电能变换系统以及电能变换装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种谋求可靠性进一步提高的电能变换系统以及电能变换装置。该电能变换系统具有：电动机；逆变器电路，其将U相电流、V相电流、以及W相电流输出给电动机；电流传感器，其对U相电流、V相电流以及W相电流进行检测；和控制电路，其根据转矩指令值以及由电流传感器检测出的检测值，对该逆变器电路进行控制，以使从逆变器电路输出的U相电流、V相电流以及W相电流成为正弦波状，控制电路具有：电流分量运算部，其根据电流传感器的检测值按每相提取叠加于U相电流、V相电流以及W相电流的电流分量；和交流电流异常检测部，其基于U相电流、V相电流以及W相电流之中的任意两相的电流分量的相位来检测对电动机通电的交流电流的异常。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测基于电动机控制电路上的阻抗变化以及系统变化的异常电流、特别是对相间短路(phase-to-phase short)的预兆进行检测的逆变器驱动电动机的异常检测装置。
技术介绍
以往，公知对由交流电动机、逆变器控制装置和电动机缆线形成的电动机控制电路上的异常进行检测的方法，有一种根据短路时的电流相位变化或频率变化来检测断线或相间短路的方法。例如，在专利文献1中，若供给三相电能的引线中流动的各相电流的相位差从正常时的120度变化为180度，则在判断单元中判定为在该二相间短路。然而，正不断要求提高针对电动机的异常检测的可靠性。专利文献1 JP特开2008-206337号公报
技术实现思路
本专利技术的课题在于，提供一种谋求进一步提高可靠性的电能变换系统以及电能变换装置。本专利技术的电能变换系统，具有电动机；逆变器电路，其将U相电流、V相电流、以及 W相电流输出给所述电动机；电流传感器，其对所述U相电流、所述V相电流以及所述W相电流进行检测，和控制电路，其根据转矩指令值以及由所述电流传感器检测出的检测值，对该逆变器电路进行控制，以使从所述逆变器电路输出的所述U相电流、所述V相电流以及所述W相电流成为正弦波状，所述控制电路具有电流分量运算部，其根据所述电流传感器的检测值按每相提取叠加于所述U相电流、所述V相电流以及所述W相电流的电流分量；和交流电流异常检测部，其基于所述U相电流、所述V相电流以及所述W相电流之中的任意两相的所述电流分量的相位来检测对所述电动机通电的交流电流的异常。本专利技术的电能变换装置，具有逆变器电路，其将U相电流、V相电流以及W相电流输出给电动机；电流传感器，其对所述U相电流、所述V相电流以及所述W相电流进行检测；和控制电路，其根据转矩指令值以及由所述电流传感器检测出的检测值，对该逆变器电路进行控制，以使从所述逆变器电路输出的所述U相电流、所述V相电流以及所述W相电流成为正弦波状，所述控制电路具有电流分量运算部，其根据所述电流传感器的检测值按每相提取叠加于所述U相电流、所述V相电流以及所述W相电流的电流分量；和交流电流异常检测部，其基于所述U相电流、所述V相电流以及所述W相电流之中的任意两相的所述电流分量的相位来检测对所述电动机通电的交流电流的异常。根据本专利技术，能够提供可靠性高的电能变换系统以及电能变换装置。附图说明图1是表示本专利技术的第一实施方式的电动机控制方框图。图2是表示本专利技术的实施方式的相间局部短路时的电流波形。图3是本专利技术的实施方式的相间局部短路时的高频分量的提取波形。图4(a)是本专利技术的第一实施方式的异常检测流程图。图4(b)是本专利技术的第一实施方式的异常检测流程图。图5是本专利技术的第一实施方式的高频分量的检测时序图。图6是本专利技术第一实施方式的相位差判定方法的概念图。图7是本专利技术的第二实施方式的电动机控制方框图。图8是本专利技术的第二实施方式的异常检测模拟的模型图。图9是本专利技术的第二实施方式的异常检测模拟的模拟结果。图10是应用了本专利技术的第二实施方式的异常检测时的电流控制系统增益切换的模拟结果。图11是本专利技术的第二实施方式的异常检测流程图。图12本专利技术的第二实施方式的高频分量的检测时序图。图13是本专利技术的实施方式的电流波形，(a)是相间短路时的电动机电流波形、(b) 是相间短路时的提取电流分量、(c)是机壳短路时的电动机电流波形、(d)是机壳短路时的提取电流分量。图14是本专利技术的实施方式的控制系统的方框图。图15(a)是本专利技术的第三实施方式的转矩指令电流的变化率大时的电流波形图。图15(b)是本专利技术的第三实施方式的转矩指令电流的变化率大时的阈值的设定方法。图16是本专利技术的第四实施方式的电动机的转矩-速度曲线。图17是本专利技术的第五实施方式的电动机控制的方框图。图18是与本专利技术的第五实施方式的异常信息存储相关的流程图。图19是与向本专利技术的第六实施方式的低负荷工作模式的切换相关的流程图。图20是与本专利技术的第六实施方式的电流控制的增益切换相关的流程图。图21是与本专利技术的第三实施方式的转矩指令值的变化率大时的异常电流分量的判定相关的流程图。图22是与本专利技术的第三实施方式的电动机的与转速对应的异常电流分量的判定相关的流程图。图中I-交流电动机，2-逆变器电路，3a、3b、3c_ 电流传感器，4-电流指令生成部，5-电流控制部，5a-电流控制器，5b-电流控制器(PI增益小)，6-二相三相变换部，7-三相二相变换部，8-电流检测部，9-速度/位置检测部，10_H、P、F，11-电流指令二相三相变换部，12-电流运算部，100-控制电路。具体实施例方式除了在上述专利技术解决的课题栏或专利技术效果栏记载的内容以外，在以下的实施方式中，还能够在产品化的基础上解决所希望解决的技术问题、或在产品化的基础上发挥所希望的效果。在接下来对这些进行阐述的同时，还在实施方式的说明中，针对具体的技术问题的解决或具体的效果进行说明。针对本专利技术的实施方式的电能变换系统以及电能变换装置，简单地说明原理。在三相交流电动机中，在完全发生二相间的短路而使各相的电流基本波的相位变化时或在三相电流的基本波的振幅发生较大变化时等，检测出针对三相电动机电流的各基本波的相位或电流比率，以使保护动作发挥作用的情况下，在电流变化少的短路初期或局部短路(rare short)时有不能检测出异常的可能性。尤其，二相间的电流相位完全成为180度的相位差的状态是二相间完全短路时所看到的变化，在实际的电动机控制装置的动作中，这样的短路状态突然发生的概率极低。在考虑到电动机控制装置的实际使用状况的情况下，自然会考虑为在转移至相间短路之前， 会经过初期的微妙的短路状态即局部短路状态，而逐渐使系统发生变化。此外，由于在交流电动机中流动的电流，会以交流时时刻刻使电流发生变化，因此，难以认为也会从局部短路状态突然成为完全的相间短路状态。如此在电动机的实际使用上突然发生完全的相间短路的可能性极少，且在实际的电动机驱动中发生相间短路时，首先成为局部短路状态，并逐渐发展至短路的程度。但是，在由此进行异常检测之前，会对逆变器电路的开关元件持续施加异常的负荷，并在检测出完全的相间电路之前，有破坏开关元件的可能性。即使假设通过检测出完全的相间短路而使保护起到作用，也会有在该时刻已对开关元件施加了过多的负荷的担心。本专利技术的实施方式的电能变换系统以及电能变换装置，通过检测出电动机电流基本波的基本电流分量以外的电流分量来判定异常，从而通过对电流控制系统的增益调整或输出电流进行限制，能够减轻施加于开关元件的负荷，提供一种谋求进一步提高可靠性的电动机控制装置。以下参照附图详细地进行说明。<第一实施方式>图1是第一实施方式的电动机控制装置的控制方框图。交流电动机1是永久磁铁同步电动机，旋转速度以及磁极位置是通过旋转变压器(resolver)或编码器等的旋转传感器来检测的。而且，本专利技术中的异常检测方法是根据检测叠加于三相电流的高频分量来实施的，交流电动机1除了是流过三相交流电流的感应电动机，还可以是三相交流驱动的感应负荷机。交流电动机1，经由缆线与逆变器电路2连接，接受电能的供给。逆变器电路2由IGBT等半导体开关元件构成，通过由PWM信号对各相上下臂进行开关来进行电能变换。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电能变换系统，具有：电动机；逆变器电路，其将Ｕ相电流、Ｖ相电流、以及Ｗ相电流输出给所述电动机；电流传感器，其对所述Ｕ相电流、所述Ｖ相电流以及所述Ｗ相电流进行检测；和控制电路，其根据转矩指令值以及由所述电流传感器检测出的检测值，对该逆变器电路进行控制，以使从所述逆变器电路输出的所述Ｕ相电流、所述Ｖ相电流以及所述Ｗ相电流成为正弦波状，所述控制电路，具有：电流分量运算部，其根据所述电流传感器的检测值按每相提取叠加于所述Ｕ相电流、所述Ｖ相电流以及所述Ｗ相电流的电流分量；和交流电流异常检测部，其基于所述Ｕ相电流、所述Ｖ相电流以及所述Ｗ相电流之中的任意两相的所述电流分量的相位来检测对所述电动机通电的交流电流的异常。

【技术特征摘要】
2010.06.30 JP 2010-1484701.一种电能变换系统，具有 电动机；逆变器电路，其将U相电流、V相电流、以及W相电流输出给所述电动机； 电流传感器，其对所述U相电流、所述V相电流以及所述W相电流进行检测；和控制电路，其根据转矩指令值以及由所述电流传感器检测出的检测值，对该逆变器电路进行控制，以使从所述逆变器电路输出的所述U相电流、所述V相电流以及所述W相电流成为正弦波状，所述控制电路，具有电流分量运算部，其根据所述电流传感器的检测值按每相提取叠加于所述U相电流、 所述V相电流以及所述W相电流的电流分量；和交流电流异常检测部，其基于所述U相电流、所述V相电流以及所述W相电流之中的任意两相的所述电流分量的相位来检测对所述电动机通电的交流电流的异常。2.根据权利要求1所述的电能变换系统，其特征在于，所述电流分量是在所述U相电流、所述V相电流以及所述W相电流的交流频率以上的高频分量，所述电流分量运算部是提取所述高频分量的滤波电路。3.根据权利要求1所述的电能变换系统，其特征在于，所述电流分量是在所述U相电流、所述V相电流以及所述W相电流的交流频率以上的高频分量，所述电流分量运算部，通过获取由所述电流传感器检测出的检测值与基于所述转矩指令值而计算出的三相指令电流之差，来提取所述高频分量。4.根据权利要求2所述的电能变换系统，其特征在于，所述交流电流异常检测部，在所述高频分量的振幅为阈值以上时，判定为对所述电动机通电的交流电流异常。5.根据权利要求2或3所述的电能变换系统，其特征在于，所述交流异常检测部，在所述U相电流、所述V相电流以及所述W相电流之中的任意两相的所述高频分量的相位差为大致180度时，判定为异常。6.根据权利要求1所述电能变换系统，其特征在于，所述控制电路具有根据所述转矩指令值来生成最大电流指令值以下的电流指令的电流指令生成部，所述电流指令生成部，在由所述交流电流异常检测部判定为异常时，减小所述电流指令的所述最大电流指令值。7.根据权利要求1所述的电能变换系统，其特征在于，所述控制电路具有根据所述转矩指令值来生成电流指令的电流指令生成部， 所述电流指令生成部，在由所述交流电流异常检测部判断为异常时，停止生成所述电流指令。8.根据权利要求1所述的电能变换系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赤石贤生，能登康雄，八幡光一，松井大和，
申请(专利权)人：日立汽车系统株式会社，
类型：发明
国别省市：JP