用于保护充电电阻器的安排的制作方法

本实用新型涉及一种用于保护电力电子设备免于接地接触的安排。具体地，本实用新型涉及一种用于电阻器的保护安排，在反相器具有所谓的动态制动功能并且在充电过程中在电动机缆线中存在接地接触的情况下，这些电阻器限制频率转换器的直流电压中间电路的充电电流。

背景技术：

在PWM频率转换器中，通过大容量电容器对输入网络的交流电压进行整流和滤波以形成中间电路的直流电压；然后借助于快速功率半导体开关由该直流电压形成由脉冲组成的输出电压。

由于大容量电容器，该频率转换器不可以直接连接至输入网络；电容器必须首先以有限的电流充电几乎达到其终止电压，以便避免过大的连接电流脉冲。根据现有技术，最常见的是借助于充电电阻器来安排电容器的充电，例如在图1中示出的。

专利公开号WO 2008/031915已经披露了所谓的动态制动，动态制动指的是通过控制频率转换器输出相位的下支路或上支路的功率半导体开关同时导通来使电动机连接器短路。

机械损坏、安装错误、绝缘老化等可能造成在频率转换器与电动机之间或在电动机内部出现接地接触(即，在相导体与接地电势之间的低阻抗连接)。在这样的情况下，由于输出相位接地接触占主导并且动态制动被激活，在中间电路的电容器充电时形成了电流电路，在该电流电路中，流经充电电阻器的电流完全没有给电容器充电，而是直接穿过充电电阻器在接地接触点与输入网络之间流动(条件是输入网络接地，例如，TN网络)。如果这样的情况持续足够长的时间，则电阻器将被毁坏，因为经济尺寸设定只需要考虑正常的瞬时充电情况。如果充电电阻器被毁坏，则频率转换器变得不运行，导致主要的维修操作和长时间的停用。

已知技术是使用根据全载电流来确定尺寸的熔断器、或主接触器，以用于在频率转换器输入电路中的过载电流和短路保护，并且希望的是，这些在充电电阻器在上述接地接触情况中毁坏之前起作用。在这种情况下，(除了消除接地接触自身之外)更换熔断器就将足够，并且这是比修理或更换频率转换器显著更小的操作。然而，这里的问题是，在故障情况下的充电电流对于根据正常充电电流脉冲来确定尺寸的熔断器将未必足够大到足以保护电阻器地快速地起作用。为此原因，电阻器可能需要尺寸过大，这增加了成本和空间需求。使用主接触器来中断故障电流需要电流测量和额外的控制逻辑来将故障电流与正常的充电电流分开；这种接触方案显著地增加了成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于频率转换器的充电电阻器的新颖的保护安排，该安排避免了上述缺点并且使得能够无昂贵附件地在故障情况下可靠地保护充电电阻器。这个目的是借助于根据本实用新型的安排来实现的。

根据本实用新型的解决方案，提供一种用于保护充电电阻器的安排，该充电电阻器限制电容器的充电电流，该电容器用作电力电子设备的能量存储器，

其特征在于，

该安排包括在充电过程中处于关闭位置的充电继电器，该充电继电器与该充电电阻器串联连接，

该安排被适配成用于测量该充电电阻器的电流并且用于将测量的电流水平与在延迟电路中的预设极限值进行比较，并且

该安排被适配成用于通过以下方式中断该充电过程：控制电路被适配成如果该充电电流在预设时间延迟内没有下降到预设极限值以下则控制该充电继电器进入打开位置。

根据本实用新型的解决方案，其特征在于，该电容器用作频率转换器的能量存储器。

根据本实用新型的解决方案，其特征在于，该充电继电器是NC型继电器。

根据本实用新型的解决方案，其特征在于，在该安排中，NO型主继电器与由该充电电阻器和该充电继电器形成的该串联连接电路并联连接，该主继电器被适配成当用作该设备的能量存储器的该电容器已经充电至超过预设极限值的电压时被控制进入关闭位置。

根据本实用新型的解决方案，其特征在于，该安排被适配成用于借助于电流测量电路来测量该充电电阻器的电流。

根据本实用新型的解决方案，其特征在于，该电流测量电路被适配成用于测量该主继电器两端的电压。

根据本实用新型的解决方案，其特征在于，该安排进一步包括RC保护器，该RC保护器包括与该充电继电器并联连接的电阻器、二极管和电容器。

根据本实用新型的解决方案，其特征在于，在该安排中，该设备的辅助电压源的功率输入被适配成是从网桥与上述主继电器和充电继电器之间获取的。

根据本实用新型的解决方案，充电电阻器被定位在PWM频率转换器的中间电路中，并且对充电电阻器的电流进行测量。在故障情况下(其中反相器的功率半导体开关已经被控制成处于对应于所谓的动态制动的状态下并且在电动机或电动机缆线中存在接地接触)，通过对充电电流的测量所观察到的是，电流值没有在预设时间内下降到预设极限值以下。在这种情况下，与充电电阻器串联连接的充电继电器被控制成进入打开位置，此时充电过程被中断并且充电电阻器的电流被切断。

充电电流是直流电流，该电流的中断(如已知的)可能引起接触之间的火花。根据本实用新型的一个实施例，这是通过跨继电器两端连接RC保护器来防止的，该RC保护器限制了电压的增加速率，该电压跨这些接触两端增加至使得不可能出现电弧的较低值。

根据本实用新型的一个实施例，形成用于设备的控制系统的工作电压的辅助电压源的输入功率是从网桥与充电电路之间获取的，在这种情况下，该控制系统无视充电过程的终端而保持运行。

借助于本实用新型的解决方案，在根据现有技术的保护将例如需要根据全载电流来确定尺寸的主接触器以及连带的用于其的控制电路的情况下，PWM频率转换器和尤其是其充电电阻器受到了简单且适当成本的保护。

附图说明

下面通过参照附图借助于举例的方式对本实用新型进行了更加详细的解释，在附图中：

图1示出了频率转换器的主电路以及电动机，

图2示出了在故障情况下的电流流动路径，

图3示出了根据本实用新型的用于充电电阻器的保护安排，

图4示出了根据本实用新型的用于与该安排关联的电流和电压的特征曲线形式。

具体实施方式

图1示出了三相电压控制的PWM频率转换器的已知基本连接安排的一个实例，该连接安排包括网桥(整流器)REC以及负载桥(反相器)INU，该网桥用于对输入网络的三相(相位L1、L2、L3)交流电压进行整流以形成中间电路DC的直流电压，该直流电压被电容器C_DC滤波，该负载桥用于将中间电路的直流电压进行反相以形成三相输出电压(相位U、V、W)。频率转换器例如可以为三相交流电动机M进行馈电。负载桥INU是全波桥，其中控制单元CU通过脉冲宽度调制来控制上支路和下支路的可控功率半导体开关(通常为IGBT)；在功率半导体开关旁边是并联连接的二极管。在辅助电压源POW中形成了频率转换器的控制电路所需要的工作电压，该辅助电压源最常见的是从中间电路DC中获得其输入电压，如附图中所示。

在这个实例中，网桥REC是由二极管构成的不受控全波桥。该网桥也可以是受控的，在这种情况下，该网桥包括(类似于负载桥INU的)由可控相位开关构成的三相桥连接安排。为了限制电源电流谐波，可以将滤波器连接在网桥与输入网络之间，该滤波器在最简单的情况下是三相交流扼流器，或者在二极管桥的情况下，通常也使用连接在网桥与直流中间电路之间的直流扼流器。

由于用作能量存储器的滤波电容器C_DC的大容量值，当频率转换器连接至输入网络时，滤波电容器的充电电流通常必须是受限的。用于限制电流的常见解决方案是在附图中示出的安排，其中充电电阻器R₁₁限制该电流直到中间电路的电容器C_DC已经充电至足够高的电压，在这之后，将定位在主电流的流动路径中的接触器K₁₁控制成关闭(以进入电流导通状态)。

可以容易地计算由常见的充电过程在充电电阻器中产生的能量脉冲，并且这使得能够经济地为电阻器确定尺寸。然而在特殊情况下(其中输入网络接地)，在电动机电路中存在接地接触，并且在负载桥中使用了在专利公开号WO 2008/031915中披露的所谓的动态制动功能，充电电阻器的电流永久地保持为高，在这种情况下，在其中产生的热能可能使电阻器毁坏。根据上述专利公开，动态制动是通过将在负载桥的相同支路中的所有功率半导体开关控制成瞬时导通来实现的，此时在电动机电路中出现了短路。图2示出了这样的情况，其中负载桥的功率开关V_UL、V_VL和V_WL被控制成根据上述动态制动的需要来进入导通状态。当W相导体具有接地接触时，由粗线指示的电流电路通过负载桥的导通功率开关V_WL、充电电阻器、和网桥REC的下支路的二极管至输入网络的具有最负瞬时电压值的相位来形成。

图3示出了根据本实用新型的中间电路充电安排的一个实例。网桥REC和负载桥INU是以简化形式来描绘的，但是该安排另外对应于之前的附图的情况，其中充电电路和负载桥的可控功率部件被定位在直流中间电路的负支路中以便管理动态制动(V_L)。如对本领域技术人员明显的是，根据本实用新型的对应安排同样可以定位在直流中间电路的正支路中。

根据本实用新型的一个实施例，NC型(在关闭位置中不受控的)充电继电器K₂₂与充电电阻器R₂₂串联连接，并且由电容器C₂₁、二极管D₂₁和电阻器R₂₁构成的RC保护器与该充电电阻器并联连接。NO型(在打开位置中不受控的)主继电器K₂₁与充电电阻器和充电继电器并联连接。根据本实用新型，辅助电压源POW的输入功率是从网桥REC与上述继电器之间获取的，例如，如在附图的实例中示出的。

根据本实用新型的一个实施例，控制块CU_CH被安排成控制充电电路的这些继电器。该控制块包括用于测量充电电阻器U_CH的电流的电路R₂₂，该电路根据图3中示出的有利实施例间接地通过测量主继电器K₂₁两端的电压来起作用。然后通过延迟块T_D和用于控制这些继电器的块K_C对电流进行测量。

图4描绘了根据本实用新型的与充电电路的运行相关联的在正常情况下和在故障情况下的特征电压曲线形式，其中：

-在时刻t₀，输入电压连接至网桥的多个连接器，此时完全整流的网络电压U_DCN跨充电电阻器R₂₂两端连接(电压曲线u_R22N，该电压曲线同时描绘了流经电阻器的电流的曲线形式)。由于充电电流，主电容器C_DC的电压开始升高(曲线u_DCN)。

-在时刻t₁，主电容器的电压(因为充电继电器K₂₂处于关闭位置，该电压也是为辅助电压源POW馈电的电压)达到电平U_DC1，在该点处辅助电压源苏醒并且开始将工作电压馈送给设备控制电路。在正常情况下，这并不影响上述电压的指数曲线形式的连续性，但是在输出相位中的接地接触的情况下，上述电压快速地升高/降低经整流的网络电压的值的约一半(由虚线表明的曲线u_R22F和u_DCF)，因为负载桥INU的下支路的功率开关被控制成在动态制动功能激活时导通。

-当控制系统在时刻t₁开始运行时，延迟电路T_D也被激活。如果所测量的充电电流在预设时间延迟t_D内没有下降到预设极限值以下，则控制电路K_C通过在时刻t₂时打开充电继电器K₂₂来中断充电过程。充电电流转移成流经RC保护器，随着电容器C₂₁充电而快速地降低(曲线u_R22F)。同样，主电容器的电压由于多个放电电阻器(未示出)而缓慢地放电(曲线u_DCF)。控制系统在根据本实用新型的安排中继续运行，无视充电过程的中断，因为辅助电压源的输入功率不取决于主电容器的电压。

-在正常情况下，充电过程在时刻t₃结束，此时一经主电容器已经充电至超过预设极限值的足够高的电压，充电继电器K₂₂就打开并且主继电器K₂₁关闭。

如从图4和以上说明中明显的，在正常情况下，由曲线u_R22N描绘的流经充电电阻器R₂₂的电流只在时刻t₀至时刻t₃之间的时间段流动，因此出现在电阻器中的热能是呈脉冲形式的并且可以提前计算。在故障情况下(没有根据本实用新型的在预定延迟之后结束充电过程的保护电路)，电流可能持久地保持在高值处，并且这将导致电阻器的毁坏。

对本领域技术人员将清楚的是，本实用新型的各个实施例不仅局限于以上呈现的实例，而是可以在以下的权利要求书的框架内进行变化。在本实用新型的说明中，充电继电器K₂₂根据有利实施例被描述为是NC型的，但是由于辅助电压源的输入连接安排，使用NO型继电器也是可能的。