CN109842097A - 电子保护电路 - Google Patents

电子保护电路 Download PDF

Info

Publication number
CN109842097A
CN109842097A CN201811436176.6A CN201811436176A CN109842097A CN 109842097 A CN109842097 A CN 109842097A CN 201811436176 A CN201811436176 A CN 201811436176A CN 109842097 A CN109842097 A CN 109842097A
Authority
CN
China
Prior art keywords
intermediate circuit
circuit
capacitor cell
electric current
rectifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811436176.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109842097B (zh
Inventor
汉斯·彼得·科塔尔斯
威利·赫特尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Keb Automation KG
Original Assignee
Keb Automation KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Keb Automation KG filed Critical Keb Automation KG
Publication of CN109842097A publication Critical patent/CN109842097A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109842097B publication Critical patent/CN109842097B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/10—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers
    • H02M5/16—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers for conversion of frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1216—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for AC-AC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/16—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/001—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off
    • H02H9/002—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off limiting inrush current on switching on of inductive loads subjected to remanence, e.g. transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H02M7/062—Avoiding or suppressing excessive transient voltages or currents

Abstract

本发明涉及一种用于操作电机的变频器，包括：整流器；逆变器，二者通过中间电路彼此互联，中间电路包括两个串联连接的中间电路电容单元，每个中间电路电容单元与平衡电阻并联连接；以及具有用于中间电路的预充电电路；每个中间电路电容单元包括感测单元，感测单元包括光耦合器；比较装置，比较施加至中间电路电容单元的多个电压，发出相应的控制信号；以及关断装置，一旦检测到由比较装置发出的控制信号即中断流入中间电路的电流，关断装置包括整流器、预充电电路以及晶闸管控制单元，预充电电路的电阻为热变电阻。根据本发明的实施例使得流入中间电路的电流在发生短路时立即中断，防止了与电容单元有关的破裂，实现了对人员和财产的有效保护。

Description

电子保护电路
技术领域
本发明涉及一种用于操作电机的变频器，该变频器具有包括作为整流器半导体的多个晶闸管的整流器，并且具有逆变器，其中整流器和逆变器通过中间电路彼此互联，其中中间电路包括两个串联连接的中间电路电容单元，并且包括用于每个中间电路电容单元的平衡电阻，该平衡电阻与中间电路电容单元并联连接用于在两个中间电路电容单元上的电压平衡，并且具有用于中间电路的预充电电路，该预充电电路包括二极管和串联连接到二极管上的电阻。进一步地，本发明涉及一种用于使这样的变频器的中间电路断电的方法。
背景技术
通常的转换器、以及特别是变频器本身已经从现有技术中已知，故而在本文中不再单独进行说明。因此，仅参考欧洲专利文献EP 2 680 421 B1作为示例，该文献涉及一种具有中间电路电容的变频器和用于给变频器预充电的方法。
变频器通常包括通过中间电路彼此互联的整流器和逆变器。根据先前已知的设计，中间电路包括两个串联的中间电路电容单元。在该设计中，每个中间电路电容器单元可设置有多个要么串联要么并联的中间电路电容。
电解电容特别适合作为中间电路电容。电解电容为极化电容，其阳极电极由金属制成，该金属诸如为铝、钽、或钒，在阳极上施加有极薄的电绝缘层作为绝缘体。阴极电极由电解质形成，该电解质可以是液态形式的离子导体，也可以是固态形式的电子导体。
电容几乎存在于每个电路中。电解电容比其他电容技术更优的益处在于电解电容在设计上较小的同时能达到高电容值。因此，电解电容尤其适用于那些能量临时储存在小安装空间的应用中。对于电解电容一个可能的应用是作为在整流器电路中的滤波电容。由于电解电容的介电强度被限制，在400V应用中串联连接若干电解电容以达到需要的介电强度。这样的实施例如可在400V变频器的中间电路中找到。
原则上，电气零件中始终存在这样的风险，即随着使用寿命的延长、或由于其他影响，电气零件将出现故障从而形成短路。对串联连接的多个电解电容来说尤其是个问题，因为如果串联连接的电容形成短路，这将导致无缺陷的串联连接的多个电容产生浪涌。如果电压此时超过无缺陷的多个电容的其中一个的电容特定最大值，这将导致电容的损坏，在电解电容的情况中，这可能导致爆炸性破裂。除此之外，破裂力由过电压水平、可用的电流和/或电容的设计和状况确定。
如上描述的破裂问题特别适用于400V变频器，这是由于在此多个电解电容作为连接在线路电压整流器电路的下游的滤波电容使用。在临界工作条件中，由供电干线至多个电容的电流仅由供电干线和整流器电路的阻抗调整。由于这些阻抗通常非常小，可能会发生非常大的电流，这可能导致电解电容危险的破裂。
为了在使用电解电容时能够提供对人员和财产的充分保护，通常的措施是相应地加固相关联的装置的外壳。这旨在确保一旦电解电容破裂，尽可能少的组件会从外壳中逃逸并且到达外部，从而在破裂之后，不会暴露任何带电流的组件。然而这样的外壳加固带来无益处的复杂性并且因此成本高。
另一种保护措施是使用快速作用的保险丝，这些保险丝连接在装置(例如，变频器)的上游。在出现故障的情况中，这些保险丝非常迅速地断开流至装置的电流和能量。作为结果，电解电容的破裂的强度将相当减少。另一方面，这样的保险丝与其他类型的保险丝相比成本相对高。
进一步地，用于对至少两个串联连接的中间电路电容单元进行短路监控的电路可从WO 2004/010557号专利文献中得知。通过已知的电路，由中间电路电压推导出的参考电压用作控制信号，该控制信号将在电容短路的情况中生成错误信号。参考电压串联电阻链形成，串联电阻链与待监控的中间电路电容并联连接。
进一步地，根据DE 2 252 434 A1号专利文献，从现有技术中得知一种用于监控和保护串联连接的多个电容的结构。该结构包括与多个电容并联连接的多个平衡电阻。与分压器的多个电阻一起(该分压器的多个电阻与该系列的电路并联连接)，多个平衡电阻形成桥接电路。监控装置切换进入桥接电路的输出对角，并且还提供电压限制组件，该组件与桥接电阻并联连接。
从DE 10 2011 053 013 A1号专利文献已知一种用于平衡串联连接能量储存器的分压的装置和方法。在装置边，每个能量储存器与旁路电路对齐，该旁路电路通过将电流重新引导至旁路电路来限制能量储存器的电压。每个旁路电路包括电阻和触发开关元件并且与相关联的能量储存器并联连接。
从CN 201 388 162号专利文献已知一种用于转换器的预充电控制电路。该预充电控制电路包括硅控触发模块，该模块持续地扫描三相位输入电压并且将其与预定参考值进行比较。当采样值超过参考值时，生成触发信号以减少流经预充电电路的电流。
JP 2013 009 498 A号专利文献涉及一种能量储存装置，该装置包括能量储存模块、补偿电路、监控电路和输出电路。输出电路包括功耗调整电路，该功耗调整电路作用为将输出电路的功耗设置为预定的电流值。
日常实施使用中已知的保护措施证明是有用的，然而，仍然需要在电解电容的使用期间对人员和财产提供有效保护，这种保护简单同时在系统中实施成本低。本发明的目的是在电解电容的使用期间在这方面提供对人员和财产的改进的保护。
发明内容
为解决这一目标，本发明提出一种如上提到类型的变频器，其中，对于每个中间电路电容单元，提供用于记录施加至该中间电路电容单元的电压的单元，其中一个单元包括：与相关联的中间电路电容单元的平衡电阻串联连接的光耦合器，其中，包括比较单元，用于通过检测光耦合器输出端的开关将施加至中间电路电容单元的多个电压互相比较并且在电压不平衡的情况下发出相应的控制信号；并且在其中提供关断装置，该关断装置一旦检测到由比较单元发出的控制信号随即中断流入中间电路的电流，关断装置包括整流器、用于中间电路的预充电电路、以及晶闸管控制单元，晶闸管控制单元用于使触发整流器的多个晶闸管的信号失效，并且其中预充电电路的电阻为热变电阻(temperature-dependentresistor)。
根据本发明的实施例导致流入中间电路的电流在发生短路的情况下立即中断。以这种方式，防止了与中间电路电容单元有关的破裂，从而实现了对人员和财产的有效保护。
根据本发明的保护电路基本上由两个组件组成。通过第一电路组件，测量中间电路电容单元处的电压。如果两个中间电路电容单元之一由于短路而失效，施加至非失效(也就是另一个)电容单元的电压将增加，这被检测到为过电压情况。第二电路组件的作用在于在过载的情况下使电流和能量不会流入中间电路电容。以此种方式，就可以防止这一现象，即，中间电路电容单元在没有缺陷的情况下一直向中间电路供电，知道中间电路电容单元破裂为止。
为了检测过载情况，提供了一种比较装置，该比较装置用于比较施加至中间电路电容单元的多个电压。对于每个中间电路电容单元，提供了与该中间电路电容单元并联连接的平衡电阻，该平衡电阻的作用为平衡在中间电路电容单元上的电压。如果现在通过比较装置检测到电压不平衡，这意味着施加至两个中间电路电容单元之一的电压过高。因此，比较装置发出相应的控制信号，该控制信号作为用于关断装置的输入信号，关断装置用于中断电力。
为了感测电压，每个中间电路电容单元都具有用于感测施加至具体的中间电路电容单元的电压的感测单元。由这些感测单元发出的多个信号通过比较装置相互比较。只要存在电压平衡，两个中间电路电容单元就是完好无损的。其中任一个单元的故障会立刻导致电压不平衡，该不平衡由比较装置通过电压比较检测到。
如果检测到电压不平衡，则通过根据本发明的保护电路立即中断供应至中间电路的电力。这就是保护电路的关断装置的作用所在，关断装置与比较装置通信连接。一旦检测到由比较装置发出的控制信号，关断装置禁止电流和能量流入中间电路，从而禁止电流和能量流入仍然未受损的中间电路电容单元，从而避免了作为电压过高的后果导致的无意的破裂。
总之，本发明提出了一种保护电路，该保护电路易于实现并且以有效的方式保护人员和财产，这是由于在电压过高的情况中，该保护电路可以立即中断电流，这能够有效地防止中间电路电容单元破裂。中间电路电容单元可由若干容并联和/或串联连接的电解电容形成。
本发明进一步提出一种方法，该方法用于在中间电路的两个串联连接的中间电路电容单元的其中一个发生短路情况下，使如上描述类型的变频器的中间电路的电流中断，该方法包括：在中间电路电容单元上发生电压平衡；感测施加至中间电路电容单元的电压；通过光耦合器将施加至中间电路电容单元的多个电压相互比较；并且，在存在由比较器检测到的电压不平衡的情况下，中断流入中间电路的电流，其中电流通过多个晶闸管流入中间电路并且流入中间电路的电流通过阻断多个晶闸管被中断，其中在多个晶闸管阻断的情况下电流流经预充电电路流入中间电路，预充电电路具有热变电阻，并且由于热变电阻进入高阻抗状态，流入中间电路的电流被中断。
实施根据本发明的方法导致多个益处，这些益处基于根据本发明的保护电路已经在前解释。
根据本发明进一步提供一种用于电压感测的感测单元，该单元包括光耦合器，光耦合器与相关联的中间电路电容单元的平衡电阻串联连接。因此，每个中间电路电容单元提供一个光耦合器，该耦合器切换进入平衡循环，即与分别相关联的中间电路电容单元的平衡电阻串联连接。
由于该电路，当按预期使用时，电流将流经光耦合器的多个二极管，二极管的电流将导致切换，即取决于逻辑，接通或关断光耦合器输出端。光耦合器输出端与比较装置通信连接，从而通过比较装置，能够确定分别施加至中间电路电容单元的电压是否在特定的范围内。
如果在中间电路电容单元的其中一个上形成短路，这将导致在其他的中间电路电容单元上不允许的且有害的电压增加。作为短路的后果，不再有电流流经光耦合器，光耦合器与由于短路而失效的中间电路电容单元并联连接；作为结果，光耦合器输出端将切换，并且在比较装置的输入端处的电压信号将改变。因此，比较装置将检测电压分布中的变化，从而间接地检测出在电容单元上的多个电压不再处于特定的操作范围。由于检测到的电压不平衡，比较电路将发出相应的控制信号，该控制信号随后的作用为立即中断流入中间电路的电流。
如上描述的实施例的一个特别的好处在于容易感测到中间电路电容单元上的电压。该感测不会直接发生，而是间接地通过确保电流处于平衡循环发生，并且能够通过使用最少的组件实现。在该过程中，该感测仅通过光耦合器进行，因而不需额外的成本高的测量组件，这些组件可能自身需要供电。
根据本发明，关断装置包括整流器和用于中间电路的预充电电路。整流器连接在中间电路的上游，并且优选地具有作为整流器半导体的多个晶闸管。预充电电路与相L1上的晶闸管并联连接，并且包括二极管和出于该目的的串联连接的热变电阻。
在按预期应用的情况下，电力从供电干线(main supplys)通过整流器流入中间电路，再从中间电路流向其他消费者。在这种情况下，整流器的晶闸管被触发，以确保能量通过整流器电流流入中间电路。
预充电电路的预充电支路与第一晶闸管并联连接，第一晶闸管连接至供电干线的相L1。预充电电路的二极管和电阻对中间电路进行电压预充电，预充电电路的电阻为实现这一目的串联连接到二极管。一旦在中间电路中达到足够的电压水平，多个晶闸管接通。预充电电路的目标和目的在于防止供电干线接通时产生更大的电流。
如果现在通过以如上描述的方式的电压感测过程间接检测到在多个中间电路电容单元之一上发生短路，则关断属于关断装置的整流器的多个晶闸管。为此，关断装置包括晶闸管控制单元，也就是使触发多个晶闸管的信号无效的装置。一旦连接至各自的相的三个晶闸管被阻断，通过整流器流入中间电路的电流就被中断。随后，将发生的是电流流经预充电电路(即流经预充电电路的二极管和电阻)，预充电电路的电阻出于该目的与二极管串联连接。
预充电电路的电阻为热变电阻，随着电流增加，该电阻将进入高阻抗状态，该状态即为先前描述的中间电路电容单元的短路错误状况。一旦电阻由于大电流进入高阻抗状态，中间电路就与供电干线断开连接。因此，没有能量能够通过多个晶闸管或通过预充电电路流入中间电路，从而保护了中间电路电容单元被保护免受进一步的损坏。预充电电路的热变电阻必须因此设计成使得：在中间电路电容单元之一的爆炸性破裂发生之前中断流入中间电路的电流。
如上描述的关断装置的一个特别的益处在于，该关断装置使用已经提供为用于按预期给中间电路充电的预充电电路，以达到在错误情况下(也就是中间电路电容单元的短路情况下)将中间电路从供电干线立即断开连接。以此种方式，预充电电路具有在错误情况中的保护功能。就此而言，另一个益处在于，当触点电路的热变电阻处于高阻抗状态时，可以在发生故障状况时防止无意的重新接通，这对于使用者来说提供了额外的安全性。
本文提出了电流通过多个晶闸管流入中间电路，其中流入中间电路的电流通过封闭多个晶闸管被中断的方法。进一步提出的是，在晶闸管被阻断的情况下，电流将通过具有热变电阻的预充电电路流入中间电路，其中流入中间电路的电流由于温度相关的电阻进入高阻抗状态被防止。
以此种方式实施该方法导致多个益处，这些益处基于根据本发明的保护电路已经在前解释。
根据本发明的实施例，变频器的已经提供的整流器和变频器的同样已经提供的预充电电路可用作根据本发明提供的关断装置的电学组件。这使得根据本发明的实施例的实施特别简单和低成本，同时改进了对人员和财产的保护，这是由于在故障状况下(即特别是在中间电路电容单元发生短路的情况下)，根据本发明提供的电路确保中间电路与供电干线立即断开连接。以此种方式，可有效防止中间电路电容单元的爆炸性破裂。
然而，根据本发明的实施例仅适用于在变频器中使用。其他使用的示例为在再生单元、有源谐波滤波器、不断电系统(UPS系统)、主动前端或主动横向进给转换器中使用。
附图说明
本发明的其他特征和益处将从基于附图的描述中得出。在这些附图中：
图1示出了根据本发明的主要的电压感测单元；
图2示出了主要的整流器电路；以及
图3示出了变频器的框图。
附图标记
1 变频器
2 整流器
3 逆变器
4 中间电路
5 中间电路电容单元
6 中间电路电容
7 中间电路电容
8 中间电路电容单元
9 中间电路电容
10 中间电路电容
11 平衡电阻
12 平衡电阻
13 保护电路
14 感测单元
15 感测单元
16 光耦合器
17 光耦合器
18 电阻
19 电阻
20 关断装置
21 信号处理单元
22 印刷电路板
23 箭头
24 预充电电路
25 晶闸管
26 晶闸管
27 晶闸管
28 预充电电路分支电路
29 二极管
30 电阻
31 比较装置
32 晶闸管触发单元
33 晶闸管单元
34 晶闸管单元
35 晶闸管单元
具体实施方式
在图3中，框图示出了变频器1。该变频器的作用为操作诸如马达的电机，该电机在附图中未详细示出，并且变频器1以已知方式包括整流器2和逆变器3。此外，整流器2和逆变器3通过中间电路4彼此互联。
如可从图3进一步可见的，变频器1在电力输入边上连接至供电干线的三个相L1、L2和L3。
变频器1的中间电路4包括串联连接的两个中间电路电容单元5和8。在示出的实施例中，中间电路电容单元5和8分别包括两个电容6和7以及9和10，电容6和7、电容9和10分别并联连接。作为结果，提供两个电容通路，其中电容6和9串联连接，电容7和10串联连接。
电容6、7、9和10中的每一个都为电解电容，电解电容在电压过高的情况中可爆炸性破裂。正如可从进一步的说明书得出的、尤其是基于图1和图2，这样的破裂通过根据本发明的保护电路13被防止。
对于中间电路电容单元5和8，保护电路13分别具有平衡电阻11和12，这两个平衡电阻分别与相关联的中间电路电容单元5和8并联连接。因此，平衡电阻11与中间电路电容单元5对齐，并且平衡电阻12与中间电路电容单元8对齐，这些尤其可根据图1示出的所见。同时，平衡电阻11和12用于在中间电路电容单元5和8上平衡电压。
此外进一步，提供单元14和15分别用于每个中间电路电容单元5和8，单元14和15用于感测施加至每个中间电路电容单元5和8的电压。同时，每个感测单元14和15分别包括光耦合器16和17、分别包括电子18和19，电阻18和19中的每个都与相关联的中间电路电容单元5和8各自的平衡电阻11和12分别串联连接。因此，与平衡电阻11串联连接的感测单元14与中间电路电容单元5对齐。感测单元15与中间电路电容单元8对齐，并且因此感测单元15与平衡电阻12串联连接。该实际的连接还可从图1中得出。
此外进一步地，保护电路13包括比较装置31。通过比较装置31，在操作情况下，将施加至终点电路电容单元5和8的多个电压相互比较，其中在通过信号处理单元21检测到电压不平衡的情况下比较装置31生成控制信号，该控制信号与箭头23一致，激活用于将流入中间电路4的电流立即中断的关断装置。在示出的实施例中，如上描述的电路组件的电路在普通印刷电路板22上实现。
在图2中详细示出关断装置20。关断装置20包括已经在前描述的整流器2、晶闸管触发单元32、以及预充电电路24。
整流器2包括三个晶闸管25、26和27，这些晶闸管连接至供电干线的多个相。第一晶闸管25与相L1对齐，第二晶闸管26与相L2对齐，并且第三晶闸管27与相L3对齐。晶闸管25、26、27中的每个都为晶闸管单元33、34和35的一部分，这些晶闸管单元还可包括进一步的组件，尤其是二极管。
同样根据图2示出的可见的是，预充电电路24连接至供电干线的相L1并与第一晶闸管25并联。同时，预充电电路由二极管29制成的串联电路和热变电阻30组成，热变电阻在高温下降进入高阻抗状态。取代仅有一个电阻的是，还可以提供多个串联连接和/或并联连接的电阻。
保护电路13的工作原理如下：
在按预期操作的情况下，通过晶闸管触发单元32触发晶闸管25、26和27，从而使得能量流(也就是电流)通过整流器2从供电干线流入中间电路4。在完全触发晶闸管25、26和27的情况下，预充电电路24的二极管和电阻30的影响可忽略不计，这是由于预充电电路24与第一晶闸管25并联连接。可替代地，预充电电路24当然还可与第二晶闸管26或第三晶闸管27并联连接。
当变频器1接通时，预充电电路24将对中间电路4电压充电。仅当中间电路4中达到足够的电压水平时，多个晶闸管25、26和27才会将通过晶闸管触发单元32接通。通过这样的预充电，将防止打开变频器1时供电干线中更大的电流的产生。
在按预期操作的情况下，施加至中间电路电容单元5和8的多个电压通过相关联的感测单元14和15感测到。在特定的操作范围中，电流流经光耦合器16和17的二极管，这导致切换(也就是相关联的光耦合器输出端的打开或关闭)。通过比较装置31的信号处理单元21，与上级控制传达在中间电路电容单元5和8处的多个电压在特定的范围之内。
如果现在在两个中间电路电容单元5或8其中之一中发生短路，这将导致在中间电路电容单元5或8的另一者上产生无意且破坏性的电压倍增。因此，与短路的中间电路电容单元5或8相关联的光耦合器16或17中的电流将被阻止。作为结果，相关联的光耦合器输出端将切换，并且在信号处理单元21的输入端处的电压信号将改变。该信号处理单元21检测到该改变，并且传达至上级控制，并且因此还传达至关断装置20(与箭头23一致)，传达的内容为在电容单元5和8处的多个电压不在处于正常范围之内。
随即，关断装置20使整流器2无效，以防止进入变频器1中进一步的能量流。以一种有益的方式，可以以一种有利的方式在没有控制的情况下进行，这是由于信号处理单元直接访问整流器2的触发单元。
传输至关断装置20的信号导致晶闸管25、26和27通过晶闸管触发单元32被关断。一旦三个晶闸管25、26和27全部被阻断，通过预充电电路24的预充电电路支路28的电流将因此流过二极管29和电阻30。由于电阻30为正温度系数(PTC)部件，电阻在大电流情况下将进入高阻抗状态，该大电流发生在中间电路电容单元短路的故障状况下。
一旦电阻30进入高阻抗状态，中间电路4与供电干线断开连接。因此，无论是通过晶闸管25、26和27、或是通过预充电电路24，都不会有能量流入中间电路4。中间电路电容单元5和8因此被保护免受进一步的损坏。
由于两个串联连接的中间电路电容单元5或8之一的短路，全部的中间电路电压被施加至中间电路电容单元5或8中的另一个。该电压值通常超出中间电路电容单元5或8的介电强度。这样的中间电路电容单元5或8通常包括电解电容，在电解电容内部随后的过程发生故障状况。
过高的电压导致在阳极箔的最弱处的火花并且导致在电容中增加的泄露电流。因此，在电容中电力损失增加，并且在内部有气体形成。这导致在电解电容的内部温度升高。由于这样的温度升高，电解质的击穿场强降低，这引起在整个线轴中的火花。该火花导致气体形成增加，从而导致在电容中的压力增加。作为结果，火花、温度增加、气体形成、以及压力增加的组合将导致电容的爆炸性破裂。
从现有技术已知的电解电容通常具有提供将内部形成的气体排放至外部以减少机械压力的可能性的阀。然而在电容的短路的错误情况下，该阀无效化，这是由于该阀特别慢，并且由于从现有技术已知的阀是设计为在过载的情况下而非短路的情况下排出形成的气体。因此，在电解电容损坏或该阀触发之前过载的情况可持续几分钟。在短路的情况下，电容将在几毫秒之后就已经损坏，这就是为何在短路的情况下阀驱动不是有效的保护机制。
申请人的调查示出：取决于使用的电容的设计，在两个中间电路电容单元之一上短路的发生和另一个中间电路电容单元上的破裂之间的时间段为大约30毫秒。在更小的电容设计的情况下，该时间段还可小于30毫秒。
保护电路13具有3毫秒至15毫秒的响应时间，优选地为4毫秒至12毫秒，甚至更优选地位5毫秒至10毫秒，例如为大约6毫秒，也就是在两个中间电路电容单元5或8之一上的短路的发生和进入中间电路4的电流的防止之间的时间段为大约6毫秒。该响应时间是由于晶闸管25、26和27仅在零电流之后变为非导通的。在50HZ的供电干线的情况下，这导致响应时间为t＝1/(50Hz x 3)＝6.67ms。因此，取决于整体电路布局，这样的中间电路电容单元5和8需要被选择出哪个处于过高电压的情况中，将抵受诸如至少10秒的该情况并且不被损坏。包括安全系数保证在短路的情况下，将非常迅速发生关断，从而防止了特别是电容6、7、9和10中的一个发生无意的爆炸性破裂。

Claims (5)

1.一种用于操作电机的变频器，包括：
整流器(2)，所述整流器(2)包括多个作为整流器半导体的晶闸管(25、26、27)；以及
逆变器(3)，其中所述整流器(2)和所述逆变器(3)通过中间电路(4)彼此互联，其中所述中间电路(4)包括两个串联连接的中间电路电容单元(5、8)，并且每个所述中间电路电容单元(5、8)与平衡电阻(11、12)并联连接，以用于在所述中间电路电容单元(5、8)上平衡电压，
用于所述中间电路(4)的预充电电路(24)，所述预充电电路(24)包括二极管(29)和与所述二极管串联连接的电阻(30)，
其特征在于，每个中间电路电容单元(5、8)设置有：
感测单元(14、15)，所述感测单元用于感测施加至所述中间电路电容单元(5、8)的电压，所述感测单元(14、15)包括光耦合器(16、17)，所述光耦合器(16、17)与相关联的中间电路电容单元(5、8)的所述平衡电阻(11、12)串联连接；
比较装置(31)，所述比较装置(31)通过检测所述光耦合器的输出端的切换来比较施加至所述多个中间电路电容单元(5、8)的多个电压，并在电压不平衡时发出相应的控制信号(23)；以及
关断装置(20)，所述关断装置(20)配置为：一旦检测到由所述比较装置(31)发出的所述控制信号(23)，就中断流入所述中间电路(4)的电流，
其中，所述关断装置(20)包括：整流器(2)、用于所述中间电路(4)的预充电电路(24)以及晶闸管控制单元(32)，所述晶闸管控制单元(32)用于使触发所述整流器(2)的多个晶闸管(25、26、27)的信号无效，
其中，所述预充电电路(24)的所述电阻(30)为热变电阻(30)。
2.根据权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述预充电电路(24)连接到相(L1)上并与所述晶闸管(25)并联连接。
3.根据权利要求1或2所述的变频器，其特征在于，所述中间电路电容单元(5、8)包括多个串联和/或并联连接的电容(6、7、9、10)。
4.一种断电方法，用于在中间电路(4)的两个串联连接的中间电路电容单元(5、8)的其中一个发生短路的情况下使得根据前述权利要求1-3中任一项的变频器(1)的中间电路(4)断电，该方法包括：
在所述中间电路电容单元(5、8)上产生电压平衡；
通过光耦合器(16、17)感测施加至所述中间电路电容单元(5、8)的电压；
将施加至所述中间电路电容单元(5、8)的多个电压相互比较；以及
在由比较器检测到存在电压不平衡的情况下，中断流入所述中间电路(4)的电流，
其中，电流通过多个晶闸管流入所述中间电路(4)，并且流入所述中间电路(4)的电流通过阻断所述多个晶闸管被中断，
其中，在所述多个晶闸管阻断的情况下，电流通过预充电电路(24)流入所述中间电路(4)，所述预充电电路具有热变电阻(3)，并且流入所述中间电路(4)的电流由于所述热变电阻(30)进入高阻抗状态而中断。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，两个中间电路电容单元(5、8)的其中一个发生短路和防止电流流入所述中间电路(4)之间的响应时间为介于3毫秒至15毫秒。
CN201811436176.6A 2017-11-28 2018-11-28 电子保护电路 Active CN109842097B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EPEP17203987.7 2017-11-28
EP17203987.7A EP3490129B1 (de) 2017-11-28 2017-11-28 Elektronische schutzschaltung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109842097A true CN109842097A (zh) 2019-06-04
CN109842097B CN109842097B (zh) 2022-04-12

Family

ID=60484171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811436176.6A Active CN109842097B (zh) 2017-11-28 2018-11-28 电子保护电路

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3490129B1 (zh)
KR (1) KR102137324B1 (zh)
CN (1) CN109842097B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112134339A (zh) * 2019-06-24 2020-12-25 光宝电子(广州)有限公司 电源转换装置及其电容短路保护电路与电容短路保护方法
CN113708647A (zh) * 2021-08-30 2021-11-26 西安铁路职业技术学院 大中型设备变频-工频组合驱动系统

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5982050A (en) * 1996-03-14 1999-11-09 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha Power supply unit for automotive vehicle
CN201388162Y (zh) * 2009-02-13 2010-01-20 上海新时达电气股份有限公司 变频器的预充电控制电路
CN201393056Y (zh) * 2009-04-28 2010-01-27 山东山大奥太电气有限公司 一种逆变器的保护检测装置
CN101714816A (zh) * 2008-09-30 2010-05-26 洛克威尔自动控制技术股份有限公司 电力电子模块预充电系统和方法
CN102130616A (zh) * 2011-03-28 2011-07-20 株洲南车时代电气股份有限公司 一种变频器预充电控制装置及其方法
CN102223081A (zh) * 2011-06-09 2011-10-19 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种大容量电压型变频器的充电方法
JP2013009498A (ja) * 2011-06-23 2013-01-10 Nisshinbo Holdings Inc 蓄電装置及び蓄電システム
CN103117651A (zh) * 2013-02-06 2013-05-22 上海儒竞电子科技有限公司 基于热敏电阻的三相整流器软上电电路
CN103269166A (zh) * 2013-05-30 2013-08-28 广州市伟达力电器有限公司 具有预充电保护功能的变频器
CN103795283A (zh) * 2012-10-31 2014-05-14 东芝施耐德变换器公司 逆变器装置的积蓄电力放电电路
CN103855679A (zh) * 2012-11-30 2014-06-11 控制技术有限公司 过压保护电路、包含其的驱动器和电源及过压保护方法
CN203691249U (zh) * 2014-01-10 2014-07-02 中国石油大学(华东) 一种新型的预充电电路
CN104078941A (zh) * 2013-03-28 2014-10-01 控制技术有限公司 损坏限制方法及损坏限制装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3424949A (en) * 1966-05-10 1969-01-28 Gen Electric High-speed overload circuit
DE2252434C3 (de) * 1972-10-21 1979-11-15 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Anordnung zur Überwachung und zum Schutz von in Reihe geschalteten Kondensatoren
DE10232145A1 (de) 2002-07-13 2004-01-29 Rexroth Indramat Gmbh Zwischenkreiskondensator-Kurzschlussüberwachung
DE102011053013A1 (de) * 2011-08-26 2013-02-28 Refusol Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Symmetrierung der Spannungsaufteilung von in Reihe geschalteten Energiespeichern
EP2680421B2 (de) 2012-06-29 2018-08-08 Siemens Aktiengesellschaft Frequenzumrichter mit Zwischenkreiskondensator und Verfahren zum Vorladen desselben

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5982050A (en) * 1996-03-14 1999-11-09 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha Power supply unit for automotive vehicle
CN101714816A (zh) * 2008-09-30 2010-05-26 洛克威尔自动控制技术股份有限公司 电力电子模块预充电系统和方法
CN201388162Y (zh) * 2009-02-13 2010-01-20 上海新时达电气股份有限公司 变频器的预充电控制电路
CN201393056Y (zh) * 2009-04-28 2010-01-27 山东山大奥太电气有限公司 一种逆变器的保护检测装置
CN102130616A (zh) * 2011-03-28 2011-07-20 株洲南车时代电气股份有限公司 一种变频器预充电控制装置及其方法
CN102223081A (zh) * 2011-06-09 2011-10-19 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种大容量电压型变频器的充电方法
JP2013009498A (ja) * 2011-06-23 2013-01-10 Nisshinbo Holdings Inc 蓄電装置及び蓄電システム
CN103795283A (zh) * 2012-10-31 2014-05-14 东芝施耐德变换器公司 逆变器装置的积蓄电力放电电路
CN103855679A (zh) * 2012-11-30 2014-06-11 控制技术有限公司 过压保护电路、包含其的驱动器和电源及过压保护方法
CN103117651A (zh) * 2013-02-06 2013-05-22 上海儒竞电子科技有限公司 基于热敏电阻的三相整流器软上电电路
CN104078941A (zh) * 2013-03-28 2014-10-01 控制技术有限公司 损坏限制方法及损坏限制装置
CN103269166A (zh) * 2013-05-30 2013-08-28 广州市伟达力电器有限公司 具有预充电保护功能的变频器
CN203691249U (zh) * 2014-01-10 2014-07-02 中国石油大学(华东) 一种新型的预充电电路

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112134339A (zh) * 2019-06-24 2020-12-25 光宝电子(广州)有限公司 电源转换装置及其电容短路保护电路与电容短路保护方法
CN113708647A (zh) * 2021-08-30 2021-11-26 西安铁路职业技术学院 大中型设备变频-工频组合驱动系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR102137324B1 (ko) 2020-07-23
EP3490129B1 (de) 2020-01-08
EP3490129A1 (de) 2019-05-29
KR20190062216A (ko) 2019-06-05
CN109842097B (zh) 2022-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11631973B2 (en) Adjustable speed drive with integrated solid-state circuit breaker and method of operation thereof
US9025350B2 (en) Cascaded H-Bridge medium voltage drive, power cell and bypass module thereof
KR102142490B1 (ko) 모듈 저장 인터페이스의 이중 퓨즈
CN106066450B (zh) 具有电压监控的绝缘监控装置及基于其的方法
KR100384426B1 (ko) 태양광발전용접지불량검출장치및방법과이장치및방법을이용하는태양광발전장치
US9931957B2 (en) Battery system with a battery, which is designed to supply a high-voltage network with electric energy, and a measuring device for measuring at least one insulation resistance of the battery
KR101670195B1 (ko) 전원 장치
US9998060B2 (en) System and method for capacitor fault energy interruption in adjustable speed drives
KR101001138B1 (ko) 절연저항측정을 겸한 모터보호 장치 및 그 방법
US9478996B2 (en) Battery cell unit comprising a battery cell and a monitoring and actuation unit for monitoring the battery cell and method for monitoring a battery cell
US20150155794A1 (en) Short Circuit Protection
CN103419643A (zh) 一种高压配电控制方法及其装置
US20170179738A1 (en) Charging device and charging method for a high voltage battery of a motor vehicle
US20170338643A1 (en) Circuit protection device with self fault detection function
EP2843836A1 (en) Solid state power controller and method for monitoring a solid state power controller
CN109842097A (zh) 电子保护电路
CN109342935A (zh) 一种直流母线充电电路继电器失效检测装置、方法及电机
CN107872188B (zh) 电机驱动器
US11531044B2 (en) Battery pack, battery management system, and method therefor
CN203543694U (zh) 一种高压配电控制装置
US20230408569A1 (en) Monitoring device for emergency standby operation
CN109842096B (zh) 电子保护电路
JP6155854B2 (ja) 電池システム
US20240055979A1 (en) Converter arrangement and method for operating a converter arrangement
JPH04331464A (ja) コンバータ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant