运行故障电流保护开关的方法和用于变频器的这种开关技术

本发明专利技术提出一种用于运行故障电流保护开关的方法。通过常规故障电流保护开关运行由变频器（10）和电机（14，14’）组成的装置时，运行条件决定的漏电电流（I1至I4）会导致不希望的故障电流保护开关的误触发。本发明专利技术的目的在于，实现变频器的故障电流保护开关的应用。在故障电流保护开关（38）的运行方法中，由其接收有关变频器内切换过程的信息。检测关于在电源线装置（50）中的共模电流的信号，变频器通过该电源线装置接收电网电流（In1至In3）。根据切换信息确定在完全由切换过程引起共模电流的情况下预期会出现的共模电流的信号。然后根据检测的共模电流-和待预期的信号识别故障电流（I5）。故障电流保护开关具有设计用于实施该方法的评估单元（48）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种变频器的故障电流保护开关。故障电流保护开关包括用于将电网电流从供电电网引向变频器的电源线、根据触发信号切断电源线中的电网电流的开关装置、为了在电源线中检测关于共模电流的测量信号的测量装置，以及评估单元，通过评估单元将测量装置与开关装置连接而且评估单元根据测量信号识别故障电流并在一定条件下生成触发信号。用于运行用于变频器的故障电流保护开关的方法也属于本专利技术的内容。
技术介绍
借助变频器例如可以运行供电电网中的电机。对此，经由变频器在机器的绕组中产生交流电压，其频率和有效值由变频器预先给定。在此，变频器首先借助整流器利用电网电流给中间电路中的平滑电容器充电，变频器通过故障电流保护开关的电源线接收该电网电流。如此，在中间电路中提供了直流电压。然后变频器的逆变器由直流电压生成电机绕组中的单个的交流电压。在此，例如可以在对用于半导体-功率开关的开关信号进行脉宽调制的基础上调节交流电压的频率和平均幅值，借助脉宽调制在逆变器中生成交流电压。但是由于脉宽调制可能得到根据运行的漏电电流，即电流不完全通过故障电流保护开关的电源线流入及流出。对此替代地，通过地电位或接地电位将电流回路闭合。在此，漏电电流可能通过一方面是变频器或电机和另一方面是其周围的物体之间的电容性连接实现。在电源线中漏电电流是共模电流(英语Common mode current)。由此,它在涉及电流的流动方向上相应于故障电流，其同样作为共模电流通过地电位或接地电位流出，例如在发动机内的绕组的绝缘性被损坏并因此有电流从变频器通过发动机的壳体流出时。所以在通过常规的故障电流保护开关运行用于人员保护和/或阻燃的由变频器和电机组成的装置时可能会产生问题，即这样的保护开关不能在实际的(例如由损坏的电缆引起的)故障电流和涉及运行的漏电电流之间进行区分。因此导致对故障电流保护开关的不希望的误触发。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，实现一种用于变频器的故障电流保护开关的应用。该目的通过一种根据权利要求1的方法以及通过一种根据权利要求13的故障电流保护开关实现。本专利技术有利的改进方案由从属权利要求给出。对于根据本专利技术的用于运行故障电流保护开关的方法而言，考虑何时准确地将功率开关接入变频器中。其基于的认知是，漏电电流的电流大小在此类切换过程期间会特别大。其原因是，伴随功率开关的切换而来的瞬时的电压变化曲线具有这样的高频信号部分，即相应地产生连接电容的低阻抗。因此，根据本方法会由故障电流保护开关接收关于变频器中的切换过程的切换信息。此外检测关于在电源线装置中的共模电流的信号，变频器通过该电源线装置接收电网电流。当因为切换过程(例如并非通过附加的故障电流)可能产生信号时，借助切换信息得出关于共模电流的哪些信号需要被预期。然后根据检测到的(实际的)共模电流的信号以及待预期的信号可以识别故障电流并在一定条件下切断电网电流。根据本专利技术的方法具有的优点是，借助于切换信息能可靠地在涉及运行的漏电电流和意外的故障电流之间进行区分。因此更少地发生故障电流保护开关的误触发。另外的优点是，只需要在故障电流保护开关和变频器组成的装置中的一个位置上、即在电网侧的电源线装置内检测共模电流的信号。这以有利的方式降低了用于通过根据本专利技术的方法运行的故障电流保护开关的线路消耗。在本方法的一个实施方式中，检测到的共模电流的信号、相应地还有作为待预期的信号得出的信号分别是共模电流的电流大小的时间变化曲线。在此产生的优点是可以直接处理例如由总电流互感器生成的时间信号。不需要额外的计算步骤，比如频率变换。本方法的另一个实施方式提出，得出这种时间信号的幅度谱作为信号。其具有的优点是，能将切换信息特别紧凑地从切换信息的源头传递给故障电流保护开关。第三实施方式提出由时间的变化曲线和幅度谱的组合。为了根据检测到的信号及待预期的信号识别故障电流，在一个实施方式中设计根据一个标准来检查检测到的信号，该标准在待预期的信号的基础上形成。这样例如可以提出，在待预期的信号的基础上得出期间执行故障电流的识别的时间段，以及期间中断识别的这类时间段，例如因为变频器内的切换过程刚好产生具有临界电流大小的漏电电流时。与此相关的一个根据本专利技术的方法的实施方式相应地提出，在变频器的功率开关切换的切换时间点接收至少一个信息作为切换信息。那么在这个时间点可以中断故障电流的识别并由此避免误触发。换而言之，可以减弱由于切换过程在关于共模电流的信号中产生的切换边沿。另外一个实施方式提出，接收至少一个关于边缘陡度和/或接地电容的信息作为切换信息。在该实施方式中的优点是，可以得出通过切换过程造成的待预期的漏电电流峰顶(漏电电流峰值)的电流大小，并因此在切换过程期间也可以在漏电电流和故障电流之间进行区分。通过关于边缘陡度的信息在此确定，在哪段时间内变频器的确定的功率开关处于完全阻断的状态和这样一个状态之间，即电流以预先给定的有效的额定电流大小流过功率开关。接地电容给出在了一方面是变频器的、或连接在变频器上的电机的组件与该组件周围的地线电位之间的连接电容。根据本专利技术的方法的另一个实施方式提出，作为切换信息至少接收一个关于变频器的一个信息，该信息涉及变频器的逆变器的交流电压线路是否经切换过程与变频器的中间电路的正电位或负电位进行电气连接。在此得出的优点是，能推断出待预期的漏电电流的流动方向并因此可以预测待预期的信号的相应值的符号。如果作为切换信息至少接收一个关于额定电压和通过变频器的逆变器产生的脉冲频率的信息，能以有利的方式减少作为切换信息被接收的数据量。换而言之，在这个实施方式中并非将关于每一个单独的变频器的功率开关的切换过程的信号传输给故障电流保护开关。由开关电压和脉冲频率能够以简单的方式预测，在计算出的信号中，待预期的切换过程的脉冲样本，在通过由接收到的切换信息基于切换算法算出单个的切换时间点来实现，逆变器根据该切换算法来运行。当这足以用于计算脉冲模式时，将两个运行参数中的仅仅一个传输给故障电流保护开关可能就足够了。在按照本专利技术的方法的另一个实施方式中还进一步减少向保护开关的数据传输，这通过将用于共模电流的待预期的信号的频谱作为切换信息接收来实现。在此利用的是，通过切换过程总共产生一个线谱。对于其传输足够的是，只传输特定的基准点(如在脉冲频率中的振幅和它们的整数倍数以及属于这些频率位置的边带)。在本方法的一个实施方式中以有利的方式将用于执行根据本专利技术的方法所需的计算功率由此减少，即作为切换信息接收至少一个信息，所述信息涉及变频器的逆变器的以下运行参数中的至一个电机频率、调制深度、脉冲频率。在没有附加的故障电流流动时，由这些参数(或者当例如其余的参数恒定并因此提前已知时，可能已经由其中的一部分参数)能够低消耗地算出幅度谱，其例如被预期为共模电流信号。然后为了识别故障电流可以将这个待预期的幅度谱与共模电流的、测得的幅度谱进行比较。与故障电流的识别相关地，按照根据本专利技术的方法的另一个有利的实施方式，分别形成一方面形成用于检测到的频谱的谱包络，并且另一方面形成用于待预期的频谱的谱包络。借助这些谱包络可以特别清楚地将由运行条件决定的漏电电流与不期望的故障电流区分开。该实施方式基于的认知是，即在由运行条件决定的漏电电流的情况下，包络具有脉冲梳形式，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于运行变频器（10）的故障电流保护开关（38）的方法，包括步骤：?接收关于所述变频器（10）中的切换过程的切换信息；?检测关于在电源线装置（50）中的共模电流（Is）的信号（56’，70），所述变频器（10）通过所述电源线装置接收电网电流（In1，In2，In3）；?借助所述切换信息确定关于所述共模电流（Is）的待预期的信号（56，60），例如基于所述切换过程会产生所述待预期的信号；?借助所述检测到的信号（56’，70）和所述待预期的信号（56，60），识别故障电流（I5），并且在一定条件下切断所述电网电流（In1，In2，In3）。

【技术特征摘要】
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【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：