變頻器和用于識(shí)別和阻斷變頻器中故障電流的方法
【專利說(shuō)明】
[00011本申請(qǐng)是基于2012年9月7日所提交的申請(qǐng)?zhí)枮?01210331578.6、發(fā)明名稱為"變 頻器和用于識(shí)別和阻斷變頻器中故障電流的方法"的發(fā)明的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種用于識(shí)別并且在一定條件下阻斷變頻器中的故障電流的方法。用 于由具有確定交流頻率的電網(wǎng)交流電壓中產(chǎn)生具有可預(yù)定的交流頻率的交流電壓的變頻 器也屬于本發(fā)明。變頻器包括整流器、中間電路和、逆變器。借助于整流器可以在此由電網(wǎng) 交流電壓中產(chǎn)生中間電路-直流電壓并且由此再次借助于逆變器產(chǎn)生具有可預(yù)定的交流頻 率的交流電壓。
【背景技術(shù)】
[0003] 利用已知類型的變頻器例如可以借助于供電網(wǎng)來(lái)使電機(jī)運(yùn)行。此外，借助于變頻 器可以在機(jī)器的定子繞組中產(chǎn)生三項(xiàng)電流，并且在此設(shè)定各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)線路的交流電壓的頻 率。此外通過(guò)逆變器借助于半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)，由中間電路在每個(gè)相導(dǎo)線中的直流電壓例如 以脈寬調(diào)制為基礎(chǔ)預(yù)定交流電壓的頻率和振幅?；谒鶓?yīng)用的脈寬調(diào)制可以出現(xiàn)涉及運(yùn)行 的漏電電流，即電流并不在電網(wǎng)內(nèi)部、而是經(jīng)過(guò)地電位-或接地電位形成回路。漏電電流此 外可以流經(jīng)一方面在由變頻器和電機(jī)組成的裝置和另一方面在其周圍環(huán)境中的對(duì)象之間 的電容式耦合。
[0004] 如果應(yīng)經(jīng)過(guò)故障電流保護(hù)開(kāi)關(guān)可以運(yùn)行該裝置用于人員保護(hù)和/或阻燃，那么會(huì) 出現(xiàn)的問(wèn)題是，這種保護(hù)開(kāi)關(guān)無(wú)法在實(shí)際的（例如通過(guò)損壞的電纜引起的）故障電流和涉及 運(yùn)行產(chǎn)生的漏電電流之間進(jìn)行區(qū)分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 現(xiàn)在本發(fā)明的目的在于，可以在變頻器中應(yīng)用故障電流保護(hù)開(kāi)關(guān)。
[0006] 該目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法以及通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求8所述的變頻器來(lái) 實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明有利的改進(jìn)方案通過(guò)從屬權(quán)利要求得出。
[0007] 在根據(jù)本發(fā)明的方法中，為了識(shí)別并且在一定條件下阻斷變頻器中的故障電流而 求出流過(guò)變頻器的電流的電流大小的變化曲線。取決于變化曲線在變頻器的什么地方被求 出，為求出的變化曲線預(yù)定信號(hào)部分，由其已知，信號(hào)部分在變頻器無(wú)故障運(yùn)行時(shí)取決于變 頻器內(nèi)部的切換過(guò)程。信號(hào)部分例如可以是確定的頻帶、但也或者是變化曲線內(nèi)部的確定 的時(shí)間段。為了識(shí)別故障電流的存在而檢測(cè)求出的變化曲線是否滿足取決于該信號(hào)部分的 預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)。如果是這種情況，那么中斷流過(guò)變頻器的電流。哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)被預(yù)定，就取決于該標(biāo) 準(zhǔn)，在變頻器中的哪個(gè)位置求出變化曲線，并且監(jiān)測(cè)哪個(gè)信號(hào)部分。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，可以非?？煽康卦谝赃\(yùn)行為條件的漏電電流和不 期望的故障電流之間進(jìn)行區(qū)分。取代如現(xiàn)有技術(shù)中通常將故障電流保護(hù)開(kāi)關(guān)在電網(wǎng)方面前 接于變頻器的整流器，至少將求出電流大小的變化曲線轉(zhuǎn)移到整流器內(nèi)部被關(guān)注位置上， 在該位置上可以一方面在漏電電流和另一方面在故障電流之間進(jìn)行安全地區(qū)分。
[0009]同樣屬于本發(fā)明的變頻器具有為此相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。其至少包括已經(jīng)提到的三個(gè)組 件，即整流器、中間電路和逆變器。此外，這些組件中的至少一個(gè)具有測(cè)量裝置，用于測(cè)量共 模電流(英文:Common mode current)的電流大小。通過(guò)測(cè)量裝置可以求出在變頻器的至少 兩個(gè)電導(dǎo)線之間的差動(dòng)電流的電流大小的變化曲線。由此得到的優(yōu)點(diǎn)是，在高電壓時(shí)也可 以精確地測(cè)量相對(duì)較小的電流大小。差動(dòng)電流測(cè)量在此是指共模電流測(cè)量(Common-Mode-電流測(cè)量）。因此也可以在電壓的最大幅值直至幾百伏時(shí)測(cè)量部分低于15mA的大漏電電流。 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的變頻器也同樣自身具有評(píng)估單元，借助于該評(píng)估單元可以實(shí)施根據(jù) 本發(fā)明的方法的實(shí)施方式。
[0010]給出一種簡(jiǎn)單并可靠的測(cè)量裝置，用于獲取電流大小-變化曲線，如果在對(duì)于測(cè)量 裝置預(yù)設(shè)軟磁環(huán)形磁芯的話。利用該環(huán)形磁芯也可以以簡(jiǎn)單的方式將測(cè)量裝置和剩余的變 頻器電流隔離。借助于環(huán)形磁芯因此在三相系統(tǒng)中將三個(gè)引導(dǎo)電壓的導(dǎo)線（在兩相的系統(tǒng) 中相應(yīng)地將兩個(gè)引導(dǎo)電壓的導(dǎo)線）引導(dǎo)通過(guò)共同的環(huán)形磁芯。在環(huán)形磁芯上設(shè)置有附加的 繞組，然后在其上可以測(cè)量和導(dǎo)線的差動(dòng)電流的電流大小成比例的電壓。可替代地，為了以 已知的方式測(cè)量也可以應(yīng)用補(bǔ)償轉(zhuǎn)換器。
[0011]在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方式中提出，將至少一個(gè)光譜帶預(yù)定為信號(hào)部 分。換而言之，因此在變化曲線的頻譜中檢查確定的頻率是否滿足相應(yīng)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)。因此例 如可能的是，在網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)向的整流器中識(shí)別中間電路中的接地，即在整流器中獲取的共模電 流具有在130-Hz和200Hz之間的信號(hào)部分，特別是150Hz的信號(hào)部分或180Hz的信號(hào)部分。中 間電路中的接地故障由于顯著的150Hz部分(在50Hz-交流電網(wǎng)中，180Hz在60Hz電網(wǎng)中）可 以通過(guò)頻域分析非常明確地和涉及運(yùn)行的漏電電流區(qū)分開(kāi)，其例如具有4kHz的部分。聯(lián)系 本發(fā)明，接地意味著在由變頻器和利用其運(yùn)行的電子設(shè)備構(gòu)成的裝置和周圍環(huán)境這兩方面 之間的電耦合(電流），電流可以從裝置中經(jīng)過(guò)電耦合與變頻器中的切換過(guò)程無(wú)關(guān)地流出到 周圍環(huán)境中，其電流大小可以對(duì)人員產(chǎn)生傷害或者引起火災(zāi)。
[0012] 為了可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接地的這種測(cè)量，在根據(jù)本發(fā)明的變頻器一個(gè)實(shí)施方式中提出， 其整流器具有變流器，變流器在整流器的電網(wǎng)交流電壓輸入端和整流器的半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān) 之間與用于電網(wǎng)交流電壓的線路裝置耦合。換而言之，在電網(wǎng)方面在整流器的功率開(kāi)關(guān)之 前進(jìn)行共模電流測(cè)量。由此在變頻器的直流電壓中間電路中形成用于接地的故障保護(hù)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的變頻器的另一個(gè)實(shí)施方式提出，其逆變器具有已知類型的測(cè)量裝 置，并且在此借助于測(cè)量裝置的變流器將共模電流耦合入用于(輸出端側(cè)的）交流電壓的交 流電壓-線路裝置。換而言之，在此在逆變器的功率開(kāi)關(guān)的交流電壓側(cè)設(shè)置共模電流測(cè)量。 由此可以保護(hù)電動(dòng)機(jī)線路上的或經(jīng)過(guò)逆變器運(yùn)行的電機(jī)中的接地。此外可以識(shí)別機(jī)器內(nèi)部 的故障電流。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施方式在此提出，在電流大小的求出的變化曲線中 將至少一個(gè)時(shí)間段預(yù)定為待檢測(cè)的信號(hào)部分。在此體現(xiàn)出的優(yōu)點(diǎn)是，例如可以由用于逆變 器的控制信號(hào)隨時(shí)求出取決于運(yùn)行的漏電電流的變化曲線。分別對(duì)于在交流電壓-線路裝 置中（通過(guò)逆變器的切換過(guò)程引起的）電壓改變的持續(xù)時(shí)間而言，測(cè)量的共模電流被作為涉 及運(yùn)行可理解地接受并且進(jìn)而防止錯(cuò)誤觸發(fā)。如果電壓改變包括時(shí)間儲(chǔ)備結(jié)束并且總是仍 測(cè)量共模電流，那么相反地認(rèn)為是故障并觸發(fā)保護(hù)保護(hù)裝置。換而言之，在功率開(kāi)關(guān)的接通 狀態(tài)包括時(shí)間儲(chǔ)備期間，信號(hào)改變減弱，這是因?yàn)樵诖诵枰却╇婋娏?。?duì)此情況，即借 助于變頻器的整流器運(yùn)行主動(dòng)的電網(wǎng)整流，如果整流器也就是說(shuō)例如作為升壓轉(zhuǎn)換器運(yùn)行 的話，在整流器中也可以通過(guò)將至少一個(gè)時(shí)間段預(yù)定為待分析的信號(hào)部分來(lái)實(shí)現(xiàn)故障電流 識(shí)別。
[0015] 變化曲線分成期間對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)的時(shí)間段和期間等待漏電電流的時(shí)間段，依照 根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施方式由此得出，監(jiān)測(cè)用于變頻器的半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)信 號(hào)，并且取決于被監(jiān)測(cè)的開(kāi)關(guān)信號(hào)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電流大小的求出的變化曲線的時(shí)間段進(jìn)行檢 查。由此得出的優(yōu)點(diǎn)是，無(wú)須分開(kāi)測(cè)量來(lái)確定適合的時(shí)間段，這是因?yàn)樵陂_(kāi)關(guān)信號(hào)中已經(jīng)包 含有所有的信息。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的變頻器的一個(gè)相應(yīng)的實(shí)施方式提出一種評(píng)估裝置，其一方面與用于 測(cè)量電流大小-變化曲線的測(cè)量裝置耦合、并且與用于控制逆變器或整流器的半導(dǎo)體功率 開(kāi)關(guān)耦合。然后在該評(píng)估裝置中，全部信息可以提供用于對(duì)電流大小-變化曲線進(jìn)行準(zhǔn)確的 分析。
[0017] 依照根據(jù)本發(fā)明的變頻器的另一個(gè)實(shí)施方式得出識(shí)別半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)的接通時(shí) 間點(diǎn)的另一個(gè)可能性，其方法在于，逆變器具有電壓測(cè)量裝置，用于測(cè)量由逆變器中產(chǎn)生的 交流電壓的變化曲線，該電壓測(cè)量裝置和用于交流電壓的線路裝置電容式耦合。該實(shí)施方 式具有的優(yōu)點(diǎn)是，無(wú)需和用于半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)的控制裝置連接。
[0018] 關(guān)于在識(shí)別出故障電流時(shí)中斷電流，根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施方式提出，電流被 引導(dǎo)經(jīng)過(guò)的那個(gè)逆變器的脈沖被抑制。脈沖的概念在此涉及用于逆變器的半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān) 的開(kāi)關(guān)信號(hào)。本方法的該實(shí)施方式具有的優(yōu)點(diǎn)在于，不必設(shè)置附加的開(kāi)關(guān)用于阻斷故障電 流。僅僅只要抑制那個(gè)故障電流流過(guò)的逆變器的脈沖，就還可以保持使用整流器和中間電 路用于運(yùn)行另外的逆變器。
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