驱动逆变器的安全的电压连接的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于将电机的驱动逆变器的电压端子连接到供应电压上或用于将它们安全分离的设备和方法。在此，术语“安全”理解为满足安全功能，尤其是安全转矩关断功能(STO) O
【背景技术】
[0002]在带有电机，尤其是带有同步马达或异步马达的驱动技术的范围内，与安全相关的功能是必需的，以便可靠地避免由于驱动装置的不期望或意外的转动所导致的伤害。在此，主要的安全功能是驱动装置的被称为安全转矩关断功能(STO)的安全停机。在此，该驱动装置与其能量供应装置安全分离，以便在触发安全功能后立即停止。
[0003]在通常利用逆变器和尤其利用变频器可控地被供电的三相电动机中，在逆变器或变频器上进行一个或各个安全功能的控制或触发，其中，该逆变器或变频器进而三相电动机或电机与能量供应装置分离。24V直流输入端电压通常用于下面被称为驱动逆变器的逆变器或变流器的能量供应，该24V直流输入端电压经由开关，例如继电器向驱动逆变器输送。如果在停止功能期间操作开关用以阻断机器，那么用于控制变频器所需的输入端电压进而其供应被切断。
[0004]由US 7 868 619 B2公知了安全转矩关断连接(ST0功能)，其中，用于控制装置的24V输入端电压以及用于变频器的功率开关或功率半导体开关的由该控制装置驱控的驱动器的24V输入端电压和进而用于电机的电流供应借助双极开关来中断。
【发明内容】
[0005]本发明的任务在于，给出一种用于安全运行电机的特别适当的设备和改进的方法。尤其应确保将电机的逆变器或换流器与供应电压安全分离。此外优选地，即使在输入端电压大于或等于60V的情况下，尤其在损耗功率同时尽可能小的情况下，也应该附加地给出对电机的安全功能的可靠的控制。
[0006]根据本发明，该任务在设备方面通过权利要求1的特征来解决，并且在方法方面通过权利要求17的特征来解决。有利的设计方案、变型方案和改进方案是从属权利要求的主题。
[0007]根据本发明，为了将电机的驱动逆变器的电压端子与供应电压连接起来或用于将它们安全分离，设置有连接和分离电路以及控制和/或调节装置，该连接和分离电路接在用于供应电压的端子与电压端子之间。该控制和/或调节装置优选在电路技术上和/或程序技术上设置和设立用于尤其是检验连接和分离电路的功能性和/或功能可靠性。
[0008]连接和分离电路包括两个接在用于供应电压的端子与驱动逆变器的电压端子之间的电路分支，通过所述电路分支，供应电压借助控制或调节装置接到驱动逆变器的电压端子上。在第一检验模式中，控制或调节装置阻断其中一个电路分支，并且从该电路分支中读取传感器信号，而另一电路分支是接通的，并且将供应电压引导至驱动逆变器的电压端子上。
[0009]在进一步的检验周期期间，两个电路分支的功能模式互换，并且为此，另一电路分支被阻断，并且从该电路分支中读取相应的传感器信号，而并联的电路分支是接通的，并且将供应电压引导至驱动逆变器的电压端子上。以这种方式，可以优选周期性地并且以实际任意的时间间隔进行对检验电路的两个电路分支的功能性的检验，而无需改变驱动逆变器的电压端子上的电压电平。这能够以简单以及可靠的方式和方法实现:在驱动逆变器运行期间并且因此在电机工作时，安全地检验两个电路分支的连接功能、中断或分离功能。
[0010]在电路分支的有利的设计方案中，这些电路分支基本上分别配设有半导体开关，其联接在用于供应电压的端子与驱动逆变器的电压端子之间，并且在驱控侧接到控制或调节装置上。传感器截取端延伸至控制装置并且在第一检验模式期间向该控制装置提供当前截取的电压电平，该传感器截取端适宜地在相应的半导体开关(尤其是发射极侧或源极侦D与二极管之间延伸。
[0011]在相应的电路分支中感测到的电压电平可靠地给予了关于相应的半导体的和进而是相对应的电路分支的功能性的情况。如果相对应的电压电平在阻断的半导体上下降到零(OV)，那么相对应的半导体就被认为有功能性，这是因为众所周知的是，在损坏的或错误工作的半导体开关中，其(在场效应管的源极与漏极之间的，或者在双极型晶体管的集电极与发射极之间的)可控的电流路径原则上是短路的。因此，在有错误的情况下，在传感器截取端上预计有非零的且相应于供应电压的电平。
[0012]根据特别适宜的改进方案，连接和分离电路冗余地实施。在该改进方案方面，本发明从如下构思出发，即，驱动逆变器通常在其电压供应方面具有所谓的高压侧和低压侧，该驱动逆变器通常实施为尤其是相应地带有例如六个功率半导体的B6电路形式的全桥电路，这些功率半导体往往经由光耦合器来驱控。为了特别安全地阻断驱动逆变器，因此优选的是，高压侧和低压侧都与供应电压分离。为此，冗余的连接和分离电路优选具有两个检验通道，它们在输出端侧分别与两个端子侧中的一个，也就是驱动逆变器的高压侧和低压侧中的一个连接。
[0013]适当地，控制或调节装置在电路技术上和/或程序技术上设立用于中断供应电压与驱动逆变器的电压端子之间的经由连接和分离电路的电路分支所建立起的连接。尤其由于触发或激活安全功能，特别是所谓的安全转矩关断功能来实现中断。
[0014]为了在中断供应电压与驱动逆变器的电压端子之间的连接的情况下提高安全性而设置有可驱控的分离电路，借助该分离电路，驱动逆变器的电压端子被引导至供应电压的参考电势，尤其是零电势(地)。为此，分离电路适宜地具有两个串联联接的且可借助控制或调节装置驱控的半导体开关，在这两个半导体开关之间形成了中间截取端，其延伸至控制或调节装置。
[0015]分离电路的半导体开关适宜地与电压分压器并联联接，该电压分压器的中间截取端、分压截取端或电平截取端同样延伸至控制或调节装置。优选地，电压分压器的中间截取端与两个半导体开关之间的截取端连接。因此节省了用于控制或调节装置的附加的探测或传感器连接。
[0016]在中断供应电压与驱动逆变器的电压端子之间的经由连接和分离电路的电路分支建立起的连接期间，控制或调节装置产生用于分离电路的控制信号，以便将驱动逆变器的电压端子引导至供应电压的参考电势上。
[0017]在电压端子与供应电压分离的情况下，控制或调节装置以第二检验模式来检测半导体开关之间的截取端上的电压或电压电平。当分离电路的两个半导体开关中的第一半导体开关被接通而第二半导体开关断开时，或者相反地，当分离电路的两个半导体开关中的第二半导体开关被接通而第一半导体开关断开时，总是进行对该电压电平的评估。如果在这种第二检验模式中，根据分离电路的两个半导体开关的开关状态，半导体开关的截取端上的电压电平假定为驱动逆变器的电压端子上的电平或者接近供应电压的参考电势的电平，那么连接开关就被认为有安全的功能性。当连接电路的两个半导体开关都断开时，通过探测电压分压器的中间截取端上的电压电平来进行进一步检验。
[0018]当例如由于触发安全功能而确保了驱动逆变器与供应电压的可靠分离时，第二检验模式中的功能检验用于确保驱动逆变器的电压端子与供应电压的参考电势的可靠连接，以便因此可靠地确保电机停止运转。与在第一检验模式中相同地，在第二检验模式中，也可以测试在驱动逆变器运行时将其安全阻断的功能性。
[0019]基于驱动逆变器的端子与供应电压的参考电势之间的连接和中断电路的冗余的实施方案以及分离电路的冗余的实施方案，在其中一个相对应的检验通道诊断出错误时，另一冗余的检验通道仍可以建立对驱动逆变器的安全的阻断和分离。因此，在其中一个冗余的检验通道的错误时，另一冗余的电路，即，另一检验通道可以单独地在无力矩的情况下接通电机并因此接通驱动装置。为此适当地是，两个冗余的电路或检验通道以适当的方式彼此相结合，以便在其中一个电路中诊断出错误时，借助冗余的另一电路执行安全的阻断和端子分离。
[0020]因此，根据本发明的设备能够实现的是，无须实验性地阻断而可靠地检验:借助连接和分离电路是否确保了驱动逆变器的电压端子相对于供应电压的可靠的阻断和分离。只要一方面对连接和分离电路的检验以及对逆变器的电压端子与供应电压的参考电势之间的分离电路的检验无错误地运作，就可以认为:当这是所期望的或出于安全性的原因而需要时，驱动逆变器可以与供应电压分离并且因此被安全地阻断。
[0021]在设备的另一适