脈沖逆變器和用于識別脈沖逆變器中的故障的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種脈沖逆變器和用于識別脈沖逆變器中的故障的方法。為了識別脈沖逆變器(4)的多個逆變器相(11a?11c)之一的故障或者該逆變器相(11a?11c)之一中的半導體開關(guān)(14a?14c，17a?17c)的故障，連續(xù)地確定從逆變器相(11a?11b)輸出到連接的負載(A，B，C)的相電流(ia，ib，ic)的電流空間矢量(Iαβ)的空間矢量角(θ)。對于至少一個預設的角范圍(σ1?σ6)或?qū)τ谥辽僖粋€由多個角范圍(σ1?σ6)組成的角區(qū)間(σa?σc)確定測量參量，測量參量表示停留時間的特征，對于該停留時間而言空間矢量角(θ)在角范圍(σ1?σ6)或角區(qū)間(σa?σc)內(nèi)停留。測定的測量參量與預設的故障標準比較。當測量參量滿足故障標準時在此產(chǎn)生故障信號(f1?f6)。
【專利說明】
脈沖逆變器和用于識別脈沖逆變器中的故障的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設及一種用于識別脈沖逆變器的多個逆變器相之一的故障或者在該逆變 器相之一中的半導體開關(guān)的故障的方法。本發(fā)明還設及所屬的脈沖逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖逆變器通常用于將直流電轉(zhuǎn)換為多相交流電。在典型的應用中，脈沖逆變器 特別地應用于驅(qū)控無刷電動機。脈沖逆變器的每個逆變相在此與電動機的所屬的相繞組 (發(fā)動機相)連接。
[0003] 脈沖逆變器的每個逆變器相通常由兩個具有分別并聯(lián)的續(xù)流二極管的半導體開 關(guān)(大多數(shù)為所謂的"絕緣柵雙極型晶體管"的形式，簡稱IGBT)組成，該續(xù)流二極管在半橋 電路中串聯(lián)在電壓中間電路的高電位母線和低電位母線之間。在每個逆變器相的兩個半導 體開關(guān)之間的相連接部處夾接有相線，逆變器相經(jīng)由該相線連接要驅(qū)控的負載、特別是要 驅(qū)控的電動機的對應的發(fā)動機相。
[0004] 在脈沖逆變器的運行中可能出現(xiàn)半導體開關(guān)的故障，其例如由對應于半導體開關(guān) 的柵極驅(qū)動開關(guān)出現(xiàn)故障而引起。此外，還能夠出現(xiàn)整個逆變器相的故障，例如由于在對應 的相線內(nèi)部的導線斷裂。兩個前述的故障狀態(tài)改變了由脈沖逆變器輸出的相電流，并因此 能夠?qū)е掠擅}沖逆變器驅(qū)控的負載的-偶爾是危險的-運行干擾。因此存在一種需求，即在 脈沖逆變器運行中快速且安全地識別上述類型的故障狀態(tài)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的在于，實現(xiàn)有效地(特別是快速地、不出故障地和能夠簡單轉(zhuǎn)換地） 識別脈沖逆變器的多個逆變器相之一的故障或該逆變器相之一中的半導體開關(guān)的故障。
[0006] 在根據(jù)本發(fā)明方法的過程中，連續(xù)地測定從逆變器相輸出到連接的負載的相電流 的電流空間矢量的空間矢量角。"連續(xù)地"在此意味著，空間矢量角時間連續(xù)地確定或者利 用采樣周期離散地周期性地確定，該取樣周期基本上比相電流的周期時長小。對于至少一 個預設的角范圍（也就是能由空間矢量角采用的、數(shù)值范圍為0°到360°或相應的0到如的預 設的子區(qū)段)根據(jù)本方法確定測量參量，其表示停留時間的特征，對于該停留時間來說空間 矢量角在相電流的周期時長期間停留在角范圍內(nèi)。簡單接合在一起的角區(qū)域在此稱為"角 范圍"，其包括在兩個邊界角之間的所有角度值。在本方法可替換的設計方案中，多個(即至 少兩個)運樣的角范圍組成了一個共同的角區(qū)間。在該情況下測量參量表示停留時間的特 征，對于該停留時間來說空間矢量角在相電流的周期時長期間停留在角區(qū)間內(nèi)。
[0007] 測量參量能夠在本發(fā)明的范疇中直接地、也就是W絕對的時間說明的形式表明停 留時間。對此可替換地，對于該方法引入測量參量，該測量參量不是直接描述停留時間，而 是經(jīng)由單一的數(shù)學關(guān)系與時間間隔連接。特別地，在本發(fā)明的范疇中優(yōu)選將標準的停留時 間引入作為測量參量，對于其計算來說用絕對的停留時間除W相電流的周期時長。
[0008] 根據(jù)本方法將上面提及的測量參量與預設的故障標準比較。只要在該比較中確定 了測量參量滿足故障標準，則根據(jù)本方法產(chǎn)生故障信號，該故障信號表明上述類型的故障 狀態(tài)，即脈沖逆變器半導體開關(guān)的或逆變器相的故障。
[0009] 上述方法具有的優(yōu)點是，其能夠簡單地(特別是用少量數(shù)學上的耗費地)進行轉(zhuǎn) 換，但同時實現(xiàn)了快速和不出故障地識別上述類型的故障狀態(tài)。特別地，上述方法能夠相對 于脈沖逆變器中的瞬時過程穩(wěn)定地W及與輸出的相電流和輸出的功率的頻率無關(guān)地實施。 由此，能夠完全地或者至少很大程度上排除故障警告。
[0010] 在本方法優(yōu)選的設計方案中設及多個不同的預設的角范圍或者角區(qū)間。對于運些 不同的角范圍或者角區(qū)間中的每一個相應地確定一個對應的測量參量，該測量參量表示在 角范圍或者角區(qū)間中的空間矢量角的停留時間的特征。測量參量中的每一個與對應的故障 標準比較。故障信號取決于相應的角區(qū)間或相應的角范圍地W不同的形式(例如在帶有不 同的模擬值的模擬故障信號的情況下，和在帶有不同的數(shù)據(jù)內(nèi)容的數(shù)字故障信號的情況 下)輸出，當對于角區(qū)間或角范圍來說滿足相對應的故障標準時。通過故障信號的取決于相 關(guān)的角范圍或相關(guān)的角區(qū)間的區(qū)分的輸出，有利地實現(xiàn)了識別所基于的故障狀態(tài)的類型 和/或故障源的位置。運W如下的認識為基礎，即脈沖逆變器的逆變相和不同的半導體開關(guān) 在故障中引起在空間矢量角的不同角范圍中相應地表示特征的異?，F(xiàn)象（即不規(guī)律的停留 時間）。
[0011] 原則上該角范圍的或每個角范圍的張角能夠在本發(fā)明的最大范疇中自由地選擇 (具有的限制是，角范圍本身能夠不超過總的角區(qū)間（[0%360°]或[0;2n])地延伸）。只要限 定多個角范圍，該角范圍在本發(fā)明的范疇中在此能夠特別地如下限定，即角范圍直接互相 鄰接或者甚至互相重疊。優(yōu)選地，同樣的多個角范圍如下地選擇，即在各個角范圍之間分別 形成中間空間，在角范圍內(nèi)部檢測電流空間矢量的相應的停留時間。特別地，角范圍如下地 選擇，即角范圍的張角小于鄰接的中間空間的張角。對于角范圍的任一預設的數(shù)量N(N=1， 意味著，該角范圍或每個角范圍如下地選擇，即選擇其張角S小于ISOVN(VN)的角 度(S<VN)。例如中間空間的尺寸大約是角范圍兩倍寬的尺寸(Sa 2V3N)。
[0012] 原則上該方法在本發(fā)明的范疇中能夠用在具有任意數(shù)量的逆變器相的脈沖逆變 器上。本方法優(yōu)選地用在精確地具有=個逆變器相的脈沖逆變器中。
[0013] 在本方法相應的變體中預設六個具有相同張角的不同的角范圍，其分別從60°如/ 3)的角間距彼此布置。特別地，運六個角范圍W30°(3t/6)、90°(3t/2)、150°(53t/6)、210°(7V 6)、270° (3V2)和330° (11V6)的角度值進行定屯、。在此，從W空間矢量坐標系為基礎的傳 統(tǒng)定義出發(fā)，在該定義中相電流的相電流矢量位于限定空間矢量角的角零點的、空間矢量 坐標系的橫坐標上。
[0014] 互相對置（即互相錯開180°或31)的角范圍在此相應地組合成共同的角區(qū)間，使得 從六個角范圍中產(chǎn)生S個角區(qū)間，運S個角區(qū)間互相分別W60°(V3)的中間角間隔開，并 且分別對應相電流之一(和因此的逆變器相之一）。在此對于該=個角區(qū)間中的每一個相應 地確定各一個對應的測量參量，其表示空間矢量角在角區(qū)間中的停留時間的特征。
[0015] 將=個測量參量中的每一個分別與作為故障標準的對應的闊值比較，其中，當= 個測量參量之一超過對應的闊值時產(chǎn)生故障信號。該故障信號在此如下地輸出，即其識別 在那個所對應的測量參量超過對應闊值的逆變器相中的故障。依據(jù)運樣區(qū)分的故障信號因 此能夠定位那個其中出現(xiàn)故障的逆變器相。
[0016] 在本方法簡單的實施方案中，故障信號在此非特定地用于故障的具體類型。因此 通過故障信號不能詳細說明，在相關(guān)的逆變器相中是否僅僅是一個單獨的半導體開關(guān)出現(xiàn) 故障，或者是否是全部的逆變器相出現(xiàn)故障。在本方法的改進方案中，運兩個故障類型通過 故障信號被區(qū)分。為了識別故障類型，在此將=個-對應于前述角區(qū)間中各一個的-測量參 量與較小的第一闊值和較大的第二闊值比較。當對應的測量參量位于第一闊值和第二闊值 之間時，通過故障信號在此示出在相關(guān)的逆變器相中的半導體開關(guān)的故障。相對地，當對應 的測量參量超過第二闊值時，通過故障信號示出相關(guān)的逆變器相的故障。換句話說，根據(jù)對 應的測量參量是否僅僅超過第一闊值還是也超過第二闊值而不同地輸出故障信號，使得兩 個前述的故障類型依據(jù)故障信號能夠被區(qū)分。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的脈沖逆變器包括多個、特別是=個逆變器相，其中在高電位母線和 低電位母線之間的半橋電路中連接有各兩個半導體開關(guān)。此外，脈沖逆變器包括用于驅(qū)控 半導體開關(guān)的控制單元。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，控制單元配置用于，在脈沖逆變器的運行中自動地執(zhí)行前述的根據(jù) 本發(fā)明的、特別是在前述的實施變體方案中的任一個方法。根據(jù)本發(fā)明的脈沖逆變器優(yōu)選 用于驅(qū)控多相電動機。在規(guī)定的運行狀態(tài)中，在此位于每個逆變器相中的一個相的半導體 開關(guān)之間的相連接部與電動機分別對應的發(fā)動機連接。
[0019] 控制單元優(yōu)選地包括微控制器，其在軟件技術(shù)上配置用于自動執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的 方法。換句話說，在微控制器中實施控制程序(固件），其在脈沖逆變器的規(guī)定的運行中實施 并在此自動地執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0020] 然而替選地，用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的控制單元的功能性也能夠在不可編程 的電子部件、例如特定用途集成電路(ASIC)中利用電路技術(shù)的工具實施。
【附圖說明】
[0021] 接下來依據(jù)附圖詳細地闡述本發(fā)明的實施例。其中示出：
[0022] 圖1在示意性的框圖中示出脈沖逆變器和下游的電動機W及用于驅(qū)控脈沖逆變器 的控制單元，
[0023] 圖2在空間矢量坐標系中示出由脈沖逆變器輸出的相電流的電流空間矢量和在脈 沖逆變器不受干擾的運行中的電流空間矢量的運動曲線（軌跡）W及=個在空間矢量坐標 系中引入的、在電流空間矢量坐標系的橫坐標和電流空間矢量之間形成的空間矢量角的角 區(qū)間，
[0024] 圖3至8W根據(jù)圖2的示意圖示出了在脈沖逆變器的六個半導體開關(guān)中的各一個發(fā) 生故障時電流空間矢量的不同的運動曲線，
[0025] 圖9至11W根據(jù)圖2的示意圖示出了在脈沖逆變器的=個逆變器相中的各一個發(fā) 生故障時電流空間矢量的不同的運動曲線，
[0026] 圖12W示意圖示出了在脈沖逆變器不受干擾的運行中空間矢量角在時間上的變 化，并且
[0027] 圖13W根據(jù)圖12的示意圖示出了在半導體開關(guān)發(fā)生故障時空間矢量角在時間上 的變化。
[0028] 彼此相應的部分和參量在所有的附圖中始終設有相同的標號。
【具體實施方式】
[0029] 圖1粗略地示出了具有無刷的（電的）發(fā)動機2的驅(qū)動系統(tǒng)1，從（電壓的）中間電路3 為其供給電能。為了驅(qū)控發(fā)動機2,在發(fā)動機2和中間電路3之間接通具有控制單元5的脈沖 逆變器4。
[0030] 發(fā)動機2包括(在示意圖中僅示意性地示出）定子6,其利用旋轉(zhuǎn)勵磁繞組7纏繞。旋 轉(zhuǎn)勵磁繞組7包括=個繞組相，其W下稱作發(fā)動機相A，B和C。發(fā)動機相A，B，C在發(fā)動機側(cè)接 合在星形接點8。分別在發(fā)動機相A，B和C中流動的電流中的每一個的電流強度W下稱作相 電流ia，ib和ic。
[0031] 脈沖逆變器4包括=個半橋1 Ia，Ub，1 Ic，其彼此平行地連接在中間電路3中。半橋 lla，l化和Ilc成對地配屬于發(fā)動機相A，B和C并因此也稱作"逆變器相"。每個半橋Ila, 1化， 11C包括一個相連接部12a，12b，12c，其與相應的發(fā)動機相A，B，C經(jīng)由相應的相線連接。因此 發(fā)動機相A連接到半橋Ila的相連接部12a處，發(fā)動機相B連接到半橋Ilb的相連接部12b處， 發(fā)動機相C連接到半橋Ilc的相連接部12c處。
[0032] 在相應的相連接部12a，1化，12c和中間電路3的高電位母線13之間，每個半橋11曰， lib, Ilc包括一個高電位側(cè)的半導體開關(guān)14a，14b，14c，特別是W絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)的形式。半導體開關(guān)14a，14b，14c中的每一個相應地并聯(lián)有續(xù)流二極管15a，15b， 15c。在中間電路3的低電位母線16和每個半橋11a，Ub，lie的相連接部12a，12b，12c之間相 應地連接低電位側(cè)的半導體開關(guān)17a，17b，17c。半導體開關(guān)17a，17b，17c中的每一個再次特 別地W絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)的形式構(gòu)造并位于并聯(lián)的續(xù)流二極管18a，18b，18c的側(cè) 面。
[0033] 與半橋11a，Ub, lie并聯(lián)地連接有在中間電路3中的（中間電路)電容19。控制單元 5在輸出側(cè)與半導體開關(guān)14曰，14b，14c和17曰，17b，17c的柵極連接部連接用于輸出驅(qū)控信 號。在輸入側(cè)給控制單元5輸送相電流ia，ib，ic的測量值。該測量值由測量轉(zhuǎn)換器20提高，其 連接在發(fā)動機相A，B，C的相線中。在驅(qū)動系統(tǒng)1替選的實施方案中僅測量=個相電流ia，ib， ic中的兩個。第S相電流ia，ib及ic由此在控制單元5中計算。
[0034] 控制單元5由微控制器構(gòu)成或包括至少一個類似物。在控制單元5中在此在軟件技 術(shù)上實現(xiàn)控制程序21，其在脈沖逆變器4的運行中通過控制單元5實施。
[0035] 中間電路3引導具有基本上恒定的中間電路電壓化的直流電。在驅(qū)動系統(tǒng)1的運行 中控制單元5在控制程序21的流程下如下地驅(qū)控半導體開關(guān)14日，14b，14c和17a，17b，17c， 即脈沖逆變器4將直流電轉(zhuǎn)換為饋入發(fā)動機相A，B，C中的=相交流電。在脈沖逆變器4不受 干擾的運行中，相電流13，山1過此^周期161和分別為120°(231/3)的相角偏移正弦地振蕩。
[0036] 除了上述主要功能外，控制程序21還包括診斷功能，其用于快速地和不出故障地 識別脈沖逆變器4的運行中的故障狀態(tài)，即半導體開關(guān)14a，14b，14c和17a，17b，17c之一的 故障或半橋I la，Ub，I Ic之一的故障。
[0037] 半導體開關(guān)14a，14b，14c和17a，17b，17c之一的待識別的故障在此表現(xiàn)為，相應的 半導體開關(guān)14a，14b，14c和17a，17b，17c持續(xù)地鎖閉。運樣的故障狀態(tài)特別地通過控制單元 5的對應的柵極驅(qū)動電路的損壞引起。
[0038] 相反地，半橋1 Ia，1 Ib，1 Ic之一的待識別的故障表現(xiàn)為，對應于半橋1 Ia，1 Ib，11C 的相電流13，16，1。持續(xù)地跌落到零。運樣的故障狀態(tài)特別地通過在對應的相線內(nèi)部的線的 斷裂引起。
[0039] 在控制程序21的流程下，控制單元5W采樣周期Ts周期性地檢測相電流ia，ib，i。的 值。采樣周期Ts在此小于相電流ia，ib，ic的周期Tel。采樣周期例如規(guī)定為最小出現(xiàn)的周期Tel 的十分之一。相電流ia，ib，i。因此通過控制單元5近似連續(xù)地采樣。
[0040] 控制單元5從相電流ia，ib，ic現(xiàn)憶的值中分別計算電流空間矢量Iae(圖2)的分量ia 和ie，根據(jù)：
[0041] 公式1
[0042] 在定子固定的空間矢量坐標系中，該坐標系根據(jù)圖2通過兩個垂直的軸a和0展開， 分量ia和ie分別表示電流空間矢量Iae在軸a和0上的投影。公式1在此從與單位矢量a, b和C 相乘的相電流ia，ib，ic的矢量的加法中得出。
[0043] IaP= ia ? a+ib ? b+ic ? C。 公式2
[0044] 單位矢量a,b和C在此相應于在定子6中的發(fā)動機相A，B和C的定向地分別在120° (2 V3)的角的情況下彼此設定。在根據(jù)圖2的空間矢量坐標系中
[0045] -單位矢量a平行于a軸地取向，
[0046] -單位矢量b相對于a軸在120° (2V3)的情況下地取向，和
[0047] -單位矢量C相對于a軸在240° (4V3)角的情況下地取向。
[004引控制單元5從分量ia和ie中分別計算-接下來稱為空間矢量角0的-角，空間矢量Iae 與根據(jù)圖2的空間矢量坐標系的橫坐標、即與軸a圍出該角：
[0049] 公式3
[0050] 在控制程序21中計算處理能夠根據(jù)公式1和公式3選擇性地依次執(zhí)行，或者與單個 的計算步驟結(jié)合。
[0051] 在此控制單元5測定標準的停留時間，對于該停留時間而言空間矢量角0在相電流 ia，ib，ic的每個周期期間位于S個預設的角區(qū)間〇a，〇b或Oc內(nèi)的每一個中。接下來一直將具 有0和1之間的數(shù)值范圍的無尺寸的參量稱為"標準停留時間"（或者也簡稱為"停留時間"）， 其由空間矢量角e在相應的角區(qū)間〇a，〇b，〇c中的（W通常的時間單位的）絕對停留時間除W 周期Tel得出。
[0052]如圖帥可得出的是，角區(qū)間Oa由兩個彼此對置的角范圍Ol和02組成，其分別具有 例如22.5° (S = VS)的張角S并W角度90° (V2)或270° (3V2)定屯、。
[OOM]角區(qū)間Ob由兩個彼此對置的角范圍03和04組成，其同樣-如角范圍Oi和化-分別具有 張角S，但是不同地W角度30° (V6)或210° (7V6)定屯、。
[0054]最后，角區(qū)間Oc由兩個彼此對置的角范圍O日和06組成，它們再次分別具有張角S，但 是不同地W角度150° (5V6)或330° (11V6)定屯、。
[00對在相電流ia，ib，ic的每個周期結(jié)束時，將標準的停留時間分別與兩個闊值Sp和Sigbt 比較。
[0056]闊值Sp通常如下地預設，其滿足如下關(guān)系
剛 公式4
[005引 ijlj公式4的下限值一定距離地確定，例如
[0059] 公式 5
[0060] 只要得出了如下的比較結(jié)果，即空間矢量角0在角區(qū)間Oa中的標準停留時間達到 或超過闊值如，則控制單元5產(chǎn)生故障信號fi。相應地，控制單元5產(chǎn)生
[0061] -故障信號f2,當空間矢量角0在角區(qū)間Ob中的標準停留時間達到或超過闊值Sp時， 和
[0062] -故障信號f3,當空間矢量角0在角區(qū)間Oc中的標準停留時間達到或超過闊值Sp時。
[0063] 闊值Sigbt-般如下地預設，即滿足關(guān)系
[酬
公式6
[0065] 優(yōu)選地，闊值SigbtW到公式6的下限值一定距離地確定，例如
[0066]
公式 7
[0067] 只要空間矢量角0在角區(qū)間Oa中的標準停留時間低于闊值Sp,則控制單元5檢驗標 準停留時間是否達到或超過了較小的闊值SiGBT。在該情況下控制單元5產(chǎn)生故障信號f4。相 應地控制單元5產(chǎn)生的
[0068] -故障信號fs，當空間矢量角0在角區(qū)間Ob中的標準停留時間位于闊值Sp和闊值 SIGBT之間時，和
[0069] -故障信號f6,當空間矢量角目在角區(qū)間Oc中的標準停留時間位于闊值Sp和闊值 SIGBT之間時。
[0070] 在相電流ia，ib，ic的每個周期之后，控制單元5將標準停留時間復位為O并在相電 流13，16，1。的下一個周期中重新開始前述的方法循環(huán)。
[0071] 控制單元5同樣輸出了分別產(chǎn)生的故障信號fl-f6(圖1)。此外，故障信號fl-f6在控 制單元5的內(nèi)部為了關(guān)于安全措施、特別是脈沖逆變器4的事故停機進行決定被評估。最優(yōu) 地提出，故障信號fi-f6在控制單元5內(nèi)部為了診斷目的而持續(xù)地儲存。
[0072] 故障信號fi到f6表明脈沖逆變器4的下面的故障狀態(tài)：
[0073] -f I:半橋I la進而發(fā)動機相A的故障，
[0074] -f 2:半橋1化進而發(fā)動機相B的故障，
[00巧]-f 3:半橋1 Ic進而發(fā)動機相C的故障，
[0076] -f 4:半橋Ila的半導體開關(guān)14a或17a的故障，
[0077] -fs:半橋1化的半導體開關(guān)14b或17b的故障，
[0078] -fs:半橋Ilc的半導體開關(guān)14c或17c的故障。
[0079] 故障變量fi-f6對于上述故障狀態(tài)的說服力W如下情況為基礎，即上述故障狀態(tài)W 相應的表示特征的方式改變電流空間矢量Iae的運動曲線T。在此軌道曲線稱作運動曲線T (或者軌跡），其在根據(jù)圖2的空間矢量坐標系中實現(xiàn)了電流空間矢量Iae在相電流ia，ib，ic的 一個周期期間的峰值。
[0080] 如從圖2中得知的那樣，軌道曲線T在脈沖逆變器4不受干擾的運行中符合圍繞空 間矢量坐標系原點的至少近似的圓形軌道，其中電流空間矢量Iae在該圓形軌道上W近似恒 走的角速度W el二23l/TeliS動。
[0081] 電流空間矢量Iae因此在脈沖逆變器4不受干擾的運行中-如能夠從在圖12中示出 的空間矢量角0相對于時間t的圖表中識別的那樣-在并非角范圍Ol到06之一中停留得基本 上比標準的、具有如下公式的停留時間Vz更長，
[0082]
公式 S
[0083] 因此電流空間矢量Iae在脈沖逆變器4不受干擾的運行中在并非-包括角范圍曰1到 06中的各兩個的-角區(qū)間Oa到Oc之一中停留得基本上長于
[酬
公式9
[00化]在圖3至8中相應地示出在半導體開關(guān)14a-14c和17a-17c之一發(fā)生故障時電流空 間矢量Iae的運動軌跡T。具體地
[0086] -圖3示出在半導體開關(guān)14a故障時電流空間矢量Iae的運動軌跡T，
[0087] -圖4示出在半導體開關(guān)14b故障時電流空間矢量Iae的運動軌跡T，
[0088] -圖5示出在半導體開關(guān)14c故障時電流空間矢量Iae的運動軌跡T，
[0089] -圖6示出在半導體開關(guān)17a故障時電流空間矢量Iae的運動軌跡T，
[0090] -圖7示出在半導體開關(guān)17b故障時電流空間矢量Iae的運動軌跡T，
[0091] -圖8示出在半導體開關(guān)17c故障時電流空間矢量Iae的運動軌跡T。
[0092] 如在圖3至8中能夠識別的那樣，在半導體開關(guān)14a-14c和17a-17c之一發(fā)生故障 時，電流空間矢量Iae描述的運動軌跡T 一直近似為半圓形。由此如從根據(jù)圖13清楚地示出的 空間矢量角0的時間曲線那樣，始終跳過電流空間矢量Iae的六個角范圍〇1-〇6中的兩個。相 應地，對于S個角區(qū)間中的兩個從如下公式中得出縮短的標準停留時間V- WD933
公式 IQ
[0094]相反地，在相應的其他的角區(qū)間Oa-Oc中，電流空間矢量Ia姐一個時間段保持住， 在該時間段期間電流空間矢量Iae在脈沖逆變器4不受干擾的運行中套上180° (31)的半圓加 上各兩次兩個所屬角范圍Oa-Oc的半張角S。相應地，對于運些其他的角區(qū)間Oa-Oc從如下公
[0095] , 式中得出加長的標準的停留時間V+
公式U
[0096] 為了識別半導體開關(guān)14a-14c和17a-17c之一的故障，依據(jù)公式6在公式10和11中 給出的邊界值中選擇闊值SiCBT。
[0097] 在圖9至11中分別示出在半橋Ila-Ilc或發(fā)動機相A-C之一故障時電流空間矢量Iae 的運動軌跡T。具體地
[0098] -圖9示出在半橋Ila或發(fā)動機相A故障時電流空間矢量Iae的運動軌跡T，
[0099] -圖10示出在半橋Ub或發(fā)動機相B故障時電流空間矢量Iae的運動軌跡T，
[0100] -圖11示出在半橋Ilc或發(fā)動機相C故障時電流空間矢量Iae的運動軌跡T。
[0101] 如在圖9至11中能夠看出的那樣，在半橋Ila-Ilc或發(fā)動機相A-C之一故障時電流 空間矢量Iae描述的運動軌跡T始終僅僅徑向地取向，使得空間矢量角0保持恒定。空間矢量 Iae在此經(jīng)由全部的周期Tel保持在S個角區(qū)間Oa-Oc之一中，使得對于角區(qū)間Oa-Oc得出V++ = 1的標準停留時間。
[0102] 為了將半橋Ila-Ilc或發(fā)動機相A-C之一的故障單一地識別為故障源，能夠選擇高 于在公式11中說明的邊界值的依據(jù)公式4的闊值如。
[0103] 本發(fā)明盡管根據(jù)描述的實施例變得特別清楚，但本發(fā)明并不局限于運些實施例。 更確切地說，能夠從上述說明中推導出本發(fā)明的另外的實施方式。
【主權(quán)項】
1. 一種用于識別脈沖逆變器(4)的多個逆變器相之一的故障或者所述逆變器相之一中 的半導體開關(guān)（14a-l 4c，17a-l 7c)的故障的方法， 其特征在于，連續(xù)地確定從所述逆變器相輸出到連接的負載(A，B，C)的相電流（ia，ib， i。)的電流空間矢量(Iaf!)的空間矢量角（Θ)， 其中，對于至少一個預設的角范圍（0^6)或?qū)τ谥辽僖粋€由多個所述角范圍（〇1-〇6)組 成的角區(qū)間（〇a-〇。)確定測量參量，所述測量參量表示停留時間的特征，在所述停留時間期 間所述空間矢量角（Θ)在所述角范圍（ 01-06)或所述角區(qū)間（0a-0。）內(nèi)停留， 其中，將測定的所述測量參量與預設的故障標準比較，并且 其中，當所述測量參量滿足所述故障標準時產(chǎn)生故障信號(M6)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 其特征在于，預設多個所述角范圍（σ^)或所述角區(qū)間（〇a-〇。）， 其中，對于多個所述角范圍（0:-06)或所述角區(qū)間（〇a_〇。)中的每一個相應地確定一個對 應的、表示在相應的所述角范圍（σι_〇6)或相應的所述角區(qū)間（〇a-o。）中的所述空間矢量角 (Θ)的所述停留時間的特征的測量參量，并且將所述測量參量與對應的故障標準比較，并且 其中，所述故障信號(fi-ffO取決于角范圍（0:-06)或者角區(qū)間（〇a_〇。)地以不同的形式 輸出，對于這些角范圍或者角區(qū)域滿足了對應的故障標準。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述角范圍（〇1-〇6)或每個角范圍如下 地進行選擇，即所述角范圍的張角(S)小于π/Ν，其中N表示所述角范圍（0:-06)的數(shù)量。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法， 其特征在于，對于設有三個逆變器相（lla-llc)的所述脈沖逆變器(4)預設六個具有相 同的張角（S)的不同的角范圍（〇1-〇6)，所述角范圍中的各一個以角度30°、90°、150°、210°、 270°和330°進行定心，其中，錯位180°的角范圍（ 〇1-〇6)相應地組合為共同的角區(qū)間（〇a-σ。），并且其中，三個所述角區(qū)間（ 〇a_〇c)之一相應地對應于三個所述逆變器相（lla-llc)之 其中，對于三個所述角區(qū)間（〇a-〇。）中的每一個相應地確定一個對應的、表示在相應的 所述角區(qū)間（〇a-〇。)中的所述空間矢量角（Θ)的所述停留時間的特征的測量參量， 其中，將三個所述測量參量中的每一個相應地與預設為故障標準的閾值比較，并且 其中，通過所述故障信號(Μ6)識別逆變器相（lla-llc)中的故障，該逆變器相的對應 的測量參量超過對應的所述閾值。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法， 其特征在于，將三個所述測量參量中的每一個與較小的第一閾值和較大的第二 閾值(SP)比較，并且 其中，當對應的測量參量位于所述第一閾值(δκΒΤ)和所述第二閾值(δΡ)之間時，通過所 述故障信號(fi-ft)識別在相關(guān)的所述逆變器相（lla-llc)中的半導體開關(guān)（14a_14c，17a-17c)的故障，并且 其中，當對應的測量參量超過所述第二閾值(δΡ)時，通過所述故障信號(h-ffO識別相 關(guān)的所述逆變器相(1 la-1 lc)的故障。6. -種脈沖逆變器(4)，具有多個逆變器相（lla-llc)，在所述逆變器相中，在高電位母 線（13)和低電位母線（16)之間的半橋電路中連接有各兩個半導體開關(guān)，所述脈沖逆變器還 具有用于驅(qū)控所述半導體開關(guān)（14a-14c，17a-17c)的控制單元(5)，其特征在于，所述控制 單元(5)設置用于自動地執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的脈沖逆變器(4)，其特征在于，所述脈沖逆變器用于驅(qū)控多相 電動機(2)。
【文檔編號】G01R31/02GK106018990SQ201610180271
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】亞歷山大·蘭格, 海科·扎托奇爾
【申請人】西門子公司