变频器和用于识别和阻断变频器中故障电流的方法技术

本发明专利技术涉及一种变频器，其应经过故障电流保护开关运行用于人员保护和/或阻燃，出现的问题是，无法在实际的故障电流和涉及运行产生的漏电电流之间进行区分。本发明专利技术的目的在于，可以在变频器中应用故障电流保护开关。在根据本发明专利技术的方法中，为了识别并且在一定条件下阻断变频器(10)中的故障电流而求出流过变频器(10)的电流的电流大小的变化曲线。取决于变化曲线在变频器(10)的什么地方被求出，为求出的变化曲线预定信号部分，由其已知，信号部分在变频器(10)无故障运行时取决于变频器(10)内部的切换过程。为了识别故障电流的存在而检测求出的变化曲线是否满足取决于信号部分的预定标准。如果是这种情况，则中断流过变频器(10)的电流。

【技术实现步骤摘要】
本申请是基于2012年9月7日所提交的申请号为201210331578.6、专利技术名称为“变频器和用于识别和阻断变频器中故障电流的方法”的专利技术的分案申请。
本专利技术涉及一种用于识别并且在一定条件下阻断变频器中的故障电流的方法。用于由具有确定交流频率的电网交流电压中产生具有可预定的交流频率的交流电压的变频器也属于本专利技术。变频器包括整流器、中间电路和、逆变器。借助于整流器可以在此由电网交流电压中产生中间电路-直流电压并且由此再次借助于逆变器产生具有可预定的交流频率的交流电压。
技术介绍
利用已知类型的变频器例如可以借助于供电网来使电机运行。此外，借助于变频器可以在机器的定子绕组中产生三项电流，并且在此设定各个发动机线路的交流电压的频率。此外通过逆变器借助于半导体功率开关，由中间电路在每个相导线中的直流电压例如以脉宽调制为基础预定交流电压的频率和振幅。基于所应用的脉宽调制可以出现涉及运行的漏电电流，即电流并不在电网内部、而是经过地电位-或接地电位形成回路。漏电电流此外可以流经一方面在由变频器和电机组成的装置和另一方面在其周围环境中的对象之间的电容式耦合。如果应经过故障电流保护开关可以运行该装置用于人员保护和/或阻燃，那么会出现的问题是，这种保护开关无法在实际的(例如通过损坏的电缆引起的)故障电流和涉及运行产生的漏电电流之间进行区分。
技术实现思路
现在本专利技术的目的在于，可以在变频器中应用故障电流保护开关。该目的通过根据权利要求1所述的方法以及通过根据权利要求8所述的变频器来实现。本专利技术有利的改进方案通过从属权利要求得出。在根据本专利技术的方法中，为了识别并且在一定条件下阻断变频器中的故障电流而求出流过变频器的电流的电流大小的变化曲线。取决于变化曲线在变频器的什么地方被求出，为求出的变化曲线预定信号部分，由其已知，信号部分在变频器无故障运行时取决于变频器内部的切换过程。信号部分例如可以是确定的频带、但也或者是变化曲线内部的确定的时间段。为了识别故障电流的存在而检测求出的变化曲线是否满足取决于该信号部分的预定标准。如果是这种情况，那么中断流过变频器的电流。哪个标准被预定，就取决于该标准，在变频器中的哪个位置求出变化曲线，并且监测哪个信号部分。根据本专利技术的方法的优点在于，可以非常可靠地在以运行为条件的漏电电流和不期望的故障电流之间进行区分。取代如现有技术中通常将故障电流保护开关在电网方面前接于变频器的整流器，至少将求出电流大小的变化曲线转移到整流器内部被关注位置上，在该位置上可以一方面在漏电电流和另一方面在故障电流之间进行安全地区分。同样属于本专利技术的变频器具有为此相应的结构。其至少包括已经提到的三个组件，即整流器、中间电路和逆变器。此外，这些组件中的至少一个具有测量装置，用于测量共模电流(英文:Commonmodecurrent)的电流大小。通过测量装置可以求出在变频器的至少两个电导线之间的差动电流的电流大小的变化曲线。由此得到的优点是，在高电压时也可以精确地测量相对较小的电流大小。差动电流测量在此是指共模电流测量(Common-Mode-电流测量)。因此也可以在电压的最大幅值直至几百伏时测量部分低于15mA的大漏电电流。优选地，根据本专利技术的变频器也同样自身具有评估单元，借助于该评估单元可以实施根据本专利技术的方法的实施方式。给出一种简单并可靠的测量装置，用于获取电流大小-变化曲线，如果在对于测量装置预设软磁环形磁芯的话。利用该环形磁芯也可以以简单的方式将测量装置和剩余的变频器电流隔离。借助于环形磁芯因此在三相系统中将三个引导电压的导线(在两相的系统中相应地将两个引导电压的导线)引导通过共同的环形磁芯。在环形磁芯上设置有附加的绕组，然后在其上可以测量和导线的差动电流的电流大小成比例的电压。可替代地，为了以已知的方式测量也可以应用补偿转换器。在根据本专利技术的方法的一个实施方式中提出，将至少一个光谱带预定为信号部分。换而言之，因此在变化曲线的频谱中检查确定的频率是否满足相应预定的标准。因此例如可能的是，在网络导向的整流器中识别中间电路中的接地，即在整流器中获取的共模电流具有在130-Hz和200Hz之间的信号部分，特别是150Hz的信号部分或180Hz的信号部分。中间电路中的接地故障由于显著的150Hz部分(在50Hz-交流电网中，180Hz在60Hz电网中)可以通过频域分析非常明确地和涉及运行的漏电电流区分开，其例如具有4kHz的部分。联系本专利技术，接地意味着在由变频器和利用其运行的电子设备构成的装置和周围环境这两方面之间的电耦合(电流)，电流可以从装置中经过电耦合与变频器中的切换过程无关地流出到周围环境中，其电流大小可以对人员产生伤害或者引起火灾。为了可以实现对接地的这种测量，在根据本专利技术的变频器一个实施方式中提出，其整流器具有变流器，变流器在整流器的电网交流电压输入端和整流器的半导体功率开关之间与用于电网交流电压的线路装置耦合。换而言之，在电网方面在整流器的功率开关之前进行共模电流测量。由此在变频器的直流电压中间电路中形成用于接地的故障保护。根据本专利技术的变频器的另一个实施方式提出，其逆变器具有已知类型的测量装置，并且在此借助于测量装置的变流器将共模电流耦合入用于(输出端侧的)交流电压的交流电压-线路装置。换而言之，在此在逆变器的功率开关的交流电压侧设置共模电流测量。由此可以保护电动机线路上的或经过逆变器运行的电机中的接地。此外可以识别机器内部的故障电流。根据本专利技术的方法的另一个实施方式在此提出，在电流大小的求出的变化曲线中将至少一个时间段预定为待检测的信号部分。在此体现出的优点是，例如可以由用于逆变器的控制信号随时求出取决于运行的漏电电流的变化曲线。分别对于在交流电压-线路装置中(通过逆变器的切换过程引起的)电压改变的持续时间而言，测量的共模电流被作为涉及运行可理解地接受并且进而防止错误触发。如果电压改变包括时间储备结束并且总是仍测量共模电流，那么相反地认为是故障并触发保护保护装置。换而言之，在功率开关的接通状态包括时间储备期间，信号改变减弱，这是因为在此需要等待漏电电流。对此情况，即借助于变频器的整流器运行主动的电网整流，如果整流器也就是说例如作为升压转换器运行的话，在整流器中也可以通过将至少一个时间段预定为待分析的信号部分来实现故障电流识别。变化曲线分成期间对标准进行检验的时间段和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变频器(10)，用于从具有预定交流频率的电网交流电压(Ur，Us，Ut)中产生具有可预定的交流频率的交流电压，包括：作为第一组件的整流器(16)，作为第二组件的中间电路(18)和作为第三组件的逆变器(22)，其中借助于所述整流器(16)从所述电网交流电压中能产生中间电路直流电压(Uzk)，并且借助于所述逆变器(22)从所述中间电路直流电压(Uzk)中能产生具有所述可预定的交流频率的交流电压，其特征在于，至少一个所述组件(16，18，22)具有用于测量共模电流的电流大小的测量装置(50，60)。

【技术特征摘要】
2011.09.07 EP 11180307.81.一种变频器(10)，用于从具有预定交流频率的电网交流电压(Ur，
Us，Ut)中产生具有可预定的交流频率的交流电压，包括：作为第
一组件的整流器(16)，作为第二组件的中间电路(18)和作为第三
组件的逆变器(22)，其中借助于所述整流器(16)从所述电网交流
电压中能产生中间电路直流电压(Uzk)，并且借助于所述逆变器(22)
从所述中间电路直流电压(Uzk)中能产生具有所述可预定的交流频
率的交流电压，其特征在于，至少一个所述组件(16，18，22)具
有用于测量共模电流的电流大小的测量装置(50，60)。
2.根据权利要求1所述的变频器(10)，其特征在于，所述测量装置(50，
60)包括软磁的环形磁芯(50，60)。
3.根据权利要求1或2所述的变频器(10)，其特征在于，所述整流器
(16)具有已知类型的测量装置(50)，并且在此所述测量装置的变
流器(50)在电网交流电压输入端(52)和所述整流器(16)的半
导体功率开关(S16)之间与用于所述电网交流电压(Ur，Us，Ut)
的线路装置(36)耦合。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的变频器(10)，其特征在于，所
述逆变器(22)具有已知类型的测量装置(60)，并且在此借助于变
流器(60)的测量装置(60)将共模电流与用于所述交流电压的线

【专利技术属性】
技术研发人员：赖因霍尔德·迪尔利格，贝恩德·赫尔曼，胡贝特·席尔林，本诺·魏斯，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE