＝
‑
ivsiw＝
‑
iws
[0013]
图8是根据现有技术的能够检测输出缺相的逆变器的构成图。参照图8，检测三相输出电流，然后经过预处理过程之后，检测逆变器输出电流。另外，根据输入到控制器的输出电流的计算结果来判断是否存在输出接地。
[0014]
图9是示出根据现有技术的逆变器中的正常状态下和输出接地时的输出电流路径的构成图。这里，图9的(a)表示正常状态下的逆变器输出电流路径，图9的(b)表示输出接地时的逆变器输出电流路径。
[0015]
参照图9的(a)，在逆变器正常动作时，根据基尔霍夫电流定律，通过逆变器的三相电流传感器而输入的输出电流之和为
‘
iu+iv+iw＝0’。然而，参照图9的(b)，当发生输出接地时，发生输出接地的相电流形成连接到大地的路径，因此通过逆变器三相电流传感器而输入的输出电流之和不为0。在逆变器的输出接地检测中，利用基尔霍夫的电流定律时，如果三相电流之和为设定值以上，则判断为发生输出接地，并进行保护动作。
[0016]
然而，在使用前述的分流电阻的电流检测方法中，基于pwm区间检测逆变器三相输出电流中有效的两相电流并计算剩余一相电流的方法无法检测输出接地。即，在现有技术的使用分流电阻的电流检测方法中，即使逆变器中发生输出接地，根据基尔霍夫的电流定律得出的三相输出电流之和也始终为
‘0’
。因此，通过现有技术的接地检测方法无法检测逆变器中的输出接地，所以无法通过逆变器的过电流保护动作来保护逆变器和用户。
[0017]
逆变器中发生输出接地时，电流的大小与接地电阻有关。如果三相中的任一相中连接有非常小的接地电阻，则会流过过大的电流，逆变器会通过自身的过电流保护动作阻断逆变器的输出。然而，如果接地电阻的大小具有即使在输出接地的情况下输出接地电流也无法执行逆变器的过电流保护动作程度的大小，或者由于过电流保护水平会随着逆变器的容量的增大而变高，则可能发生输出接地电流无法达到保护水平的情况。在这种情况下，即使在一相中发生输出接地，也无法检测该情形，从而无法执行保护动作。


技术实现要素：

[0018]
发明要解决的问题
[0019]
本发明的目的在于提供一种能够在使用分流电阻的电流检测方法中检测输出接地的逆变器系统及利用该逆变器系统的输出接地检测方法。
[0020]
本发明的目的并不限于上述目的，可以通过以下说明来理解未提及的本发明的其他目的和优点，并且借助本发明的实施例可以更清楚地理解本发明。另外，本发明的目的和优点可以通过权利要求中阐述的手段及其组合来实现是显而易见的。
[0021]
用于解决问题的手段
[0022]
为了实现上述目的，根据本发明的能够检测输出接地的逆变器系统包括：逆变器部，在每个支路分别设置有串联连接的两个开关元件；分流电阻，分别与逆变器部的下部支路的开关元件串联连接；以及控制器，控制逆变器部，通过比较从分流电阻检测到的三相电流ad raw值的绝对值峰值来检测输出接地。
[0023]
控制器包括：输出电流检测模块，利用分流电阻检测三相电流ad raw值以检测该值的绝对值峰值；输出电流比较模块，通过比较三相中有效的两相的绝对值峰值来生成差值；以及输出接地检测模块，差值为输出接地电平以上时对与所述差值对应的相累积计数，如果累积的计数为输出接地基准以上，则判断为输出接地，并停止逆变器部的运行。
[0024]
输出接地检测模块在uv差值和vw差值大于输出接地电平且wu差值小于输出接地电平时判断为在v相上存在异常，在uv差值大于输出接地电平且vw差值小于输出接地电平并且wu差值大于输出接地电平时，判断为在u相上存在异常，在uv差值小于输出接地电平且vw差值和wu差值大于输出接地电平时，判断为在w相上存在异常。
[0025]
另外，根据本发明的逆变器的输出接地检测方法作为一种逆变器系统的输出接地检测方法，逆变器系统包括：逆变器部，在每个支路分别设置有串联连接的两个开关元件；分流电阻，分别与逆变器部的下部支路的开关元件串联连接；以及控制器，控制逆变器部，该逆变器系统的输出接地检测方法，包括：控制器从分流电阻检测三相电流ad raw值的步骤；控制器检测三相电流ad raw值的绝对值峰值的步骤；控制器通过比较三相中有效的两相的电流ad raw值的绝对值峰值来生成差值的步骤；以及在差值为输出接地电平以上时，控制器对与所述差值对应的相累积计数，如果累积的计数为输出接地基准以上，则判断为输出接地，以停止逆变器部的运行的步骤。
[0026]
这里，三相电流ad raw值包括u相电流ad raw值、v相电流ad raw值以及w相电流ad raw值，差值包括：作为对u相电流ad raw值和v相电流ad raw值的绝对值的峰值进行比较得出的差值的uv差值；作为对v相电流ad raw值和w相电流ad raw值的绝对值的峰值进行比较得出的差值的vw差值；以及作为对w相电流ad raw值和u相电流ad raw值的绝对值的峰值进行比较得出的差值的wu差值。
[0027]
如果差值为输出接地电平以上，则控制器对与所述差值对应的相累积计数，如果累积的计数为输出接地基准以上，则判断为输出接地，以停止逆变器部的运行，上述步骤包括：在uv差值和vw差值大于输出接地电平且wu差值小于输出接地电平时，控制器判断为在v相上存在异常的步骤；在uv差值大于输出接地电平且vw差值小于输出接地电平并且wu差值大于输出接地电平时，控制器判断为在u相上存在异常的步骤；以及在uv差值小于输出接地电平且vw差值和wu差值大于输出接地电平时，控制器判断为在w相上存在异常的步骤。
[0028]
发明的效果
[0029]
根据本发明的能够检测输出接地的逆变器系统和利用该逆变器系统的逆变器输出接地检测方法，能够通过比较从分流电阻检测到的三相电流ad raw值的绝对值峰值来可靠地检测逆变器的输出接地。
[0030]
除了上述效果，还将在说明用于实施本发明的具体事项的同时，说明本发明的具体效果。
附图说明
[0031]
图1是根据本发明的能够检测输出接地的逆变器系统的电路图。
[0032]
图2是根据本发明的能够检测输出接地的逆变器系统中发生输出接地时的三相电流波形和三相电流计算raw值的波形图。
[0033]
图3是根据本发明的逆变器输出接地检测方法的流程图。
[0034]
图4是根据现有技术的一般逆变器的构成图。
[0035]
图5是根据现有技术的使用ct检测输出电流的逆变器的构成图。
[0036]
图6是根据现有技术的利用分流电阻检测输出电流的逆变器的构成图。
[0037]
图7是用于说明根据逆变器的pwm状态的输出电流检测限制区域的图表。
[0038]
图8是根据现有技术的能够检测输出缺相的逆变器的构成图。
[0039]
图9是示出根据现有技术的逆变器中的正常状态下和输出接地时的输出电流路径的构成图。
具体实施方式
[0040]
参照附图，详细说明前述的目的、特征以及优点，由此，本领域技术人员能够容易实施本发明的技术思想。在对本发明进行说明的过程中，当判断针对与本发明相关的公知技术的具体说明模糊本发明的主旨时，省略其详细说明。下面，将参照附图详细说明本发明的优选实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同或类似的结构要素。
[0041]
下面，将说明根据本发明的一些实施例的能够检测输出接地的逆变器系统及利用该逆变器系统的输出接地检测方法。
[0042]
图1是根据本发明的能够检测输出接地的逆变器系统的电路图。
[0043]
如图1所示，根据本发明的能够检测输出接地的逆变器系统包括：整流部100，对三相电源进行整流；平滑部200，平滑从整流部100输出的电流；逆变器部300，在控制器的控制下将在平滑部200平滑的电流输出给电动机；控制器400，基于从逆变器部300的分流电阻输出的输出电流检测出输出接地以控制逆变器部300。这里，整流部100利用二极管执行整流功能，平滑部200利用电容器执行平滑功能。
[0044]
逆变器部300由三个支路构成，并且每个支路连接有两个开关元件。此外，逆变器部300从控制器400接收pwm输入而将在平滑部200平滑的电流输出给电动机。在这种逆变器部300中，每个支路中的下部开关元件与分流电阻连接以将输出电流传输到后述的控制器400的输出接地检测部410。
[0045]
控制器400通过检测输出接地并控制逆变器部300的pwm输入来控制逆变器部300的输出。为此，控制器400包括检测输出接地的输出接地检测部410以及根据检测到的输出
接地来控制逆变器部300的逆变器控制部420。
[0046]
输出接地检测部410对从分流电阻测得的电流ad(analog
‑
to
‑
digital)raw值取绝对值，然后通过比较各相的峰值来检测输出接地。这种输出接地检测部410包括：输出电流检测模块411，从分流电阻检测电流ad raw值；输出电流比较模块412，比较各相的绝对值峰值；输出接地检测模块413，使用在输出电流比较模块412比较的差值来检测输出接地。
[0047]
输出电流检测模块411从分流电阻检测输出电流、即电流ad raw值。这里，电流ad raw值是指，为了估计由于过电流检测而在控制器400中未测量到的剩余一相的电流，在应用基尔霍夫电流定律(kirchhoff's current law,kcl)计算电流之前处于原始(raw)状态的ad电流。并且，输出电流检测模块411通过进行翻转，即对电流ad raw值取得绝对值，以实现不存在负区间，从而生成电流ad raw绝对值峰值(以下，称为绝对值峰值)。另一方面，输出电流检测模块411也可以由单独的电路来实现，而不设置在控制器400中。
[0048]
输出电流比较模块412对从输出电流检测模块411传输到的绝对值峰值进行比较。本发明由于其构造，只可以从分流电阻检测两相的输出电流。因此，三相中，即u相、v相、w相中，可以以例如u相和v相、v相和w相、w相和u相的方式，通过成对地进行比较来生成差值。在本实施例中，前述的差值分别定义为uv差值、vw差值、wu差值，输出电流比较模块412生成uv差值、vw差值、wu差值。
[0049]
输出接地检测模块413将从输出电流比较模块412生成的uv差值、vw差值、wu差值与输出接地电平进行比较，并累积输出接地计数以检测输出接地。更具体地，在uv差值和vw差值大于输出接地电平且wu差值小于输出接地电平时，输出接地检测模块413判断为在电流ad raw中的v相上存在异常。在uv差值大于输出接地电平且vw差值小于输出接地电平并且wu差值大于输出接地电平时，判断为电流ad raw中的u相上存在异常。另外，在uv差值小于输出接地电平且vw差值和wu差值均大于输出接地电平时，判断为电流ad raw中的w相上存在异常。如果判断为存在异常，则输出接地检测模块413增加输出接地计数。即，如果u相上存在异常，则增加u相输出接地计数，如果v相上存在异常，则增加v相输出接地计数，如果w相上存在异常，则增加w相输出接地计数。此外，如果u相输出接地计数、v相输出接地计数以及w相输出接地计数中的至少任一方达到输出接地基准以上，则判断为输出接地检测模块413输出接地。若判断为输出接地检测模块413输出接地，则将输出接地信号传输到逆变器控制部420。
[0050]
逆变器控制部420通过pwm输入来控制逆变器部300。这里，逆变器控制部420如果从输出接地检测模块413接收到输出接地信号，则阻断输入到逆变器部300的pwm信号，以阻断从逆变器部300输出给电动机的电力。
[0051]
图2是根据本发明的能够检测输出接地的逆变器中发生输出接地时的三相电流波形和三相电流计算raw值的波形图。在图2中，波形21、波形22以及波形23分别是通道8(w相)、通道9(u相)以及通道10(v相)的实际输出电流波形，下面的波形24(通道6)是控制器对v相(波形23，通道10)输出电流值进行翻转后计算得到的值，波形25(通道7)是控制器对w相(波形21，通道8)输出电流值进行翻转后计算得到的值。
[0052]
参照图2，可以看出，在发生输出接地时，实际电流仅在接地的相流过大电流。此外，可以确定电流ad raw值反映了电流的半个周期以上的形状。即，在一个运行周期内，在没有输出接地时，电流ad raw值的绝对值峰值保持恒定值，但当发生输出接地时，流过一个
相的电流ad raw值的绝对值峰值大于其他两个相。因此，可以在每一个运行周期检测各个相电流ad raw值的绝对值峰值，并比较每一个检测的绝对值峰值，以在一相的值出现大于恒定值(输出接地电平)以上的大值时，可以判断为输出接地。
[0053]
如上所述，本发明可以通过比较从分流电阻检测到的三相电流ad raw值的绝对值峰值来可靠地检测逆变器的输出接地。
[0054]
下面将参照附图说明根据本发明的逆变器输出接地检测方法。将省略或简要地说明后述的内容中与前述的本发明的能够检测输出接地的逆变器系统的说明重复的部分。
[0055]
图3是根据本发明的逆变器输出接地检测方法的流程图。
[0056]
如图3所示，根据本发明的逆变器输出接地检测方法包括：检测电流ad raw值的步骤s1；检测电流ad raw值的绝对值峰值的步骤s2；比较绝对值峰值的步骤s3；判断输出接地电平的步骤s4；增加计数的步骤s5；判断累积的计数对比输出接地基准的步骤s6；以及执行保护动作的步骤s7。
[0057]
在检测电流ad raw值的步骤s1中，输出接地检测模块检测从分流电阻测得的电流ad raw值。
[0058]
在检测绝对值峰值的步骤s2中，输出接地检测模块对在检测电流ad raw值的步骤s1中检测到的电流ad raw值取绝对值后检测峰值以生成绝对值峰值。
[0059]
在比较绝对值峰值的步骤s3中，通过比较在检测绝对值峰值的步骤s2中生成的绝对值峰值来生成差值。此时生成的差值包括：作为通过将u相电流ad raw绝对值峰值和v相电流ad raw绝对值峰值进行比较得出的差值的uv差值；作为通过将v相电流ad raw绝对值峰值和w相电流ad raw绝对值峰值进行比较得出的差值的vw差值；以及作为通过将w相电流ad raw绝对值峰值和u相电流ad raw绝对值峰值进行比较得出的差值的wu差值。
[0060]
在判断输出接地电平的步骤s4中，将在比较绝对值峰值的步骤s3中生成的uv差值和vw差值以及wu差值与输出接地电平进行比较。这可以执行为，通过在uv差值和vw差值大于输出接地电平且wu差值小于输出接地电平时由输出接地检测模块判断为电流ad raw中的v相上存在异常。另外，在uv差值大于输出接地电平且vw差值小于输出接地电平并且wu差值大于输出接地电平时，输出接地检测模块判断为电流ad raw中的u相上存在异常。另外，在uv差值小于输出接地电平且vw差值和wu差值大于输出接地电平时，输出接地检测模块判断为电流ad raw中的w相上存在异常。
[0061]
在增加计数的步骤s5中，利用在判断输出接地电平的步骤s4中比较的结果，如果判断为u相、v相以及w相中的至少任一方存在异常，则输出接地检测模块增加对应的输出接地计数。这可以以下方式执行，例如，在u相上存在异常时增加u相输出接地计数，在v相上存在异常时增加v相输出接地计数，在w相上存在异常时增加w相输出接地计数。
[0062]
在判断累积计数对比输出接地基准的步骤s6中，将在增加计数的步骤s5中累积的u相输出接地计数、v相输出接地计数以及w相输出接地计数与输出接地基准进行比较，最终判断输出接地。例如，当输出接地基准为三次，u相输出接地计数为三次时，输出接地检测模块判断为在u相中发生输出接地。当然，其余的v相和w相也可以通过同样的方式进行判断。
[0063]
在执行保护动作的步骤s7中，如果在判断累积计数对比输出接地基准的步骤s6中输出接地检测模块判断为发生输出接地，则输出接地检测模块停止逆变器控制部向逆变器部输入pwm信号以防电力止从逆变器部输出到电动机。
[0064]
如上所述，参考如上所例示的附图说明了本发明，但是本发明不限于本说明书中公开的实施例和附图，并且，对于本领域技术人员，可以在本发明的技术思想的范围内进行各种变形是显而易见的。另外，即使在通过说明本发明的实施例的同时没有明确说明和记载本发明的配置的作用和效果，但应当承认可以由配置预测的效果。例如，本发明例示出和说明了逆变器系统，但是也可以以控制器可以包括在逆变器中的逆变器形式实现。此外，本发明也可以以包括传统的分流电阻的逆变器中使用的控制器形式实现。