用于有源前端濾波電容器劣化檢測的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于檢測有源前端(AFE)電力轉(zhuǎn)換器中的三角形連接的濾波電容器的劣化的裝置和方法，其中，基于所測量的支路電路電流來計算三角形電路電容器臂電流，并且基于所計算的臂電流以及所測量的線間電壓和相應(yīng)相位角來計算濾波電容器阻抗值，以與一個或更多個閾值進行比較，以選擇性地檢測濾波電容器的劣化。還提供了通過將基頻RMS阻抗值計算為RMS電容器電壓與RMS電路支路電流的比率，并且將所計算的RMS阻抗值與一個或更多個閾值進行比較來檢測星形連接的濾波電容器的劣化的裝置和方法。
【專利說明】用于有源前端濾波電容器劣化檢測的方法和裝置

【背景技術(shù)】
[0001] 電機驅(qū)動器和其他電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)使用來自交流電源的電力來工作，并且典型地包 括輸入濾波器以降低與電力轉(zhuǎn)換器的工作相關(guān)聯(lián)的開關(guān)噪聲，并且尤其控制由特定有源前 端（AFE)整流器的高頻工作生成的總諧波失真（THD)。特別地，許多電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)利用與每 個交流輸入相相關(guān)聯(lián)的電感器電容器（LC)或電感電容電感（LCL)輸入濾波電路以控制所 連接的電網(wǎng)的諧波含量。這種濾波電路遭受濾波電容器的損壞或劣化。濾波電容器劣化轉(zhuǎn) 而在替換部件成本、用于檢查和替換的勞動以及電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和任何關(guān)聯(lián)機械的停機時間 的方面可能是昂貴的。然而，迄今為止，評估輸入濾波電容器的性能和任何劣化是困難的， 通過維修人員的視覺檢查未必能夠識別初始電容器劣化。某些傳統(tǒng)電力轉(zhuǎn)換器采用與濾 波電路電容器串聯(lián)的熔斷器，但是在實踐中熔斷器要么不能足夠快地斷開以防止電容器劣 化，要么在健康的電容器正常工作時頻繁斷開從而造成過度的系統(tǒng)停機時間的結(jié)果。因此， 仍然需要用于有源前端電力轉(zhuǎn)換器的改進的濾波電容器劣化預(yù)測或檢測裝置和技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 現(xiàn)在概述本公開內(nèi)容的各個方面以便于對本公開內(nèi)容的基本理解，其中，本發(fā)明 內(nèi)容不是本公開內(nèi)容的廣泛概述，既不意在標(biāo)識本公開內(nèi)容的特定元素，也不意在描述本 公開內(nèi)容的范圍。而是，本
【發(fā)明內(nèi)容】
的主要目的是在下文呈現(xiàn)更詳細(xì)的描述之前以簡化形 式來呈現(xiàn)本公開內(nèi)容的各個構(gòu)思。本公開內(nèi)容提供用于有源前端（AFE)電力轉(zhuǎn)換濾波電容 器劣化檢測的方法和裝置，其中，測量線間電壓和電路支路電流，并且三角形連接的濾波電 容器阻抗被計算并與一個或更多個閾值進行比較而不需要直接測量電容器電流。因此，本 公開內(nèi)容呈現(xiàn)了相對于傳統(tǒng)電容器劣化防止或檢測技術(shù)的顯著進步，因為未使用熔斷器并 且能夠在系統(tǒng)損壞之前評估劣化的發(fā)生。進而，可以使用所檢測的劣化狀況提供系統(tǒng)警報 或警告和/或關(guān)閉電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
[0003] 公開了一種電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其包括有源前端整流器和輸入濾波電路，輸入濾波電 路包括三個串聯(lián)電路，三個串聯(lián)電路具有耦合在相應(yīng)系統(tǒng)電力輸入相與相應(yīng)整流器輸入相 之間的一個或更多個關(guān)聯(lián)濾波電感器。濾波電路還包括：三個電容器電路支路，其各自連接 至相應(yīng)串聯(lián)電路之一；以及以三角形配置連接的三個濾波電容器。反饋電路感測跨濾波電 容器的線間電壓以及濾波電路支路電流。電力轉(zhuǎn)換器還包括劣化檢測系統(tǒng)，劣化檢測系統(tǒng) 至少部分地基于線間電壓和濾波電路支路電流來計算基頻濾波電容器阻抗值，并且根據(jù)所 計算的阻抗值來選擇性地檢測濾波電容器中的一個或更多個濾波電容器的劣化。
[0004] 在某些實施中，輸入濾波電路的各個串聯(lián)電路包括第一濾波電感器和第二濾波電 感器，各個電容器電路支路連接至接合相應(yīng)串聯(lián)電路的第一濾波電感器與第二濾波電感器 的節(jié)點。在某些實施中，檢測系統(tǒng)對線間電壓和濾波電路支路電流進行濾波以獲得在輸入 電力基頻處的值，并計算用于確定基頻濾波電容器阻抗值的RMS值。此外，在某些實施方式 中，該系統(tǒng)使用用于計算電容器阻抗的公式，該公式包含根據(jù)以三角形配置連接的仿真電 阻電路（artificial resistive circuit)確定的比率，使得該公式僅涉及基頻RMS線間電 壓和濾波電路支路電流值以及線間電壓之間的相位角。在某些實施中，例如，該系統(tǒng)包括過 零（zero-crossing)檢測電路以測量電壓之間的相位角，或者可以假設(shè)相位角（例如120° 和 240° )。
[0005] 根據(jù)本公開內(nèi)容的另外的方面，提供一種用于檢測電機驅(qū)動器中的濾波電容器劣 化的方法，包括：測量跨三角形連接的濾波電容器的線間電壓以及測量濾波電路支路電流 值。該方法還包括：根據(jù)所測量的電壓和電流計算基頻濾波電容器阻抗值，并將所計算的電 容器阻抗與至少一個閾值進行比較。至少部分地根據(jù)所計算的阻抗值與閾值的比較來選擇 性地檢測濾波電容器中的一個或更多個濾波電容器的劣化。該方法的某些實施方式包括基 于閾值比較發(fā)出警報或關(guān)閉電機驅(qū)動器。此外，在某些實施中，該方法包括：對所測量的電 壓和電流進行濾波以獲得在交流輸入基頻處的經(jīng)濾波的值；以及計算用于計算基頻濾波電 容器阻抗值的RMS值。
[0006] 本公開內(nèi)容的另外的方面提供用于檢測星形連接的濾波電容器的劣化的裝置和 技術(shù)，其中，對例如支路電路與星形連接的濾波電容器的公共連接點之間的電容器電壓進 行感測，對該電壓進行濾波以提供基頻電容器電壓值，根據(jù)該基頻電容器電壓值來計算RMS 值。相似地，對流經(jīng)濾波電容器的濾波支路電路電流進行測量并獲得其基頻RMS值。然后 將濾波電容器阻抗值計算為基頻RMS電壓與基頻RMS電流的比率，將由此計算出的濾波電 容器阻抗值與一個或更多個閾值進行比較以選擇性地檢測濾波電容器的劣化。
[0007] 根據(jù)本公開內(nèi)容的另外的方面，提供一種具有用于執(zhí)行濾波電容器劣化檢測方法 的計算機可執(zhí)行指令的計算機可讀介質(zhì)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 以下描述和附圖詳細(xì)闡述了本公開內(nèi)容的某些示例性實施，其表示可以執(zhí)行本公 開內(nèi)容的各種原理的若干示例方式。然而，所示示例并不窮舉本公開內(nèi)容的許多可能的實 施方式。當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，將在以下詳細(xì)描述中闡述本公開內(nèi)容的其他目的、優(yōu)點和創(chuàng)新 特征，在附圖中：
[0009] 圖1是示出具有輸入LCL濾波器以及根據(jù)本公開內(nèi)容的一個或更多個方面的濾波 電容器劣化檢測裝置的示例性有源前端（AFE)電機驅(qū)動器的示意圖，該輸入LCL濾波器包 括三角形連接濾波電容器；
[0010] 圖2是示出通過變壓器連接至電源的另一個AFE電機驅(qū)動器的示意圖，該AFE電 機驅(qū)動器包括CL輸入濾波器以及根據(jù)本公開內(nèi)容的濾波電容器劣化檢測裝置，該CL輸入 濾波器具有三角形連接濾波電容器；
[0011] 圖3是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的在圖1的LCL濾波器中各個測量的和計算出的電壓 和電流以及用于計算校正因子比率的在仿真三角形連接電阻電路中的臂電流和支路電流 的計算的示意圖；
[0012] 圖4和圖5示出根據(jù)本公開內(nèi)容的另外的方面的表示用于檢測AFE濾波電容器劣 化的示例過程的流程圖；
[0013] 圖6是示出圖1和圖2的劣化檢測裝置中的示例性阻抗計算的進一步的細(xì)節(jié)的示 意圖；
[0014] 圖7是示出圖1和圖2的系統(tǒng)中的示例性線間電壓波形與相應(yīng)相位角的曲線圖；
[0015] 圖8是示出具有輸入LCL濾波器以及根據(jù)本公開內(nèi)容的另外的方面的劣化檢測系 統(tǒng)的另一個示例性AFE電機驅(qū)動器的示意圖，該LCL濾波器具有星形連接的濾波電容器；
[0016] 圖9是進一步示出圖8的LCL濾波器中的各個測量的和計算出的值的示意圖；以 及
[0017] 圖10是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的另外的方面的用于檢測或預(yù)測圖8和圖9的系統(tǒng) 中的AFE濾波電容器劣化的示例過程的流程圖。

【具體實施方式】
[0018] 現(xiàn)在參照附圖，以下將結(jié)合附圖描述若干個實施方式或?qū)嵤?，其中，貫穿始終以相 似的附圖標(biāo)記表示相似的元件，并且其中，各個特征未必按比例繪制。公開了用于檢測以三 角形配置連接的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)濾波電容器的劣化的技術(shù)和裝置。本公開內(nèi)容的這些方面可 見于與有源前端（AFE)電機驅(qū)動器相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用以及其他形式的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。此外，盡 管在上下文中示出為三相輸入設(shè)備，但是可以在具有任何數(shù)量的輸入相的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中 采用所公開的構(gòu)思，在該電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中輸入濾波器包括至少一個三角形連接的濾波電容 器電路。
[0019] 所公開的技術(shù)和裝置有利地便于計算和監(jiān)視輸入濾波電容器值（即電容）及其變 化以預(yù)測或檢測部件劣化而不需要直接測量流經(jīng)被監(jiān)視的電容器的電流。對此，在一些系 統(tǒng)中，封裝或其他物理約束可能妨礙包含三角形電路支路的臂中的直流傳感器，和/或設(shè) 置這種傳感器可能成本過高。然而，使用所公開的技術(shù)，可以將流進連接至三角形配置的三 個濾波電容器的支路的電流與測量的跨濾波電容器的線間電壓和測量的或假設(shè)的電壓相 位角一起用于計算各個濾波電容值。使用這些，可以與一個或更多個閾值進行比較以評估 各個濾波電容器的潛在劣化，并且可以確定這些部件中的一個或更多個是否劣化。此外，劣 化檢測可以用于發(fā)起任何適當(dāng)?shù)难a救或報告動作。以這種方式，本公開內(nèi)容避免先前使用 的與濾波電容器串聯(lián)的保護性熔斷器的過包容或欠包容的屬性，并且還有利地便于早識別 在三角形連接的輸入濾波電容器中發(fā)生的部件劣化。這轉(zhuǎn)而可以用于最小化系統(tǒng)停機時間 以及降低或減輕與電機驅(qū)動器或其他電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的維護成本。
[0020] 首先參照圖1和圖2,圖1示出了具有三相交流輸入4的示例性電機驅(qū)動器10,三 相交流輸入4接收來自三相源2的輸入電力，其中驅(qū)動器10包括整流器30、中間直流中繼 電路40和提供變頻變幅度交流輸出電力以驅(qū)動電機負(fù)載6的輸出逆變器50。盡管在上下 文示出和描述了電機驅(qū)動器型的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10,但是可以在提供交流輸出還是直流輸出 以驅(qū)動電機或其他類型負(fù)載的其他形式的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中采用各個公開的構(gòu)思。驅(qū)動器輸 入4具有通過LCL輸入濾波電路20連接至開關(guān)（有源前端）整流器30的交流輸入的三個 輸入相端子。開關(guān)整流器30包括分別耦合在相應(yīng)交流輸入相（u、v、w)之一與直流中繼電 路40的相應(yīng)直流總線端子（+或-)之間的開關(guān)裝置S1至S6。驅(qū)動控制器60包括整流器 開關(guān)控制器62,其向整流器開關(guān)裝置S1至S6提供整流器開關(guān)控制信號62a以使得整流器 30使用任何合適的脈寬調(diào)制（PWM)技術(shù)對接收到的三相交流輸入電力進行轉(zhuǎn)換以提供跨 中繼電路40的直流總線電容Cdc的直流電壓Vdc。逆變器50接收來自中繼電路40的直流 輸入電力并且包括分別耦合在正或負(fù)直流總線端子之一與連接至電機負(fù)載6的相應(yīng)輸出 相之間的逆變器開關(guān)S7至S12。逆變器開關(guān)S7至S12根據(jù)由驅(qū)動控制器60的逆變器開 關(guān)部件66提供的逆變器開關(guān)控制信號66a工作，逆變器開關(guān)部件66根據(jù)任何合適的脈寬 調(diào)制技術(shù)生成信號66a以對來自中繼電路40的直流電力進行轉(zhuǎn)換，以向電機負(fù)載6提供變 頻變幅度的交流輸出電力。開關(guān)整流器30和逆變器50可以采用任何合適形式的開關(guān)裝置 S1至S12,包括但不限制于絕緣柵雙極晶體管（IGBT)、硅可控整流器（SCR)、門極可關(guān)斷晶 閘管（GTO)、集成門極換流晶閘管（IGCT)等。
[0021] 由圖1的示例可見，LCL濾波電路20包括三個串聯(lián)電路，三個串聯(lián)電路分別連接 在電力轉(zhuǎn)換器輸入4與整流器交流輸入的相應(yīng)相之間。每個串聯(lián)電路包括一對串聯(lián)連接的 濾波電感器，其中第一電路包括：連接在第一電力轉(zhuǎn)換器輸入端子與中間節(jié)點"a"之間的 電感器La (例如3%的電感器）；以及連接在中間節(jié)點"a"與第一整流器交流輸入節(jié)點"u" 之間的第二濾波電感器（例如9%的電感器）Lu。相似地，第二串聯(lián)電路包括：連接在第二 電機驅(qū)動器輸入與第二中間節(jié)點"b"之間的第一電感器Lb ;以及連接在節(jié)點"b"與第二整 流器輸入"v"之間的第二電感器Lv。第三串聯(lián)電路具有由第三中間節(jié)點"c"接合的第一電 感器Lc和第二電感器Lw。此外，濾波電路20包括將節(jié)點a、b、c分別連接至三角形配置的 三個濾波電容器Cab、Cbc、Cca的三個電容電路支路22a、22b和22c。在該三角形連接的電 容器電路中，如所示每個濾波電容器C連接至兩個電容器電路支路22。
[0022] 圖2示出了替代實施方式，其中CL濾波電路20被設(shè)置用于通過變壓器3連接電 機驅(qū)動器10與電源2。在該示例中，由于變壓器3的次級繞組的電感，省略了第一濾波電感 器La、Lb和Lc，并且輸入端子4分別在節(jié)點a、b和c處直接連接至電感器Lu、Lv和Lw。
[0023] 由圖1和圖2可見，此外，電機驅(qū)動器10包括與濾波電路20耦合的劣化檢測系統(tǒng) 70以及反饋電路，該反饋電路例如通過感測所示的支路電路22處的電壓來感測跨濾波電 容器Cab、Cbc和Cca的線間電壓V^。和。此外，反饋電路包括電流傳感器，該電 流傳感器耦合至支路電路22以感測在相關(guān)聯(lián)的電容器電路支路22a、22b和22c中流動的 濾波電路支路電流1。_ 3、、1^和I。.。。劣化檢測系統(tǒng)70可以為提供在此闡述的所描述的濾 波、RMS計算、阻抗計算和閾值比較功能的任何合適的硬件、處理器執(zhí)行的軟件、處理器執(zhí)行 的固件、可編程邏輯、模擬電路等，并且可以使用執(zhí)行存儲在系統(tǒng)70的電子存儲器中的計 算機可執(zhí)行指令的一個或更多個處理器元件進行操作。由圖1和圖2可見，劣化檢測系統(tǒng) 70可以包括一個或更多個部件，該部件可以被實施為用于執(zhí)行的軟件和/或固件部件、可 編程邏輯等，包括低通濾波/RMS計算部件72、阻抗計算部件74以及能夠進行操作以將一個 或更多個計算機計算出的值與一個或更多個閾值76進行比較的比較邏輯。此外，劣化檢測 系統(tǒng)70可以提供指示由系統(tǒng)70檢測的濾波電容器Cab、Cbc和/或Cca中的一個或更多個 濾波電容器的劣化的檢測輸出信號或值78。在一個實施中，如所示，可以將劣化檢測信號 78提供給電機驅(qū)動控制器60以發(fā)起一個或更多個動作，例如關(guān)閉電機驅(qū)動器10和/或向 例如與電機驅(qū)動器10和/或連接的網(wǎng)絡(luò)（未示出）相關(guān)聯(lián)的用戶接口提供警報或警告信 號或其他指示。
[0024] 在工作中，劣化檢測系統(tǒng)70被配置成至少部分地基于測量的線間電壓Ve. ab、Vc.bc 和V。. Μ并且根據(jù)所感測的濾波電路支路電流I。. a、I。.b和I。.。來計算基頻濾波電容器阻抗值 Zab._z、Zbc;.6(IHz和Ζ Μ.6(ΙΗζ。此外，系統(tǒng)70根據(jù)所計算的基頻濾波電容器阻抗值Zab. 6(IHz、Zbc;.6QHz 和ZM._z來選擇性地檢測濾波電容器Cab、Cbc和/或Cca中的一個或或更多個濾波電容 器的劣化。例如，檢測系統(tǒng)70的某些實施分別將電容器阻抗值Z ab._z、Zbc;.6(IHz和ΖΜ._ ζ與 一個或更多個閾值76進行比較，閾值76例如為表示標(biāo)稱電容值減去特定百分比的下閾值 76以及表示標(biāo)稱電容值加上表示制造容限、溫度漂移效應(yīng)、部件年齡效應(yīng)等的另外的百分 比（例如在一個實施中為5%至8% )的上閾值76。如果任何一個電容器Cab、Cbc和/或 Cca的計算出的基頻阻抗值Z_z在下閾值以下或上閾值以上，則系統(tǒng)70提供檢測信號78 以發(fā)起用戶警告或警報和/或關(guān)閉電機驅(qū)動器10。
[0025] 在某些實施中，系統(tǒng)70包括一個或更多個硬件型和/或處理器執(zhí)行的軟件型濾波 器72，濾波器72對線間電壓V。. ab、V。. b。和V。.。3以及濾波電路支路電流I。. a、I。. b和I。.。進行濾 波以獲得在多相交流輸入電力的基頻處的經(jīng)濾波的線間電壓和以 及經(jīng)濾波的電路支路電流Ι^._ ζ、Ι^6Μιζ和。例如，LPF/RMS部件72可以包括任意 合適階或濾波器類型的低通和/或帶通濾波器或其組合，以去除在交流輸入電力基頻（例 如在一個示例中為60Hz)以上的頻率。例如，某些實施采用具有約80Hz的截止頻率的二階 巴特沃斯（Butterworth)低通濾波器以獲得經(jīng)濾波的線間電壓V e.ab.6(lhz、Ve.be. 6(lhz和Ve.ea.6(lhz 以及經(jīng)濾波的電路支路電流I。. a. ecihz、Ic.b. ecihz和I。.。. ecihz。
[0026] 部件72還根據(jù)經(jīng)濾波的線間電壓Ve.ab._z、Ve. be.6(lhz和Ve.ea.6(lhz計算RMS線間電 ? Vc. ab. 60hz. RMS、Vc. be. 60hz. RMS 和?并且根據(jù)經(jīng)濾波的電路支路電流Ι^_Ζ、Ι^_Ζ和 Ic.c._z計算冊S支路電路電流Ic.a. 6Qhz.MS、Ic.b.6(lhz. KMS和Ic.c.6Qhz.MS。RMS計算可以根據(jù)已知 的任何合適的均方根公式，例如計算經(jīng)濾波的電壓或電流值（例如在基頻處）的一系列采 樣值的平方的平均值的平方根。此外，劣化檢測系統(tǒng)70的所示實施方式使用阻抗計算部件 74以根據(jù)下面將進一步描述的基頻RMS線間電壓Vf· Ve.bc;.6"s和V_6(lhz. KMS并且 根據(jù)基頻RMS電路支路電流1。.3?、和1。.。.6" 3來計算基頻濾波電容器阻抗 值 Zab. 60Hz、Zbc. 60Hz 和 Zca. 60Hz。
[0027] 參照圖3,示例性系統(tǒng)70在計算基頻濾波電容器阻抗值時有利地采用比率型校正 因子，該校正因子是使用連接至電容器電路支路22的仿真電阻電路得到的。盡管事實上在 電機驅(qū)動器10中未設(shè)置該電阻電路（圖3中替代地以虛線表示），但是包括1歐姆電阻元 件Rabl、Rbcl和Real的這種三角形連接的電阻器網(wǎng)絡(luò)提供了用于開發(fā)相對于濾波電路20 的三角形連接濾波電容器Cab、Cbc和Cca使用的校正因子的有用平臺。由圖1至圖3可 見，盡管可以通過電機驅(qū)動器20的反饋系統(tǒng)直接測量支路電路電流〖。.^〖。.，和1。_。（與感測 的線間電壓值V e.ab、Ve.b。和Ve. ea -起），但是實際流經(jīng)三角形配置中的各個電容器Cab、Cbc 和Cca的臂電路電流I。.ab、1。.,。和I。.Μ需要專用傳感器，這將增加系統(tǒng)10的成本和/或考 慮到電機驅(qū)動器10的封裝需求這未必可行。另外，準(zhǔn)確計算臂電路電流I。.#、I。. b。和I。. Μ 的能力便于通過將線間電壓除以計算出的臂電路電流I。.ab、1^。和I。.Μ來計算濾波電容器 Cab、Cbc和Cca的相應(yīng)阻抗值Zab、Zb。和Zca。
[0028] 對此，本發(fā)明人已經(jīng)意識到預(yù)測電容器的劣化的最佳方式為監(jiān)視電容器阻抗，例 如通過阻抗計算部件74與一個或更多個閾值76進行比較。此外，基于基頻（例如60Hz) 的阻抗是優(yōu)選的，這是因為在開關(guān)電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10內(nèi)存在濾波電路20導(dǎo)致更高的頻率諧 波含量。例如，在有源前端電力驅(qū)動器中，基頻分量將通常具有頻譜中的最大幅度，顯著諧 波的剩余部分（例如針對4kHz PWM開關(guān)頻率的大約4kHz和8kHz)將通常包括許多彼此接 近的并且通常具有較低幅度的不同諧波，因此相對于更高階諧波更難以提取用于閾值比較 的信號。
[0029] 此外，針對例如在電機驅(qū)動輸入濾波電路20中經(jīng)常使用的金屬化聚丙烯電容器， 電容可以在相關(guān)溫度范圍（例如_55°C至+85°C)內(nèi)變化特定量（例如+1.4%至-2. 5%)， 在設(shè)置用于與計算出的濾波電容器阻抗值Zab._z、Zbc;. 6(IHz和ZM._z比較的閾值76時，除了 +/-3%的初始制造容限之外還可以考慮電容器部件的工作壽命內(nèi)的最大容限（老化容限） 的因素。在一個可能的實施中，確定初始阻抗值（例如根據(jù)制造商規(guī)格等），將下閾值76設(shè) 置成第一常量（例如在一種情況下為0.9)乘以初始阻抗值，將初始值乘以第二常量（例如 1. 1)以獲得上閾值76。
[0030] 本發(fā)明人還意識到在圖1至圖3所示的三角形配置的濾波電容器中，能夠根據(jù)可 以直接測量和/或假設(shè)的因子和/或參數(shù)，通過仔細(xì)調(diào)節(jié)或補償對真實的臂電路電流Iub、 Id。和1。^的計算來減輕或克服不能或不期望添加測量實際流經(jīng)濾波電容器Cab、Cbc和 (：(^的臂電路電流1。^、1。. 13。和1。.。3的專用電流傳感器。具體地，如下所述，本發(fā)明人已經(jīng)開 發(fā)了用于根據(jù)感測的線間電壓、感測的支路電流I。.％、1。1和1。_。 3以及跨濾波電容器Cab、 Cbc的線間電壓與V。.,。之間的測量的和/或假設(shè)的相位角Φ,。和ΦΜ來計算臂電路電 流I。. ab、I。.b。和1。^的技術(shù)。因此，本公開內(nèi)容的技術(shù)和裝置克服了不能或不期望添加附加 專用濾波電容器電流感測，并且提供了準(zhǔn)確監(jiān)視用于檢測或盡早警告電容器劣化的濾波電 容器Cab、Cbc和Cca的電容值的能力。
[0031] 由圖3可見，仿真三角形連接的電阻電路耦合至電路支路22a、22b和22c (與實際 三角形連接的濾波電容器電路一樣）。關(guān)于在實際濾波電容器電路中流動的RMS電流，可以 在三個電路節(jié)點a、b和c處根據(jù)基爾霍夫電流定律來創(chuàng)建以下等式（1):

【權(quán)利要求】
1. 一種電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（10)，包括： 電力轉(zhuǎn)換器輸入（4)，其能夠進行操作以接收多相交流輸入電力； 有源前端（AFE)整流器（30)，其包括三相交流輸入以及多個開關(guān)裝置（S1-S6)，所述多 個開關(guān)裝置（S1-S6)能夠根據(jù)多個整流器開關(guān)控制信號（62a)進行操作以對在所述三相交 流輸入處接收到的電力進行轉(zhuǎn)換以提供直流輸出電力； 輸入濾波電路（20)，其耦合在所述電力轉(zhuǎn)換器輸入（4)與所述AFE整流器（30)之間， 所述輸入濾波電路（20)包括：第一串聯(lián)電路、第二串聯(lián)電路和第三串聯(lián)電路，其各自包括 耦合在所述電力轉(zhuǎn)換器輸入（4)的相應(yīng)相與所述AFE整流器（30)的三相交流輸入的相應(yīng) 相之間的至少一個濾波電感器（Lu、Lv、Lw);第一電容器電路支路（22a)、第二電容器電路 支路（22b)和第三電容器電路支路（22c)，其分別連接至所述第一串聯(lián)電路、第二串聯(lián)電路 和第三串聯(lián)電路；以及以三角形配置連接的三個濾波電容器（Cab、Cbc、Cca)，每個濾波電 容器（C)連接至所述電容器電路支路（22)中的兩個電容器電路支路； 反饋電路，其與所述輸入濾波電路（20)操作耦合以感測跨所述濾波電容器（Cab、Cbc、 (^)的線間電壓（1.3^。.13。、1.。3)，以及在所述電容器電路支路（22 &、2213、22(3)中流動的濾 波電路支路電流（1。.^〗。^、〗。.。）；以及 劣化檢測系統(tǒng)（70)，其與所述輸入濾波電路（20)操作耦合以至少部分地根據(jù)所述線 間電壓并且根據(jù)所述濾波電路支路電流（Ιε.3、Ι^、Ι。.。）來計算基頻濾波 電容器阻抗值（Z ab.6CIHz、Zbc;.6(IHz、ΖΜ._ ζ)，并且根據(jù)所計算的基頻濾波電容器阻抗值（Zab.6CIHz、 4。. 6_、2。3.6_)來選擇性地檢測所述濾波電容器（Cab、Cbc、Cca)中的一個或更多個濾波電 容器的劣化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（10)， 其中，所述輸入濾波電路（20)的所述各個串聯(lián)電路包括：連接至所述電力轉(zhuǎn)換器輸入 (4)的相應(yīng)相的第一濾波電感器（La、Lb、Lc);以及連接在所述第一濾波電感器（La、Lb、Lc) 與所述AFE整流器（30)的三相交流輸入的相應(yīng)相之間的第二濾波電感器（Lu、L V、Lw);并 且 其中，所述輸入濾波電路（20)的所述各個電容器電路支路（22a、22b、22c)連接至接合 所述相應(yīng)串聯(lián)電路的所述第一濾波電感器與所述第二濾波電感器的節(jié)點（a、b、c)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（10)，其中，所述劣化檢測系統(tǒng)（70)能夠進行 操作以： 對所述線間電壓和所述濾波電路支路電流（Ιε.3、Ι^、Ι。.。）進行濾波 以獲得所述多相交流輸入電力的基頻處的經(jīng)濾波的線間電壓和 經(jīng)濾波的電路支路電流（Ie.a.6rafe、Ie.b.6Mfe、I。. e.6Mfe); 根據(jù)所述經(jīng)濾波的線間電壓（1^.6_、^。.6_、1.。3. 6_)計算RMS線間電壓（Ve.ab.6QHz. EMS、Vc. be. 60Hz. EMS、Vc. ca. 60Hz. RMS); 根據(jù)所述經(jīng)濾波的電路支路電流（Ι^_ζ、Ι^.6(ΙΗζ、Ι^_ζ)計算RMS電路支路電流（I。. a. 60Hz. EMS、Ic. b. 60Hz. RMS、Ic. c. 60Hz. RMS) ?，以及 根據(jù)所述RMS線間電壓（V。 ab. 60Hz. RMS、V?！?be. 60Hz. RMS、V。· ca. 60Hz. RMS )并且根據(jù)所述RMS電路支路 電'2/lL· (Ic.a.6〇Hz.RMS、Ic.b_60Hz.RMS、Ic.c.60Hz. KMS)來計算所述基頻濾波電容器阻抗值（Zab._z、Zbc;. 6(IHz、 Zca. 60Hz) 0
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（10)，其中，所述劣化檢測系統(tǒng)（70)能夠進行 操作以： 根據(jù)以下等式計算第一濾波電容器（Cab)的所述基頻濾波電容器阻抗值Zab.6(IHz:
其中： Vc. sib. 6UMS、l.b。. 6UMS和V。.60hz. EMS分力丨」是跨所述弟'~濾波電各器（Cab)、弟·_?濾波電 容器（Cbc)和第三濾波電容器（Cca)的所述RMS線間電壓； I c. a. 60hz. EMS c. b. 60hz. RMS 和Ic^_Z.EMS分別是流經(jīng)所述第一電路支路、第二電路支路和第三 電路支路的所述RMS電路支路電流； Φ&是跨所述第一濾波電容器（Cab)和第二濾波電容器（Cbc)的線間電壓（Ve.ab、V c.bc;) 之間的相位角； ΦΜ是跨所述第一濾波電容器（Cab)和第三濾波電容器（Cca)的線間電壓（Ve.ab、V c. J 之間的相位角。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（10)，其中，所述劣化檢測系統(tǒng)（70)包括過零 檢測電路以測量跨所述濾波電容器（Cab、Cbc)的線間電壓之間的相位角（Φ,。、 ① ca)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（10)，其中，所述劣化檢測系統(tǒng)（70)使用跨所 述濾波電容器（Cab、Cbc)的線間電壓之間的相位角（Φ&、Φ Μ)的假設(shè)值來計 算所述基頻濾波電容器阻抗值（Zab.6QHz、Z be.6QHz、Zea.6QHz)。
7. -種用于檢測有源前端（AFE)電機驅(qū)動器（10)中的濾波電容器劣化的方法（100)， 所述方法（100)包括： 測量（102)跨濾波電容器（Cab、Cbc、Cca)的線間電壓（^^^^(。上其中^述濾 波電容器（Cab、Cbc、Cca)以三角形配置連接，每個濾波電容器（C)連接至所述電機驅(qū)動器 (10)的濾波電路（20)中的三個電容器電路支路（22)中的兩個電容器電路支路； 測量（108)在所述電容器電路支路（22a、22b、22c)中流動的濾波電路支路電流（Ic.a、 I?！?b、I?！?c) ? 至少部分地根據(jù)所述線間電壓（VupVd。、^并且根據(jù)所述濾波電路支路電流（I。. a、Ic.b、I。.。）來計算（120)基頻濾波電容器阻抗值huZknU ; 將所計算的基頻濾波電容器阻抗值與至少一個閾值（76)進行 比較（122);以及 至少部分地根據(jù)所計算的基頻濾波電容器阻抗值（Zab._z、Zbc;. 6(IHz、ΖΜ._ζ)與所述至少 一個閾值（76)的所述比較來選擇性地檢測（124)所述濾波電容器（Cab、Cbc、Cca)中的一 個或更多個濾波電容器的劣化。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法（100)，包括： 對所測量的線間電壓進行濾波（104)以獲得所述多相交流輸入電力 的基頻處的經(jīng)濾波的線間電壓; 根據(jù)所述經(jīng)濾波的線間電壓計算（106)RMS線間電壓（Vc. ab. 60Hz. RMS、Vc. be. 60Hz. RMS、Vc. ca. 60Hz. RMS); 對所測量的濾波電路支路電流（Ια3、ι^、ι。.。）進行濾波（110)以獲得所述多相交流輸 入電力的基頻處的經(jīng)濾波的電路支路電流α^.6(ΙΗζ、?α.6(ΙΗζ、ι^6(ΙΗζ); 根據(jù)所述經(jīng)濾波的電路支路電流α^6(ΙΗζ、Ι^.6(ΙΗζ、Ι_6(ΙΗζ)計算（112)RMS電路支路電 '2<1L· (Ic. a. 6〇Hz. RMS、Ic. b. 60Hz· RMS、Ic. c. 60Hz. RMS );以及 至少部分地根據(jù)所述RMS線間電壓（L-i、Ve.be.6(IHz. KMS、Ve.ea.6(IHz.KMS)和所述RMS電 路支路電流（Ια_ζ.ΚΒ、Ι?！弧弧?!*、Ι^_Ζ.ΚΒ)來計算（120)所述基頻濾波電容器阻抗值 (Zab. 60Hz、Zbc. 60Hz、Zca. 60Hz) ?
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法（100)，包括： 根據(jù)以下等式計算（120)第一濾波電容器（Cab)的所述基頻濾波電容器阻抗值 ^ab. 60Hz *
J 其中： Vc. ε?. 6UMS、l.b。. 6UMS和V。.?！?. 60hz. RMS分力丨」是跨所述弟'~濾波電各器（Cab)、弟·_?濾波電 容器（Cbc)和第三濾波電容器（Cca)的所述RMS線間電壓； I c. a. 60hz. EMS c. b. 60hz. RMS 和Ic^_Z.EMS分別是流經(jīng)所述第一電路支路、第二電路支路和第三 電路支路的所述RMS電路支路電流； Φ&是跨所述第一濾波電容器（Cab)和第二濾波電容器（Cbc)的線間電壓（Ve.ab、V c.bc;) 之間的相位角； ΦΜ是跨所述第一濾波電容器（Cab)和第三濾波電容器（Cca)的線間電壓（Ve.ab、V c. J 之間的相位角。
10. -種電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（10)，包括： 電力轉(zhuǎn)換器輸入（4)，其能夠進行操作以接收多相交流輸入電力； 有源前端（AFE)整流器（30)，其包括三相交流輸入以及多個開關(guān)裝置（S1-S6)，所述多 個開關(guān)裝置（S1-S6)能夠根據(jù)多個整流器開關(guān)控制信號（62a)進行操作以對在所述三相交 流輸入處接收到的電力進行轉(zhuǎn)換以提供直流輸出電力； 輸入濾波電路（20)，其耦合在所述電力轉(zhuǎn)換器輸入（4)與所述AFE整流器（30)之間， 所述輸入濾波電路（20)包括：第一串聯(lián)電路、第二串聯(lián)電路和第三串聯(lián)電路，其各自包括 耦合在所述電力轉(zhuǎn)換器輸入（4)的相應(yīng)相與所述AFE整流器（30)的三相交流輸入的相應(yīng) 相之間的至少一個濾波電感器（Lu、Lv、Lw);第一電容器電路支路（22a)、第二電容器電路 支路（22b)和第三電容器電路支路（22c)，其分別連接至所述第一串聯(lián)電路、第二串聯(lián)電 路和第三串聯(lián)電路；以及以星形配置連接的三個濾波電容器（Ca、Cb、Cc)，每個濾波電容器 (C)連接在相應(yīng)的所述電容器電路支路（22)之一與公共連接節(jié)點（24)之間； 反饋電路，其與所述輸入濾波電路（20)操作耦合以感測跨所述濾波電容器（Ca、Cb、 (^)的電容器電壓以。.3、￥。.13、1.。），以及在所述電容器電路支路（22&、2213、22(3)中流動的濾 波電路支路電流（1。.^〗。^、〗。.。）；以及 劣化檢測系統(tǒng)（70)，其與所述輸入濾波電路（20)操作耦合以至少部分地根據(jù)所述電 容器電壓（La、V。.,、V。.。）并且根據(jù)所述濾波電路支路電流（1。_3、I。.,、1。_。）來計算基頻濾 波電容器阻抗值（Z a.6CIHz、Zb.6(IHz、Ζε. 6(ΙΗζ)，并且根據(jù)所計算的基頻濾波電容器阻抗值（Za._z、 4 6_、心6_)來選擇性地檢測所述濾波電容器（Ca、Cb、Cc)中的一個或更多個濾波電容器 的劣化。
【文檔編號】G01R27/16GK104124876SQ201410177608
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月29日
【發(fā)明者】謝苗·羅亞克, 羅伯特·J·布雷茨曼 申請人:洛克威爾自動控制技術(shù)股份有限公司