直流驱动的电源系统及直流驱动的安全相关的断开的方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及用于直流驱动的电源系统，包括用于至少一个依赖方向的二象限操作模式的功率转换器、至少一个关联的基于脉冲的致动装置、用于功率转换器的输入侧连接和输出侧连接、用于输入侧连接和/或输出侧连接的至少一个机械中断装置，其中该电源系统被提供为在工作期间连续地提供在该输出侧上流动的电流值。本发明还涉及用于在这样的电源系统中的直流驱动的安全相关的断开的方法。
【背景技术】
[0002]众所周知，直流驱动通常通过由AC电压源供电的或来自DC电压源的功率转换器操作。可变的直流电通过通常经由相位门控制操作的功率转换器产生，通过可变的直流电，直流驱动可以根据对应的要求操作。功率转换器的典型示例是填充有晶闸管的B6电桥。工业上的直流驱动具有例如在高达20MVA的电功率下的范围高达1500V的额定电压，其中，根据本申请，还可能发生从那一点的显著偏离的特征变量。
[0003]在直流驱动的安全相关的断开的情况下，应当注意的是，其驱动时刻尽可能快地变为零，以迅速排除可能的危险。为此目的，电枢电缆或励磁电流衰减到零就足够了。这个功能通常称为安全中断转矩(STO)功能。根据本发明，电枢电流的减少，该减少通过功率转换器馈送，是在这个连接中的特别感兴趣的。
[0004]因此电网供电的功率转换器不可能立刻断电，至少在再生式的操作期间(直流机器的制动期间)的高输出电压的情况下，要求对应的其中电流可以减小的时间周期。对应的时间周期为就从给出信号以开始STO功能到将直流驱动的转矩减少到零值中的安全性而言的最大允许值，根据相应的边界条件，该对应的时间周期在从500ms至100ms的范围中。
[0005]根据现有技术，当给定STO信号时，调节电枢电源的输出电压以使得电流尽可能快速地变小并且电枢电流可以在规定的示例性的时间间隔内减小。在所述间隔过去之后，功率转换器从直流驱动去耦和/或功率转换器通过例如接触器的机械中断装置从其馈电去耦。举例来说，专利文献EP2220757B1同样涉及所述问题。
[0006]这里，其证明是不利的，特别是在最初提及的直流驱动的相对尚功率范围内在所述装置必须被交换或至少被维持之前，机械中断装置的开关循环的最大许可值是相对小的。根据操作期间的安全中断转矩(STO)功能的开始的频率，有可能在中断装置上发生过度磨损。
[0007]从这些现有技术出发，本发明解决该问题以提供用于直流驱动的电源系统和用于直流驱动的安全相关断开的对应方法，其避免了所述的缺点。
【发明内容】
[0008]这个问题由用于在最初提及类型的直流驱动的电源系统解决。所述电源系统其特征在于被提供为执行如下步骤:
[0009].接收STO(安全中断转矩)信号，
[0010].如果接收到STO信号，则将功率转换器操作模式立即转变成逆变器限制，
[0011].—旦在接收到STO信号时开始的第一时间间隔已过去，则中断通过致动装置到功率转换器中的致动电力的馈送，以及
[0012].对于正好以下情况，供应中断信号给所述至少一个机械中断装置:其中，一旦第二随后的时间间隔已经过去，所述输出侧上流动的所述电流没有衰减到安全关键的极限值之下。
[0013]本发明的基本概念在于通过适当地调节功率转换器的输出电压在第一时间间隔之内已经将力矩或输出侧上流动的电流带至零或至少在安全关键的极限值以下接近于零。功率转换器的这种致动变化称为逆变器限制。
[0014]根据外界的边界条件，特别是在直流驱动的正常操作期间，预期这将在例如300ms的第一时间间隔内实现。因此，根据本发明，在没有折衷安全相关方案的情况下，在成功减小输出侧电流或在第一时间周期内已经驱动力矩的情况下，机械中断装置的开关被故意地省去，O
[0015]然而，特别是在故障的事件中，例如在具有对应增加短路电流和可能变换器不稳定地连接于此的短路的事件中，不可能假定流动在输出侧上的电流在安全关键的时间间隔内已经衰减到零或至少接近于零，安全关键的时间间隔最终由第一和第二时间间隔之和组成，并且例如是500ms。
[0016]然而，为了符合所有的安全相关要求，只要输出侧电流还没有衰减到安全关键的极限值之下，针对根据本发明的这种情况，另外做出了预防措施以在已经经过第二时间间隔之后通过激活中断装置来将功率转换器从直流驱动和/或供电网络去耦。
[0017]原则上，第二时间间隔可以配置为期望的那样短；然而，应当注意到，操作期间输出侧上流动的电流的可靠值的预防措施同样要求特定的时间周期。为了非常可靠地排除这个值可能的错误辨识，例如计算相应值时的1ms或20ms的特定时间周期之上的电流曲线应当被理想化地考虑。
[0018]举例来说，计算装置可用于这个功能的技术实现，计算装置被提供为接收相应的STO信号以评估持续提供的电流值，并且如果要求的话，以影响该激活装置和/或还启动中断装置的断开。这种计算装置可以被实施为例如在一直用于直流驱动而存在的控制器中的电路板中的附加插件程序，或可选地，实施为使用硬件操作的这样控制器的附加的软件功能，该硬件是已经存在的控制器。
[0019]因此，根据本发明，只要其不与安全有关，中断装置的机械驱动被省略。操作期间发生的开关循环的数值因此有利地下降。
[0020]根据依据本发明的电源系统的另一个配置，用于检测在输出侧上流动的电流的相应的第一特征变量的测量装置被提供在输出侧上。这样的测量装置可以是例如电流测量装置，其测量跨在非电抗性测量电阻上的电压降，要测量的电流通过非电抗性测量电阻流动。输出侧电流的输出侧测量是用于这个的简单测定方法，其经历更小的故障容差。
[0021]依照根据本发明的电源系统的另一个变形，测量装置被提供在输入侧，可能基于所述测量装置的测量值确定在输出侧上流动的电流的相应的第二特征变量。因此，例如，基于输入侧三相交变电流测量，可以推断输出侧直流值。然而，特别的，如果没有有效功率，或仅仅覆盖功率转换器的电损耗的有效功率仍然供给给输出侧上的功率转换器，已经发生的驱动力矩的衰减还可以被推断。
[0022]根据本发明的电源系统的另一个变形，第一和第二特征变量的各自负脉冲的逻辑AND操作被用作输出侧上流动的电流衰减到安全关键的极限值之下的标准。为了中断装置不被触发，因此第一和第二特征变量二者必须衰减到安全关键的值之下。尽管理想的，第一和第二特征变量一致，由于不同驱动方法的冗余度和差异，然而系统的可靠性进一步增加。当然，描述输出侧上流动的电流的任意其它特征变量的组合也是可能的。
[0023]根据本发明的另一个变形，通过中断提供到功率转化器的脉冲和/或通过中断提供到功率转换器的电流方向信号，通过致动装置将致动能量馈送到功率转换器的馈送被立即中断。在基于脉冲的功率转换器的情况下，半导体开关的致动信号由电流方向信号和脉冲形成，在每种情况下对应于它们的相位角。仅仅在电流方向信号和脉冲同时出现时才可能致动半导体开关。如果所述两个信号中的至少一个不出现时，半导体开关不被致动并且因此没有发生移动能量的供给。
[0024]根据依照本发明的电源系统的另一个变形，功率转换器被提供用于四象限操作模式。四象限操作模式能够在两个可能的转动方向上实现驱动装置的电机和产生器操作模式，并且因此特别灵活。
[0025]根据本发明的另一个变形，基于跨在功率转换器的半导体开关上的电压测量，识别输出侧上流动电流的衰减在安全关键的极限值之下。如果，例如跨在所有半导体开关上的相应电压同时出现于一时间周期，其可进而推断出没有半导体开关导通，没有电流流经它们，并因此也没有电流流动在输出侧上。
[0026]在特别优选的方式中，电源系统被提供在三相馈电的输入侧。电力分配网格经常体现为三相交变电流网格，进而三相电源系统可容易地与其连接。在这种情况下，功率转换器可另外地以特别有利地方式体现为B6桥。然而，没有说到的单相馈电或直流中间电路的变量也是可以的。
[0027]根据电源系统的另一个变形，所述电源系统提供为接收并考虑两个或更多个相互独立的STO信号。这优选地发生在电源系统的独立通道上，具有进而形成的冗余的结果，其进一步增加了操作可靠性。
[0028]根据本发明的另一个变形，第一时间间隔是从50ms到500ms的范围。为了安全，所述时间间隔的较低限制首先应当尽可能地低，以使得断开可以尽可能快地发生。其次，