滤波电容器的退化及校正制造技术

公开了滤波电容器的退化及校正。一种方法和功率转换系统，在所述功率转换系统中，电容器退化检测系统包括可调节的增益放大器电路，在关断系统的整流器和逆变器的第一模式下，由放大器增益的自动调节来校正可调节的增益放大器电路以适应特定滤波电路的电流电平。在第一模式下，根据放大的电容信号来计算滤波电容器的电容值，并且与可接受的公差范围进行比较以选择性地识别滤波电容器的故障或者将所计算的电容值作为基准值存储在电子存储器中。在接通整理器和逆变器的第二模式的操作期间，使用经调节的放大器增益来放大电流传感器信号，并且使用滤波电容器的电容值来选择性地识别电容器的退化。

【技术实现步骤摘要】
滤波电容器的退化及校正
本公开的主题涉及功率转换更具体地，涉及用于测量滤波电路的电流和检测退化的滤波电容器的设备和技术。
技术实现思路
现在，对本公开内容的各个方面进行总结以便于对本公开内容的基本理解，其中，该总结不是本公开内容的详尽概述，并且既不旨在识别本公开内容的某些元素，也不旨在描述其范围。该总结的主要目而是在下文中呈现更详细的描述之前，以简化的形式来呈现本公开内容的各种构思。所公开的示例包括方法和功率转换系统，在所述方法和功率转换系统中，通过自动调节来校正放大器增益以适应特定滤波电路的电流电平。根据经放大的电流信号来计算滤波电容器值，并且与可接受的公差范围进行比较以选择性地识别滤波电容器的故障或者将所计算的电容值作为基准值存储在电子存储器中。在接通整流器和逆变器的正常操作期间，使用经调节的放大器增益来放大电流传感器信号，并且使用滤波电容器的电容值来选择性地识别电容器的退化。附图说明下面的描述和附图详细地阐述了本公开内容的某些说明性的实施方式，所述实施方式是一个或多个示例性方式的表示，在所述一个或多个示例性方式中，可以执行本公开内容的各种原理。然而，所示的示例并未穷尽本公开内容的许多可能的实施例。当结合附图来考虑下面的详细描述时，将在下面的详细描述中阐述本公开内容的其他目的、优点和新颖的特征。图1是例示具有输入LCL滤波器和滤波电容器退化检测设备的电机驱动器的示意图，所述输入LCL滤波器具有三角连接的滤波电容器，所述滤波电容器退化检测设备具有测量电路和可编程增益放大器。图2是例示图1的电机驱动器中的退化检测系统和测量系统的进一步细节的局部示意图。图3是例示图1和图2的测量系统中的可编程增益放大器电路的局部示意图。图4A和图4B提供了例示滤波电容器的退化检测和校正过程的流程图。具体实施方式现在参照附图，在下文中，结合附图来描述一个或多个实施例或实施方式，在附图中，各种特征不一定是按比例绘制的。电机驱动器和其他功率转换器，特别是那些具有有源前端(AFE)整流器的电机驱动器和功率转换器包括在整流器与AC输入源之间的输入滤波电路，以降低与功率转换器的操作相关联的开关噪声(例如，总谐波失真或THD)。存在许多不同的输入滤波器的拓扑结构，其包括分别与每个AC输入相相关联的电感-电容(L-C)或电感-电容-电感(L-C-L)输入滤波电路。滤波电容器可能会遭受损坏或退化，考虑到替换部件的成本、检查和替换的劳力、以及为了手动地识别和替换一个或多个退化的电容器而造成的功率转换器和任何相关联的机械设备的停工期，滤波电容器遭受损坏或退化的代价可能较高，并且可能不能通过简单的肉眼检查来识别电容器的退化。可以放置符合滤波电路电容器的保险丝，但是保险丝可能不能足够快地打开以防止电容器退化，或者可能会在健康电容器的正常操作中频繁地打开，从而导致过多的系统停工期，并且进一步导致用于检查和系统检验的成本过高。图1和图2例示了具有退化检测系统70的有源前端电机驱动器的示例10，退化检测系统70包括测量系统或电路76，测量系统或电路76包括一个或多个可编程增益放大器(PGA)104-1。由处理器72和相关联的电子存储器74来操作测量系统76以获取用于检测电容器退化和四个其他的控制目标以及操作电机驱动器10的电压和电流值。如以下进一步说明的，某些实施例中的处理器72对一个或多个可编程增益放大器104-1的增益值执行选择性的调节。本公开内容提供滤波电容器的退化识别方案和测量系统调节的实施例，从而找到在功率转换系统例如有源前端电机驱动器中的效用。虽然在三相系统的环境中示出了本公开的构思，但是可以在具有任意数量的输入相的功率转换器中使用本公开的构思，在功率转换器中，滤波器包括具有遭受退化的电容器部件的电容器电路或者电容器组。此外，测量系统相对于转换器的功率电平是自动适应的，因此可以被用在各种功率转换器模型中。此外，退化检测可以用于启动任何适当的补救或报告动作。图1中的电机驱动器10包括经由可选的变压器3从三相电源2接收输入功率的三相AC(交流)输入端4、以及整流器30、中间DC(直流)链路电路40和输出逆变器50，所述输出逆变器50提供可变频率、可变振幅的AC输出功率以驱动电机或其他负载6。虽然在电机驱动器10的环境中示出和描述了所公开的各种构思，但是可以在其他形式的功率转换器中使用所公开的各种构思，而不论是提供AC输出还是DC输出来驱动电机或其他类型的负载6。驱动输入端4包括通过LCL输入滤波电路20连接至开关(例如，有源前端)整流器30的AC输入端的三个输入相端子。虽然图1和图2中的滤波电路20是在输入端4与整流器30之间的每个串联电路路径中具有两个电感器的“L-C-L”滤波器，但是可以结合其他的滤波电路拓扑结构(包括但不限于L-C滤波器、C-L滤波器等)来使用本公开内容的各种构思。在图1和图2所示的示例中，滤波电路20包括以三角(delta)构造连接的一组三个电容器CRS、CST和CTR，以及连接在电阻器端子与指定的中性节点24之间的泄放(bleeding)电阻器或放电电阻器。在操作中，在系统关停(shutdown)时，通过将放电电流经由放电电阻器传导至指定的中性节点24来对电容器CRS、CST和CTR进行放电。在电容器组被配置成“Y”形构造的系统中可以使用所公开的构思和设备的其他实施方式。在不同的实施例中，滤波电路20的各个电容器可以使用单个电容器部件来构建，或者可以被分别构建为多个电容部件的串联和/或并联组合，并且在下文中被统称为“滤波电容器”。对于结合具有不同电容器值的各种不同的相关联的滤波电路20的使用，测量系统76是有利地自动自适应的。在这点上，应该由处理器72在第一模式下操作系统，所述第一模式在本文中被称为“校正(CALIBRATE)”模式，在该模式下测量电流和电压以计算滤波电容器的电容值，并且将其与存储在处理器存储器74中的预定值范围进行比较。这使得处理器72能够在进入操作的第二或“正常(NORMAL)”模式之前，确定连接的滤波器20的特性和参数，以及识别滤波电路20中的任何潜在的电容器退化，在第二模式中，接通整流器30和逆变器50。另外，在校正模式下，测量系统76结合处理器72进行操作，以接收和放大表示在滤波电路20中流动的电流的电流传感器信号，并且选择性地调节PGA104-1的增益值GI。在某些示例中，处理器72还基于放大的电压信号来选择性地调节电压放大器的增益值GV以适应相应模数转换器电路的转换范围。这些特征使系统76能够普遍适用于在各种不同的功率电平下进行操作的转换系统10。此外，使用本公开内容的算法使得滤波器和检测硬件的测试自动地独立于输入电压和频率。如图1中所示，所示的开关整流器30是具有分别耦接在相应的AC输入相(u、v或w)与DC链路电路40的相应的DC总线端子(+或-)之间的开关装置S1至S6的有源前端转换器。驱动控制器60包括整流器开关控制器62，所述整流器开关控制器62在第二模式正常下选择性地将整流器开关控制信号62a提供至各个整流器开关S1至S6，以使整流器30使用任何适合的脉冲宽度调制(PWM)技术来转换接收到的三相AC输入功率，从而在链路电路40的DC总线电容Cdc的两端提供DC电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在功率转换系统(10)的滤波电路(20)中的方法(200)，所述方法(200)包括，在关断整流器(30)、滤波器(50)、以及向所述滤波电路(20)提供多相AC功率的第一模式(校正)下：测量(206)与所述滤波电路(20)相关联的滤波电压(vrn、vsn、vtn)；使用放大器电路(104‑1)，放大表示与所述滤波电路(20)相关联的滤波电流(ir、is、it)的电流传感器信号以生成放大的电流信号(105)；使用模数转换器电路(108‑2)来转换所放大的电流信号(105)；以及使用处理器(72)，根据至少部分地基于所放大的电流信号(105)的所述模数转换器电路(108‑2)的转换范围来自动地调节(208)所述放大器电路(104‑1)的放大器增益(GI)。

【技术特征摘要】
2015.11.25 US 14/951,5311.一种在功率转换系统(10)的滤波电路(20)中的方法(200)，所述方法(200)包括，在关断整流器(30)、滤波器(50)、以及向所述滤波电路(20)提供多相AC功率的第一模式(校正)下：测量(206)与所述滤波电路(20)相关联的滤波电压(vrn、vsn、vtn)；使用放大器电路(104-1)，放大表示与所述滤波电路(20)相关联的滤波电流(ir、is、it)的电流传感器信号以生成放大的电流信号(105)；使用模数转换器电路(108-2)来转换所放大的电流信号(105)；以及使用处理器(72)，根据至少部分地基于所放大的电流信号(105)的所述模数转换器电路(108-2)的转换范围来自动地调节(208)所述放大器电路(104-1)的放大器增益(GI)。2.根据权利要求1所述的方法(200)，还包括，在所述第一模式(校正)下：至少部分地基于所放大的电流信号(105)和所测量(206)的滤波电压(vrn、vsn、vtn)来计算(210、212)所述滤波电路(20)的滤波电容器的电容值；确定(214、216)所计算的电容值是否在可接受的公差范围内；如果所计算的电容值不在所述可接受的公差范围内，则选择性地识别(218、220、222、224)所述功率转换系统(10)中的滤波电容器的故障；以及如果所计算的电容值在所述可接受的公差范围内，则：将所计算的电容值作为基准值存储(230)在所述功率转换系统(10)的电子存储器(74)中，以及改变至接通所述整流器(30)和接通所述逆变器(50)的第二模式(正常)。3.根据权利要求2所述的方法(200)，其中，选择性地识别(218、220、222、224)滤波电容器的故障包括：测量(206)所述滤波电压(vrn、vsn、vtn)，放大所述电流传感器信号，以及对所述电容值进行整数N次计算(210、212)，其中，N大于1；以及如果所有所述N次计算的电容值不在所述可接受的公差范围内，则识别(218、220、222、224)滤波电容器的故障。4.根据权利要求3所述的方法(200)，还包括，在接通所述整流器(30)和接通所述逆变器(50)的所述第二模式(正常)下：测量(240)所述滤波电压(vrn、vsn、vtn)；使用所述可调节的放大器电路(104-1)来放大所述电流传感器信号；使用所述模数转换器电路(108-2)来转换所放大的电流信号(105)；至少部分地基于所放大的电流信号(105)和所测量(206)的滤波电压(vrn、vsn、vtn)来计算(244)所述滤波电容器的电容值；确定(248)所计算的电容值是否在第二可接受的公差范围内；以及如果所计算的电容值不在所述第二可接受的公差范围内，则选择性地识别(250)所述功率转换系统(10)中的滤波电容器的故障。5.根据权利要求4所述的方法(200)，其中，至少部分地根据存储在所述电子存储器(74)中的所述基准值来确定所述第二可接受的公差范围。6.根据权利要求3所述的方法(200)，还包括，在接通所述整流器(30)和接通所述逆变器(50)的所述第二模式(正常)下：测量(240)所述滤波电压(vrn、vsn、vtn)；使用所述可调节的放大器电路(104-1)来放大所述电流传感器信号；使用所述模数转换器电路(108-2)来转换所放大的电流信号(105)；至少部分地基于所放大的电流信号(105)和所测量(206)的滤波电压(vrn、vsn、vtn)来计算(244)所述滤波电容器的电容值；确定(248)所计算的电容值是否在第二可接受的公差范围内；以及如果所计算的电容值不在所述第二可接受的公差范围内，则选择性地识别(250)所述功率转换系统(10)中的滤波电容器的故障。7.根据权利要求5所述的方法(200)，其中，至少部分地根据存储在所述电子存储器(74)中的所述基准值来确定所述第二可接受的公差范围。8.根据权利要求2所述的方法(200)，还包括，将经调节的放大器增益值(GI)存储在所述电子存储器(74)中。9.根据权利要求1所述的方法(200)，还包括，将经调节的放大器增益值(GI)存储在电子存储器(74)中。10.一种功率转换系统(10)，包括：提供DC输出的整流器(30)；耦接在功率转换器输入端(4)与所述整流器(30)之间的滤波电路(20)；通过转换所述整流器(30)的DC输出来提供AC输出的逆变器(50)；放大器电路(104-1)，所述放大器电路(104-1)用来放大表示与所述滤波电路(20)相关联的滤波电流(ir、is、it)的电流传感器信号以生成放大的电流信号(105)；用来转换所放大的电流信号(105)的模数转换器电路(108-2)；处理器(72)，所述处理器(72)在关断所述整流器(30)和关断所述逆变器(50)的第一模式(校正)下操作以：测量(206)与所述滤波电路(20)相关联的滤波电压(vrn、vsn、vtn)；以及根据至少部分地基于所放大的电流信号(105)的所述模数转换器电路(108-2)的转换范围来自动地调节(208)所述放大器电路(104-1)的放大器增益(GI)。11.根据权利要求10所述的功率转换系统(10)，其中，所述处理器(72)在所述第一模式(校正)下操作以将经调节的放大器增益值(GI)存储在电子存储器(74)中。12.根据权利要求11所述的功率转换系统(10)，其中，所述处理器(72)在所述第一模式(校正)下操作以：至少部分地基于所放大的电流信号(105)和所测量(206)的滤波电压(vrn、vsn、vtn)来计算(210、212)所述滤波电路(20)的滤波电容器的电容值；确定(214、216)所计算的电容值是否在可接受的公差范围内；如果...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑托什·M·班达卡尔，西努赫·伊穆里斯·贝尼特斯埃斯科巴尔，尼基尔·普拉萨德，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US