供电单元及确定供电单元上罗氏电流测量直流分量的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于电动机控制器的供电单元，该供电单元具有三相电源输入、连接到三相电源输入的三相整流器；与三相整流器相连的直流电压中间电路、计算单元和罗氏测量装置，该测量装置被设置用于测量相电流并输出到计算单元。根据本发明专利技术，供电单元具有网络角度测量装置，其中在计算单元中存储可以假设相电流为零的时刻点，并且其中计算单元被设置用于将由罗氏测量装置在预定的时刻点测得的相电流值存储为偏移值，通过减去偏移值校正由罗氏测量装置不在预定时刻点测得的相电流值并输出校正过的相电流值或由其导出的值。此外，本发明专利技术还涉及一种相应的方法用于确定用于电动机控制器的供电单元上的罗氏电流测量的直流分量。

Power supply unit and the method of determining the DC component of Roche current measurement on power supply unit

【技术实现步骤摘要】
供电单元及确定供电单元上罗氏电流测量直流分量的方法
本专利技术涉及一种用于电动机控制器的供电单元，该供电单元可以连接到三相供电网络上并且用于为电动机控制器提供直流电压供给。
技术介绍
这种用于电动机控制器的供电单元具有三相电源输入，该电源输入可以连接到三相供电网络。典型的供电网络在各相之间具有基本上为120°的相移以及在欧洲具有大约50Hz的频率。电源输入的三相与三相整流器的交流侧相连，该三相整流器通过锁定元件的开关将各相同相地在其直流侧开启。在直流侧上连接了直流电压中间电路，在该直流电压中间电路上可连接电动机控制器以便提供其直流电压供给。例如，该直流电压中间电路可以具有更大的电容，以便平滑由三相整流器整流的电源电压。供电单元和电动机控制器也可以布置在共同的壳体中。供电单元和电动机控制器的这种组合通常称为变频器或伺服变频器。在这种供电单元中有利的是，可以在供电输入处测量各相的相电流。例如，为了确定轴组的总驱动功率，这是有必要的，该轴组可以通过一个电动机控制器或多个电动机控制器连接在供电单元上。此外，各个相的有效值对于保护各个部件不会过载也很重要。这对于晶闸管的保护特别有意义，该晶闸管可以安装在三相整流器中。此外，还可以通过测量相电流来确定各相上的功率分配。尤其需要测量泄漏电流或故障电流，比如在发生故障的情况下，例如由于部件中的一个接地的缘故可能会出现所述的泄漏电流或故障电流。故障电流可从各个相电流来确定，因为它们在无故障的运行中总和为零，并且只有当存在故障电流时，总和才不是零。出于安全原因，期望检测出这种故障，以便能够采取相应的措施，例如紧急关断。因此，为了对相电流进行电流测量，供电单元具有罗氏(Rogowski)测量装置，该测量装置设置在供电输入的三相中的一相上，以便测量该相的相电流。特别地，罗氏测量装置包括罗氏线圈，该罗氏(Rogowski)线圈例如可以实施为环形的空心线圈。例如，罗氏线圈继而可以围绕待测量的电流导体同心地布置。通过电流导体的交流电流产生可变的磁场，该可变磁场又在包围它的罗氏线圈中感应出电压。如果罗氏线圈中的电压采用高阻抗进行测量，则使得罗氏线圈中的电流几乎为零，然后测得的电压与电流导体中的电流的时间导数成比例。为了从电流的时间导数中自己获得电流，必须形成时间积分。这通常通过例如被构造成模拟电路的积分电路来实现。然而，通过测量时间导数和随后的积分，相电流的直流分量会丢失。因此，使用至少由罗氏线圈和具有积分电路的相关评估单元组成的罗氏测量装置可以仅直接测量电流的交流分量。然而，除了交流分量之外，相电流还可以具有直流分量。特别在发生故障时，诸如发生接地故障时，相电流甚至可以主要包含直流分量，而交流分量可以非常小。为了检测故障电流，通常将三相的相电流相加。在无故障的运行中，三相的电流总和为零。如果发生接地故障，则相电流之和不为零。然而，在没有大的直流分量的情况下，仅剩下小的交流分量用于评估。因此，不利的是，仅获得用于检测接地故障的非常小的测量灵敏度。如果在存在接地故障的情况下需要断开供电单元，则有必要使用相应高的阈值来关闭，以便避免意外关闭。然而，由此一来，要接受不能识别出导致相对低的故障电流的高阻抗接地故障。因此，本专利技术的目的在于，提供一种供电单元，利用该供电单元有可能确定包括直流分量的相电流。
技术实现思路
本专利技术通过用于电动机控制器的供电单元得以实现，该供电单元具有可以连接到三相供电网络的三相电源输入，以及用于连接到电动机控制器上用于直流电压供给电动机控制器的直流电压中间电路。供电单元具有三相整流器，其交流侧与三相电源输入相连，并且其直流侧与直流电压中间电路相连。电流测量通过罗氏测量装置进行，该测量装置布置在电源输入的三相中的至少一相上，并且被设置用于测量该相的相电流。罗氏测量装置由于结构的原因具有高通特性，其具有小于1Hz的典型的极限频率。虽然在测量技术中实现了仅几毫赫兹的下极限频率，但这样做的花费是非常高的。通常，0.5Hz已够用，同时可以成本低廉地得以实现。根据应用，还可以设计明显更高的极限频率。因此，测量的相电流值仅正确地反映电流的交流分量。然而，罗氏测量装置的最大优点在于，可以测量电流导体中的电流，而测量装置不必直接是电流导体的电路的组成部分。因此，也可以用很少的花费且非常低成本地测量大电流。罗氏测量装置与计算单元相连，测量的相电流值输出到该计算单元。为此，罗氏测量装置可以将例如模拟信号发送到计算单元，该计算单元作为相电流值的输入端可以具有AD转换器。为此，模拟信号可以由计算单元高频采样，以便作为数字值在计算单元中进行处理。在简单考虑具有连接在下游的直流电压中间电路的三相整流器的基本电路的情况下，在任何时刻，仅在具有最大正电位和最大负电位的相之间的电流流动。因此，具有位于其间的电位的相中的电流为零。然而，由于网络的电感和供电单元的各种参数，会产生移位和变宽，这导致相电流实际上为零的区域通常较短并且处于略微不同的时间。然而，对于实际相关的所有情况而言，可以为每个相指定一个时间段，在该时间段相电流为零。该时间段例如可以直接针对相应的供电单元来进行测量，或者可以根据典型的供电单元的经验值来确定。作为替代方式，可以通过相应的供电单元的数值模拟来确定相电流何时肯定为零。然后，在计算单元中存储这样预定时刻点和/或预定时间段，在该时刻可以假设测得的相位的相电流为零。因此，该时刻点或时间段被称为零点时间。预定时刻点和/或预定时间段与网络角度相关，该网络角度指示振荡周期内的时间。其中，振荡周期通常可以分成0°至360°的网络角度。例如，可以直接存储一个或多个网络角度，例如“5°”或“1°至30°”作为时刻点或时间段。作为替代方式，可以存储某一网络角度之后的时刻点或特定的时间段，例如“在第一相的串电压的正过零之后的0.1ms”。外导体和系统中性点之间的电压被称为串电压。因此，用于电动机控制器的供电单元具有网络角度测量装置，该测量装置被设置用于确定电源输入的三相中的至少一个相上的网络角度并将其输出至计算单元。如果电源输入与典型的电源网络连接，则在各相上施加正弦电源电压，该电源电压通常具有50Hz的频率。在一些国家，例如美国，电网馈电也可以具有60Hz的频率。根据本专利技术的供电单元可以毫无问题地用于这两种情况。例如，供电网络的网络角度与第一相的串电压的正过零有关。然而，原则上，任何参考点都是可能的，因为三个相位彼此具有基本固定的相位关系并且以相同的频率重复。有利地，网络角度测量装置基于所有三个电源电压的电压测量来确定网络角度。例如在功率测量装置中，在这里常见的是PLL(锁相环路)。也有可能仅基于一个相位或两个相位来确定网络角度，例如在相位故障的情况下。PLL可以耦合到三相电源输入的三相中的至少一个相上，有利地耦合到所有相上。由于整流器使电源电压失真(转换缺口)，从而造成谐波畸变，因此可以通过PLL特别可靠地确定网络角度。PLL锁定电压基波振荡的相位，并且非常缓慢使得它对电源干扰或转换缺口不敏感。PLL可以构造在硬件中，但优选构造在软件中的PLL。在这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于至少一个电动机控制器的供电单元，包括：/n-用于连接到三相供电网络的三相电源输入(2)；/n-带有连接到三相电源输入(2)的交流电压侧(5)的三相整流器(4)；/n-用于连接到至少一个电动机控制器上的直流电压中间电路(3)，该直流电压中间电路(3)连接三相整流器(4)的直流电压侧(6)；/n-计算单元(7)；/n-罗氏测量装置(8、9)，设置在电源输入(2)的三个相位中的至少一个相位上，并且被设置用于测量所述相位的相电流(16、17、18)，并将相电流值(19、20、21)输出到计算单元(7)，其特征在于，/n-网络角度测量装置(10)，被设置用于确定电源输入(2)的三个相位中的至少一个相位上的网络角度(15)并输出到计算单元(7)；/n-其中在计算单元(7)中存储相对于网络角度(15)的预定时刻点和/或预定时间段(22、23、24)，在所述预定时刻点和/或预定时间段(22、23、24)可以假设相位的相电流(16、17、18)为零；/n-并且其中所述计算单元被设置用于存储在预定时刻点和/或在预定时间段(22、23、24)期间由罗氏测量装置(8、9)测得的相电流值(19、20、21)或来源于多个测得的相电流值(19、20、21)的平均值作为偏移值；/n-通过减去所述偏移值，来校正由罗氏测量装置(8、9)不在预定时刻点和/或预定时间段测得的相电流值(19、20、21)；/n-输出校正过的相电流值(25)或由其导出的值。/n...

【技术特征摘要】
20180702 DE 102018115977.31.一种用于至少一个电动机控制器的供电单元，包括：
-用于连接到三相供电网络的三相电源输入(2)；
-带有连接到三相电源输入(2)的交流电压侧(5)的三相整流器(4)；
-用于连接到至少一个电动机控制器上的直流电压中间电路(3)，该直流电压中间电路(3)连接三相整流器(4)的直流电压侧(6)；
-计算单元(7)；
-罗氏测量装置(8、9)，设置在电源输入(2)的三个相位中的至少一个相位上，并且被设置用于测量所述相位的相电流(16、17、18)，并将相电流值(19、20、21)输出到计算单元(7)，其特征在于，
-网络角度测量装置(10)，被设置用于确定电源输入(2)的三个相位中的至少一个相位上的网络角度(15)并输出到计算单元(7)；
-其中在计算单元(7)中存储相对于网络角度(15)的预定时刻点和/或预定时间段(22、23、24)，在所述预定时刻点和/或预定时间段(22、23、24)可以假设相位的相电流(16、17、18)为零；
-并且其中所述计算单元被设置用于存储在预定时刻点和/或在预定时间段(22、23、24)期间由罗氏测量装置(8、9)测得的相电流值(19、20、21)或来源于多个测得的相电流值(19、20、21)的平均值作为偏移值；
-通过减去所述偏移值，来校正由罗氏测量装置(8、9)不在预定时刻点和/或预定时间段测得的相电流值(19、20、21)；
-输出校正过的相电流值(25)或由其导出的值。


2.根据权利要求1所述的供电单元，其特征在于，三相电源输入(2)的每个相位均设置罗氏测量装置(8、9)，其中所述计算单元(7)被设置用于通过减去偏移值为每个相位计算校正过的相电流值(25)。


3.根据权利要求2所述的供电单元，其特征在于，
-在计算单元(7)中为每个相位存储相对于网络角度(15)的预定时刻点和/或预定时间段(22、23、24)，在所述预定时刻点和/或时间段(22、23、24)可以假设相应的相位的相电流(16、17、18)为零；以及
-所述计算单元(7)被设置用于为每个相位在相应的相位的预定时刻点和/或在预定时间段期间(22、23、24)存储由罗氏测量装置(8、9)测得的相电流值(19、20、21)或存储相应的相位的多个测得的相电流值(19、20、21)的平均值作为所述相位的偏移值；以及
-通过减去相位的偏移值来为每个相位校正在预定时间段(22、23、24)之外由相应的相位的罗氏测量装置(8、9)测量的相电流值(19、20、21)。


4.根据权利要求2或3所述的供电单元，其特征在于，所述计算单元(7)被设置用于将三个相位的校正过的相电流值(25)相加得到和值(27)并将所述和值(27)与阈值进行比较以便进行故障电流检测，当超过阈值时，输出信号，特别是用于关断晶闸管整流器(4)的信号。


5.根据前述权利要求中任一项所述的供电单元，其特征在于，计算单元(7)被设置用于将低通滤波应用到校正过的相电流值上或由其导出的值上，特别是和值(27)上。


6.根据前述权利要求中任一项所述的供电单元，其特征在于，三相整流器(4)被设计为晶闸管整流器。


7.根据权利要求6所述的供电单元，其特征在于，所述晶闸管整流器由计算单元(7)控制，并且所述计算单元(7)被设置用于当供电单元(1)启动时通过相位控制对直流电压中间电路(3)进行预充电。


8.根据前述权利要求中任一项所述的供电单元，其特征在于，预定时刻点和/或预定时间段(22、23、24)相对于各相的串电压(12、13、14)的正过零介于1°和30°之间和/或介于181°和210°之间，优选介于7°和25°之间和/或介于187°和205°之间。


9.根据前述权利要求中任一项所述的供电单元，其特征在于，计算单元(7)被设置用于在预定时刻点和/或在预定时间段(22、23、24)期间输出零值作为校正过的相电流值(25)。


10.根据前述权利要求中任一项所述的供电单元，其特征在于，罗氏测量装置(8、9)具有罗氏线圈(8)，所述罗氏线圈(8)包括印刷电路板上的导体轨道。


11.一种用于至少一个电动机控制器的供电单元，包括：
-用于连接到三相供电网络的三相电源输入(2)；
-带有连接到三相电源输入(2)的交流电压侧(5)的三相整流器(4)；
-用于连接到至少一个电动机控制器的、与三相整流器(4)的直流电压侧(6)相连的直流电压中间电路(3)；
-计算单元(7)；
-罗氏测量装置(8、9)，设置在电源输入(2)的三个相位中的至少一个相位上，并且被设置用于测量所述相位的相电流(16、17、18)，并将相电流值(19、20、21)输出到计算单元(7)，其特征在于，
-所述计算单元(7)被设置用于分析相电流的分布，以便确定时刻点和/或时间段(22、23、24)，在所述和/或时间段(22、23、24)可以假...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·维斯基，
申请(专利权)人：LTI运动有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE