专利名称：检测电机对地短路的系统及方法
技术领域：
本发明涉及变频器领域，更具体地说，涉及一种检测电机对地短路的系统 及方法。
背景技术：
变频器被广泛应用于电机控制领域，而电机在应用过程中，经常出现绕组 绝缘损坏的情况，此时电机绕组与电机外壳短路，从而出现电机绕组对地短路 的问题。
在电机绕组对地短路时，如果变频器驱动电机运行，则变频器的某相电流 将因为发生短路而陡然增大，在没有有效保护的情况下会损坏变频器。为此， 电机绕组对地短路情况的检测与保护非常重要。
目前己知的电机对地短路检测与保护方法，是在变频器三相桥臂上各设置 一个电流检测装置，并分别对三相桥臂过电流进行保护。该方法可以很好的对 电机出现对地短路进行检测和保护。但是由于采用了三个电流检测与过电流保 护装置，增大了设备成本，而且使变频器的可靠性降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述检测电机对地短路的装置成本较 高的缺陷，提供一种变频器中检测电机对地短路的系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种检测电机对地短路 的系统，包括位于变频器逆变器中具有电流采样电路的一相桥臂的开关器件， 包括
信号输出单元，用于输出电机对地短路或电机未对地短路的信号； 控制单元，用于在变频器运行前以逐步增大的占空比，控制所述开关器件
动作，并在占空比达到第三阈值时使所述信号输出单元输出电机未对地短路的
信号；
电流检测单元，用于在开关器件所在桥臂的电流值超过第一阈值时使所述 信号输出单元输出电机对地短路的信号；
电压检测单元，用于在母线电压值超过第二阈值时使所述信号输出单元输 出电机对地短路的信号。
在本发明所述的检测电机对地短路的系统中，所述控制单元使用的占空比 的初始值为0，所述第三阈值为100%。
在本发明所述的检测电机对地短路的系统中，所述控制单元控制的占空比 每次的增加值为0.5%。
在本发明所述的检测电机对地短路的系统中，还包括过电流保护单元，用 于在所述信号输出单元输出电机对地短路信号时对变频器进行过电流保护。
在本发明所述的检测电机对地短路的系统中，所述第一阈值为变频器额定 电流的10%，所述第二阈值为30V。
本发明还提供一种检测电机对地短路的方法，包括
(a) 在变频器运行前以设定占空比控制变频器中具有电流采样电路桥臂 的开关器件动作；
(b) 检测并判断所述桥臂的电流值是否超过第一阈值，同时检测并判断 判断变频器母线电压值是否超过第二阈值，若所述桥臂的电流值未超过所述第 一阈值且所述母线电压值未超过所述第二阈值，执行步骤(c);否则执行步骤
(d);
(c) 判断所述设定占空比的值是否达到第三阈值，若未达到第三阈值，
则增大所述设定占空比，并执行步骤(a);否则执行步骤(e);
(d) 输出电机对地短路的信号；
(e) 输出电机未对地短路的信号。
在本发明所述的检测电机对地短路的方法中，所述设定占空比的初始值为 0，所述第三阈值为100%。
在本发明所述的检测电机对地短路的方法中，所述步骤(c)中设定占空
比每次的增加值为0.5%。
在本发明所述的检测电机对地短路的方法中，在所述步骤(d)输出电机
对地短路信号后还包括对变频器进行过电流保护。
在本发明所述的检测电机对地短路的方法中，所述第一阈值为变频器额定
电流的10%，所述第二阈值为30V。
本发明的检测电机对地短路的系统及方法，通过开关器件开通与关闭时桥 臂电流及母线电压的变化判断电机是否短路，很好的实现了电机对地短路的判 断，并节省了一套电流检测与保护电路。此外，由于节省了一套电流检测与保 护电路，所以变频器硬件系统更简单，从而提高了整个系统的可靠性。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中
图1是本发明的检测电机对地短路的系统实施例的结构示意图； 图2是本发明的检测电机对地短路的方法实施例的流程图。
具体实施例方式
该发明用于在变频器运行前检测电机是否对地短路。由于电机三相绕组之 间的阻抗非常小，因此当电机的任意一相绕组对地短路，则其它两相绕组也与 地短路，此时在变频器逆变器中具有电流检测与保护电路的一相桥臂上输出一 定幅值的电压。由于电机三相绕组都对地短接，则变频器该相桥臂上会产生电 流，并可能出现对变频器母线电容充电的情况。根据是否有电流产生或是否有 母线电压变化就可以判断电机是否出现对地短路情况。
如图1所示，是本发明变频器中检测电机对地短路的系统实施例的示意 图。该系统包括位于变频器逆变器中具有电流采样电路的一相桥臂的开关器 件、信号输出单元14、控制单元11、电流检测单元12以及电压检测单元13。
信号输出单元14用于输出电机对地短路或电机未对地短路的信号。上述 的电机对地短路信号和电机未对地短路信号可作为其它电路的输入。例如电机 对地短路信号可作为保护电路的输入，触发该保护电路终止变频器启动；电机
未对地短路信号可作为变频器启动电路的输入，触发变频器启动以驱动电机。 控制单元11用于在变频器启动前以逐步增大的占空比控制变频器逆变器 中具有电流采样电路一相桥臂的开关器件的动作，即开通与关闭，并在占空比 达到第三阈值时终止操作，同时使信号输出单元输出电机未对地短路的信号。
在本实施例中，控制单元以4KHz的载波频率控制开关器件的开通与关闭，在 实际应用中，上述载波频率可以在较大范围内选取，例如500Hz — 16KHz 。该 控制单元11可选择变频器上具有电流采样电路的一相桥臂中任意一个开关器 件作为控制对象。
该控制单元11控制开关器件开通与关闭的占空比从0开始逐步增大，直 到占空比达到第三阈值，即100%。控制单元11在增大占空比时，其调整速 度为每2ms—次，每次增加0.5%。当然，上述数值也可根据不同的应用做调 整精度要求越高，调整的时间间隔越小，每次增加的值越小。
电流检测单元12用于在上述开关器件所在桥臂的电流值超过第一阈值时 使信号输出单元14输出电机对地短路的信号并使控制单元11终止操作。该电 流检测单元12检测开关器件所在的桥臂中的电流，并判断该电流是否大于设 定的第一阈值，并在电流超过第一阈值时使信号输出单元14输出电机对地短 路的信号并使控制单元11终止控制开关器件通断的操作。在本实施例中，上 述第一阈值的值为变频器额定电流的10%。在实际应用中，可根据可靠性要 求调整上述第一阈值，可靠性要求越高第一阈值越小。
电压检测单元13用于在母线电压值超过所述第二阈值时使所述信号输出 单元输出电机对地短路的信号并使所述控制单元终止操作。该电压检测单元 13检测变频器母线电压，并判断该电压是否大于设定的第二阈值，并在电压 超过第二阈值时使信号输出单元14输出电机对地短路的信号并使控制单元11 终止控制开关器件通断的操作。在本实施例中，上述第二阈值的值为30V。在 实际应用中，可根据可靠性要求调整上述第二阈值，可靠性要求越高第二阈值 越小。
此外，上述系统可连接到过电流保护单元(图中未示出)，该过电流保护 单元的输入端连接到信号输出单元14，从而在信号输出单元14输出电机对地
短路信号时对变频器进行过电流保护。
如图2所示，是本发明一种变频器中检测电机对地短路的方法实施例的流 程图。该方法在变频器启动前执行，其包括以下步骤
步骤S21:以设定占空比控制变频器上具有电流采样电路一相桥臂中开关
器件的开通与关闭。上述设定占空比的初始值为0。在本实施例中，以4KHz
的载波频率控制开关器件的开通与关闭，在实际应用中，上述载波频率可以在
较大范围内选取，例如500Hz — 16KHz 。
步骤S22:检测并判断上述开关器件所在桥臂的电流值是否超过第一阈 值，同时检测并判断判断变频器母线电压值是否超过第二阈值，若所述桥臂的 电流值未超过所述第一阈值且所述母线电压值未超过所述第二阈值，执行步骤 S23;否则执行步骤S24。
在本实施例中，上述第一阈值的值为变频器额定电流的10%。在实际应 用中，可根据可靠性要求调整上述第一阈值，可靠性要求越高第一阈值越小。
上述第二阈值的值为30V。在实际应用中，可根据可靠性要求调整上述第 二阈值，可靠性要求越高第二阈值越小。
步骤S23:判断所述设定占空比的值是否达到第三阈值，若未达到第三阈 值，则增大所述设定占空比，并执行步骤步S21;否则执行步骤S25。
在该步骤中，在增大占空比时，其调整速度为每2ms—次，每次增加0.5 %。当然，上述数值也可根据不同的应用做调整精度要求越高，调整的时间 间隔越小，每次增加的值越小。
步骤S24:输出电机对地短路的信号，流程结束；
步骤S25:输出电机未对地短路的信号，流程结束。
此外，上述方法可应用于变频器过电流保护，例如将步骤S24的输出信号
输入到过电流保护电路，从而实现电机对地短路时对变频器的保护。
上述方法也可应用于变频器启动，例如将步骤S25中的输出信号输入变频 器启动电路，从而实现电机为对地短路时启动变频器。
上述系统及方法不需要在变频器上设置三相电流检测装置，变频器普遍采 用的只有两相电流检测硬件就可以满足要求，为系统节省了 一套电流检测与保
护电路。与现有的采用三相电流检测的方法相比，该发明在变频器停机的情况 下可以很好的判断电机是否对地短路，并节省了一套电流检测与保护电路，在 成本上具有明显优势。另外，由于节省了一套电流检测与保护电路，所以变频
器硬件系统更简单，从而提高了整个系统的可靠性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易 想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护 范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1、一种检测电机对地短路的系统，包括位于变频器的逆变器中具有电流采样电路的一相桥臂的开关器件，其特征在于，包括信号输出单元，用于输出电机对地短路或电机未对地短路的信号；控制单元，用于在变频器运行前以逐步增大的占空比，控制所述开关器件动作，并在占空比达到第三阈值时使所述信号输出单元输出电机未对地短路的信号；电流检测单元，用于在开关器件所在桥臂的电流值超过第一阈值时使所述信号输出单元输出电机对地短路的信号；电压检测单元，用于在母线电压值超过第二阈值时使所述信号输出单元输出电机对地短路的信号。
2、 根据权利要求l所述的检测电机对地短路的系统，其特征在于，所述 控制单元使用的占空比的初始值为O，所述第三阈值为100%。
3、 根据权利要求1或2所述的检测电机对地短路的系统，其特征在于， 所述控制单元控制的占空比每次的增加值为0. 5%。
4、 根据权利要求l所述的检测电机对地短路的系统，其特征在于，还包 括过电流保护单元，用于在所述信号输出单元输出电机对地短路信号时对变频 器进行过电流保护。
5、 根据权利要求l所述的检测电机对地短路的系统，其特征在于，所述 第一阈值为变频器额定电流的10%，所述第二阈值为30V。
6、 一种检测电机对地短路的方法，其特征在于，包括(a) 在变频器运行前，以设定占空比控制变频器中具有电流采样电路桥 臂的开关器件动作；(b) 检测并判断所述桥臂的电流值是否超过第一阈值，同时检测并判断 判断变频器母线电压值是否超过第二阈值，若所述桥臂的电流值未超过所述第 一阈值且所述母线电压值未超过所述第二阈值，执行步骤(c);否则执行步骤(d); (C)判断所述设定占空比的值是否达到第三阈值，若未达到第三阈值，则增大所述设定占空比，并执行步骤(a);否则执行步骤(e);(d) 输出电机对地短路的信号；(e) 输出电机未对地短路的信号。
7、 根据权利要求6所述的检测电机对地短路的方法，其特征在于，所述 设定占空比的初始值为0，所述第三阈值为100%。
8、 根据权利要求6或7所述的检测电机对地短路的方法，其特征在于， 所述步骤(c)中设定占空比每次的增加值为0.5%。
9、 根据权利要求6所述的检测电机对地短路的方法，其特征在于，在所 述步骤(d)输出电机对地短路信号后还包括对变频器进行过电流保护。
10、 根据权利要求6所述的检测电机对地短路的方法，其特征在于，所述 第一阈值为变频器额定电流的10%，所述第二阈值为30V。
全文摘要
本发明涉及一种检测电机对地短路的系统，包括位于变频器逆变器中具有电流采样电路的一相桥臂的开关器件，包括信号输出单元，用于输出电机对地短路或电机未对地短路的信号；控制单元，用于在变频器运行前以逐步增大的占空比，控制所述开关器件动作，并在占空比达到第三阈值时，使信号输出单元输出电机未对地短路的信号；电流检测单元，用于在开关器件所在桥臂的电流超过第一阈值时使信号输出单元输出电机对地短路的信号；电压检测单元，用于在母线电压超过第二阈值时使信号输出单元输出电机对地短路的信号。本发明还提供一种对应的方法。本发明在变频器停机的情况下很好的判断电机是否对地短路，节省了一套电流检测与保护电路。
文档编号H02H7/122GK101383503SQ200710076860
公开日2009年3月11日 申请日期2007年9月3日 优先权日2007年9月3日
发明者李俊田, 熊礼文, 陈本强 申请人:深圳市汇川技术股份有限公司