CN104521133A - 缺相检测方法和电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种电力转换装置，其具有：将直流电力转换成交流电力的开关电路；检测从上述开关电路流过交流电动机的电流的电流检测器；将上述电流检测器检测出的电流变换成以任意速度旋转的坐标上的电流的坐标变换器；根据上述坐标变换器输出的旋转坐标上的电流来运算旋转坐标上的电流相位的相位运算器；基于上述相位运算器输出的旋转坐标上的电流相位来判断缺相的缺相判断部。

Description

缺相检测方法和电力转换装置
技术领域
本发明涉及缺相检测方法和电力转换装置。
背景技术
感应电动机和同步电动机等交流电动机的驱动较多地使用将直流电力转换成交流电力的电力转换装置。
在电力转换装置与交流电动机之间的布线中如果发生一相断线等故障(缺相)，则缺失的相无法流过电流。因此，没有缺失的相流过过大的电流，存在电力转换装置或交流电动机烧毁的的可能。因此，在发生缺相的情况下，为了防止电力转换装置或交流电动机流过过大的电流，期望迅速地检测出缺相并切断电力转换装置的输出。
在专利文献1中公开了如下方法：“在对三相交流电动机进行矢量控制的同时进行可变速驱动的电力转换控制装置中，测量所述电力转换控制装置的各相输出电流的各绝对值在预先设定的阈值以下时的所述交流电动机的旋转角，在该测得的旋转角超过预先设定的角度设定值时，判定为所述电力转换控制装置的各相输出中至少有一相发生了缺相”(权利要求书的权利要求1)。
此外，在专利文献2中公开了如下方法：“具有：驱动至少一台以上交流电动机的逆变装置、获取流入交流电动机的电流值的单元、对流入交流电动机的电流值做坐标变换的单元、基于从坐标变换单元获得的电流值产生对逆变装置的电压指令和频率指令的单元，根据从坐标转换的单元获得的电流值来检测对逆变装置的频率指令的两倍的频率成分，运算用于缺相检测的电流值，在该值为判定值以上时检出逆变装置的缺相”(权利要求书的权利要求1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-61294号公报
专利文献2：日本特开2011-139559号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
专利文献1中记载的缺相检测方法需要测量交流电动机的旋转角的旋转角测量器。
并且，专利文献2中记载的缺相检测方法虽然不需要旋转角检测器，但在负载以频率指令的两倍脉动的情况下，由于在缺相判定所用的电流值中产生频率指令的两倍的频率成分，存在误检测的可能性。
因此，本发明的目的在于提供不需要测量交流电动机的旋转角的旋转角测量器的、即使负载脉动也不会发生误检测的缺相检测方法。
用于解决问题的技术方案
本发明包含多个解决上述问题的方法，举其一例为：一种电力转换装置，其具有：将直流电力转换成交流电力的开关电路；检测从上述开关电路流过交流电动机的电流的电流检测器；将上述电流检测器检测出的电流变换成以任意速度旋转的坐标上的电流的坐标变换器；根据上述坐标变换器输出的旋转坐标上的电流来运算旋转坐标上的电流相位的相位运算器；基于上述相位运算器输出的旋转坐标上的电流相位来判断缺相的缺相判断部。
发明效果
通过本发明，能够实现不需要测量交流电动机的旋转角的旋转角测量器的、即使负载脉动也不会发生误检测的缺相检测。
附图说明
图1是实施例1的实施方式结构的一个例子。
图2是正常时和V相缺相时的电流矢量的一个例子。
图3是正常时和V相缺相时的旋转坐标上的电流相位波形的一个例子。
图4是负载恒定时和负载脉动时的旋转坐标上的电流波形和电流相位波形的一个例子。
图5是实施例2的实施方式结构的一个例子。
图6是实施例3的实施方式结构的一个例子。
具体实施方式
以下针对本发明的实施例利用附图进行说明。此外，在以下的说明中对各图共同的结构要素赋予相同附图标记并省略对它们的重复说明。
实施例1
图1是实施例1的实施方式结构的一个例子。
从三相交流电源1输入的三相交流电压由整流电路2整流，并由平滑电路3平滑。
开关电路4将平滑电路3平滑后的电压(直流电压)转换成三相交流电压，施加到三相交流电动机6。
PWM控制器7输出控制开关电路4的导通、关断的控制信号，使得基于电压指令的电压施加到三相交流电动机6。
电流检测器5检测流过三相交流电动机6的三相交流电流。也可只检测两相，根据三相交流的总和为零，运算出剩余一相。此外，也可在平滑电路3的正极侧或负极侧设置分流电阻，根据流过该分流电阻的电流推算三相交流电流。
坐标变换器8将电流检测器5检测出的检测电流(三相交流电流)变换成以任意速度旋转的坐标上的电流(旋转坐标电流)。一般地，旋转坐标的旋转速度设定为坐标以与施加到交流电动机6的电压频率相同的速度旋转。在这种旋转坐标中，经常将作为基准的轴称为d轴，将与d轴正交的轴称为q轴。
相位运算器9根据旋转坐标电流运算旋转坐标上的电流相位(旋转坐标电流相位)。旋转坐标电流相位例如可根据作为基准的轴(d轴)上的电流和与基准轴正交的轴(q轴)的电流利用三角函数的反正切来运算。
频率成分提取器10提取旋转坐标电流相位的任意频率成分(提取频率成分)。任意频率成分例如可通过傅里叶变换提取。在有多个旋转坐标电流相位的情况下，可分别提取频率成分。此外，提取出的频率成分也可为多个频带。
缺相判断部11利用输入值(例如提取频率成分)和预先设定的阈值进行缺相的判断，输出缺相信号。此外阈值可依照三相交流电动机6的驱动状况，例如频率、电压或电流等而变化。此外，也可根据从外部给予的信号或设定而变化。在输入值为多个的情况下，对各输入值设定阈值，根据至少一个以上的组合来判断缺相。
缺相信号输入到PWM控制器7时，PWM控制器7强制地关断开关电路4的全部开关，切断开关电路4的输出或输出警报信息。
图2是正常时和V相缺相时的电流矢量的一个例子。图2中将作为基准的轴称为d轴，将与d轴正交的轴称为q轴。此外，旋转坐标的旋转速度与施加到交流电动机6的电压频率为相同速度。此外，以下比较正常时与V相缺失时，不过，在U相或W相缺失的情况下，也可将V相替换成U相或W相并同样地考虑。
正常时的电流矢量描绘出(形成)圆，其旋转速度与施加到交流电动机6的电压频率为相同速度。另一方面，在V相缺失的情况下的电流矢量由于V相不流过电流而描绘出(形成)与V相正交的直线，以与施加到交流电动机6的电压频率相同的速度在直线上来回。
图3是正常时和V相缺相时的旋转坐标上的电流相位波形的一个例子。
正常时的电流矢量由于以与旋转坐标的旋转速度相同的速度描绘出(形成)圆，因此d轴的电流相位即旋转坐标电流相位恒定。另一方面，在V相缺失时的电流矢量由于以与旋转坐标的旋转速度相同的速度描绘出(形成)与V相正交的直线，因此旋转坐标电流相位以旋转坐标的旋转速度的两倍速度即施加到交流电动机6的电压的两倍频率脉动。
像这样，在旋转坐标电流相位中，仅在缺相时产生施加到交流电动机6的电压的两倍的频率成分。可通过频率成分提取器10提取该频率成分，并通过缺相判断部11在频率成分超过设定阈值的情况下判断为缺相。
此外，不通过频率成分提取器10而将旋转坐标电流相位输入到缺相判断部11也可获得同样的效果。
图4是负载恒定时和负载脉动时的旋转坐标上的电流波形和电流相位波形的一个例子。
在负载恒定的情况下，从坐标变换器8输出的旋转坐标上的电流恒定，而如果负载以施加到交流电动机6的电压的两倍频率脉动，则旋转坐标上的电流也以同样的频率脉动，施加电压频率的两倍成分具有零以外的值。因此，如果利用旋转坐标上的电流的频率成分进行缺相判断，则存在在负载脉动时误检测为失调的情况。与此不同，旋转坐标上的电流相位即使在负载脉动的情况下也恒定，施加电压频率的两倍成分为零。因此，通过利用旋转坐标上的电流相位的频率成分，能够在负载脉动的情况下也不会误检测，进行稳定的缺相检测。
实施例2
图5是实施例2的实施方式结构的一个例子。
相位变化量运算器12根据相位运算器9输出的旋转坐标电流相位运算任意时间段的相位变化量。相位变化量例如可通过微分运算。
如上所述，正常时的旋转坐标上的电流相位恒定，而V相缺失时的旋转坐标上的电流相位脉动。因此，相位变化量在正常时为零，在V相缺失时具有零以外的值。
像这样，旋转坐标电流的相位变化量仅在缺相时具有零以外的值。可通过相位变化量运算器12运算该相位变化量，通过缺相判断部11在相位变化量超过设定阈值的情况下判断为缺相。
实施例3
图6是实施例3的实施方式结构的一个例子。
极性检测器13检测旋转坐标电流的相位变化量的极性。极性例如可通过与零比较来检测。
如上所述，在正常时相位变化量运算器12运算出的旋转坐标电流的相位变化量为零，而在V相缺失时相位变化量具有零以外的值。此时，旋转坐标电流的相位变化量的极性为与施加到交流电动机6的电压的相位变化量不同的极性。
因此，可将预先设定的极性与极性检测器13检测出的极性通过缺相判断部11比较，在两者极性不同的情况下判断为缺相，上述预先设定的极性例如为施加到交流电动机6的电压的相位变化量的极性。
此外，本发明并不限定于上述的实施例，而是包含了各种变形例。例如，上述实施例是为了对本发明简单易懂地说明而进行的详细说明，并非限定必须具备所说明的全部的结构。此外，可将某实施例的结构的一部分替换成其它实施例的结构，或者可在某实施例中添加其它实施例的结构。另外，针对各实施例的结构的一部分，能够进行其它结构的追加、删除、替换。
此外，上述的各结构、功能、处理部、处理单元等，其部分或者全部可通过例如使用集成电路来设计等以硬件实现。或者，上述的各结构、功能，也可通过处理器解析和执行实现各功能的程序以软件实现。实现各功能的程序、表格、文件等信息，可存储在存储器、硬盘、SSD(Solid State Drive，固态硬盘)等记录装置中，或者IC卡、SD卡、DVD等记录介质中。
此外，对于控制连线和信息连线，表示了说明中所需的部分，并不一定表示出产品中所有的控制线和信息线。实际上可以认为几乎全部的结构互相连接。
附图标记说明
1……三相交流电源
2……整流电路
3……平滑电路
4……开关电路
5……电流检测器
6……三相交流电动机
7……PWM控制器
8……坐标变换器
9……相位运算器
10……频率成分提取器
11……缺相判断部
12……相位变化量运算部
13……极性检测器

Claims (14)

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：
将直流电力转换成交流电力的开关电路；
检测从所述开关电路流过交流电动机的电流的电流检测器；
将所述电流检测器检测出的电流变换成以任意速度旋转的坐标上的电流的坐标变换器；
根据所述坐标变换器输出的旋转坐标上的电流来运算旋转坐标上的电流相位的相位运算器；和
基于所述相位运算器输出的旋转坐标上的电流相位来判断缺相的缺相判断部。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
还包括从所述相位运算器输出的旋转坐标上的电流相位提取任意频率成分的频率成分提取器，
所述缺相判断部基于所述频率成分提取器提取的该任意频率成分来检测缺相。
3.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
还包括根据所述相位运算器输出的旋转坐标上的电流相位运算相位变化量的相位变化量运算器，
所述缺相判断部基于所述相位变化量运算器运算出的相位变化量来检测缺相。
4.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
还包括根据所述相位运算器输出的旋转坐标上的电流相位运算相位变化量的相位变化量运算器、和检测所述相位变化量运算器运算出的相位变化量的极性的极性检测器，
所述缺相判断部基于所述极性检测器检测出的相位变化量的极性检测缺相。
5.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述缺相检测器通过与预先设定的阈值比较来检测缺相。
6.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
在所述缺相检测器检测出缺相的情况下，切断所述开关电路的输出。
7.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
在所述缺相检测器检测出缺相的情况下，输出警报信息。
8.一种缺相检测方法，其特征在于，包括：
将直流电力转换成交流电力的开关步骤；
检测经所述开关步骤开关的、流过交流电动机的电流的电流检测步骤；
将所述电流检测步骤检测出的电流变换成以任意速度旋转的坐标上的电流的坐标变换步骤；
根据所述坐标变换步骤输出的旋转坐标上的电流来运算旋转坐标上的电流相位的相位运算步骤；和
基于所述相位运算步骤输出的旋转坐标上的电流相位来判断缺相的缺相判断步骤。
9.如权利要求8所述的缺相检测方法，其特征在于：
还包括从所述相位运算步骤输出的旋转坐标上的电流相位提取任意频率成分的频率成分提取步骤，
在所述缺相判断步骤中，基于所述频率成分提取步骤提取的该任意频率成分来检测缺相。
10.如权利要求8所述的缺相检测方法，其特征在于：
还包括根据所述相位运算步骤输出的旋转坐标上的电流相位运算相位变化量的相位变化量运算步骤，
在所述缺相判断步骤中，基于所述相位变化量运算步骤运算的相位变化量来检测缺相。
11.如权利要求8所述的缺相检测方法，其特征在于：
还包括根据所述相位运算步骤输出的旋转坐标上的电流相位运算相位变化量的相位变化量运算步骤、和检测所述相位变化量运算步骤运算出的相位变化量的极性的极性检测步骤，
在所述缺相判断步骤中，基于所述极性检测步骤检测出的相位变化量的极性检测缺相。
12.如权利要求8所述的缺相检测方法，其特征在于：
在所述缺相检测步骤中，通过与预先设定的阈值比较来检测缺相。
13.如权利要求8所述的缺相检测方法，其特征在于：
在所述缺相检测步骤检测出缺相的情况下，切断所述开关步骤的输出。
14.如权利要求8所述的缺相检测方法，其特征在于：
在所述缺相检测步骤检测出缺相的情况下，输出警报信息。
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