變頻器和用于識別和阻斷變頻器中故障電流的方法技術

本發明專利技術涉及一種變頻器，其應經過故障電流保護開關運行用于人員保護和/或阻燃，出現的問題是，無法在實際的故障電流和涉及運行產生的漏電電流之間進行區分。本發明專利技術的目的在于，可以在變頻器中應用故障電流保護開關。在根據本發明專利技術的方法中，為了識別并且在一定條件下阻斷變頻器（10）中的故障電流而求出流過變頻器（10）的電流的電流大小的變化曲線。取決于變化曲線在變頻器（10）的什么地方被求出，為求出的變化曲線預定信號部分，由其已知，信號部分在變頻器（10）無故障運行時取決于變頻器（10）內部的切換過程。為了識別故障電流的存在而檢測求出的變化曲線是否滿足取決于信號部分的預定標準。如果是這種情況，則中斷流過變頻器（10）的電流。

【技術實現步驟摘要】
變頻器和用于識別和阻斷變頻器中故障電流的方法
本專利技術涉及一種用于識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交流電壓中產生具有可預定的交流頻率的交流電壓的變頻器也屬于本專利技術。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交流電壓中產生中間電路-直流電壓并且由此再次借助于逆變器產生具有可預定的交流頻率的交流電壓。
技術介紹
利用已知類型的變頻器例如可以借助于供電網來使電機運行。此外，借助于變頻器可以在機器的定子繞組中產生三項電流，并且在此設定各個發動機線路的交流電壓的頻率。此外通過逆變器借助于半導體功率開關，由中間電路在每個相導線中的直流電壓例如以脈寬調制為基礎預定交流電壓的頻率和振幅。基于所應用的脈寬調制可以出現涉及運行的漏電電流，即電流并不在電網內部、而是經過地電位-或接地電位形成回路。漏電電流此外可以流經一方面在由變頻器和電機組成的裝置和另一方面在其周圍環境中的對象之間的電容式耦合。如果應經過故障電流保護開關可以運行該裝置用于人員保護和/或阻燃，那么會出現的問題是，這種保護開關無法在實際的(例如通過損壞的電纜引起的)故障電流和涉及運行產生的漏電電流之間進行區分。
技術實現思路
現在本專利技術的目的在于，可以在變頻器中應用故障電流保護開關。該目的通過根據本專利技術的方法以及通過根據本專利技術的變頻器來實現。在根據本專利技術的方法中，為了識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定信號部分，由其已知，信號部分在變頻器無故障運行時不取決于變頻器內部的切換過程。信號部分例如可以是確定的頻帶、但也或者是變化曲線內部的確定的時間段。為了識別故障電流的存在而檢測求出的變化曲線是否滿足取決于該信號部分的預定標準。如果是這種情況，那么中斷流過變頻器的電流。哪個標準被預定，就取決于該標準，在變頻器中的哪個位置求出變化曲線，并且監測哪個信號部分。根據本專利技術的方法的優點在于，可以非常可靠地在以運行為條件的漏電電流和不期望的故障電流之間進行區分。取代如現有技術中通常將故障電流保護開關在電網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移到整流器內部被關注位置上，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行安全地區分。同樣屬于本專利技術的變頻器具有為此相應的結構。其至少包括已經提到的三個組件，即整流器、中間電路和逆變器。此外，這些組件中的至少一個具有測量裝置，用于測量共模電流(英文:Commonmodecurrent)的電流大小。通過測量裝置可以求出在變頻器的至少兩個電導線之間的差動電流的電流大小的變化曲線。由此得到的優點是，在高電壓時也可以精確地測量相對較小的電流大小。差動電流測量在此是指共模電流測量(Common-Mode-電流測量)。因此也可以在電壓的最大幅值直至幾百伏時測量部分低于15mA的大漏電電流。優選地，根據本專利技術的變頻器也同樣自身具有評估單元，借助于該評估單元可以實施根據本專利技術的方法的實施方式。給出一種簡單并可靠的測量裝置，用于獲取電流大小-變化曲線，如果在對于測量裝置預設軟磁環形磁芯的話。利用該環形磁芯也可以以簡單的方式將測量裝置和剩余的變頻器電流隔離。借助于環形磁芯因此在三相系統中將三個引導電壓的導線(在兩相的系統中相應地將兩個引導電壓的導線)引導通過共同的環形磁芯。在環形磁芯上設置有附加的繞組，然后在其上可以測量和導線的差動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量也可以應用補償轉換器。在根據本專利技術的方法的一個實施方式中提出，將至少一個光譜帶預定為信號部分。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預定的標準。因此例如可能的是，在網絡導向的整流器中識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之間的信號部分，特別是150Hz的信號部分或180Hz的信號部分。中間電路中的接地故障由于顯著的150Hz部分(在50Hz-交流電網中，180Hz在60Hz電網中)可以通過頻域分析非常明確地和涉及運行的漏電電流區分開，其例如具有4kHz的部分。聯系本專利技術，接地意味著在由變頻器和利用其運行的電子設備構成的裝置和周圍環境這兩方面之間的電耦合(電流)，電流可以從裝置中經過電耦合與變頻器中的切換過程無關地流出到周圍環境中，其電流大小可以對人員產生傷害或者引起火災。為了可以實現對接地的這種測量，在根據本專利技術的變頻器一個實施方式中提出，其整流器具有變流器，變流器在整流器的電網交流電壓輸入端和整流器的半導體功率開關之間與用于電網交流電壓的線路裝置耦合。換而言之，在電網方面在整流器的功率開關之前進行共模電流測量。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。根據本專利技術的變頻器的另一個實施方式提出，其逆變器具有已知類型的測量裝置，并且在此借助于測量裝置的變流器將共模電流耦合入用于(輸出端側的)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關的交流電壓側設置共模電流測量。由此可以保護電動機線路上的或經過逆變器運行的電機中的接地。此外可以識別機器內部的故障電流。根據本專利技術的方法的另一個實施方式在此提出，在電流大小的求出的變化曲線中將至少一個時間段預定為待檢測的信號部分。在此體現出的優點是，例如可以由用于逆變器的控制信號隨時求出取決于運行的漏電電流的變化曲線。分別對于在交流電壓-線路裝置中(通過逆變器的切換過程引起的)電壓改變的持續時間而言，測量的共模電流被作為涉及運行可理解地接受并且進而防止錯誤觸發。如果電壓改變包括時間儲備結束并且總是仍測量共模電流，那么相反地認為是故障并觸發保護保護裝置。換而言之，在功率開關的接通狀態包括時間儲備期間，信號改變減弱，這是因為在此需要等待漏電電流。對此情況，即借助于變頻器的整流器運行主動的電網整流，如果整流器也就是說例如作為升壓轉換器運行的話，在整流器中也可以通過將至少一個時間段預定為待分析的信號部分來實現故障電流識別。變化曲線分成期間對標準進行檢驗的時間段和期間等待漏電電流的時間段，依照根據本專利技術的方法的另一個實施方式由此得出，監測用于變頻器的半導體功率開關開關信號，并且取決于被監測的開關信號根據標準對電流大小的求出的變化曲線的時間段進行檢查。由此得出的優點是，無須分開測量來確定適合的時間段，這是因為在開關信號中已經包含有所有的信息。根據本專利技術的變頻器的一個相應的實施方式提出一種評估裝置，其一方面與用于測量電流大小-變化曲線的測量裝置耦合、并且與用于控制逆變器或整流器的半導體功率開關耦合。然后在該評估裝置中，全部信息可以提供用于對電流大小-變化曲線進行準確的分析。依照根據本專利技術的變頻器的另一個實施方式得出識別半導體功率開關的接通時間點的另一個可能性，其方法在于，逆變器具有電壓測量裝置，用于測量由逆變器中產生的交流電壓的變化曲線，該電壓測量裝置和用于交流電壓的線路裝置電容式耦合。該實施方式具有的優點是，無需和用于半導體功率開關的控制裝置連接。關于在識別出故障電流時中斷電流，根據本專利技術的方法的實施方式提出，電流被引導經過的那個逆變器的脈沖被抑制。脈沖的概本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于識別并且在一定條件下阻斷變頻器（10）中的故障電流的方法，具有的步驟是:?求出流過所述變頻器（10）的電流的電流大小的變化曲線（70，74，78）;?為所述求出的變化曲線（70，74，78）預定信號部分（76，80），所述信號部分在所述變頻器無故障運行時取決于所述變頻器內部的切換過程，?檢測所述求出的變化曲線（70，74，78）是否滿足取決于所述信號部分（76，80）的預定標準，并且在一定條件下中斷所述電流。

【技術特征摘要】
2011.09.07 EP 11180307.81.一種用于識別并且在一定條件下阻斷變頻器(10)中的故障電流的方法，具有的步驟是:-求出流過所述變頻器(10)的電流的電流大小的變化曲線(70，74，78)；-為求出的所述變化曲線(70，74，78)預定信號部分(76，80)，所述信號部分在所述變頻器無故障運行時不取決于所述變頻器內部的切換過程，-檢測求出的所述變化曲線(70，74，78)是否滿足取決于所述信號部分(76，80)的預定的標準，并且在一定條件下中斷所述電流，其中，監測用于所述變頻器(10)的半導體功率開關(S16，S22)的開關信號，并且取決于被監測的所述開關信號，根據所述標準檢查所述電流大小的求出的所述變化曲線的至少一個時間段。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，求出在所述變頻器(10)的至少兩個相導線(24...

【專利技術屬性】
技術研發人員：賴因霍爾德·迪爾利格，貝恩德·赫爾曼，胡貝特·席爾林，本諾·魏斯，
申請(專利權)人：西門子公司，
類型：發明
國別省市：