专利名称：逆变器系统故障检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对驱动感应电动机等的逆变器进行故障检测的故障检测装置。
逆变器故障检测方法以往开发出种种方案。例如有用逆变器输出电压、输出电流检测值进行故障检测的方法。还有特开昭62—290362公报中记载过一种故障检测方法，通过运算作为控制指令的基准正弦波信号与输出电压信号之差，再将该差信号电平与异常电压设定值比较来检测故障。这种故障检测方法使高速度检测故障成为可能。此外，特开平2—299421公报揭示了一种与前述文献记载相类似的故障检测方法，其目的主要是进行过载检测。
又在特开平2—65668公报中揭示了将输出电流反馈信号与电流基准信号进行比较，比较结果超过规定值，则产生故障信号的故障检测方法。该方法可检测包括传感器系统在内的大范围故障。
上述各文献公开的逆变器故障检测方法与仅从输出电压、输出电流检测值检测故障的方法相比，检测灵敏度增大，因而可以实现高速度大范围的故障检测。但在应用于具体逆变器控制装置时，在与控制动作特性、控制响应特性等的关系方面发生问题。
就是说，在例如电压指令值因某些需要而急速变化时，有时逆变器动作没有任何异常却错误地判断为发生异常。判断为发生异常时，通常得实际进行按出现故障检测所执行的报警显示，断开负载和停止装置运转等。因此，误检带来不必要的损害。
本发明正是为了解决上述问题，其目的在于提供一种可最大限度降低误检可能性的逆变器故障检测装置。
本发明另一目的在于提供一种通过在逆变器控制电路的电流控制子系统以及电压控制子系统实现防误检，来限定故障检测时故障发生范围的故障检测装置。
本发明又一目的在于对多个逆变器输出端并联而构成的多逆变器系统的控制电路，提供一种在控制电路循环电流控制子系统中实现防误检的故障检测装置。
本发明另一目的在于提供一种以高可靠性实现对输出3相交流电压或3相交流电流的逆变器控制电路的电流控制子系统以及电压控制子系统进行故障检测的故障检测装置。
本发明再一目的在于提供一种以高可靠性检测3电平逆变器直流电压平衡异常的故障检测装置。
本发明的逆变器系统故障检测装置包括判断运算单元送出的偏差输出是否在规定的设定值以上的比较单元；判断限幅电路工作点是否位于饱和区的饱和检测单元；输入比较单元输出与饱和检测单元输出，当偏差输出在规定的设定值以上且限幅电路工作点位于饱和区时，便判定电流控制子系统发生异常的故障检测单元。
这种故障检测装置，即使电流指令值与电流反馈值的偏差输出在设定值以上，但只要限幅电路工作点不在饱和区内就不进行故障检测。因此，使因控制指令值剧变而发生误检动作的可能性降低。
本发明另一形态的逆变器系统故障检测装置包括运算限幅电路输出的电压指令值与电压反馈值的偏差的运算单元；判断来自该运算单元的偏差输出是否在规定的设定值以上的比较单元；判断限幅电路工作点是否位于饱和区的饱和检测单元；输入比较单元的输出与饱和检测单元的输出，当偏差输出在规定的设定值以上且限幅电路工作点不在饱和区时，判定电压控制子系统发生异常的故障检测单元。
此故障检测装置，即使电压指令值与电压反馈值的偏差输出在设定值以上，但只要限幅电路工作点处于饱和区就不检测故障。因此，因限幅电路进入饱和区，作为其输出的电压指令值呈非线性，而可能发生误检动作的可能性降低。
本发明又一形态的逆变器系统故障检测装置包括判断来自电流控制子系统运算单元的偏差输出是否在规定设定值以上的电流控制系统比较单元；判断限幅电路工作点是否处于饱和区的饱和检测单元；输入电流控制子系统比较单元的输出与饱和检测单元的输出，当偏差输出在规定的设定值以上且限幅电路工作点处于饱和区时，判定电流控制子系统可能发生异常的电流控制子系统故障检测单元；运算来自限幅电路的电压指令值与电压反馈值的偏差的电压控制子系统运算单元；判断来自该电压控制子系统运算单元的偏差输出是否在规定的设定值以上的电压控制子系统比较单元；输入电压控制子系统比较单元的输出与饱和检测单元的输出，当偏差输出在规定的设定值以上且限幅电路工作点不处于饱和区时，判定电压控制子系统可能发生异常的电压控制子系统故障检测单元；在电流控制子系统故障检测单元判定电流控制子系统可能发生异常，而且电压控制子系统故障检测单元未判定电压控制系统可能发生异常时，判定电流控制子系统发生故障的第三故障检测单元。
此故障检测装置在未检测出电压控制子系统异常的状态下检测出电流控制子系统异常时检测为故障，因而可以将此时故障发生对象限定为反馈电流检测器。
本发明再一形态的逆变器系统故障检测装置包括由逆变器输出电压与输出电流运算出电动机输入的第一输出运算单元；由转矩与速度检测器所检测的电动机速度反馈值运算出电动机输出的第二输出运算单元；运算第一输出运算单元的输出与第二输出运算单元的输出的偏差，当该偏差在规定的设定值以上时，判定速度检测器发生异常的故障检测单元。
此故障检测装置当按上述电压、电流所求出的电动机输入与速度反馈值所求出的电动机输出之偏差为设定值以上时，就判定速度反馈值有异常。
本发明另一形态的逆变器系统故障检测装置包括由逆变器输出电压与输出电流运算出电动机输入的第一输出运算单元；由转矩与速度检测器所检测的电动机速度反馈值运算电动机输出的第二输出运算单元；运算第一输出运算单元的输出与第二输出运算单元的输出的偏差，当电流控制子系统故障检测单元以及电压控制子系统故障检测单元均未检测出异常，且偏差在规定的设定值以上时判定速度检测器发生异常的故障检测单元。
此故障检测装置在未检测出电流控制子系统异常以及电压控制子系统异常的状态下检测出速度检测器异常时判定为速度检测器异常，因而可以将这种场合的故障发生对象可靠地仅限定为速度检测器。
本发明又一形态的逆变器系统故障检测装置包括在电流控制子系统的比较单元与故障检测单元之间插入一持续时间检测单元，在比较单元的输出持续了规定的设定时间以上时，将比较单元的输出送给故障检测单元。
此故障检测装置在超过设定值的偏差输出持续了设定时间时检测为故障，因而能防止例如控制中所产生的高次谐波成分等引起的误检。
本发明又一形态的逆变器系统故障检测装置包括在电压控制子系统的比较单元与故障检测单元之间插入一持续时间检测单元，在比较单元的输出持续了规定的设定时间以上时，将比较单元的输出送给故障检测单元。
此故障检测装置在超过设定值的偏差输出持续了设定时间时检测为故障，因而能防止例如控制中所产生的高次谐波成分等引起的误检。
本发明又一形态的逆变器系统故障检测装置，其检测速度检测器异常的故障检测单元构成为，当偏差持续了规定的设定时间以上时判定速度检测器发生异常。
此故障检测装置在超过设定值的偏差输出持续了设定时间以上时检测为故障，因而能防止例如控制中所产生的高次谐波成分等引起的误检。
本发明又一形态的逆变器系统故障检测装置是检测包含多逆变器系统的逆变器的故障的，多逆变器系统由多个逆变器输出端并联而成，该故障检测装置包括判断循环电流反馈值是否在规定的设定值以上的比较单元；判断限幅电路工作点是否处于饱和区的饱和检测单元；输入比较单元的输出与饱和检测单元的输出，当循环电流反馈值在规定的设定值以上且限制电路工作点处于饱和区时，判定循环电流控制子系统发生异常的故障检测单元。
此故障检测装置即使循环电流反馈值在规定值以上，但只要限幅电路工作点不在饱和区就不检测故障。
本发明又一形态的逆变器系统故障检测装置涉及权利要求9所述发明的装置，包括在比较单元与故障检测单元之间插入的持续时间检测单元，当来自比较单元的输出持续了规定的设定时间以上时，便将比较单元的输出送给故障单元。
此故障检测装置在超过设定值的反馈值输出持续设定时间以上时检测为故障，因而能防止例如控制中所产生的高次谐波成分等引起的误检。
本发明又一形态的逆变器系统故障检测装置是包含3相交流电压以及3相交流电流输出逆变器的逆变器系统的故障检测装置，该装置包括将各相电流指令值与电流反馈值之偏差或各相电流反馈值相加后检测零相电流，当该零相电流在规定的设定值以上时判定电流控制子系统异常或逆变器发生接地的故障检测单元。
此故障检测装置在零相电流在设定值以上时检测为电流控制子系统异常或逆变器接地。
本发明又一形态的逆变器系统故障检测装置是包含3相交流电压以及3相交流电流输出逆变器的逆变器系统的故障检测装置，该装置包括将各相电流指令值与电流反馈值之偏差或各相电流反馈值相加后检测零相电流，当超过规定的设定值的零相电流持续了规定的设定时间以上时，便判定为电流控制子系统异常或逆变器发生接地的故障检测单元。
此故障检测装置在超过设定值的零相电流检测输出持续了设定时间以上时检测为故障，因而能防止例如控制中所产生的高次谐波成分等引起的误检。
本发明又一形态的逆变器系统故障检测装置涉及如权利要求11或12所述的装置，包括一第二故障检测单元，当该故障检测单元检测出异常，且检测逆变器输出电路接地的接地检测器未检测出接地时，便检测为电流控制子系统异常。
此故障检测装置在接地检测器未检测出接地的状态下检测出零相电流异常时判断为故障，因而可以将这种场合故障发生对象限定为电流控制子系统。
本发明又一形态的逆变器系统故障检测装置是包含3相交流电压以及3相交流电流输出逆变器的逆变器系统的故障检测装置，该装置包括将各相电压指令值与电压反馈值之偏差或各相电压反馈值加后检测零相电压，当该零相电压在规定的设定值以上时便判定为电压控制子系统异常或逆变器发生接地的故障检测单元。
此故障检测装置在零相电压超过设定值时检测为电压控制子系统异常或逆变器接地。
本发明又一形态的逆变器系统故障检测装置是包含3相交流电压以及3相交流电流输出逆变器的逆变器系统的故障检测装置，该装置包括将各相电压指令值与电压及馈值之偏差或各相电压反馈值相加后检测零相电压，当超过规定的设定值的零相电压持续了规定的设定时间以上时，便判定为电压控制子系统异常或逆变器发生接地的故障检测单元。
此故障检测装置在超过设定值的零相电压检测输出持续了设定时间以上时检测为故障，因而能防止例如是控制中所产生的高次谐波成份等引起的误检。
本发明又一形态的逆变器系统故障检测装置是检测包含3电平逆变器的逆变器系统的故障的，3电平逆变器其直流电源两极端子与互相串联连接在该两极端子间的电容器的中间接点连接，可输出3种电压电平，该故障检测装置包括检测各电容器极间电压的电压检测器；运算这些电压检测器输出偏差的加法器；当来自该加法器的偏差输出在规定的设定值以上时就判定为发生直流电压平衡异常的故障检测单元。
此故障检测装置在电容器电压的偏差输出在设定值以上时检测为直流电压平衡异常。
本发明又一形态的逆变器系统故障检测装置是检测包含3电平逆变器的逆变器系统的故障的，3电平逆变器其直流电源两极端子与互相串联连接在该两极端子间的电容器的中间接点连接，可输出3种电压电平，该故障检测装置包括检测各电容器极间电压的电压检测器；运算这些电压检测器输出偏差的加法器；当来自该加法器超过规定的设定值的偏差输出持续了规定的设定时间以上时便判定为发生直流电压平衡异常的故障检测单元。
此故障检测装置在超过设定值的偏压输出持续了设定时间以上时检测为故障，因而能防止例如是控制中所产生的高次谐波成分等引起的误检。
图1是示出要发明第一实施例逆变器系统故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。
图2是示出逆变器系统控制电路内部构成的方框图。
图3是示出本发明第二实施例逆变器系统故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。
图4是示出本发明第三实施例逆变器系统故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。
图5是示出本发明第四实施例逆变器系统故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。
图6是示出本发明第五实施例逆变器系统故障检测装置主要部分的方框图。
图7是示出本发明第六实施例逆变器系统故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。
图8是示出本发明第七实施例逆变器系统故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。
图9是示出本发明第八实施例逆变器系统故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。
图10是示出本发明第九实施例逆变器系统故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。
图11是示出本发明第十实施例逆变器系统故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。
图12是示出本发明第十一实施例逆变器系统故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。
图13是示出本发明第十二实施例逆变器系统故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。
图14是示出本发明第十三实施例逆变器系统故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。
图15是示出本发明第十五实施例逆变器系统故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。
图16是示出本发明第十六实施例逆变器系统故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。
图17是示出本发明第十八实施例逆变器系统故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。
图18是示出本发明第十九实施例逆变器系统故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。
实施例1图1是示出本发明第一实施例逆变器故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。这里，逆变器画出驱动3相感应电动机的例子。图中，1是连接于直流电源(未图示)两极端子间的平滑电容器，2是逆变器主电路。逆变器主电路2由3枝桥臂构成。各桥臂又由功率晶体管2T和与之反向并接的二极管2D构成，并组成U、V、W3相桥接，输出电压、频率均可变的交流电力。因此，逆变器由电容器1与主电路2构成。另外，V相、W相各臂元件均与U相相同，图中省略了这部分。3是3相感应电动机，接受逆变器主电路2馈给的输出电压以及输出电流后可驱动。
10是检测感应电动机3旋转速度的速度检测器；11是检测逆变器主电路2每相的输出电流，并将检测电流作为电流反馈值输出的电流检测器。20是根据速度指令值送出对逆变器主电路2各臂功率晶体管进行通断控制的门信号的逆变器控制电路。这里，以采用称为向量控制装置的PWM控制电路为例。以下，根据与各实施例故障检测装置其说明的关系，将逆变器控制电路20中的必要组成部分给予具体图示。
首先，参照图2说明故障检测有关各种必要组成以外的逆变器控制电路20的必要组成。如图所示，加法器21运算速度指令值与速度反馈值的偏差。速度控制器22将来自加法器21的偏差输出放大后作为转矩电流指令值Iq输出。限幅电路23具有饱和特性，根据逆变器主电路2的额定电流定额，使转矩电流指令值限于一定范围内。
来自限幅电路23的转矩电流指令值Iq与励磁设定器(未图示)所作出的励磁电流指令Id须2相—3相变换器24输出U相、V相、W相电流指令值。
另外，图中的公式是2相—3相变换器24所执行的运算式，式中ω是与输出电源频率同步的角速度。
以下，以U相为例说明。加法器25求得U相电流指令值与U相电流反馈值的偏差，并将偏差送至电流控制器26。电流控制器26以输入偏差为对象进行电流控制(例如基于PI动作或PID动作的控制)，并将控制结果作为U相电压指令值输出。而且，电压指令值限于一定范围内，以免输出电压大于逆变器主电路2的额定电压。即，限幅电路27将电流控制器26的输出限制在规定范围内。PWM控制电路28根据限幅电路27的输出作成门信号，并将门信号送至逆变器主电路2。
以下说明检测故障的必要组成。图1中，30是作为比较单元的比较器，当来自加法器25的偏差输出在电平设定器31的设定值(通常设定为额定值的10％)以上时，便使输出为“H”电平。32是作为饱和检测单元的饱和检测器，当限幅电路27工作点处于饱和区时使输出为“H”电平。33是“与”电路，作为输入比较器30与饱和检测器32的输出信号后动作的故障检测单元，图1的逆变器控制电路组成单元中，加法器21、速度控制器22、限幅电路23以及2相—3相变换器24在该图中用一个方框表示。
以下说明检测故障的动作。加法器25的偏差输出，即电流指令值与电流反馈值的偏差，尽管是瞬时的，但一达到电平设定器31的设定值以上，比较器30就输出表示有可能发生故障的信号。这种处理以往的装置也执行。但是，以往比较器30的输出直接就成为表示电流控制子系统异常的信号。
但在本实施例中，并非仅仅根据比较器30的输出而最终判断为发生故障。同时还将存在饱和检测器32“H”电平输出也当作判断发生故障的条件。即，将输入偏差输出，进行PID动作等的电流控制器26输出电平在限幅电路27饱和区设定电平以上当作判断发生故障的条件。条件判定由“与”电路33执行。
通过增加饱和检测器32的输出作为“与”条件，就可以避免例如装置在信号上升沿过渡时容易发生的误检动作。也就是说，起动时电流指令值从零急骤上升时来自加法器25的偏差输出剧增，比较器30的输出呈“H”电平”。但是，通常电流控制器26用积分元件可将该输出抑制在限幅电路27饱和区设定电平以下，因而饱和检测器32的输出维持“L”电平。于是，“与”电路33的输出也维持“L”电平，不输出表示电流控制子系统异常的信号。
此后随感应电动机3正常地提升速度，电流反馈值也逐渐上升，因而来自加法器25的偏差输出逐渐减少。于是，电流控制器26的输出也维持在限幅电路27不饱和区的电平内。如前所述，在起动时等情况下即使比较器30输出“H”电平，“与”电路33仍维持“L”电平，以防止误检。
例如电流检测器11发生问题，电流反馈值继续异常时，比较器30继续输出“H”电平。电流控制器26的输出也逐渐增大，不久即超过限幅电路27饱和区设定电平。这样的话，饱和检测器32便输出“H”电平，“与”电路33输出“H”电平。也就是说，输出表示电流控制子系统异常的信号。这时输出的尽管是表示电流控制子系统异常的信号，但具体来说，判定为电流检测器11异常或逆变器主电路2异常。
另外，这里尽管说明的是U相，但有关V相、W相的动作均相同。
实施例2图3是示出本发明第二实施例逆变器故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。与图1所示构成不同之处在于，在比较器30与“与”电路33之间加入作为持续时间检测单元的定时器34。
也就是说，在该实施例中，若来自比较器30的“H”电平输出持续定时器34所设定的时间(例如10ms)以上，就将“H”电平输出送至“与”电路33。因此，可获得以下所述效果。
逆变器主电路2输出的电压具有脉冲状波形，所以流过负载的电流也包含了较多的高次谐波成分。因此，由来自加法器25的电流偏差输出驱动的比较器30也就有可能因上述高次谐波成分而误动作。也就是说，比较器30可能瞬间输出“H”电平。然而，即使比较器30误动作后输出“H”电平，定时器34却未提供一定时间以上的“H”电平输出，则“与”电路33不输出“H”电平。因此，不输出表示电流控制子系统异常的信号。也即可以避免因检测信号的高次谐波成分而发生故障检测误动作。
实施例3图4是示出本发明第三实施例故障检测装置及其逆变器和负载的构成图。本实施例的故障检测装置是检测电压控制子系统异常的。图中，12是检测逆变器主电路2的每相输出电压，并将检测电压作为电压反馈值进行输出的电压检测器。
35是运算来自限幅电路27的U相电压指令值与来自电压检测器12的U相电压反馈值之偏差的加法器。36是作为比较单元的比较器，当加法器35的偏差输出在电平设定器37的设定值以上时，使输出呈“H”电平。38是作为饱和检测单元的饱和检测器，当限幅电路工作点处于饱和区时，使输出呈“H”电平。39是翻转输出输入信号电平的“非”电路。40是作为故障检测单元的比较器，输入比较器36与“非”电路39的输出信号，输出表示电压控制子系统异常的信号。其他组成则与图1所示组成相同。
以下说明故障检测动作。当加法器35的偏差输出，也即电压指令值与电压反馈值之偏差，尽管是瞬时却在电平设定器37的设定值以上时，比较器36就输出表示可能发生故障的信号。这种处理在以往的装置中也是执行的。但是以往比较器36的输出直接成为表示电压控制子系统异常的信号。
本实施例中，仅根据比较器36的输出不判断为发出故障。还以同时存在“非”电路“H”电平输出为条件，才判断为发生故障。也就是说，这时将电压指令值限于一定范围内的限制电路27，其工作并未处于饱和区，因而将不在饱和区当作判断发生故障的条件。这些条件判断由“与”电路40执行。
象这样加进限幅电路27工作点不在饱和区这一条件作为“与”条件，是以下列理由为依据的。
U相电压指令值未进入限幅电路27的饱和区时，电压指令值与电压反馈值的关系呈线性，因而执行电压反馈值跟随电压指令值的正常控制动作。U相电压指令值一旦进入限幅电路27的饱和区，在PWM电压控制情况下，作为电压指令值的信号位于调制信号三角波的峰值以上。也就是说，电压指令值与电压反馈值的关系呈非线性，因而无法获得与电压指令值相一致的电压输出，导致从加法器35输出相当大的偏差量。因此，将饱和检测器38输出的相反值输入到比较器40，以便在这种场合不检测为故障。比较器40此时不输出“H”电平。
反之，U相电压指令值未进入限幅电路27的饱和区时，加法器35的偏差输出一旦在设定值以上，可假定是电压检测器12或逆变器主电路2发生了异常。因此，当“非”电路39的输出表示U相电压指令值未进入限幅电路27的饱和区，而且比较器36的输出表示加法器35的偏差输出在设定值以上时，比较器40就输出表示电压控制子系统异常的信号。
这里尽管说明的是U相，但有关V相、W相的动作也相同。
实施例4图5是将本发明第4实施例逆变器故障检测装置与逆变器和负载一同进行表示的构成图。与图4所示结构不同之处在于比较器36、40之间插有定时设定器41。
此种情况下，与第二实施例一样，具有能避免检测信号的高次谐波成分引起的故障检测误动作这样的效果。
实施例5图6表示通过组合以上实施例，旨在限定检测时的故障发生对象的逆变器故障检测装置的关键部分。该实施例故障检测装置对组合有图1或图3所示装置的故障检测部分和图4或图5所示装置的故障检测部分的结构再添加图6所示“非”电路42和“与”电路。即，表示第1实施例或第2实施例中电流控制子系统异常的信号直接输入至“与”电路43。而且，表示第3实施例或第4实施例中电压控制子系统异常的信号通过“非”电路42输入至“与”电路43。若“与”电路43中，“与”条件成立，则判断电流检测器异常。
如上所述，在输出表示电流控制子系统异常的信号时，设想逆变器主电路2和电流检测器11上发生异常情况。逆变器主电路2为异常时，还输出表示电压控制子系统异常的信号。因此，逆变器主电路2为异常时，“与”电路43中的“与”条件不成立。于是，仅在电流检测器11上发生异常时，“与”电路43中的“与”条件成立，“与”电路43输出“H”电平。
根据同样想法，也可以把表示电压控制子系统异常的信号直接输入至“与”电路43，再通过“非”电路42将表示电流控制子系统异常的信号输入至“与”电路43。如此连接情况下，能专门用来判定电压检测器12上发生异常。
实施例6图7是将本发明第6实施例逆变器故障检测装置同逆变器及负载一起进行表示的构成图。该故障检出装置是专用于检测速度检测器10异常的装置。图中，作为第1输出运算单元的输出运算器44，根据电流检测器11所检测的各相输出电流Iu、Iv、Iw和电压检测器12所检测的各相输出电压Vu、Vv、Vw，对逆变器的输出(＝感应电动机的输入＝P1)进行运算。以下示出其算式P1＝Iu×VuIv×Vv＋Iw×Vw而且，作为第2输出运算单元的输出运算器45，根据速度速度检测器10检测的感应电动机3的速度反馈值ωr和逆变器控制电路20算出的转矩T，对感应电动机的输出(＝P2)进行运算。以下示出其算式P2＝T×ωr式中，转矩根据磁通和取决于感应电动机的转矩系数KI用下式求出。
T＝KI××Iq上述所示P1为感应电动机3的输入，P2为感应电动机3的轴输出，因此两者之间存在感应电动机3的铜耗(电动机内阻引起的损耗)Pr这样的差别。即P1＝P2＋Pr但是，Pr相对额定值时的P2很小，约为P2额定值1％，通过在用于故障检测的设定值中将Pr的值加以考虑，执行故障检测处理时，实际上可以忽略。
故障检测时，加法器46求两输出运算器44、45的输出偏差。该偏差对应于感应电动机的输入P1与基于速度检测器10的输出的感应电动机输出P2的差。若忽略铜耗，偏差应为0。比较器47判断该偏差输出是否大于或等于来自电平设定器48的设定值。若偏差输出为设定值以上，比较器47输出表示速度检测器异常的信号。即判断速度检测器10上已发生故障。电平设定器48上的设定值可选为额定值的5—10％。而且，若偏差输出值瞬时为设定值以上，也输出表示异常的信号。
P1、P2运算所必需的输入，除感应电动机的速度以外，全部是可根据逆变器输出的电压、电流求出的变量。从而，也可以判断成偏差输出增大是由速度检测器10的异常引起。
图8是把本发明第7实施例逆变器故障检测装置同逆变器及负载一起进行表示的构成图。与图7所示结构的不同之处在于比较器47的输出端插入了定时设定器49。即，该情况下，比较器47的检测输出持续定时设定器49的设定时间以上时，判断为速度检测器异常。
此情况下也与第2实施例等情况相同，能避免检测信号的高次谐波成分引起的故障检测误动作。
实施例8图9是把本发明第8实施例逆变器故障检测装置同逆变器及负载一起进行表示的构成图。图9所示结构在图8所示结构中的定时设定器49的输出端插入“与”电路。并且，向该“与”电路50分别输入表示第1或第2实施例中的电流控制子系统异常的信号的相反值和表示第3或第4实施例中的电压控制子系统异常的信号的相反值。
第7实施例中，电流控制子系统或电压控制子系统有异常时，根据其输出电压和输出电流算出的电动机输入，输出值会变得不可靠。此时，即使偏差输出变大也不立刻判定检测故障，仅在电流控制子系统和电压控制子系统都正常时，才判定于速度检测器发生异常。
利用上述结构，能把故障发生对象可靠地限定在仅仅是速度检测器。
另外，图中示出在图8所示结构中添加“与”电路50的结构，还可以在不使用定时设定器49的图7所示结构中添加“与”电路50。
实施例9图10是把本发明第9实施例的逆变器故障检测装置同逆变器和负载一同进行表示的构成图。两个逆变器主电路2A及2B的输出端通过电抗器4并联连接，表示为向感应电动机3供电的是多逆变器系统。
以下主要说明该多逆变器系统的循环电流控制子系统。循环电流相当于两逆变器主电路2A、2B的输出电流之差。循环电流控制子系统也设置在逆变器控制电路20内。
图中，51为运算循环电流反馈值的加法器，该电流反馈值即电流检测器11A所检测的逆变器主电路2A一方的电流反馈值与电流检测器11B所检测的逆变器主电路2B一方的电流反馈值之差。52是通过放大循环电流反馈值进行循环电流控制，并产生循环电流控制输出的循环电流控制器。53是用于使循环电流控制器输出控制在一定范围内的限幅电路。限幅电路53在循环电流控制器52的输出为规定值以上时，具有使其输出抑制在所定范围内的饱和特性。循环电流控制子系统由加法器51、循环电流控制器52和限幅电路53构成。
下面说明用于检测循环电流控制子系统异常的组成单元。图10中，54是作为比较单元的比较器，当来自加法器51的偏差输出为来自电平设定器55的设定值以上时，使输出为“H”电平。56是作为饱和检测单元的饱和检测器，当限幅电路53的工作点处在饱和区时，使输出为“H”电平。57是作为故障检测单元的“与”电路，通过输入来自比较器54与饱和检测器56的输出，输出表示循环电流控制子系统异常的信号。
接着，说明故障检测动工作。若来自加法器51的循环电流反馈值即使瞬时大于来自电平设定器55的设定值，比较器54也输出表示有故障发生可能性的信号。这种处理，在以往的装置中也能执行。但是，以往的情况下，比较器54的输出立刻为表示循环电流控制子系统异常的信号。
本发明则不是单凭比较器54的输出最终判断故障发生，而是同时以饱和检测器56输出“H”电平为条件判断故障发生。即，以循环电流控制器52的输出电平为限幅电路53的饱和区设定电平以上为条件，判断故障发生。用“与”电路57执行条件判断。
这样，仅在循环电流控制器52的输出为饱和电平时，施行故障检测。在循环电流控制器52的输出未达到饱和电平阶段，靠循环电流控制器52的作用有可能返回至正常状态，所以未必判断为故障。这样的判断方法不会妨碍循环电流控制子系统原本的控制工作。
在此已对U相进行说明，至于V相、W相的工作也一样。
实施例10图11是把本发明第10实施例逆变器故障测装置同逆变器及负载一起进行表示的构成图。与图10所示结构的不同之处在于比较器54与“与”电路57之间插有定时设定器58。即，当比较器54的检测输出持续为定时设定器58所设定的时间以上时，将“H”电平输出送至“与”电路57。
此情况下也与第2实施例等情况相同，能避免检测信号高次谐波成分所引起的故障检测误动作。
实施例11图12是把本发明第11实施例逆变器故障检测装置同逆变器及负载一起进行表示的构成图。图中，加法器59U、59V、59W分别求各相的电流指令值与电流反馈值的偏差。进而加法器60求出来自各加法器59U、59V、59W的偏差输出总和后，输出零相电流。
若来自加法器60的零相电流输出值即使瞬时为来自电平设定器61的设定值以上，作为故障检测单元的比较器62，也将其检测，并输出表示电流控制子系统异常或逆变器接地的信号。即，比较器62检测出电流控制子系统异常或逆变器接地。
另外，通过将现已说明过的各种故障检测装置与本实施例故障检测装置组合，能限定故障发生对象。例如，与电流控制子系统的故障检测装置组合，在未检测出电流控制子系统异常时比较器62检测出故障的情况下，能将故障发生对象限定为逆变器接地。
实施例12图13是把本发明第12实施例逆变器故障检测装置同逆变器及负载一起进行表示的构成图。与图12所示结构的不同之处在于比较器62的输出端插有定时设定器63。即，比较器62的检测输出持续定时设定器63设定的时间以上时，输出表示电流控制子系统异常或逆变器接地的信号。
此情况下也与第2实施例等的情况相同，能避免检测信号高次谐波成分引起的故障检测误动作。
实施例13图14是把本发明第13实施例逆变器故障检测装置同逆变器及负载一起进行表示的构成图。与第11实施例结构的不同之处在于比较器62的输出端插入“与”电路64。而且，向该“与”电路64输入图中未示出的、来自接地检测器的逆变器接地异常输出的相反信号。
“与”电路64，在尚未检测出逆变器接地异常时比较器62输出“H”电平的情况下，输出故障检测信号。因此，该故障检测信号为表示电流控制子系统异常的信号，能限定故障发生对象的范围。
再有，通过将已说明过的其它实施例故障检测装置与本实施例故障检测装置适当组合，还能进一步限定故障发生对象的范围。例如，还能专门判定电流检测器异常。
实施例14实施例11至13都通过取得各相的电流指令值与电流反馈值的偏差，进而获取各相的偏差输出之和来求出零相电流，但通过取得各相的电流反馈值之和来求零相电流，也能获得相同的效果。
实施例15图15是把本发明第15实施例的逆变器故障检测装置同逆变器及负载一起进行表示的构成图。图中，加法器65求出各相电压反馈值的总和后输出零相电压。而且，当来自加法器65的零相输出之值即使瞬时为电平设定器66的设定值以上时，作为故障检测单元的比较器67也输出表示电压控制子系统异常或逆变器接地的信号。
还有，通过将现已说明的各种故障检测装置与该实施例故障检测装置组合，也能限定故障发生对象。例如与电压控制子系统的故障检测装置组合，在未检测出电压控制子系统异常时比较器67检测出故障的情况下，能限定故障发生对象为逆变器接地。
实施例16图16是把本发明第16实施例逆变器故障检测装置同逆变器及负载一起进行表示的构成图。与图15所示结构的不同之处在于比较器67的输出端插有定时设定器68。即，比较器67的检测持续定时设定器68设定的时间以上时，判断电压控制子系统异常或逆变器接地。
此情况下也与第2实施例等情况相同，能避免检测信号高次谐波成分引起的故障检测误动作。
实施例17第15实施例和第16实施例都通过取得各相的电压反馈值之和来求出零相电压，但通过取得各相的电压指令值与电压反馈值的偏差进而获得各相的偏差输出之和来求零相电压，也能获得相同的效果。
实施例18图17是把本发明第18实施例逆变器故障检测装置同逆变器及负载一起进行表示的构成图。本例使用可输出三种类型电压电平的所谓3电平逆变器。该故障检测装置专门用来检测逆变器输入端的直流电压平衡异常。图17中，5A及5B是相互串接于直流电源的两极端子P、N之间的电容器。3电平逆变器主电路6，输入端接至直流电源的两极端子P、N和两电容器5A、5B的中间连接端子C，通过输出可调电压及可调频率的3相交流电压及电流，驱动感应电动机3。
13A及13B是分别检测电容器5A和5B的电压的直流电压检测器，69是运算来自直流电压检测器13A的电压反馈值和来自直流电压检测器13B的电压反馈值之间偏差的加法器。70是作为故障检测单元的比较器，当来自加法器69的偏差输出为来自电平设定器71的设定值以上时，输出表示直流电压平衡异常的信号。
下面，说明动作。逆变器控制电路20，根据输入的速度指令向逆变器主电路6的各臂的晶体管6T提供必要的门信号。逆变器主电路6将规定的电压和电流输出供给感应电动机3。逆变器控制电路20控制各晶体管6T的触发幅度，使电容器5A、5B的电压在规定范围内取得平衡。即，进行直流电压平衡控制。这种直流电压平衡控制已众所周知。
失去直流电压平衡，来自加法器69的偏差输出值即使瞬时为来自设定器71的设定值以上，比较器70也输出表示直流电压平衡异常的信号。即，能检测出所谓直流电压平衡异常的故障。
实施例19图18是把本发明第19实施例逆变器故障检测装置同逆变器及负载一起进行表示的构成图。与图17所示结构的不同之处在于比较器70的输出端插有定时设定器72。即，在比较器70的检测输出持续时间超过定时设定器72设定的时间以上时，输出表示直流电压平衡异常的信号。
此情况下也与第2实施例等的情况相同，能避免检测信号高次谐波成分引起的故障检测误动作。
实施例20上述各实施例中，使用各种偏差输出值为设定值以上则其输出为“H”电平的比较器作比较单元，但也未必限于用以如此输出状态工作的单元。而且，上述各实施例是做成用“与”电路判断多个条件成立，但如果是考虑前级输出状态，就能够判断是否在实质上同时具备故障检测所要求的条件的单元，则也可用其它种类的逻辑电路。
还有，构成逆变器主电路的开关元件不只限于功率晶体管，也可以是可控硅等其它种类的元件。再者，负载也不只限于感应电动机，控制装置也不限于向量控制、PWM控制。
如上所述，由于逆变器系统故障检测装置做成当电流指令值与电流反馈值的偏差为设定值以上且限幅电路的工作点处于饱和区时，就判断电流控制子系统为异常，因此能防止控制指令值突变所引起的误检动作。
逆变器系统故障检测装置做成一旦电压指令值与电压反馈值的偏差为设定值以上，且限幅电路工作点不在饱和区，就判断电压控制子系统为异常的情况下，因限幅电路的存在，能防止电压指令值为非线性所引起的误检动作。
逆变器系统故障检测装置做成在未检测出电压控制子系统异常状态下检测出电流控制子系统异常时，就判断为故障的情况下，能限定故障发生对象为反馈电流检测器。
逆变器系统故障检测装置做成当根据电压和电流求出的电动机输入与根据反馈值求出的电动机输出之偏差为设定值以上时，判断为故障的情况下，能检测出速度检测器的异常。
逆变器系统故障检测装置，做成在同时未检测出电流控制子系统异常和电压控制子系统异常这样的必要附加条件下，检测出速度检测异常时，能将故障检测时的故障发生对象可靠地限定为只会是速度检测器。
逆变器系统故障检测装置做成在设定值以上的偏差输出持续时间超过设定时间这样的必要附加条件下，检测出电流控制子系统故障时，能避免检测信号高次谐波成分等引起的误动作。
逆变器系统故障检测装置做成在设定值以上的偏差输出持续时间超过设定时间这样的必要附加条件下，检测出电压控制子系统故障时，能避免检测信号高次谐波成分等引起的误动作。
逆变器系统故障检出装置做成在设定值以上的偏差输出持续时间超过设定时间这样的必要附加条件下，检测出速度检测器的故障时，能避免速度检测器故障检测时检测信号高次谐波成分等引起的误动作。
逆变器系统故障检出装置做成当循环电流反馈值为设定值以上，且限幅电路的工作点处于饱和区时就判断循环电流控制子系统为异常的情况下，能仅将不可能恢复到正常状态的场合作为异常进行检测。因此，不会妨碍原来的控制动作。
逆变器系统故障检测装置做成在设定值以上的偏差输出持续时间超过设定时间这样的必要附加条件下，检测出故障时，能避免检出循环电流控制子系统故障时检测信号高次谐波成分等引起的误动作。
逆变器系统故障检测装置做成当对各相的电流指令值与电流反馈值之差或者对各相的电流反馈值进行相加后求出零相电流，并且零相电流为设定值以上时判断为故障的情况下，能检测出电流控制子系统异常或者逆变器系统接地。
逆变器系统故障检测装置做成在设定值以上的零相电流持续时间超过设定时间这样的必要附加条件下，检测出故障时，能避免检测电流控制子系统异常或者逆变器系统接地时检测信号高次谐波成分等引起的误动作。
逆变器系统故障检测装置做成在用接地检测器未检测出接地这样的必要附加条件下，检测出零相电流异常时，能将故障发生对象可靠地限定为电流控制子系统。
逆变器系统故障检测装置做成当对各相的电压指令值与电压反馈值之偏差，或者对各相的电压反馈值进行相加后求出零相电压，并且零相电压为设定值以上时就判为故障的情况下，能检测出电压控制子系统异常或逆变器系统接地。
逆变器系统故障检测装置做成在设定值以上的零相电压持续时间超过设定时间以上这样的必要附加条件下，检测出故障时，能避免检测电压控制子系统异常或逆变器系统接地时检测信号高次谐波成分等引起的误动作。
逆变器系统故障检测装置做成当各电容器的电压检测值之偏差为设定值以上时，判断为故障的情况下，能检测出3电平逆变器系统中的直流电压平衡异常。
逆变器系统故障检测装置做成在设定值以上的偏差输出持续时间超过设定时间这样的必要附加条件下，检测出故障时，能避免检测信号高次谐波成分等引起的误动作。
权利要求
1.一种逆变器系统故障检测装置，检测包含电流控制子系统的逆变器系统的故障，该电流控制子系统具有运算单元和电流控制器，运算单元运算电流指令值与电流反馈值之偏差，电流控制器该运算单元的偏差输出进行电流控制操作，向限幅电路输出控制值，当电流控制器输出超过一定值时限幅电路使输出饱和，该逆变器系统故障检测装置的特征在于包括判断所述偏差输出是否超过设定值的比较单元；判断所述限制电路工作点是否处于饱和区的饱和检测单元；输入所述比较单元的输出与饱和检测单元的输出，当所述偏差输出超过所述规定的设定值且所述限幅电路工作点处于所述饱和区时，判定所述电流控制子系统发生异常的故障检测单元。
2.一种逆变器系统故障检测装置，检测包含电压控制子系统的逆变器系统的故障，该电压控制系统包括一限幅电路，该限幅电路输入电压指令值，若该值超过一定值便使输出饱和，电压控制子系统根据该限幅电路输出的电压指令值控制输出电压，该逆变器系统故障检测装置的特征在于包括运算所述限幅电路输出的电压指令值与电压反馈值之偏差的运算单元；判断该运算单元输出的偏差输出是否超过规定的设定值的比较单元；判断所述限幅电路工作点是否处于饱和区的饱和检测单元；输入所述比较单元的输出与饱和检测单元的输出，当所述偏差输出超过所述规定的设定值且所述限幅电路工作点不处于所述饱和区时，判定为所述电压控制子系统发生异常的故障检测单元。
3.一种逆变器系统故障检测装置，该逆变器系统包括电流控制子系统，它具有运算电流指令值与电流反馈值之偏差的运算单元，以及对所述运算单元输出的偏差输出进行电流控制操作后输出电压指令值的电流控制器；电压控制子系统，具有限幅电路，该限幅电路输入电压指令值，当该值超过一定值时便使输出饱和，根据该限幅电路输出的电压指令值控制输出电压；该逆变器系统故障检测装置的特征在于包括判断所述偏差输出是否超过规定的设定值的电流控制子系统比较单元；判断所述限幅电路工作点是否处于饱和区的饱和检测单元；输入所述电流控制子系统比较单元的输出与饱和检测单元的输出，当所述偏差输出超过所述规定的设定值且所述限幅电路工作点处于所述饱和区时，判定所述电流控制子系统有可能发生异常的电流控制子系统故障检测单元；运算所述限幅电路输出的电压指令值与电压反馈值之偏差的电压控制子系统运算单元；判断该电压控制子系统运算单元输出的偏差输出是否超过规定的设定值的电压控制子系统比较单元；输入所述电压控制子系统比较单元的输出与所述饱和检测单元的输出，当偏差输出超过规定的设定值且所述限幅电路工作点不处于所述饱和区时，判定所述电压控制子系统有可能发生异常的电压控制子系统故障检测单元；在所述电流控制子系统故障检测单元判定为电流控制子系统有可能发生异常，而且所述电压控制子系统故障检测单元未判定电压控制子系统有可能发生异常时，判定电流控制子系统发生故障的第三故障检测单元。
4.一种逆变器系统故障检测装置，检测逆变器系统的故障，该逆变器系统包括对电动机提供输出电压以及输出电流并进行驱动的逆变器，该逆变器系统故障检测装置的特征在于包括由所述输出电压与输出电流运算所述电动机输入的第一输出运算单元；由转矩与速度检测器检测的所述电动机的速度反馈值运算所述电动机输出的第二输出运算单元；运算所述第一输出运算单元的输出与第二输出运算单元的输出之偏差，当该偏差值超过规定的设定值时判定所述速度检测器发生异常的故障检测单元。
5.如权利要求3所述的逆变器系统故障检测装置，其中逆变器对电动机提供输出电压以及输出电流并进行驱动，该故障检测装置的特征在于包括由所述输出电压与输出电流运算所述电动机输入的第一输出运算单元；由转矩与速度检测器检测的所述电动机的速度反馈值运算所述电动机输出的第二输出运算单元；运算所述第一输出运算单元的输出与第二输出运算单元的输出之偏差，并在电流控制子系统故障检测单元以及电压控制子系统故障检测单元均未检测出异常，且所述偏差超过规定的设定值时，判定所述速度检测器发生异常的故障检测单元。
6.如权利要求1或3或5所述的逆变器故障检测装置，其特征在于电流控制子系统比较单元与故障检测单元之间加入一持续时间检测单元，当所述比较单元的输出持续了规定的设定时间以上时，将所述比较单元的输出送至所述故障检测单元。
7.如权利要求2或3或5所述的逆变器故障检测装置，其特征在于在电压控制子系统比较单元与故障检测单元之间加入一持续时间检测单元，当所述比较单元的输出持续了规定的设定时间以上时，将所述比较单元的输出送到所述故障检测单元。
8.如权利要求5或7所述的逆变器故障检测装置，其特征在于检测速度检测器异常的故障检测单元当偏差持续了规定的设定时间以上时，判定所述速度检测器发生异常。
9.一种逆变器系统故障检测装置，检测包含循环电流控制子系统的逆变器系统的故障，其中循环电流控制子系统包括循环电流控制器，该控制器使多个逆变器输出端互相并接而成的多逆变器系统的并联电路中流过的循环电流放大，作为电压指令值输出；以及加于该循环电流控制器输出端，当循环电流控制器输出超过一定值时就使输出饱和的限幅电路，而且循环电流控制子系统根据该限幅电路输出的电压指令值控制所述各逆变器输出电压，该故障检测装置的特征在于包括判断所述循环电流反馈值是否超过规定的设定值的比较单元；判断所述限幅电路工作点是否处于饱和区的饱和检测单元；输入所述比较单元的输出与饱和检测单元的输出，当所述循环电流反馈值超过所述规定的设定值，且所述限幅电路工作点处于所述饱和区时，判定为所述循环电流控制子系统发生异常的故障检测单元。
10.如权利要求9所述的逆变器系统故障检测装置，其特征在于在比较单元与故障检测单元之间加入持续时间检测单元，当所述比较单元的输出持续了规定的设定时间以上时，便向所述故障检测单元提供所述比较单元的输出。
11.一种逆变器系统故障检测装置，检测包含输出3相交流电压以及3相交流电流的逆变器的逆变器系统中的故障，其特征在于包括一故障检测单元，该检测单元对各相电流指令值与电流反馈值之偏差或各相电流反馈值求和后检测零相电流，当该零相电流超过规定的设定值时，即判定发生电流控制子系统异常或逆变器接地。
12.一种逆变器系统故障检测装置，检测包含输出3相交流电压以及3相交流电流的逆变器的逆变器系统中的故障，其特征在于包括一故障检测单元，该检测单元对各相电流指令值与电流反馈值之偏差或各相电流反馈值求和后检测零相电流，当超过规定的设定值的零相电流持续了规定的设定时间以上时，即判定发生电流控制子系统异常或逆变器接地。
13.如权利要求11或12所述的逆变器系统故障检测装置，其特征在于包括一第二故障检测单元，当该故障检测单元检测出故障，且检测逆变器输出电路接地的接地检测器未检测出接地时，即检测为电流控制子系统异常。
14.一种逆变器系统故障检测装置，检测包含输出3相交流电压以及3相交流电流的逆变器的逆变器系统中的故障，其特征在于包括一故障检测单元，该检测单元对各相电压指令值与电压反馈值之偏差或各相电压反馈值求和后检测零相电压，当该零相电压超过规定的设定值时，即判定发生电压控制子系统异常或逆变器接地。
15.一种逆变器系统故障检测装置，检测包含输出3相交流电压以及3相交流电流的逆变器的逆变器系统中的故障，其特征在于包括一故障检测单元，该检测单元对各相电压指令值与电压反馈值之偏差或各相电压反馈值求和后检测零相电压，当超过规定的设定值的零相电压持续了规定的设定时间以上时，即判定发生电压控制子系统异常或逆变器接地。
16.一种逆变器系统故障检测装置，检测包含3电平逆变器的逆变器系统中的故障，该3电平逆变器，其直流电源两极端子与互相串联连接在该两极端子之间的电容器的中间接点相连接，可输出3种电压电平，该逆变器系统故障检测装置的特征在于包括检测所述各电容器极间电压的电压检测器；运算这些电压检测器输出的偏差的加法器；当该加法器输出的偏差输出超过规定的设定值时，即判定发生直流电压平衡异常的故障检测单元。
17.一种逆变器系统故障检测单元，检测包含3电平逆变器的逆变器系统中的故障，该3电平逆变器，其直流电源两极端子与互相串联连接在该两极端子之间的电容器的中间接点相连接，可以输出3种电压电平，该逆变器系统故障检测装置的特征在于包括检测所述各电容器极间电压的电压检测器；运算这些电压检测器输出的偏差的加法器；当超过规定的设定值的该加法器的偏差输出持续了规定的设定时间以上时，即判定发生直流电压平衡异常的故障检测单元。
全文摘要
逆变器的控制系统包括运算电流指令值与电流反馈值之偏差的减法器25，放大该减法器的偏差输出作为电压指令值输出的电流控制器26；以及该控制器输出端的限幅电路。逆变器系统故障检测装置中，比较器30在上述偏差输出超过规定值时输出“H”电平。饱和检测器32当限幅电路27工作于饱和区时输出“H”电平。上述比较器与饱和检测器的输出均输入“与”电路33，该电路在上述偏差输出超过规定值且限幅电路饱和时判定逆变器电流控制子系统异常。
文档编号H02P27/04GK1118878SQ9410301
公开日1996年3月20日 申请日期1994年3月15日 优先权日1994年2月7日
发明者小川晴毅, 琴野英德, 溝口昭次 申请人:三菱电机株式会社