運行故障電流保護開關的方法和用于變頻器的這種開關技術

本發明專利技術提出一種用于運行故障電流保護開關的方法。通過常規故障電流保護開關運行由變頻器（10）和電機（14，14’）組成的裝置時，運行條件決定的漏電電流（I1至I4）會導致不希望的故障電流保護開關的誤觸發。本發明專利技術的目的在于，實現變頻器的故障電流保護開關的應用。在故障電流保護開關（38）的運行方法中，由其接收有關變頻器內切換過程的信息。檢測關于在電源線裝置（50）中的共模電流的信號，變頻器通過該電源線裝置接收電網電流（In1至In3）。根據切換信息確定在完全由切換過程引起共模電流的情況下預期會出現的共模電流的信號。然后根據檢測的共模電流-和待預期的信號識別故障電流（I5）。故障電流保護開關具有設計用于實施該方法的評估單元（48）。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種變頻器的故障電流保護開關。故障電流保護開關包括用于將電網電流從供電電網引向變頻器的電源線、根據觸發信號切斷電源線中的電網電流的開關裝置、為了在電源線中檢測關于共模電流的測量信號的測量裝置，以及評估單元，通過評估單元將測量裝置與開關裝置連接而且評估單元根據測量信號識別故障電流并在一定條件下生成觸發信號。用于運行用于變頻器的故障電流保護開關的方法也屬于本專利技術的內容。
技術介紹
借助變頻器例如可以運行供電電網中的電機。對此，經由變頻器在機器的繞組中產生交流電壓，其頻率和有效值由變頻器預先給定。在此，變頻器首先借助整流器利用電網電流給中間電路中的平滑電容器充電，變頻器通過故障電流保護開關的電源線接收該電網電流。如此，在中間電路中提供了直流電壓。然后變頻器的逆變器由直流電壓生成電機繞組中的單個的交流電壓。在此，例如可以在對用于半導體-功率開關的開關信號進行脈寬調制的基礎上調節交流電壓的頻率和平均幅值，借助脈寬調制在逆變器中生成交流電壓。但是由于脈寬調制可能得到根據運行的漏電電流，即電流不完全通過故障電流保護開關的電源線流入及流出。對此替代地，通過地電位或接地電位將電流回路閉合。在此，漏電電流可能通過一方面是變頻器或電機和另一方面是其周圍的物體之間的電容性連接實現。在電源線中漏電電流是共模電流(英語Common mode current)。由此,它在涉及電流的流動方向上相應于故障電流，其同樣作為共模電流通過地電位或接地電位流出，例如在發動機內的繞組的絕緣性被損壞并因此有電流從變頻器通過發動機的殼體流出時。所以在通過常規的故障電流保護開關運行用于人員保護和/或阻燃的由變頻器和電機組成的裝置時可能會產生問題，即這樣的保護開關不能在實際的(例如由損壞的電纜引起的)故障電流和涉及運行的漏電電流之間進行區分。因此導致對故障電流保護開關的不希望的誤觸發。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，實現一種用于變頻器的故障電流保護開關的應用。該目的通過一種根據權利要求1的方法以及通過一種根據權利要求13的故障電流保護開關實現。本專利技術有利的改進方案由從屬權利要求給出。對于根據本專利技術的用于運行故障電流保護開關的方法而言，考慮何時準確地將功率開關接入變頻器中。其基于的認知是，漏電電流的電流大小在此類切換過程期間會特別大。其原因是，伴隨功率開關的切換而來的瞬時的電壓變化曲線具有這樣的高頻信號部分，即相應地產生連接電容的低阻抗。因此，根據本方法會由故障電流保護開關接收關于變頻器中的切換過程的切換信息。此外檢測關于在電源線裝置中的共模電流的信號，變頻器通過該電源線裝置接收電網電流。當因為切換過程(例如并非通過附加的故障電流)可能產生信號時，借助切換信息得出關于共模電流的哪些信號需要被預期。然后根據檢測到的(實際的)共模電流的信號以及待預期的信號可以識別故障電流并在一定條件下切斷電網電流。根據本專利技術的方法具有的優點是，借助于切換信息能可靠地在涉及運行的漏電電流和意外的故障電流之間進行區分。因此更少地發生故障電流保護開關的誤觸發。另外的優點是，只需要在故障電流保護開關和變頻器組成的裝置中的一個位置上、即在電網側的電源線裝置內檢測共模電流的信號。這以有利的方式降低了用于通過根據本專利技術的方法運行的故障電流保護開關的線路消耗。在本方法的一個實施方式中，檢測到的共模電流的信號、相應地還有作為待預期的信號得出的信號分別是共模電流的電流大小的時間變化曲線。在此產生的優點是可以直接處理例如由總電流互感器生成的時間信號。不需要額外的計算步驟，比如頻率變換。本方法的另一個實施方式提出，得出這種時間信號的幅度譜作為信號。其具有的優點是，能將切換信息特別緊湊地從切換信息的源頭傳遞給故障電流保護開關。第三實施方式提出由時間的變化曲線和幅度譜的組合。為了根據檢測到的信號及待預期的信號識別故障電流，在一個實施方式中設計根據一個標準來檢查檢測到的信號，該標準在待預期的信號的基礎上形成。這樣例如可以提出，在待預期的信號的基礎上得出期間執行故障電流的識別的時間段，以及期間中斷識別的這類時間段，例如因為變頻器內的切換過程剛好產生具有臨界電流大小的漏電電流時。與此相關的一個根據本專利技術的方法的實施方式相應地提出，在變頻器的功率開關切換的切換時間點接收至少一個信息作為切換信息。那么在這個時間點可以中斷故障電流的識別并由此避免誤觸發。換而言之，可以減弱由于切換過程在關于共模電流的信號中產生的切換邊沿。另外一個實施方式提出，接收至少一個關于邊緣陡度和/或接地電容的信息作為切換信息。在該實施方式中的優點是，可以得出通過切換過程造成的待預期的漏電電流峰頂(漏電電流峰值)的電流大小，并因此在切換過程期間也可以在漏電電流和故障電流之間進行區分。通過關于邊緣陡度的信息在此確定，在哪段時間內變頻器的確定的功率開關處于完全阻斷的狀態和這樣一個狀態之間，即電流以預先給定的有效的額定電流大小流過功率開關。接地電容給出在了一方面是變頻器的、或連接在變頻器上的電機的組件與該組件周圍的地線電位之間的連接電容。根據本專利技術的方法的另一個實施方式提出，作為切換信息至少接收一個關于變頻器的一個信息，該信息涉及變頻器的逆變器的交流電壓線路是否經切換過程與變頻器的中間電路的正電位或負電位進行電氣連接。在此得出的優點是，能推斷出待預期的漏電電流的流動方向并因此可以預測待預期的信號的相應值的符號。如果作為切換信息至少接收一個關于額定電壓和通過變頻器的逆變器產生的脈沖頻率的信息，能以有利的方式減少作為切換信息被接收的數據量。換而言之，在這個實施方式中并非將關于每一個單獨的變頻器的功率開關的切換過程的信號傳輸給故障電流保護開關。由開關電壓和脈沖頻率能夠以簡單的方式預測，在計算出的信號中，待預期的切換過程的脈沖樣本，在通過由接收到的切換信息基于切換算法算出單個的切換時間點來實現，逆變器根據該切換算法來運行。當這足以用于計算脈沖模式時，將兩個運行參數中的僅僅一個傳輸給故障電流保護開關可能就足夠了。在按照本專利技術的方法的另一個實施方式中還進一步減少向保護開關的數據傳輸，這通過將用于共模電流的待預期的信號的頻譜作為切換信息接收來實現。在此利用的是，通過切換過程總共產生一個線譜。對于其傳輸足夠的是，只傳輸特定的基準點(如在脈沖頻率中的振幅和它們的整數倍數以及屬于這些頻率位置的邊帶)。在本方法的一個實施方式中以有利的方式將用于執行根據本專利技術的方法所需的計算功率由此減少，即作為切換信息接收至少一個信息，所述信息涉及變頻器的逆變器的以下運行參數中的至一個電機頻率、調制深度、脈沖頻率。在沒有附加的故障電流流動時，由這些參數(或者當例如其余的參數恒定并因此提前已知時，可能已經由其中的一部分參數)能夠低消耗地算出幅度譜，其例如被預期為共模電流信號。然后為了識別故障電流可以將這個待預期的幅度譜與共模電流的、測得的幅度譜進行比較。與故障電流的識別相關地，按照根據本專利技術的方法的另一個有利的實施方式，分別形成一方面形成用于檢測到的頻譜的譜包絡，并且另一方面形成用于待預期的頻譜的譜包絡。借助這些譜包絡可以特別清楚地將由運行條件決定的漏電電流與不期望的故障電流區分開。該實施方式基于的認知是，即在由運行條件決定的漏電電流的情況下，包絡具有脈沖梳形式，而本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于運行變頻器（10）的故障電流保護開關（38）的方法，包括步驟：?接收關于所述變頻器（10）中的切換過程的切換信息；?檢測關于在電源線裝置（50）中的共模電流（Is）的信號（56’，70），所述變頻器（10）通過所述電源線裝置接收電網電流（In1，In2，In3）；?借助所述切換信息確定關于所述共模電流（Is）的待預期的信號（56，60），例如基于所述切換過程會產生所述待預期的信號；?借助所述檢測到的信號（56’，70）和所述待預期的信號（56，60），識別故障電流（I5），并且在一定條件下切斷所述電網電流（In1，In2，In3）。

【技術特征摘要】
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【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：