专利名称：用于向电负载供给能量和数据的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种系统。
背景技术：
从DE 199 21 654中已知一种系统，在该系统中可由一供给才莫块给驱 动装置提供直流电压。发明内容因此本发明的目的是，改进一种用于给驱动装置^:供电的系统，其 中应当可以设置尽可能低成本的电缆敷设。同样已知并可经济地制造用于以三相电压系统、即三相交流电压系统 给负载供电的三相电缆。根据本发明，上述目的由按照在权利要求1中给出的特征的系统来实现。本发明在系统方面的重要特征是，所述系统包含一供给模块，通过该 供给模块可给负载提供能量和数据，其中所述负载借助于至少三条线路与 所述供给模块相连接，其中所迷线路中的两条形成负载的电压供给装置而 第三线路设置成用于数据传输。对此优点是，对于一个自动化单元来说需要一个唯一的供给^t块。也 就是说，由这种模块通过敷设电缆可给驱动装置提供能量和信息，该电缆 敷设仅包含商业上通用的并因此经济的三相电缆。24V的控制电压供给装 置和/或现场总线连接是多余的。令人惊讶的是，数据可通过三相电缆的线 路进行交换。因此在设备中敷设唯一的电缆就足够了。不必为了数据传输
而敷设单独/分离的电缆。能量和信息仍彼此分离并且不在同一物理载体 上，特别是用以避免在信息传输时的干扰。另外有利的是，由逆变器在相应驱动装置的发电机的运行方式下、特别是在应用能反馈的逆变器或矩阵逆变器(Matrix-Umrichter)的情况下、 必要时在三相电缆的电缆敷设中反馈的能量能提供给另外的驱动装置。有 利地可实现在供给才莫块中设置一制动电阻以消除多余的能量。该电阻也可 以集中设置，由此负载可较紧凑并且较经济地制造。此外其密封难点得以 简化。驱动装置可不配备这种外部制动电阻。因此可以省去密封性问题并节省较高的安装费用以及材料成本。在需要时驱动装置可附加地配备集成的/一体的制动电阻。另外有利的是，在供给模块中可以集中设置电网干扰抑制装置和过电压保护装置。因此，相应的驱动装置不需要这些装置并因此可以较紧凑、较简单并较经济地制造。因此，本发明可特别有利地用于自动化单元的简单而快速的电缆敷设， 其中在数据传输时干扰电压较低。有利的还有，在设备或机器中已经存在的电缆敷设结构可用于本发明。 仅需在该设备中安装相应的驱动装置和供给模块。在一种优选i殳计方案中，负载是电驱动装置。对此优点是，负载是可 控的并可以高效运行。在一种优选i殳计方案中，单相交流电压或单极电压如直流电压等设置 成经由两个线路的电压供给。对此优点是，本发明可选地能以两种类型的 供电电压实施。在一种优选设计方案中，负载借助于包含三条线路的三相电缆与供给 模块相连接。对此优点是，可应用已知的商业上通用的三相电缆。在一种优选设计方案中，供给模块包含用于产生单极电压特别是中间 电路电压的装置。对此优点是，该电压可提供给驱动装置。在一种优选i殳计方案中，第三线路可由供给模块或相应的驱动装置引
到两个不同的电位上，特别用于数字式的数据传输。对此优点是，中间电 路电压的正电位或负电位可连接到数据传输线上并因此可传输数字信息。在一种优选设计方案中，供给模块和/或驱动装置包含至少一个发送电 路和/或接收电路，所述发送电路和/或接收电路设置成用于经由第三线路传 输数据。对此优点是，第三线路电隔离并且基本上不受在能量传输线上可 能出现的干扰电压干扰。在一种优选设计方案中，供给模块包含一个制动电阻。对此优点是， 唯一的制动电阻对于整个系统就足够了。因此，即使驱动装置以发电机的 方式运行，也可避免在被供电的驱动装置中的密封性问题。在一种优选设计方案中，驱动装置包含逆变器和能由该逆变器供电的 电动机。对此优点是，设置有被调节的并因此可很好控制的驱动装置，特 别是高效率的驱动装置。在一种优选设计方案中，供给模块包含整流器和平滑滤波电容器特别 是中间电路电容器，以便建立单极电压。对此优点是，可以集中提供用于 给驱动装置的变流器输出级供电的直流电压。在一种优选i殳计方案中，可由单极电压给包含电子大功率半导体开关 的输出级供电。对此优点是，可以使用IGBT或类似的损耗很小的开关。在一种优选设计方案中，每个驱动装置包含一制动电阻。对此优点是， 该制动电阻可以构造成集成的并且热散布在整个设备上。因此緩和了温度 水平高的元件的散热问题。在一种优选i殳计方案中，在供给模块和驱动装置之间的电缆敷设包含 三相电缆和三相电流配电箱，特别用于以T形分配三相电流。对此优点是， 设置有简单的装置。特别是在引入本发明时可以应用已经存在的装置。在一种优选i殳计方案中，在负载内部实现以T形分配三相电流。因此 必须通过负载接通三相电流布线，以便能连接最近的、布置在后面的负载。 在此负载的壳体也包含T点。也就是说，对于T形分配不需要单独的壳体。其它优点由从属权利要求中得出。
具体实施方式
现根据附图详细阐述本发明。在
图1中示意性示出了根据本发明的系统/设备。其中该系统包含一供给模块1，该供给模块可经由市电供电5由电网 供电并且经由数据线6与SPS或另外的用于数据交换的计算机相连接。供给模块包含一整流器，在该整流器后面连接一电网干扰抑制装置2。 一中间电路电容器3设置成用于对单极整流的电压平滑滤波。有选择地可 以在中间电路电容器3后面连接一^y高置位调节器(Tief/Hochsetzsteller) 4，用以产生所希望的中间电路电压，可由该中间电路电压给输出级供电。为了调节中间电路电压，设置有一制动电阻R一BR，该制动电阻可经 由一电子半导体开关如IGBT晶体管等接通或断开。为了控制这个开关， 设置有一控制电路8。该控制电路与用于检测中间电路电压和中间电路电 流的装置相连接。因此可根据电压控制该开关。从测得的测量值中可确定电功率的大小。该电功率的大小也可用于调节。在此，在中间电路电压的高电位和低电位上对中间电路电流进行检测。 通过这种方式不仅可以识别短路、识别过电流而且也可以识别接地。因此 负载不需要自身的这种识别、特别是不需要识别接地。可由SPS或另一个上一级的计算机将数据传递给通信与控制单元7， 该通信与控制单元与控制电路8相连接。为此相应地i殳有数据线6。输出级包含用于接通或断开到所连接的驱动装置的中间电路电压的开 关。为此设置有开关(T2， T3)。因此三相电缆的两条线路11为所连接 的驱动装置供给直流电压。由输出级的半桥给数据线12馈电，该半桥包含两个开关(T4, T5)。 因此该数据线12的电位可设置在中间电路电压的正电位或负电位(+Uz、 -Uz)上。因此，通过这种方式可以传输数字信息。为此设置有发送电路9 并且该发送电路与半桥的开关T4、 T5相连接。相应地，接收电路10与三 相电缆的数据线12相连接。
三相电缆的三条强电线路中的两条设置成用于给驱动装置供给功率而 所述线路中的一条设置用于数据传输。驱动装置分别包含一电动机M和发送电路18以;S^接收电路19,所述 电动机可由一以直流电压工作的逆变器14供电，所述发送电路和接收电路 可由供电部分如电源单元17供电，并经由通信与控制电路16与逆变器14 相连接。所述电源单元可从三相电缆供电，特别是从线路ll供电。在另外的根据本发明的实施例中，供给模块包含一整流器，电网干扰 抑制装置2不是连接在该整流器后面而是从电源端连接在其前面。在按照图2的另一实施例中，供给模块仅具有一发送单元，而相应的 驱动装置仅具有接收单元。因此通信与控制电路16可设计成简单的协议和/或电平转换器。通过这种方式可以较简单且较经济地实现整个系统，不过其中正如在 图1中所示，数据传输仅仅是单向的而不是双向的。在另外的根据本发明的实施例中，代替驱动装置也可连接另外的负载。在另外的根据本发明的实施例中，输出级包含三个半桥，其中前两个 半桥用于产生单相交流电压，该单相交流电压置于用于给驱动装置供电的 线路11上。第三半桥与图l相比没有改变。电缆敷设也包含商业上通用的 三相电缆。分别包含两个开关的前两个半桥这样脉宽调制或可这样以方波 信号电压控制，佳:得在三相电缆的两条线路中可产生单相交流电压，以该 单相交流电压可为所连接的驱动装置(13-20)供电。对此优点是，通过避 免持久的单极极化来减小绝缘系统的老化，该绝缘系统包含三相电缆和其 它设置用于绝缘的设备元件。驱动装置在该实施例中需要一整流器，并且 同样需要一平滑滤波电容器。该整流器优选设计成单相的。但也可应用起 等效作用的整流器，比如三相整流器等。在另外的根据本发明的实施例中，供给模块包含一矩阵逆变器并因此 是能够电网反馈的。在这种实施形式中可省略制动电阻R一BR。在按照图3的另一实施例中，供给模块具有一具有三个半桥的输出级。 因此通过用于功率供给的两条线路11可以馈入单相交流电压。驱动装置可
配备有单相整流器。第三线路12如同在图2中那样用于数据传输。在按照图4的另 一实施例中，供给模块40仅具有三相电缆的一个接通 回路，其中设置有一电网干扰抑制装置。此外，由三相供电线路中的两条 产生一直流电压并且将该直流电压供给一半桥。该半桥与三相电缆敷设的 第三线路42相连接以馈入数据传输信号。优选地，第三线路是三相电缆的 零线，该三相电缆设置三条线路41、即第一、第二和第四线路用于三相电 流相位并且还包含一零线和一 PE线。在另外的根据本发明的实施例中，供给模块设计成没有接通回路，亦 即三相电缆敷设设置在供给模块外部。在另外的根据本发明的实施例中，由三相供电的三条线路中产生直流 电压。在另外的才艮据本发明的实施例中，在负载内分别布置有电网干扰抑制 装置。在另外的根据本发明的实施例中，由另外的电源给供给模块供电，例 如由工业"i殳备的独立的24V供电电源等供电。在按照图5的另一实施例中，示出了用于图2或其它图的产生数据信 号的输出级半桥的有利变型。在图2中开关T3、 T4用图5的电路代替。在此用于分压的电阻R50、 R51、 R52串联。通过开关T50和T51的 适当控制——用这两个开关可以短接部分串联电路——可产生三个不同的 电位。因此可以传输信息，其中编码不是二进制的而是三进制的。在另外的根据本发明的实施例中，不是产生三个可产生的电位而是可 以为数据传输产生另外的电位。
附图标记表1供给模块2电网干扰抑制装置3中间电路电容器4可选的低/高置位调节器5市电供电6用于SPS的数据线7通信与控制单元8控制电路9发送电路10接收电路11功率传输12数据线13第一驱动装置14可单相工作的第一逆变器16通信与控制电路17电源单元18发送电路19接收电路20另外的驱动装置21协i义/电平转换器40供给模块41三相电缆的三条线路42第三线路、特别是零线R_BR 制动电阻Dl、 D2、 D3、 D4、 D5 二极管Tl、 T2、 T3、 T4、 T5 半导体开关
权利要求
1. 一种系统，包含供给模块，经由该供给模块能向负载供给能量和数据，其中所述负载借助于至少三条线路特别是三相电缆与供给模块相连接，其特征在于，所述线路中的两条形成用于负载的电压供给装置而第三线路设置成用于数据传输。
2. —种系统，包含供给模块，经由该供给模块能给负载提供数据， 其中所述负载通过三相电缆敷设系统供电，其特征在于，三相电缆的第一、 第二和第四线路设置成用于向负载供给三相电压，其中第三线路设置成用 于数据传输。
3. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，三相电 缆包含零线、PE线和三条另外的线路或三相电缆仅包含PE线和三条另外 的线路。
4. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，第三线 路是三相电缆的零线或设置成用于一相的导线。
5. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，负载是 电驱动装置或其它执行元件。
6. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，规定单 相交流电压或单极电压比如直流电压等作为经由所述两条线路的电压供 给。
7. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，单相交 流电压设计成块状(blockfiirmig)电压系统，亦即特别是包含矩形电压曲 线。
8. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，负载借 助于包含至少三条或四条线路的三相电缆与供给模块相连接。
9. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，供给模 块包含用于产生单极电压特别是中间电路电压的装置。
10. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，由供给模块或相应的驱动装置能将第三线路设在两个或多个不同的电位上，特别 用以数字式地传输数据。
11. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，所述两 个不同的电位分别与所述中间电路电压的高和低电位相当或至少基本相 当。
12. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，供给模 块和/或驱动装置包含至少一个发送电路和/或接收电路，该发送电路和/或 接收电路设置成用于经由第三线路传输数据。
13. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，供给模 块包含制动电阻。
14. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，驱动装 置包含逆变器和能由该逆变器供电的电动机。
15. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，供给模 块包含整流器和平滑滤波电容器特别是中间电路电容器，以产生单极电压。
16. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，由单极 电压能给包含电子大功率半导体开关的输出级供电。
17. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，每个传 动装置包含一制动电阻。
18. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，在供给 模块和驱动装置之间的电缆敷设包含三相电缆和用于以T形分配三相电流 的装置特别是三相电流配电箱。
19. 根据上述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，负载包 含用于以T形分配三相电流的装置。
全文摘要
本发明涉及一种系统，该系统包含一供给模块，经由该供给模块能向负载供给能量和数据，其中负载借助于至少三条线路与供给模块相连接，其中所述线路中的两条形成单相电压供电装置，而第三线路设置成用于数据传输。
文档编号H02J1/06GK101401274SQ200780008699
公开日2009年4月1日 申请日期2007年2月1日 优先权日2006年3月15日
发明者H·J·科拉尔, H·普劳奇, V·库富斯 申请人:索尤若驱动有限及两合公司