专利名称：用于检测逆变器中切换设备故障的装置和方法
技术领域：
本公开涉及一种用于检测逆变器中切换设备故障的装置和方法。
背景技术：
此章节提供了涉及本公开的非必要的现有技术的背景信息。通常，逆变器为用于电动机控制的设备。图1示出了依据现有技术的逆变器的示例性视图。参考图1，用于控制电动机200的常规逆变器100包括整流单元110，其将输入的三相交流电源转换为直流电源；平滑单元120，其平滑处理从所述整流单元110输出的直流电压的脉冲分量；以及逆变器单元130，其将从所述平滑单元120输出的直流电压转换为交流电压，并且将该交流电压提供给电动机200。上述逆变器100为，整流单元110的二极管是由桥耦合形成的，平滑单元120由电容器构成，并且逆变器单元130通过与多个切换元件连接而使用。近来，具有良好性能的IGBT(绝缘栅双极晶体管insulated Gate BipolarTransistor)作为切换元件被广泛使用。如上文所提到的，逆变器100复杂地由多个元件组成，这样假如在逆变器100上发生任何情况，就没有办法可视地检查问题，使得检测故障部分变得困难。特别地，在逆变器单元100中的切换元件为出现故障频率最高的地方，并且为了检查切换元件的故障，按照惯例采用多个测试器通过测量切换元件的每个电阻来判定故障，其不利之处在于要花费很多时间来检查或检测故障。为了解决上述问题，如图2所示公开了一种故障检测设备，图2为示出了依据现有技术的切换元件(设备)中的故障检测设备的示例性电路图。参考图2，常规的切换元件故障检测设备300被连接到逆变器100以防止输入电压施加到逆变器100的输入端，由此连接到输出端，切断与电动机200的连接。如上文所提到的，常规的切换元件故障检测设备300事实上被理解为:由于过电流而在作为切换元件的IGBT上发生故障的情况下，在IGBT的内部电路提前发生短路，并且由于过电流产生开路现象(open phenomenon),因此检测到在IGBT中发生开路现象。S卩，门脉冲生成单元320连续给每个IGBT元件施加门脉冲，并且在从相关的IGBT元件输出的相位电压不高的情况下，做出相关的IGBT发生故障的判定。然而，常规的切换元件故障检测设备300具有的缺陷在于，逆变器100和电动机200必须被停止以判定故障，其花费额外的时间来检测故障，并且需要单独的用于切换元件的故障检测的硬件从而增加系统的尺寸。为了解决这些缺陷，已经做出了通过软件来实现切换元件的故障检测的尝试。尽管在图1的逆变器100中没有示出结构，通过检测输出到电动机200的输出电流的电流传感器周期性地测量输出电流，获取输出电流的平均值，并且在平均值为零(O)的情况下，判定切换元件是正常的，在平均值不为零的情况下，判定切换元件异常。然而，上述现有技术还具有花费许多时间来检测故障的缺陷，这是由于输出电流是从一周期中的的交流电流(正弦波形)的多个点检测的，并且由此获取平均值。
发明内容
此部分提供了本公开的的一般性总结，并且不是对其整个范围或所有特征的全面公开。与本公开一致的方法和系统提供了一种用于在逆变器中检测切换设备故障的装置及其方法，该装置配置为很容易检测到在逆变器中的切换设备的故障。然而，应该强调的是，本公开不局限于上文阐述的特定的公开。应该解理的是，本领域的技术人员可以领会到此处没有提及的其他技术主题。在本公开的一个一般方案中，提出了一种在逆变器中用于检测切换设备的故障的装置，该装置包括:角度传感器，其被配置为测量电动机的同步角度；电流传感器，其被配置为通过在逆变器单元的预定臂(leg)的切换设备来测量输入到电动机的相位电流；以及控制器，其被配置为通过使用所述角度传感器的同步角度信息判定所述相位电流的不对称率来判定切换设备故障。在某些示例性的实施例中，所述控制器可使用同步角度来检测相位电流的最大值和最小值。在某些示例性的实施例中，所述装置可进一步包括:存储器，其被配置为存储相位电流的最大值和最小值。在某些示例性的实施例中，在相位电流的最大值和最小值之间的差实质上小于预定水平情况下，所述控制器可判定所述臂的切换设备的故障。在本发明的另一个一般方案中，提出了一种在逆变器中用于检测切换设备的故障的方法，所述方法包括:从电动机的同步角度信息检测通过逆变器单元的预定臂中的切换设备输入到电动机的相位电流的最大值和最小值；以及通过相位电流的不对称率检测所述臂的切换设备的故障。在某些示例性实施例中，所述方法可进一步包括:存储相位电流的最大值和最小值。在某些示例性实施例中，所述检测步骤可包括在所述相位电流的最大值和最小值之间的差值实质上小于预定水平的情况下，判定所述臂的切换设备的故障。在某些示例性实施例中，所述方法可进一步包括:对在所述逆变器单元中的切换设备的故障已经被检测到进行显示。依据本公开的示例性的实施例的用于检测逆变器中切换设备故障的装置和方法具有以下有益效果:在逆变器单元的切换设备上产生故障的情况下，可以不借助硬件来进行快速检测。
为了说明本公开的原理，下面将提供与本公开的优选实施例相关的一些附图，它们仅用于说明、例证和描述目的，而无意为穷尽性的。附图仅以示例的方式而非限制性地描述了一个以上依据本发明的构思的示例性实施例。在附图中，相似的附图标记表示相同或者类似的元件。。
因此，通过下述对特定示例性实施例的详细描述，结合附图，大量潜在实用和有用的实施例将变得非常容易理解，在附图中:图1为示出了依据现有技术的逆变器的示例性视图；图2为示出了依据现有技术的切换元件(设备)中故障检测设备的示例性电路图；图3为示出了依据本公开的示例性实施例的切换设备中用于检测故障的装置(缩写为故障检测装置或仅为装置)的示例性方框图；图4a为示出了在逆变器中的切换设备处于正常情况下，输入到电动机的相位电流的不例性视图；和图4b为示出了在逆变器中的切换设备处于异常情况下，输入到电动机的相位电流的示例性视图；以及图5为示出了依据本公开的示例性实施例的逆变器中用于检测切换设备故障的方法的流程图。
具体实施例方式对于本领域的普通技术人员来说，经考查以下附图和详细描述，本公开的实施例的特征和优点将会或者将变得明显。意图将所有这种附加的特征和优点包括在本公开的实施例的范围内，并由附图保护。此外，示出的附图仅为示例性的并且无意主张或者暗示对于可实现不同的实施例的环境、结构或者过程的任何限制。因此，所描述的方案有意囊括落入本发明的范围和新颖构思内的所有这种替代、改进以及变化。与此同时，在电动机的驱动系统中存在许多故障原因。特别地，在电动机驱动系统与例如电动车中的其他部分一起操作的情况下，判定故障原因的过程被进一步复杂化使得判定故障的精确原因变得困难。此外，逆变器单元中的切换设备位于逆变器内部，并且故障不会偶然在表面显示出来，就使得判定故障的原因变得更加困难。然而，本公开能够在切换设备中进行容易且可选择的故障判定。在下文中，依据本公开的的示例性实施例的用于检测逆变器中切换设备的故障的装置和方法将参考附图被详细描述。图3为示出了依据本公开的示例性实施例的用于检测逆变器中切换设备的故障的装置(缩写为故障检测装置或仅为装置)的示例性方框图。参考图3，依据本公开的装置包括电流传感器40、角度传感器50、控制器60和存储器70。依据本公开的装置旨在检测逆变器系统中逆变器单元30的切换设备的故障，该逆变器系统包括整流单元10、平滑单元20和逆变器单元30。整流单元10用来将输入的三相交流电源转换为直流电源，平滑单元20用来平滑直流电压中的脉冲分量，以及逆变器单元30用来将从平滑单元20输出的直流电压转换为三相交流电压，并且将转换后的三相交流电压提供给电动机I。如之前所阐述的，逆变器单元30的切换设备通常包括IGBT。然而，应用在本公开中的切换设备不局限于此。电流传感器40测量输入到电动机I的相位电流。由逆变器单元30施加到电动机I的电压为正弦波的交流电压。因此，由电流传感器40测量的相位电流可同样为正弦波。此外，角度传感器50测量电动机I的同步角度。控制器60通过预定臂的切换设备接收从电流传感器40输入到电动机I的相位电流，并且接收来自角度传感器50的电动机I的同步角度信息以判定通过相关臂的切换设备输入的相位电流的不对称率。S卩，控制器60检测来自同步角度信息的相位电流的最大值并检测来自同步角度信息的相位电流的最小值。控制器60可将最大值和最小值存储在存储器70中，这是因为相位电流的最大值和最小值事实上不是同时检测的。然后，存储器70获取最大值和最小值之间的差值，假如该差值大于或者等于预定水平，则判定相关臂的切换设备被完全操作。与此同时，假如该差值小于预定水平，则判定相关臂的切换设备没有被完全操作以产生相位电流的不对称性，在此检测到相关臂的切换设备的故障。此时，预定水平为用于判定相位电流的不对称性的值，并且可以基于电动机I的类型和操作条件来选择。图4a为示出了在逆变器中切换设备正常的情况下，通过相关切换设备输入到电动机的相位电流的示例性视图，以及图4b为示出了在逆变器中切换设备异常的情况下，通过相关切换设备输入到电动机的相位电流的示例性视图。通常，在切换设备处于如图4a的正常状态的情况下，通过切换设备输入到电动机I的相位电流为正弦波，使得在电动机I的同步角度为90度的情况下，最大值“A”被输出；，在电动机I的同步角度为270度的情况下，最小值“B”被输出，由此可以知道“A”和“B”是对称的。然而，在切换设备处于如图4b中的故障状态的情况下，通过切换设备输入到电动机I的相位电流改变为不对称的。通过非限制的示例，即使电动机I的同步角度为270度，可能输出比最小值“B”更大的值“C”。尽管未示出，相反的情况可被解释，其中在同步角度为90度的情况下，可能输出比最大值“A”更小的值。因而，如果最大值和最小值之间的差值小于预定值，那么本公开的控制器60判定对称的正弦波改变为不对称的，以检测相关臂的切换设备故障。图5为示出了依据本公开的示例性实施例的用于检测逆变器中切换设备故障的方法的流程图。参考图5，在依据本公开的示例性实施例的用于检测逆变器中切换设备故障的方法中，控制器60接收由角度传感器50检测的电动机I的同步角度信息(S51)，并且接收由电流传感器40检测的输入到电动机I的预定臂的切换设备的相位电流(S52)。尽管阐释了在相位电流接收之前接收同步角度信息，但是对于本领域技术人员来说，可在同步角度信息接收之前接收相位电流或可同时接收同步角度信息和相位电流，应当是显而易见的。控制器60使用接收的电动机I的同步角度信息来检测相位电流的最大值(S53)，并且检测相位电流的最小值(S54)。检测的相位电流的最大值和最小值可被存储在存储器70 (未示出)中。此后，在检测的相位电流的最大值和最小值之间的差值大于或者等于预定水平的情况下(S55)，由控制器60判定相关臂的切换设备处于正常状态。
然而，在检测的相位电流的最大值和最小值之间的差值小于预定水平的情况下(S56)，控制器60判定相关臂的切换设备存在故障(S56)，并且使用预定的方法(例如显示)通知用户故障发生(未示出)。然而，上述依据本公开的示例性实施例的用于检测逆变器中切换设备故障的装置和方法可以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于此处所阐述的实施例。因此，旨在本公开的实施例可覆盖本公开的修改和变型，只要它们落在附加的权利要求及其等同内容的范围内。虽然特定的特征或方案可能已经结合几个实施例被公开，但是如同所期望的那样，这些特征和方案可有选择地与其他实施例的一个以上其他特征和/或方案相组合。
权利要求
1.一种用于检测逆变器系统的逆变器单元(30)中切换设备故障的装置，所述逆变器系统包括整流单元，其配置为将输入的三相交流电源转换为直流电源；平滑单元，其配置为将从所述整流单元输出的直流电压的脉冲分量平滑；以及逆变器单元，其配置为将从所述平滑单元输出的直流电压转换为交流电压，并且将所述交流电压提供给电动机，所述装置包括: 角度传感器，其测量所述电动机的同步角度； 电流传感器，其配置为测量通过逆变器单元的预定臂中的切换设备输入到所述电动机的相位电流；和 控制器，其配置为通过使用所述角度传感器的同步角度信息判定所述相位电流的不对称率来判定所述切换设备的故障。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述控制器使用所述同步角度检测所述相位电流的最大值和最小值。
3.如权利要求2所述的装置，进一步包括: 存储器，其配置为存储所述相位电流的最大值和最小值。
4.如权利要求2所述的装置，其中在所述相位电流的最大值和最小值之间的差值实质上小于预定水平的情况下，所述控制器判定所述臂的切换设备故障。
5.一种用于检测逆变器系统的逆变器单元中切换设备故障的方法，所述逆变器系统包括整流单元，其配置为将输入的三相交流电源转换为直流电源；平滑单元，其配置为将从所述整流单元输出的直流电压的脉冲分量平滑；以及逆变器单元，其配置为将从所述平滑单元输出的直流电压转换为交流电压，并且将所述交流电压提供给电动机，所述方法包括: 从电动机的同步角度信息检测通过所述逆变器单元的预定臂中的切换设备输入到所述电动机的相位电流的最大值和最小值；以及 通过所述相位电流的不对称率检测所述臂的切换设备的故障。
6.如权利要求5所述的方法，进一步包括: 存储所述相位电流的最大值和最小值。
7.如权利要求5所述的方法，其中检测步骤包括在所述相位电流的最大值和最小值之间的差值实质上小于预定水平的情况下，判定所述臂的切换设备故障。
8.如权利要求5所述的方法，进一步包括: 对所述逆变器的切换设备的故障已经被检测到进行显示。
全文摘要
本发明公开了一种用于检测逆变器中的切换设备的故障的装置和方法，所述方法包括从电动机的同步角度信息检测通过所述逆变器单元的预定臂的切换设备输入到电动机的相位电流的最大值和最小值以及通过所述相位电流的不对称率检测所述臂的切换设备的故障。
文档编号G01R31/00GK103185850SQ20121059045
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月28日 优先权日2011年12月30日
发明者崔基英 申请人:Ls产电株式会社