CN105453403B - 功率变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种功率变换器（1），用于致动具有三相导线的三相电动机，所述功率变换器（1）包括：第一端子（2），其用于连接所述三相电动机的所述三相导线中的第一相导线，其中将要经由所述第一端子（2）输出的电流借助于电源（3）馈送到所述第一端子（2）；以及接地故障和/或短路检测电路，其设计为检测所述第一端子（2）的接地故障和/或短路。所述接地故障和/或短路检测电路包括：线圈（5），其具有绕组，所述绕组设置为邻近所述电源（3），其中所述绕组不环绕所述电源；以及估算单元，其用于估算所述绕组中感应的电压以便检测接地故障和短路。

Description

功率变换器
技术领域
本发明涉及一种功率变换器（power converter），特别是逆变器（inverter）或频率变换器的形式的功率变换器。
背景技术
在功率变换器中，经常需要检测一个或多个端子处的接地故障和/或短路，以建立安全状态，以便例如当检测到接地故障或者短路时，中断可疑端子处的电压或电流输出。
发明内容
本发明基于提供一种功率变换器的目的，所述功率变换器包括接地故障和/或短路识别，所述接地故障和/或短路识别实施简单、有成本效益和/或节省空间。
本发明通过权利要求1的功率变换器来实现这个目的。本发明的实施例是从属权利要求的主题。
功率变换器，特别是逆变器或频率变换器形式的功率变换器，用于驱动常规的三相AC电动机，三相AC电动机对于每个相例如都具有一个相导线或相端子。各个相导线可以形成所谓的线股（strand）。此外，在这方面还参考相关的技术文献。
功率变换器被理解为是指用于将电信号变换成另一种电信号的设备，其中，例如，信号振幅和/或信号频率在变换过程中被变换。这种变换通常借助于电子部件执行，例如晶体管（特别是IGBT或MOSFET形式的晶体管）、二极管或晶闸管。此外，在这方面还参考相关的技术文献。
功率变换器具有用于连接三相AC电动机的三相导线中的第一相导线或三相AC电动机的相关端子的第一端子，其中，将要借助于（通过）第一端子输出或者借助于（通过）第一端子输出的电流借助于功率变换器内的电馈送线传送到第一端子，电馈送线例如是导电线或印刷电路板的导线轨（conductor track）的形式。
功率变换器还具有接地故障和/或短路识别电路，接地故障和/或短路识别电路被设计为检测第一端子的接地故障和/或短路。
接地故障和/或短路识别电路具有线圈，线圈具有绕组。绕组优选地设置或定位为邻近所述电馈送线，其方式使得电馈送线内的电流变化在线圈或者所述线圈的绕组内感应出电压，所述电压可以借助于常规的部件测量。与常规的电流互感器（currenttransformer）的原理相比，绕组被设置，其方式使得它并没有物理上环绕或并没有在物理上围绕电馈送线。换句话说，电馈送线不像常规的电流互感器的情况那样通过绕组。此外，线圈不在第一端子和电馈送线之间电循环。此外，第一端子优选不具有用于电流测量的相关联的分流电阻器。
接地故障和/或短路识别电路进一步具有被设计为估算绕组中感应的电压以用于接地故障和/或短路识别的估算设备。估算设备可具有例如估算电子系统，或实施为估算电子系统，只要感应电压超过阈值，所述阈值可以预先指定或是预先指定的，也就是说，电馈送线内的电流变化，优选电流的增加，超过可预先指定的量，所述估算电子系统就产生信号。
功率变换器可具有用于连接三相导线中的第二相导线或三相AC电动机的相关端子的第二端子、以及用于连接三相导线中的第三相导线或三相AC电动机的相关联端子的第三端子。
此外，功率变换器可以具有第一电流传感器，例如，常规的电流互感器或分流电阻器形式的第一电流传感器，其被设计为测量第二端子处输出的电流。
此外，功率变换器可以具有第二电流传感器，例如，常规的电流互感器或分流电阻器形式的第二电流传感器，其被设计为测量第三端子处输出的电流。
功率变换器优选具有正好一个接地故障和/或短路识别电路、以及正好两个电流传感器。以这种方式，可以借助于常规的电流传感器，在第二和第三端子处执行常规的接地故障和/或短路识别。相比于常规专用电流传感器，接地故障和/或短路识别可以借助于接地故障和/或短路识别电路在第一端子处以高度节省空间和成本效益的方式执行，而不必为此目的提供常规的电流传感器，例如互感器形式的电流传感器。
绕组或匝可以由印刷电路板上的至少一个形成绕组的导线轨形成。绕组或匝可以由印刷电路板的不同层上的导线轨形成，其中，例如，在每种情况下可以在四层上设置三匝绕组，所述三匝例如借助于电镀的通孔彼此电连接，从而形成总共十二匝的线圈。
电馈送线同样可以形成为印刷电路板上的一个或多个导线轨，其中，为了电馈送线和绕组之间的电绝缘的目的，电馈送线可以设置在印刷电路板的一个或多个层上，所述一个或多个层与设置有形成线圈的绕组的导线轨的一个或多个层不同。
线圈可以由多个电耦合线圈元件形成。通过实例的方式，线圈元件中的第一个设置在电馈送线的第一侧上，线圈元件中的第二个设置在电馈送线的第二侧上，所述第二侧设置为与所述第一侧相对。
附图说明
以下将参照附图详细描述本发明，其中：
图1示意性地示出了用于驱动三相AC电动机的、频率变换器形式的功率变换器，以及
图2示意性地示出了用于图1所示的频率变换器的接地故障和短路识别的估算设备的基本电路图。
具体实施方式
图1示出了用于驱动常规三相AC电动机的、频率变换器1形式的功率变换器，常规三相AC电动机未图示，且具有三相导线或者三个线股。
频率变换器1通常具有三个端子或者输出2、7和8，用于电连接到三相AC电动机的相关联的相导线或者线股。
将要借助于第一端子2输出的电流借助于电馈送线3传送到第一端子2，电馈送线3形成为多层印刷电路板11的一层或多层上的导线轨。对应的导线轨12和13分别用作至端子7和8的电馈送线。
互感器9形式的第一电流传感器被设计为测量第二端子7处输出的电流。
互感器10形式的第二电流传感器被设计为测量第三端子8处输出的电流。
印刷电路板11在端子2、7和8的区域中具有三个指状突起，这三个指状突起分别引至端子2、7和8。导线轨3、12和13的每一个分别在印刷电路板11的指状突起的一个或多个层上平坦延伸。与导线轨12、13相关联的印刷电路板11的指状突起通常分别被互感器9和10环绕。
除其他事项外，借助于互感器9和10测量的电流分别用于端子7和8处的接地故障和/或短路识别。此外，所测量的电流也可以用于电流/电压调节、扭矩调节等。
没有软磁芯、且总共具有十二匝的绕组的线圈5被设置得侧向紧邻电馈送线或者导线轨3，其中绕组或者匝没有环绕电馈送线或者导线轨3。线圈5形成感应环。
线圈5的匝由导线轨形成，导线轨以平坦和螺旋的方式在印刷电路板11上延伸，其中在每种情况下在印刷电路板11的相关联的层上设置以螺旋方式延伸的三个导线轨。不同层的导线轨之间的电接触借助于电镀的通孔来实现。绕组轴线或者匝轴线垂直于印刷电路板11所形成的平面。
线圈5是接地故障和短路识别电路4的构成部分，如图2中的基本电路图所显示。除了线圈5之外，接地故障和短路识别电路4具有估算设备或者估算电子系统6，估算设备或者估算电子系统6在线圈5的绕组内感应的电压水平的基础上检测接地故障和/或短路。
电馈送线3内的接地故障和/或短路导致的电流的急剧增加会产生高水平的感应电压，使得当感应电压的对应选择阈值被超过时，检测到接地故障和/或短路。
也可以在并不具有常规的电流测量件的第三相上识别接地故障导致的过电流，然后借助于本发明、采用2相上的常规相电流测量，在频率变换器内切断该过电流。
电动机相的接地故障或短路借助于导线上的感应耦合来识别，该导线优选具有一匝或多匝的线圈的形式，其中所感应的电压被估算用于短路和/或接地故障识别。这可能是分开的部件的形式，或者是具有一个或多个层的导线轨的形式，其中线圈位于将要被测量的电流导线或者对应的电馈送线附近。
线圈可以由多个单独的线圈构成，例如在将要被监测的电馈送线的左侧和右侧。用于估算感应电压的电子系统连接在所述线圈的下游。

Claims (6)

1.一种功率变换器（1），用于驱动具有三相导线的三相AC电动机，所述功率变换器（1）包括：
-第一端子（2），其用于连接所述三相AC电动机的所述三相导线中的第一相导线，其中将要借助于所述第一端子（2）输出的电流借助于电馈送线（3）传送到所述第一端子（2），以及
-接地故障和/或短路识别电路（4），其设计为检测所述第一端子（2）的接地故障和/或短路，包括：
-线圈（5），其具有绕组，所述绕组设置为邻近所述电馈送线（3），从而借助于在所述电馈送线（3）和所述线圈（5）之间的感应耦合，所述电馈送线（3）内的电流变化在所述线圈（5）或者所述线圈（5）的所述绕组内感应出感应电压，其中所述绕组不环绕所述电馈送线，以及
-估算设备（6），其设计为估算所述感应电压以用于接地故障和/或短路识别，
-第二端子（7），其用于连接所述三相导线中的第二相导线，
-第三端子（8），其用于连接所述三相导线中的第三相导线，
-第一电流传感器（9），其设计为测量所述第二端子（7）处输出的电流，以及
-第二电流传感器（10），其设计为测量所述第三端子（8）处输出的电流，
-其中所述功率变换器（1）具有正好一个接地故障和/或短路识别电路（4）、以及正好两个电流传感器（9、10）。
2.如权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，
-所述绕组由印刷电路板（11）的至少一个导线轨形成。
3.如权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，
-所述绕组由所述印刷电路板（11）的不同层上的导线轨形成。
4.如权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，
-所述电馈送线（3）形成为所述印刷电路板的导线轨。
5.如权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，
-所述线圈由多个线圈元件形成。
6.如权利要求5所述的功率变换器，其特征在于，
-所述线圈元件中的第一个设置在所述电馈送线的第一侧上，所述线圈元件中的第二个设置在所述电馈送线的第二侧上，所述第二侧设置为与所述第一侧相对。
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