CN113692702A - 用于监控变频器的运行的方法和变频器 - Google Patents
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Abstract
一种用于监控变频器（1）的运行的方法，所述变频器被构造用于操控电动机（2），其中所述方法具有步骤：‑产生用于所述电动机（2）的相对应的相线（2.1、2.2、2.3）的相电压（u1、u2、u3），‑确定电压旋转场，‑测量出现的相电流（i1、i2、i3），‑根据所测量的相电流（i1、i2、i3）确定电流旋转场，‑计算所述电压旋转场和所述电流旋转场之间的相位差和/或计算所述电压旋转场的频率和所述电流旋转场的频率之间的频率差，以及‑当所述相位差超过相位差阈值时和/或当所述频率差超过频率差阈值时，确定差错状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于监控变频器的运行的方法和一种变频器。
发明内容
本发明所基于的任务在于，提供一种用于监控变频器的运行的方法和一种变频器，它们能够实现对运行的可靠且成本低的监控。
本发明通过一种根据权利要求1所述的用于监控变频器的运行的方法和一种根据权利要求7所述的变频器来解决该任务。
所述方法用于监控变频器的运行，所述变频器被构造用于操控电动机。电动机可以例如是同步电动机或异步电动机。
在该方法情况下，基于相电压的所属额定值，产生用于相对应的相线的或在电动机的相对应的相线之间的常规相电压。例如基于额定值产生相电压的幅度和频率，使得出现电动机的期望转速和/或电动机的期望转矩。典型地，为三个相对应的相线产生三个相电压。在这方面，也应该参阅相关专业文献。
作为另一方法步骤，确定电压旋转场。尤其是，根据相电压的额定值计算电压旋转场。在确定电压旋转场方面，也应该参阅相关专业文献。
作为另一方法步骤，测量至少一个相电流，所述相电流在相线中流动并且由于相电压而出现。在三相电动机情况下，测量三个相电流中的两个可以是足够的，因为第三相电流在计算上由其他两个相电流得出。
作为另一方法步骤，根据所述一个或多个所测量的相电流计算电流旋转场。在这方面，也应该参阅相关专业文献。
作为另一方法步骤，计算电压旋转场和电流旋转场之间的相位差和/或电压旋转场的频率和电流旋转场的频率之间的频率差。
最后，如果相位差或相位差的数值超过相位差阈值和/或如果频率差或频率差的数值超过频率差阈值，则确定差错状态。
相位差阈值和频率差阈值可以是绝对的或相对的值。相位差阈值和频率差阈值可以考虑可能的转差率（Schlupf）。相位差阈值和频率差阈值可以例如关于电压旋转场的相位或关于电压旋转场的频率处于1％和10％之间的范围中。
典型地借助于所谓的安全发送器系统（Gebersystem）来在具有安全功能的应用中对电动机的转子的位置进行确定。借助于这样的发送器系统可能的是，确定转子的转速和角位置。然而，发送器系统表示空间和成本因素。因此，常见的是在成本关键的设施中放弃这样的发送器系统。然而，这引起在动态性和精度方面的限制，但是这在许多应用中是可接受的。
常规的同步或异步电动机利用三相电压旋转场被操控，其中相线在下面的图中用2.1、2.2、2.3（常规地也称为U、V和W）表明。转子的角速度
取决于馈电电压旋转场的角速度
或旋转频率f。通过电压旋转场，在3个相线2.1、2.2、2.3中的每一个中产生相电流i1、i2、i3。对于角速度
适用的是
。
在同步电动机情况下，在旋转磁场或电压旋转场的角速度和转子的角速度之间存在严格的比例。在异步电机情况下，在电动机运行中旋转磁场或电压旋转场的角速度总是高于转子的角速度。差由转差率（s）描述，并且是需要的，以便异步电机可以施加力矩。在此，在电动机运行中的转差率总是在0和1之间。在计算机械转速时，仍然必须考虑极对数（p）。
因此，对于同步电机适用的是：
在ASM情况下仍然需要补充转差率。
根据本发明，现在放弃安全发送器系统，其中为了监控变频器的运行，例如为了监控借助于变频器操控的电动机的角速度，使用电流旋转场的频率和电压旋转场的频率。
电压旋转场描述电动机中电压的运转（Umlauf）。为了获得描述电流旋转场或电压旋转场的电流矢量和电压矢量的当前对准，当前电压值或电流值分别在几何上被相加。
除了幅度信息之外，值
还包含角度信息。为了计算转速，可以仅确定角度的导数。代替电压，也可以使用占空比用于计算电压旋转场中的角速度。占空比和电压仅在幅度上不同，所述幅度又对角速度没有影响。
在此情况下，可以使用以下特性，即电流和电压（或占空比）包含旋转场频率，并且利用两个值有可能在忽略转差率的情况下确定转子的速度。
因此，可能的是，构建两通道结构，以便监控转子的角速度。在此情况下，第一通道构成电压旋转场，并且第二通道构成电流旋转场。
在确定差错状态之后，可以例如基于功能STO、SS1、SLS、SMS和SDI来关断变频器。
本发明是对于无发送器（geberlos）安全技术、尤其是对于功能SS1、SLS、SMS、SDI和SMS的成本低的解决方案。此外，即使在异步电动机情况下在功率输出级中无附加传感器设备的情况下，也有可能安全地检测输出频率。因此，本发明使得能够尤其是在异步电机情况下在无附加反馈系统的情况下也实现转速相关的安全功能。
可以通过独立地评估电流旋转场和电压旋转场的相位角来监控输出频率、也即电动机的转速。可以在控制单元和功率单元之间的通信信道上进行监控，其中电压旋转场或所属的电压空间矢量由来自控制单元的相电压的额定值构成并且电流旋转场或所属的电流矢量由来自功率单元的相电流的测量值构成。
实现出于安全性原因而必要的两通道性，其方式是对两个彼此分离的物理参量、也即一方面电压旋转场或电压向量的角度和另一方面电流旋转场或电流向量的角度进行监控。
存在以下可能性，即两个监控单元监控电压和电流向量的角度，并且当所探测的转速处于预给定的极限之外时，引入或维持安全状态。
对于转速的检测，不需要电动机处的反馈系统。由此可以节省系统中的成本。
根据一种实施方式，根据相电压的额定值来确定电压旋转场。在这方面，也应该参阅相关专业文献。
根据一种实施方式，借助于具有可变占空比的脉冲宽度调制来产生用于电动机的相对应的相线的相电压，其中根据脉冲宽度调制的占空比来确定电压旋转场。在这方面，也应该参阅相关专业文献。
根据一种实施方式，在确定了差错状态之后，执行差错处理，尤其是阻止相电压并且因此还有旋转场的产生。
根据一种实施方式，在确定了差错状态之后执行安全转矩关闭（Safe-Torque-Off）功能。
根据一种实施方式，变频器此外具有：例如微处理器形式的控制单元、功率单元和至少一个安全单元、尤其是恰好两个彼此独立的安全单元。功率单元例如常规地可以包括具有功率半导体等的逆变器，所述逆变器被构造用于产生相电压。控制单元、功率单元和至少一个安全单元经由通信信道彼此耦合用于交换数据。相电压的相应额定值经由通信信道从控制单元被传输到功率单元，其中功率单元于是按照所述一个或多个额定值产生相电压。关于所测量的相电流的测量值经由通信信道从功率单元被传输到控制单元。至少一个安全单元被构造用于对相电压的经由通信信道传输的所述一个或多个额定值以及关于所测量的相电流的经由通信信道传输的测量值进行评估以用于确定差错状态。
根据本发明的变频器被构造用于执行上述方法。
根据一种实施方式，变频器具有：例如微处理器形式的控制单元、功率单元和至少一个安全单元、尤其是恰好两个彼此独立的安全单元。功率单元例如常规地可以包括具有功率半导体等的逆变器，所述逆变器被构造用于产生相电压。控制单元、功率单元和至少一个安全单元经由通信信道彼此耦合用于交换数据。相电压的相应额定值经由通信信道从控制单元被传输到功率单元，其中功率单元于是按照所述一个或多个额定值产生相电压。关于所测量的相电流的测量值经由通信信道从功率单元被传输到控制单元。至少一个安全单元被构造用于对相电压的经由通信信道传输的所述一个或多个额定值以及关于所测量的相电流的经由通信信道传输的测量值进行评估以用于确定差错状态。
根据一种实施方式，控制单元被构造用于调节相电流。
根据一种实施方式，控制单元被构造用于使用相电压作为用于调节相电流的调整参量。
附图说明
下面参照附图详细地描述本发明。在此情况下：
图1高度示意性地示出具有变频器和借助于变频器操控的电动机的驱动系统，和
图2示出在图1中所示的变频器的内部结构的示意框图。
具体实施方式
图1高度示意性地示出具有变频器1和借助于变频器1操控的电动机2的驱动系统。
变频器1被构造用于产生三个用于相对应的相线2.1、2.2、2.3或在电动机2的相对应的相线2.1、2.2、2.3之间的相电压u1、u2、u3，并且测量出现的相电流i1、i2和i3。在这方面，也应该参阅相关专业文献。
图2示出图1中所示的变频器1的内部结构的示意性框图。
参照图2，变频器1具有例如微控制器形式的控制单元3。
变频器1此外具有功率单元4。功率单元4具有用于产生相电压u1、u2和u3的常规逆变器8。此外，功率单元4具有例如分流电阻形式的常规电流传感器9。借助于电流传感器9，测量相流i1、i2和i3。功率单元4此外具有控制装置10，所述控制装置控制功率单元4的所有基本功能。功率单元4此外具有安全转矩关闭（Safe Torque Off, STO）电路11，借助于所述安全转矩关闭电路11可以引起STO状态。逆变器8经由光耦合器12和13与控制装置10连接。电流传感器9借助于可选的信号放大器14与控制装置10连接。
变频器1此外具有第一安全单元5和第二安全单元6。
控制单元3、功率单元4（通过光耦合器15电流隔断）、第一安全单元5和第二安全单元6经由通信信道7彼此耦合用于交换数据。可选地设置两个安全单元5和6之间的点对点数据连接。
相电压u1、u2、u3的相应额定值从控制单元3经由通信信道7被传输到功率单元4。关于所测量的相电流i1、i2、i3的测量值从功率单元4经由通信信道7被传输到控制单元3。
安全单元5、6分别被构造用于彼此无关地对相电压u1、u2、u3的经由通信信道7传输的一个或多个额定值和关于所测量的相电流i1、i2、i3的经由通信信道7传输的测量值进行评估以用于确定差错状态。
为此，安全单元5、6分别根据所产生的或待产生的相电压u1、u2、u3确定电压旋转场。此外，安全单元5、6分别根据所测量的相电流i1、i2、i3确定电流旋转场，并且分别计算在电压旋转场和电流旋转场之间的相位差和/或计算在电压旋转场的频率和电流旋转场的频率之间的频率差。如果相位差超过相位差阈值和/或如果频率差超过频率差阈值，则安全单元5、6分别确定差错状态。
如果在安全单元5、6的至少一个中确定出差错状态，则所述安全单元彼此独立地执行差错处理，其方式是用信号通知安全转矩关闭（STO）电路11：通过适当地操控逆变器8引起STO状态。
安全单元5、6可以布置在安全电路板16上。相应地，控制单元3可以布置在控制电路板17上。最后，功率单元4可以布置在功率电路板18上。
Claims (10)
1.一种用于监控变频器（1）的运行的方法，所述变频器被构造用于操控电动机（2），其中所述方法具有步骤：
- 基于相电压（u1、u2、u3）的额定值，产生用于所述电动机（2）的相对应的相线（2.1、2.2、2.3）的相电压（u1、u2、u3），
- 确定电压旋转场，
- 测量出现的相电流（i1、i2、i3），
- 根据所测量的相电流（i1、i2、i3）确定电流旋转场，
- 计算所述电压旋转场和所述电流旋转场之间的相位差和/或计算所述电压旋转场的频率和所述电流旋转场的频率之间的频率差，以及
- 当所述相位差超过相位差阈值时和/或当所述频率差超过频率差阈值时，确定差错状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
- 根据所述相电压（u1、u2、u3）的额定值来确定所述电压旋转场。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
- 借助于具有可变占空比的脉冲宽度调制产生用于所述电动机（2）的相对应的相线（2.1、2.2、2.3）的相电压（u1、u2、u3），其中根据所述脉冲宽度调制的占空比确定所述电压旋转场。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
- 在确定了所述差错状态之后，执行差错处理，尤其是阻止所述相电压（u1、u2、u3）的产生。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
- 在确定了所述差错状态之后，执行安全转矩关闭功能。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
- 所述变频器（1）具有：
- 控制单元（3），
- 功率单元（4），和
- 至少一个安全单元（5、6），
- 其中所述控制单元（3）、所述功率单元（4）和所述至少一个安全单元（5、6）经由通信信道（7）彼此耦合用于交换数据，
- 其中所述相电压（u1、u2、u3）的额定值经由所述通信信道（7）从所述控制单元（3）被传输到所述功率单元（4），
- 其中关于所测量的相电流（i1、i2、i3）的测量值经由所述通信信道（7）从所述功率单元（4）被传输到所述控制单元（3），以及
- 其中所述至少一个安全单元（5、6）被构造用于对所述相电压（u1、u2、u3）的经由所述通信信道（7）传输的相应额定值以及关于所测量的相电流（i1、i2、i3）的经由所述通信信道（7）传输的测量值进行评估以用于确定差错状态。
7.一种变频器（1），其特征在于，
- 所述变频器（1）被构造用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
8.根据权利要求7所述的变频器（1），其特征在于，
- 所述变频器（1）具有：
- 控制单元（3），
- 功率单元（4），和
- 至少一个安全单元（5、6），
- 其中所述控制单元（3）、所述功率单元（4）和所述至少一个安全单元（5、6）经由通信信道（7）彼此耦合用于交换数据，
- 其中所述相电压（u1、u2、u3）的额定值经由所述通信信道（7）从所述控制单元（3）被传输到所述功率单元（4），
- 其中关于所测量的相电流（i1、i2、i3）的测量值经由所述通信信道（7）从所述功率单元（4）被传输到所述控制单元（3），以及
- 其中所述至少一个安全单元（5、6）被构造用于对所述相电压（u1、u2、u3）的经由所述通信信道（7）传输的相应额定值以及关于所测量的相电流（i1、i2、i3）的经由所述通信信道（7）传输的测量值进行评估以用于确定差错状态。
9.根据权利要求8所述的变频器（1），其特征在于，
- 所述控制单元（3）被构造用于调节所述相电流（i1、i2、i3）。
10.根据权利要求9所述的变频器（1），其特征在于，
- 所述控制单元（3）被构造用于使用所述相电压（u1、u2、u3）作为用于调节所述相电流（i1、i2、i3）的调整参量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |