檢測電機對地短路的系統及方法
2023-05-14 20:39:01 2
專利名稱：檢測電機對地短路的系統及方法
技術領域：
本發明涉及變頻器領域，更具體地說，涉及一種檢測電機對地短路的系統 及方法。
背景技術：
變頻器被廣泛應用於電機控制領域，而電機在應用過程中，經常出現繞組 絕緣損壞的情況，此時電機繞組與電機外殼短路，從而出現電機繞組對地短路 的問題。
在電機繞組對地短路時，如果變頻器驅動電機運行，則變頻器的某相電流 將因為發生短路而陡然增大，在沒有有效保護的情況下會損壞變頻器。為此， 電機繞組對地短路情況的檢測與保護非常重要。
目前己知的電機對地短路檢測與保護方法，是在變頻器三相橋臂上各設置 一個電流檢測裝置，並分別對三相橋臂過電流進行保護。該方法可以很好的對 電機出現對地短路進行檢測和保護。但是由於採用了三個電流檢測與過電流保 護裝置，增大了設備成本，而且使變頻器的可靠性降低。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對上述檢測電機對地短路的裝置成本較 高的缺陷，提供一種變頻器中檢測電機對地短路的系統及方法。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:構造一種檢測電機對地短路 的系統，包括位於變頻器逆變器中具有電流採樣電路的一相橋臂的開關器件， 包括
信號輸出單元，用於輸出電機對地短路或電機未對地短路的信號； 控制單元，用於在變頻器運行前以逐步增大的佔空比，控制所述開關器件
動作，並在佔空比達到第三閾值時使所述信號輸出單元輸出電機未對地短路的
信號；
電流檢測單元，用於在開關器件所在橋臂的電流值超過第一閾值時使所述 信號輸出單元輸出電機對地短路的信號；
電壓檢測單元，用於在母線電壓值超過第二閾值時使所述信號輸出單元輸 出電機對地短路的信號。
在本發明所述的檢測電機對地短路的系統中，所述控制單元使用的佔空比 的初始值為0，所述第三閾值為100%。
在本發明所述的檢測電機對地短路的系統中，所述控制單元控制的佔空比 每次的增加值為0.5%。
在本發明所述的檢測電機對地短路的系統中，還包括過電流保護單元，用 於在所述信號輸出單元輸出電機對地短路信號時對變頻器進行過電流保護。
在本發明所述的檢測電機對地短路的系統中，所述第一閾值為變頻器額定 電流的10%，所述第二閾值為30V。
本發明還提供一種檢測電機對地短路的方法，包括
(a) 在變頻器運行前以設定佔空比控制變頻器中具有電流採樣電路橋臂 的開關器件動作；
(b) 檢測並判斷所述橋臂的電流值是否超過第一閾值，同時檢測並判斷 判斷變頻器母線電壓值是否超過第二閾值，若所述橋臂的電流值未超過所述第 一閾值且所述母線電壓值未超過所述第二閾值，執行步驟(c);否則執行步驟
(d);
(c) 判斷所述設定佔空比的值是否達到第三閾值，若未達到第三閾值，
則增大所述設定佔空比，並執行步驟(a);否則執行步驟(e);
(d) 輸出電機對地短路的信號；
(e) 輸出電機未對地短路的信號。
在本發明所述的檢測電機對地短路的方法中，所述設定佔空比的初始值為 0，所述第三閾值為100%。
在本發明所述的檢測電機對地短路的方法中，所述步驟(c)中設定佔空
比每次的增加值為0.5%。
在本發明所述的檢測電機對地短路的方法中，在所述步驟(d)輸出電機
對地短路信號後還包括對變頻器進行過電流保護。
在本發明所述的檢測電機對地短路的方法中，所述第一閾值為變頻器額定
電流的10%，所述第二閾值為30V。
本發明的檢測電機對地短路的系統及方法，通過開關器件開通與關閉時橋 臂電流及母線電壓的變化判斷電機是否短路，很好的實現了電機對地短路的判 斷，並節省了一套電流檢測與保護電路。此外，由於節省了一套電流檢測與保 護電路，所以變頻器硬體系統更簡單，從而提高了整個系統的可靠性。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中
圖1是本發明的檢測電機對地短路的系統實施例的結構示意圖； 圖2是本發明的檢測電機對地短路的方法實施例的流程圖。
具體實施例方式
該發明用於在變頻器運行前檢測電機是否對地短路。由於電機三相繞組之 間的阻抗非常小，因此當電機的任意一相繞組對地短路，則其它兩相繞組也與 地短路，此時在變頻器逆變器中具有電流檢測與保護電路的一相橋臂上輸出一 定幅值的電壓。由於電機三相繞組都對地短接，則變頻器該相橋臂上會產生電 流，並可能出現對變頻器母線電容充電的情況。根據是否有電流產生或是否有 母線電壓變化就可以判斷電機是否出現對地短路情況。
如圖1所示，是本發明變頻器中檢測電機對地短路的系統實施例的示意 圖。該系統包括位於變頻器逆變器中具有電流採樣電路的一相橋臂的開關器 件、信號輸出單元14、控制單元11、電流檢測單元12以及電壓檢測單元13。
信號輸出單元14用於輸出電機對地短路或電機未對地短路的信號。上述 的電機對地短路信號和電機未對地短路信號可作為其它電路的輸入。例如電機 對地短路信號可作為保護電路的輸入，觸發該保護電路終止變頻器啟動；電機
未對地短路信號可作為變頻器啟動電路的輸入，觸發變頻器啟動以驅動電機。 控制單元11用於在變頻器啟動前以逐步增大的佔空比控制變頻器逆變器 中具有電流採樣電路一相橋臂的開關器件的動作，即開通與關閉，並在佔空比 達到第三閾值時終止操作，同時使信號輸出單元輸出電機未對地短路的信號。
在本實施例中，控制單元以4KHz的載波頻率控制開關器件的開通與關閉，在 實際應用中，上述載波頻率可以在較大範圍內選取，例如500Hz — 16KHz 。該 控制單元11可選擇變頻器上具有電流採樣電路的一相橋臂中任意一個開關器 件作為控制對象。
該控制單元11控制開關器件開通與關閉的佔空比從0開始逐步增大，直 到佔空比達到第三閾值，即100%。控制單元11在增大佔空比時，其調整速 度為每2ms—次，每次增加0.5%。當然，上述數值也可根據不同的應用做調 整精度要求越高，調整的時間間隔越小，每次增加的值越小。
電流檢測單元12用於在上述開關器件所在橋臂的電流值超過第一閾值時 使信號輸出單元14輸出電機對地短路的信號並使控制單元11終止操作。該電 流檢測單元12檢測開關器件所在的橋臂中的電流，並判斷該電流是否大於設 定的第一閾值，並在電流超過第一閾值時使信號輸出單元14輸出電機對地短 路的信號並使控制單元11終止控制開關器件通斷的操作。在本實施例中，上 述第一閾值的值為變頻器額定電流的10%。在實際應用中，可根據可靠性要 求調整上述第一閾值，可靠性要求越高第一閾值越小。
電壓檢測單元13用於在母線電壓值超過所述第二閾值時使所述信號輸出 單元輸出電機對地短路的信號並使所述控制單元終止操作。該電壓檢測單元 13檢測變頻器母線電壓，並判斷該電壓是否大於設定的第二閾值，並在電壓 超過第二閾值時使信號輸出單元14輸出電機對地短路的信號並使控制單元11 終止控制開關器件通斷的操作。在本實施例中，上述第二閾值的值為30V。在 實際應用中，可根據可靠性要求調整上述第二閾值，可靠性要求越高第二閾值 越小。
此外，上述系統可連接到過電流保護單元(圖中未示出)，該過電流保護 單元的輸入端連接到信號輸出單元14，從而在信號輸出單元14輸出電機對地
短路信號時對變頻器進行過電流保護。
如圖2所示，是本發明一種變頻器中檢測電機對地短路的方法實施例的流 程圖。該方法在變頻器啟動前執行，其包括以下步驟
步驟S21:以設定佔空比控制變頻器上具有電流採樣電路一相橋臂中開關
器件的開通與關閉。上述設定佔空比的初始值為0。在本實施例中，以4KHz
的載波頻率控制開關器件的開通與關閉，在實際應用中，上述載波頻率可以在
較大範圍內選取，例如500Hz — 16KHz 。
步驟S22:檢測並判斷上述開關器件所在橋臂的電流值是否超過第一閾 值，同時檢測並判斷判斷變頻器母線電壓值是否超過第二閾值，若所述橋臂的 電流值未超過所述第一閾值且所述母線電壓值未超過所述第二閾值，執行步驟 S23;否則執行步驟S24。
在本實施例中，上述第一閾值的值為變頻器額定電流的10%。在實際應 用中，可根據可靠性要求調整上述第一閾值，可靠性要求越高第一閾值越小。
上述第二閾值的值為30V。在實際應用中，可根據可靠性要求調整上述第 二閾值，可靠性要求越高第二閾值越小。
步驟S23:判斷所述設定佔空比的值是否達到第三閾值，若未達到第三閾 值，則增大所述設定佔空比，並執行步驟步S21;否則執行步驟S25。
在該步驟中，在增大佔空比時，其調整速度為每2ms—次，每次增加0.5 %。當然，上述數值也可根據不同的應用做調整精度要求越高，調整的時間 間隔越小，每次增加的值越小。
步驟S24:輸出電機對地短路的信號，流程結束；
步驟S25:輸出電機未對地短路的信號，流程結束。
此外，上述方法可應用於變頻器過電流保護，例如將步驟S24的輸出信號
輸入到過電流保護電路，從而實現電機對地短路時對變頻器的保護。
上述方法也可應用於變頻器啟動，例如將步驟S25中的輸出信號輸入變頻 器啟動電路，從而實現電機為對地短路時啟動變頻器。
上述系統及方法不需要在變頻器上設置三相電流檢測裝置，變頻器普遍採 用的只有兩相電流檢測硬體就可以滿足要求，為系統節省了 一套電流檢測與保
護電路。與現有的採用三相電流檢測的方法相比，該發明在變頻器停機的情況 下可以很好的判斷電機是否對地短路，並節省了一套電流檢測與保護電路，在 成本上具有明顯優勢。另外，由於節省了一套電流檢測與保護電路，所以變頻
器硬體系統更簡單，從而提高了整個系統的可靠性。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局 限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易 想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護 範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1、一種檢測電機對地短路的系統，包括位於變頻器的逆變器中具有電流採樣電路的一相橋臂的開關器件，其特徵在於，包括信號輸出單元，用於輸出電機對地短路或電機未對地短路的信號；控制單元，用於在變頻器運行前以逐步增大的佔空比，控制所述開關器件動作，並在佔空比達到第三閾值時使所述信號輸出單元輸出電機未對地短路的信號；電流檢測單元，用於在開關器件所在橋臂的電流值超過第一閾值時使所述信號輸出單元輸出電機對地短路的信號；電壓檢測單元，用於在母線電壓值超過第二閾值時使所述信號輸出單元輸出電機對地短路的信號。
2、 根據權利要求l所述的檢測電機對地短路的系統，其特徵在於，所述 控制單元使用的佔空比的初始值為O，所述第三閾值為100%。
3、 根據權利要求1或2所述的檢測電機對地短路的系統，其特徵在於， 所述控制單元控制的佔空比每次的增加值為0. 5%。
4、 根據權利要求l所述的檢測電機對地短路的系統，其特徵在於，還包 括過電流保護單元，用於在所述信號輸出單元輸出電機對地短路信號時對變頻 器進行過電流保護。
5、 根據權利要求l所述的檢測電機對地短路的系統，其特徵在於，所述 第一閾值為變頻器額定電流的10%，所述第二閾值為30V。
6、 一種檢測電機對地短路的方法，其特徵在於，包括(a) 在變頻器運行前，以設定佔空比控制變頻器中具有電流採樣電路橋 臂的開關器件動作；(b) 檢測並判斷所述橋臂的電流值是否超過第一閾值，同時檢測並判斷 判斷變頻器母線電壓值是否超過第二閾值，若所述橋臂的電流值未超過所述第 一閾值且所述母線電壓值未超過所述第二閾值，執行步驟(c);否則執行步驟(d); (C)判斷所述設定佔空比的值是否達到第三閾值，若未達到第三閾值，則增大所述設定佔空比，並執行步驟(a);否則執行步驟(e);(d) 輸出電機對地短路的信號；(e) 輸出電機未對地短路的信號。
7、 根據權利要求6所述的檢測電機對地短路的方法，其特徵在於，所述 設定佔空比的初始值為0，所述第三閾值為100%。
8、 根據權利要求6或7所述的檢測電機對地短路的方法，其特徵在於， 所述步驟(c)中設定佔空比每次的增加值為0.5%。
9、 根據權利要求6所述的檢測電機對地短路的方法，其特徵在於，在所 述步驟(d)輸出電機對地短路信號後還包括對變頻器進行過電流保護。
10、 根據權利要求6所述的檢測電機對地短路的方法，其特徵在於，所述 第一閾值為變頻器額定電流的10%，所述第二閾值為30V。
全文摘要
本發明涉及一種檢測電機對地短路的系統，包括位於變頻器逆變器中具有電流採樣電路的一相橋臂的開關器件，包括信號輸出單元，用於輸出電機對地短路或電機未對地短路的信號；控制單元，用於在變頻器運行前以逐步增大的佔空比，控制所述開關器件動作，並在佔空比達到第三閾值時，使信號輸出單元輸出電機未對地短路的信號；電流檢測單元，用於在開關器件所在橋臂的電流超過第一閾值時使信號輸出單元輸出電機對地短路的信號；電壓檢測單元，用於在母線電壓超過第二閾值時使信號輸出單元輸出電機對地短路的信號。本發明還提供一種對應的方法。本發明在變頻器停機的情況下很好的判斷電機是否對地短路，節省了一套電流檢測與保護電路。
文檔編號H02H7/122GK101383503SQ200710076860
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月3日 優先權日2007年9月3日
發明者李俊田, 熊禮文, 陳本強 申請人:深圳市匯川技術股份有限公司