WO2003017460A1 - Vorrichtung und verfahren zur anschlussüberwachung einer elektrischen versorgungseinheit - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur anschlussüberwachung einer elektrischen versorgungseinheit Download PDF

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WO2003017460A1
WO2003017460A1 PCT/DE2002/003018 DE0203018W WO03017460A1 WO 2003017460 A1 WO2003017460 A1 WO 2003017460A1 DE 0203018 W DE0203018 W DE 0203018W WO 03017460 A1 WO03017460 A1 WO 03017460A1
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WO
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phase
connection
current
monitoring
supply unit
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PCT/DE2002/003018
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Viktor Barinberg
Leo Monter
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Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H11/00—Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result
    • H02H11/004—Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result in case of incorrect phase sequence; with switching for obtaining correct phase sequence
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
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    • 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
    • H02H7/08—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 dynamo-electric motors
    • H02H7/0833—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 dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements
    • H02H7/0838—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 dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements with H-bridge circuit

Definitions

  • the invention is based on a device and a method for monitoring the connection of an electrical supply unit according to the category of the independent claims.
  • a circuit arrangement for monitoring the failure of fuses is already known from DE 42 13 443 C1.
  • the fuses are each connected in the current paths of a three-phase network to supply a consumer.
  • the circuit arrangement has a first circuit in a delta connection for detecting the phase of a voltage between two conductors of the three-phase network in front of the fuses and a second
  • Circuit in delta connection for detecting the phase of a voltage between two conductors of the three-phase network after the fuses.
  • the respective phases before and after the fuses are compared with one another and a failure signal is emitted if a phase difference occurs or one or more phases are missing.
  • This circuit is also suitable for monitoring the connection of an electrical supply unit.
  • the invention is based on the object of specifying a device for monitoring the connection, which in particular reduces the hardware expenditure required for this. This task is solved by the features of the independent claim.
  • the device according to the invention for monitoring the connection of an electrical supply unit has one
  • Voltage detection which determines the phase voltages.
  • Current detection is also provided to determine the phase currents.
  • a transformation unit converts the phase currents into at least one cross current according to the theory of field-oriented regulation. According to the invention
  • a monitoring device which evaluates the course of the cross current for connection monitoring.
  • Field-oriented control is used in particular for servo drives. In the course of the field-oriented regulation, the necessary coordinate transformations of the phase sizes in transverse and longitudinal sizes are carried out.
  • connection monitoring can thus be done purely in software. Additional hardware is no longer necessary. This reduces the cost of the corresponding monitoring device.
  • the monitoring device for connection monitoring determines and evaluates the respective phase powers from the phase voltages and phase currents.
  • the sign of the resulting services is to be evaluated as an indication of whether and which phases have been interchanged and in which way.
  • the monitoring device evaluates the long current for connection monitoring.
  • the phase shift can be clearly detected by either + 120 ° or -120 ° using the slow current.
  • the slow current is already available as part of the field-oriented control, this evaluation ensures a low computing effort.
  • FIG. 2 shows the monitoring program, which runs in the device for connection monitoring, and the
  • Figures 3 to 8 typical curves of long-wave current and cross-current with associated DC link voltage with different connections of the three phases of a three-phase network.
  • the three phases U, V, W of a three-phase network (360 to 510 V; 50/60 Hz) are fed to a network connection unit 10 via a network connection 12.
  • Each of the three phases U, V, W is protected by a fuse 20.
  • the phase voltages Uu, Uv, Uw 14 are tapped and fed to a regulating and control block 34 of a supply unit 32.
  • This regulation and control block 34 supplies a first and a second protection control signal 16, 18 for controlling a charging protection 22 and a mains protection 24, which are integrated in the mains connection unit 10.
  • phase currents lu, Iv, Iw reach the respective choke connection points 28 as outputs of the network connection unit 10 via charging resistors 26 is finished. This is recognized by measuring the intermediate circuit voltage 46.
  • Commutation chokes 30 are now provided for each of the phases U, V, W, which are to be connected to the three choke connection points 28.
  • the other connections of the commutation chokes 30 are connected to the supply unit-side choke connections 36 of the supply unit 32.
  • the phase currents lu, Iv, Iw supplied via these choke connections 36 on the supply unit side are detected in the supply unit 32 and fed to the regulation and control block 34.
  • the output stage 40 is switched by output stage control signals 42 from the regulating and control block 34 in order to convert the fed three-phase AC voltage into a DC voltage for supplying an electric drive, for example.
  • This DC voltage is available as a DC link voltage 46 in a DC voltage intermediate circuit.
  • DC link capacitors 44 are provided to further smooth this voltage. The pending at the intermediate circuit capacitors 44
  • DC link voltage 46 is also supplied to the regulation and control block 34.
  • the regulation and control block 34 of the supply unit 32 is shown in more detail in FIG. 1b.
  • a voltage regulator 50 arranged in the regulating and control block 34 receives an intermediate circuit voltage setpoint 48 as input values and the intermediate circuit voltage 46 as an actual value. From this, the voltage regulator 50 determines a cross-current setpoint 52, which is supplied to both a current regulator 56 and a transformation and PWM conversion unit 60 as an input variable.
  • the phase voltages Uu, Uv, Uw 14 are fed to both a voltage transformation 74 and a reference angle generator 68.
  • the reference angle generator 68 determines the phase angle 67, which in turn is fed as an input variable to a current transformation 66 and the voltage transformation 74 as well as the transformation and PWM conversion unit 60.
  • the current transformation 66 generates, from the likewise supplied phase currents lu, Iv, Iw 38, according to the principles of field-oriented control, both a cross-current actual value 62 and a long-current actual value 64, which in addition to a long-current setpoint 54 serve the current controller 56 as input variables.
  • the current controller 56 provides the transformation and PWM conversion unit 60 with a transverse voltage setpoint 57 and a long voltage setpoint 59 as output variables.
  • the transformation and PWM conversion unit 60 is supplied with an actual transverse voltage value 70 and a long-voltage actual value 72, both of which are generated by the voltage transformation 74.
  • the transformation and PWM conversion unit 60 carries out a reverse transformation of the longitudinal and transverse components into the corresponding phase-related components and generates pulse-width-modulated control signals for the six transistors of the output stage 40.
  • the interface and control block 34 are supplied with external interface signals 19. That in the regulation and control block 32 current monitoring method for connection monitoring is shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 shows the curves of the cross current (actual value) 62 and the slow current (actual value) 64 and the intermediate circuit voltage 46 as a function of time.
  • the intermediate circuit voltage 46 increases at the time of switching on with the course of an e-function.
  • the cross current 62 drops suddenly and then increases with the course of an e-function.
  • the slow current 64 oscillates around the zero line.
  • FIG. 3 shows the curves of the sizes mentioned with correct connection.
  • the phases U, V, W are cyclically offset by + 120 °, i. H. they were subsequently connected to V, W, U.
  • the connection sequence is W, V, U. Both cross current 62 and slow current 64 oscillate around the zero line and achieve both positive and negative values. This behavior can also be seen in FIGS. 7 and 8.
  • the phases W and V were interchanged (connection sequence: U, W, V), in Figure 8, the phases V and U (connection sequence: V, U, W).
  • the supply unit 32 is regulated in a field or network-oriented manner.
  • the detected phase current lu, Iv, Iw can, after conversion into a field-related orthogonal two-phase system (DQ coordinate system), into two components, namely cross current 62 and
  • Longitudinal stream 64 can be divided.
  • the slow current component 64 (reactive current component) builds up the reactive power of the supply unit 32 which is fed in or jerked off and is normally set to the value zero.
  • the cross current 62 is at right angles to the longitudinal current 64, is oriented in the same direction as the mains voltage and forms a measure of the active power fed in.
  • the supply unit 32 can be controlled in such a way that it rectifies the alternating voltage of the three-phase alternating voltage network into the intermediate circuit voltage 46 and uses this energy from the network to feed an electrical consumer, not shown, such as an inverter, which in turn supplies an electric motor.
  • the supply unit 32 comprises, for example, six controlled power transistors of the output stage 40, which are controlled by pulse width modulation, for example with a clock frequency of 8 kHz with a variable pulse width ratio.
  • the current transformation 66 provides the cross-current actual value 62 and the slow current actual value 64 in any case within the scope of the field-oriented control.
  • these components are now specifically evaluated for the detection of the network phase position.
  • the three phases U, V, W of a three-phase network are supplied to a network connection unit 10 in the correct phase in the manner provided.
  • the choke connection points 28 are to be connected for each phase U, V, W to the supply unit-side choke connections 36 in a correct manner via the commutation chokes 30 become.
  • a correct connection is shown in Figure la. However, there are now possibilities to interchange the network phase sequence with the network connection 12 due to incorrect connection.
  • the charging protection 22 is to be controlled in the sense of a closing via the external interface signal 19 in order to charge the intermediate circuit capacitor 44 via the charging resistors 26 serving to limit the current and the freewheeling diodes of the output stage 40.
  • the network protection 24 is open.
  • the regulation and control block 34 previously decides which control mechanism should be selected by comparing the intermediate circuit voltage 46 with a defined limit value (step 105 or step 107). If, for example, an intermediate circuit voltage 46 is less than 30% of the
  • step 107 the routine is started in step 107. If, on the other hand, an intermediate circuit voltage 46 greater than 30% of the intermediate circuit nominal voltage is detected (for example, the supply unit 32 was switched on and the intermediate circuit capacitors 44 are not yet fully discharged, or no charging current can flow after the charging protection 22 has been switched on), the routine proceeds according to step 105 started, or all three upper transistors 1.1, 1.3, 1.5 or all three lower 2.2, 2.4, 2.6 are controlled via the IGBT controls 42. This makes it more targeted via these transistors and charging resistors 26 for a time defined in the regulation and control block 34
  • step 107 the charging protection 22 is switched on and a check is made as to whether the mains current 38 (charging current or
  • phase currents lu, Iv, Iw 38 and the phase voltages Uu, Uv, Uw 14 are recorded for a predeterminable period of time and stored, for example, in digitized form.
  • the time profile of the cross current 62 and the long current 64 is also determined, as is the case, for example, in accordance with FIGS. 3 to 8.
  • Step 121 No instantaneous value of cross current 62 may be greater than zero. Only then is the criterion IQ ⁇ 0 fulfilled.
  • a further query 113 determines whether the phase-related powers Pu, Pv, Pw determined in step 107 are all greater than zero. Then it can be concluded that the phases are swapped cyclically either by + 120 ° or - 120 °. If this is the case, the time profile of the slow current 64 is evaluated in step 115. If one of the instantaneous values of the long current 64 is positive, this indicates a phase shift of + 120 °. In this case, the supply unit 32 was wired in the following manner: V, W, U. A corresponding message is output in step 129. The corresponding temporal behavior of the cross and longitudinal currents is shown in FIG.
  • connection sequence is: W, U, V. This corresponds to the time course of the currents in FIG. 5.
  • phase-related powers Pu, Pv, Pw it is determined which of the phase-related powers Pu, Pv, Pw is. If the power of phase U is greater than zero, as queried in step 117, this means that phases V and W are interchanged, the connection sequence is U, W, V. A corresponding message is generated in step 123. The associated current profiles are shown in FIG. 7. However, if the power of phase U is less than zero, a check is made in step 119 as to whether the power in phase V is positive. If this is the case, the following message is output in step 127: phases U and W are interchanged.
  • connection sequence now looks like this: W, V, U with the associated current profile according to FIG. 6. If the power in phase V is also not great zero, then The last possibility of error remains that the phases U and V are interchanged. The corresponding error message is generated in step 125.
  • the phase sequence is now V, U, W with the associated current profile shown in FIG. 8.

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Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Anschlussüberwachung einer elektrischen Versorgungseinheit vorgeschlagen, mit einer Spannungserfassung (32), die die Phasenspannung (14) ermittelt, mit einer Stromerfassung (32), die die Phasenströme (38) ermittelt, mit einer Transformationseinheit (66), die die Phasenströme (38) nach der feldorientierten Regelung in zumindest einen Querstrom (62) umsetzt, wobei zur Überwachung zumindest eines Versorgungsanschlusses (28, 36), über den eine elektrische Versorgungseinheit (32) gespeist ist, eine Überwachungseinrichtung (34) vorgesehen ist, die den Verlauf des Querstroms (62) zur Anschlussüberwachung auswertet.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Anschlußuberwachung einer elektrischen Versorgungseinheit
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Anschlußuberwachung einer elektrischen Versorgungseinheit nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. Aus der DE 42 13 443 Cl ist bereits eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Ausfalls von Sicherungen bekannt. Die Sicherungen sind jeweils in die Strompfade eines Drehstromnetzes zur Versorgung eines Verbrauchers geschaltet. Die Schaltungsanordnung weist einen ersten Schaltkreis in Dreiecksschaltung zur Erfassung der Phase einer Spannung zwischen jeweils zwei Leitern des Drehstromnetzes vor den Sicherungen und einen zweiten
Schaltkreis in Dreiecksschaltung zur Erfassung der Phase einer Spannung zwischen jeweils zwei Leitern des Drehstomnetzes nach den Sicherungen auf. Die jeweiligen Phasen vor und nach den Sicherungen werden miteinander verglichen, und es wird ein Ausfallsignal abgegeben, wenn eine Phasendifferenz auftritt bzw. eine oder mehrere Phasen fehlen. Diese Schaltung eignet sich auch zur Anschlußuberwachung einer elektrischen Versorgungseinheit. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Anschlußuberwachung anzugeben, welche insbesondere den hierfür erforderlichen Hardwareaufwand reduziert. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelost.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemaße Vorrichtung zur Anschlußuberwachung einer elektrischen Versorgungseinheit weist eine
Spannungserfassung auf, die die Phasenspannungen ermittelt. Weiterhin ist eine Stromerfassung vorgesehen zur Ermittlung der Phasenstrome. Eine Transformationseinheit setzt die Phasenstrome nach der Theorie der feldorientierten Regelung in zumindest einen Querstrom um. Erfindungsgemaß ist zur
Überwachung zumindest eines Versorgungsanschlusses, über den eine elektrische Versorgungseinheit gespeist ist, eine Uberwachungseinrichtung vorgesehen, die den Verlauf des Querstroms zur Anschlußuberwachung auswertet. Insbesondere bei Servoantrieben wird auf die feldorientierte Regelung zurückgegriffen. Im Zuge der feldorientierten Regelung werden die erforderlichen Koordinatentransformationen der Phasengroßen in Quer- und Langsgroßen vorgenommen. Insbesondere der Querstrom steht somit bei der feldorientierten Regelung ohnehin zur Verfugung. Erfindungsgemaß wird nun dieser Querstrom zur Anschlußuberwachung ausgewertet. Denn es hat sich gezeigt, dass insbesondere die Polarität des Querstroms wahrend des Einschaltverlaufs einen eindeutigen Hinweis darauf gibt, ob die Phasenanschlusse der Versorgungseinheit vertauscht wurden. Lediglich bei korrektem Anschluß ist der Querstromverlauf immer kleiner als ein bestimmter Grenzwert, in diesem Falle 1 = 0. Bei allen anderen Fallen hingegen, bei welchen der Querstrom dauernd oder kurzzeitig wahrend des Einschaltvorgangs einen positiven Wert annimmt, kann auf eine fehlerhafte Anschlußverdrahtung geschlossen werden. Diese Anschlußuberwachung kann somit rein softwaremaßig erfolgen. Zusatzliche Hardware ist nicht mehr notwendig. Dadurch verbilligt sich die entsprechende Uberwachungseinrichtung.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung zur Anschlußuberwachung aus den Phasenspannungen und Phasenstromen die jeweiligen Phasenleistungen ermittelt und auswertet. Insbesondere das Vorzeichen der hierbei entstehenden Leistungen ist wiederum als Hinweis auszuwerten, ob und welche Phasen in welcher Art und Weise miteinander vertauscht worden sind. Bei der Überwachung eines dreiphasigen Drehstromnetzes zur Speisung der elektrischen Versorgungseinheit kann bei lediglich einer positiven Phasenleistung darauf geschlossen werden, dass die anderen beiden Phasen mit negativer Leistung gegeneinander vertauscht wurden. Durch die Einbeziehung der phasenbezogenen Leistungen kann rein rechnerisch eine eindeutige Anschlußfehlerdiagnose erreicht werden, ohne dass zusatzlicher Hardwareaufwand notwendig wäre.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Uberwachungseinrichtung den Langsstrom zur Anschlußuberwachung auswertet. Insbesondere wenn alle phasenbezogenen Leistungen negativ sind, kann anhand des Langsstroms eindeutig die Phasenverschiebung um entweder +120° oder -120° detektiert werden. Durch die Einbeziehung des Langsstroms können nun alle fehlerhaften Anschlußmoglichkeiten eindeutig detektiert werden. Da andererseits der Langsstrom bereits im Rahmen der feldorientierten Regelung ohnehin zur Verfugung steht, so gewahrleistet diese Auswertung einen geringen Rechenaufwand. Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhangigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Zeichnung
Ein Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemaßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend naher beschrieben.
Es zeigen die
Figuren la und lb den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung zur Anschlußuberwachung , die
Figur 2 das Uberwachungsprogramm, welches in der Vorrichtung zur Anschlußuberwachung ablauft, sowie die
Figuren 3 bis 8 typische Verlaufe von Langsstrom und Querstrom mit zugehöriger Zwischenkreisspannung bei unterschiedlichen Anschlüssen der drei Phasen eines Drehstromnetzes .
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
Einer Netzanschalteinheit 10 werden über einen Netzanschluß 12 die drei Phasen U, V, W eines Drehstromnetzes (360 bis 510 V; 50/60 Hz) zugeführt. Jede der drei Phasen U, V, W ist über eine Sicherung 20 abgesichert. Netzseitig betrachtet nach den Sicherungen 20 werden die Phasenspannungen Uu, Uv, Uw 14 abgegriffen und einem Regelungs- und Steuerungsblock 34 einer Versorgungseinheit 32 zugeführt. Dieser Regelungsund Steuerungsblock 34 liefert ein erstes und zweites Schutzansteuersignal 16, 18 zur Ansteuerung eines Ladeschutzes 22 und eines Netzschutzes 24, die in der Netzanschalteinheit 10 integriert sind. Wird das Ladeschutz 22 durch das entsprechende Ansteuersignal 16 im Sinne eines Schließens angesteuert, so gelangen die Phasenstrome lu, Iv, Iw über Ladewiderstande 26 an die jeweiligen Drosselanschlußpunkte 28 als Ausgange der Netzanschalteinheit 10. Die Ladewiderstande 26 werden vom Netzschutz 24 überbrückt, wenn der Ladevorgang der Zwischenkreiskondensatoren 44 beendet ist. Das wird durch eine Messung der Zwischenkreisspannung 46 erkannt. Für jede der Phasen U, V, W sind nun Kommutierungsdrosseln 30 vorgesehen, die an den drei Drosselanschlußpunkten 28 anzuschließen sind. Die anderen Anschlüsse der Kommutierungsdrosseln 30 werden mit den versorgungseinheitsseitigen Drosselanschlussen 36 der Versorgungseinheit 32 verbunden. Die über diese versorgungseinheitsseitigen Drosselanschlusse 36 zugefuhrten Phasenstrome lu, Iv, Iw werden in der Versorgungseinheit 32 erfaßt und dem Regelungs- und Steuerungsblock 34 zugeführt. Sechs Leistungstransistoren der Endstufe 40 bilden, als B6- Brucke verschaltet, den Umrichter- bzw. Wechselrichterblock der Versorgungseinheit 32. Jeder der Transistoren ist mit einer antiparalell verschalteten Diode als Freilaufdiode versehen. Die Endstufe 40 wird durch Endstufenansteuersignale 42 von dem Regelungs- und Steuerungsblock 34 geschaltet, um zur Speisung beispielsweise eines elektrischen Antriebs die eingespeiste dreiphasige Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln. Diese Gleichspannung steht in einem Gleichspannungszwischenkreis als Zwischenkreisspannung 46 zur Verfügung. Zur weiteren Glattung dieser Spannung sind Zwischenkreiskondensatoren 44 vorgesehen. Die an den Zwischenkreiskondensatoren 44 anstehende
Zwischenkreisspannung 46 wird ebenfalls dem Regelungs- und Steuerungsblock 34 zugeführt. Der Regelungs- und Steuerungsblock 34 der Versorgungseinheit 32 ist in Figur lb naher dargestellt. Ein im Regelungs- und Steuerungsblock 34 angeordneter Spannungsregler 50 erhalt als Eingangsgroßen einen Zwischenkreisspannungssollwert 48 sowie die Zwischenkreisspannung 46 als Ist-Wert. Hieraus ermittelt der Spannungsregler 50 einen Querstromsollwert 52, der sowohl einem Stromregler 56 als auch einer Transformations- und PWM-Umsetzeinheit 60 als Eingangsgroße zugeführt wird. Die Phasenspannungen Uu, Uv, Uw 14 werden sowohl einer Spannungstransformation 74 als auch einem Referenzwinkelgenerator 68 zugeführt. Der
Referenzwinkelgenerator 68 ermittelt daraus den Phasenwinkel 67, der wiederum als Eingangsgroße einer Stromtransformation 66 und der Spannungstransformation 74 sowie der Transformations- und PWM-Umsetzeinheit 60 zugeführt wird. Die Stromtransformation 66 erzeugt aus den ebenfalls zugefuhrten Phasenstromen lu, Iv, Iw 38 nach den Prinzipien der feldorientierten Regelung sowohl einen Querstrom-Istwert 62 als auch einen Langsstrom-Istwert 64, welche neben einem Langsstrom-Sollwert 54 dem Stromregler 56 als Eingangsgroßen dienen. Als Ausgangsgroßen stellt der Stromregler 56 der Transformations- und PWM-Umsetzeinheit 60 einen Querspannungs-Sollwert 57 sowie einen Langsspannungs- Sollwert 59 zur Verfugung. Weiterhin ist der Transformations- und PWM-Umsetzeinheit 60 ein Querspannungs- Istwert 70 und ein Langsspannungs-Istwert 72 zugeführt, beide von der Spannungstransformation 74 erzeugt. Die Transformations- und PWM-Umsetzeinheit 60 fuhrt eine Rucktransformation der Längs- und Querkomponenten in die entsprechenden phasenbezogenen Komponenten durch und generiert pulsweitenmodulierte Ansteuersignale für die sechs Transistoren der Endstufe 40. Außerdem sind dem Regelungsund Steuerungsblock 34 externe Interfacesignale 19 zugeführt. Das in dem Regelungs- und Steuerungsblock 32 ablaufende Uberwachungsverfahren zur Anschlußuberwachung ist m Figur 2 gezeigt.
In Figur 3 sind die Verlaufe von Querstrom (-Istwert) 62 und Langsstrom (-Istwert) 64 sowie der Zwischenkreisspannung 46 zeitabhängig dargestellt. Die Zwischenkreisspannung 46 steigt zum Zeitpunkt des Einschaltens mit dem Verlauf einer e-Funktion an. Zum gleichen Zeitpunkt fallt der Querstrom 62 sprungmaßig und steigt anschließend mit dem Verlauf einer e- Funktion an. Allerdings bleibt der Querstrom 62 immer negativ, d. h. er überschreitet nie den Wert 1 = 0. Der Langsstrom 64 oszilliert um die Null-Linie. In Figur 3 sind die Verlaufe der genannten Großen bei korrektem Anschluß gezeigt. Bei Figur 4 sind die Phasen U, V, W zyklisch um +120° versetzt, d. h. sie wurden in der Folge V, W, U angeschlossen. Sowohl Querstrom 62 als auch Langsstrom 64 weisen hierbei immer positive Werte auf und nahern sich der Null-Linie. Figur 5 zeigt eine um -120 zyklisch vertauschte Anordnung der Phasen: die Anschlussreihenfolge lautet W, U, V. Wiederum ist der Querstrom 62 nur positiv und nähert sich oszillierend dem Wert 1=0 an. Der Langsstrom 64 hingegen besitzt nur negative Werte, dessen Verlauf sich ebenfalls dem Wert 1=0 annähert. Bei Figur 6 wurde zwei Phasen vertauscht: Die Anschlußfolge lautet hierbei W, V, U. Sowohl Querstrom 62 wie auch Langsstrom 64 oszillieren um die Null- Linie und erreichen sowohl positive als auch negative Werte. Dieses Verhalten laßt sich auch in den Figuren 7 und 8 feststellen. In Figur 7 wurden die Phasen W und V miteinander vertauscht (Anschlußfolge: U, W, V), in der Figur 8 die Phasen V und U (Anschlußfolge : V, U, W) .
Diese charakteristischen Stromverlaufe werden in dem Uberwachungsprogramm gemäß Figur 2 gezielt zur Anschlußuberwachung abgefragt. Die Versorgungseinheit 32 wird feld- bzw. netzorientiert geregelt. Gemäß der Theorie der Vektorregelung kann der erfaßte Phasenstrom lu, Iv, Iw nach Überführung in ein feldbezogenes orthogonales Zweiphasensystem (D-Q-Koordinaten System) in zwei Komponenten, nämlich Querstrom 62 und
Längsstrom 64 aufgeteilt werden. Die Langsstromkomponente 64 (Blindstromkomponente) baut die ein- bzw. ruckgespeiste Blindleistung der Versorgungseinheit 32 auf und wird normalerweise auf den Wert Null gesetzt. Der Querstrom 62 steht rechtwinklig auf dem Längsstrom 64, ist in der gleichen Richtung wie die Netzspannung orientiert und bildet ein Maß für die eingespeiste Wirkleistung.
Die Versorgungseinheit 32 ist so ansteuerbar, dass sie die Wechselspannung des dreiphasigen Wechselspannungsnetzes in die Zwischenkreisspannung 46 gleichrichtet und mit dieser Energie aus dem Netz einen nicht naher gezeigten elektrischen Verbraucher wie beispielsweise einen Inverter, der wiederum einen Elektromotor versorgt, speist. Die Versorgungseinheit 32 umfaßt beispielsweise sechs gesteuerte Leistungstransistoren der Endstufe 40, die pulsweitenmoduliert angesteuert werden beispielsweise mit einer Taktfrequenz von 8 kHz bei variablem Pulsbreitenverhaltnis .
Somit stellt die Stromtransformation 66 im Rahmen der feldorientierten Regelung ohnehin den Querstrom-Istwert 62 und den Langsstrom-Istwert 64 zur Verfugung. Erfindungsgemaß werden nun unter anderem diese Komponenten gezielt für die Erfassung der Netzphasenlage ausgewertet. Die drei Phasen U, V, W eines Drehstromnetzes werden einer Netzanschalteinheit 10 phasenrichtig in der vorgesehenen Weise zugeführt. Die Drosselanschlußpunkte 28 sollen für jede Phase U, V, W mit den versorgungseinheitsseitigen Drosselanschlussen 36 in korrekter Weise über die Kommutierungsdrosseln 30 verbunden werden. Ein korrekter Anschluß ist in der Figur la dargestellt. Nun bestehen allerdings Möglichkeiten, durch Falschanschluß die Netzphasenfolge gegenüber dem Netzanschluß 12 zu vertauschen. Dies konnte zur Folge haben, dass die Ausgange der Netzanschalteinheit 10 für die Phasen U, V, W nicht korrekt mit den phasenbezogenen Anschlüssen der Versorgungseinheit 32 verbunden werden. Im korrekten Betrieb sollten die Phasen U, V, W der Versorgungseinheit 32 in der Reihenfolge U, V, W von links nach rechts, wie in Figur la dargestellt, zugeführt werden. Falschanschlusse werden anhand des m Verbindung mit Figur 2 beschriebenen Uberwachungsverfahrens detektiert .
Zur Inbetriebnahme der Versorgungseinheit 32 soll über das externe Interfacesignal 19 das Ladeschutz 22 im Sinne eines Schließens angesteuert werden, um über die der Strombegrenzung dienenden Ladewiderstande 26 und die Freilaufdioden der Endstufe 40 den Zwischenkreiskondensator 44 aufzuladen. Der Netzschutz 24 ist geöffnet. In einer Abfrage 103 entscheidet jedoch der Regelungs- und Steuerungsblock 34 zuvor durch Vergleich der Zwischenkreisspannung 46 mit einem festgelegten Grenzwert, welcher Steuermechanismus gewählt werden soll (Schritt 105 oder Schritt 107) . Wird beispielsweise eine Zwischenkreisspannung 46 kleiner als 30% der
Zwischenkreisnennspannung detektiert (z.B. die Versorgungseinheit 32 war noch nicht am Netz zugeschaltet und die Zwischenkreiskondensatoren 44 sind vollständig entladen) , so wird die Routine in Schritt 107 gestartet. Wird dagegen eine Zwischenkreisspannung 46 großer 30% der Zwischenkreisnennspannung detektiert, (z.B. die Versorgungseinheit 32 war eingeschaltet und die Zwischenkreiskondensatoren 44 sind noch nicht vollständig entladen, bzw. kann nach dem Zuschalten des Ladeschutzes 22 kein Ladestrom fließen) , wird die Routine gemäß Schritt 105 gestartet, bzw. werden über die IGBT-Ansteuerungen 42 alle drei oberen Transistoren 1.1, 1.3, 1.5 oder alle drei unteren 2.2, 2.4, 2.6 angesteuert. Damit wird über diese Transistoren und Ladewiderstande 26 für eine im Regelungs- und Steuerungsblock 34 festgelegte Zeit ein gezielter
Kurzschluß herbeigeführt, so dass der Kurzschlußstrom in diesem Fall als Ersatz-Ladestrom wirkt, der zu überwachen ist. Danach schließt sich ebenfalls Schritt 107 an. In Schritt 107 wird das Ladeschutz 22 zugeschaltet und überprüft, ob der Netzstrom 38 (Ladestrom oder
Kurzschlußstrom) fließt. Für eine vorgebbare Zeitdauer werden die Strom- und Spannungsverlaufe der Phasenstrome lu, Iv, Iw 38 und der Phasenspannungen Uu, Uv, Uw 14 erfaßt und beispielsweise in digitalisierter Form abgespeichert. Aus diesen phasenbezogenen Strom- und Spannungsverlaufen wird nun für jede Phase die elektrische Leistung ermittelt: Pu = ∑ lu * Uu; Pv = ∑ Iv * Uv; Pw = ∑ Iw * Uw über ein ganzzahliges Vielfaches einer Periodendauer. Weiterhin wird im Schritt 107 auch der zeitliche Verlauf des Querstrom 62 und des Langsstroms 64 ermittelt, wie er sich beispielsweise gemäß den Figuren 3 bis 8 ergibt.
Als erstes Kriterium, ob ein korrekter Phasenanschluß der Versorgungseinheit 32 vorliegt, wird in der Abfrage 109 der Querstrom 62 mit einem Grenzwert verglichen. Überschreitet der zeitliche Verlauf des Querstroms 62 innerhalb eines Zeitintervalls von 20ms - realisiert über die Abfrage 111 - niemals den Wert 1 = 0, wird auf korrekten Phasenanschluß geschlossen. Es wird beispielsweise eine Meldung ausgegeben, dass Phasengleichheit herrscht (Anschlußfolge: U, V, W) ,
Schritt 121. Kein Momentanwert des Querstroms 62 darf großer als Null sein. Nur dann ist das Kriterium IQ < 0 erfüllt.
Überschreitet irgendein Momentanwert des Querstroms 62 innerhalb des vorgebbaren Zeitintervalls den Wert 1 = 0, wird m einer weiteren Abfrage 113 festgestellt, ob die m Schritt 107 ermittelten phasenbezogenen Leistungen Pu, Pv, Pw sämtlich alle großer als Null sind. Dann kann auf ein zyklisches Vertauschen der Phasen entweder um +120° oder - 120° geschlossen werden. Ist dies der Fall, so wird im Schritt 115 der zeitliche Verlauf des Langsstroms 64 ausgewertet. Ist einer der Momentanwerte des Langsstroms 64 positiv, so deutet dies auf eine Phasenverschiebung um +120° hin. In diesem Fall wurde die Versorgungseinheit 32 in folgender Weise verkabelt: V, W, U. Eine entsprechende Meldung wird in Schritt 129 ausgegeben. Das korrespondierende zeitliche Verhalten der Quer- und Langsstrome ist m Figur 4 dargestellt. Überschreitet jedoch keiner der zeitlichen Momentanwerte des Langsstroms 64 den Wert Null, so laßt dies auf eine Phasenverschiebung um -120° schließen. Die Anschlußfolge hierbei lautet: W, U, V. Dies korrespondiert mit dem zeitlichen Verlauf der Strome in Figur 5.
Wird in der Abfrage 113 jedoch festgestellt, dass zumindest eine der phasenbezogenen Leistungen Pu, Pv, Pw einen positiven Wert annimmt, so wird ermittelt, welche der phasenbezogenen Leistungen Pu, Pv, Pw, dies ist. Ist die Leistung der Phase U großer Null, wie m Schritt 117 abgefragt, so bedeutet dies, dass die Phasen V und W vertauscht sind, die Anschlußfolge lautet U, W, V. In Schritt 123 wird eine entsprechende Meldung generiert. Die zugehörigen Stromverlaufe sind in Figur 7 dargestellt. Ist jedoch die Leistung der Phase U kleiner Null, so wird in Schritt 119 abgepruft, ob die Leistung in der Phase V positiv ist. Ist dies der Fall, wird in Schritt 127 folgende Meldung ausgegeben: die Phasen U und W sind gegeneinander vertauscht. Die Anschlußfolge sieht nun folgendermaßen aus: W, V, U mit zugehörigem Stromverlauf gemäss Figur 6. Ist auch die Leistung in der Phase V nicht großer Null, so verbleibt als letzte Fehlermoglichkeit, dass die Phasen U und V gegeneinander vertauscht sind. Die entsprechende Fehlermeldung wird in Schritt 125 erzeugt. Die Phasenfolge ist nun V, U, W mit zugehörigem, m Figur 8 gezeigten Stomverlauf.
Somit sind nun alle Vertauschungsmoglichkeiten der Phasenanschlusse der Versorgungseiheit 32 sicher detektiert. Neben den entsprechenden Anzeigen können auch weitere Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, in denen beispielsweise die PWM-Ansteuerung 60 und damit die Transistoren der Endstufe 60 auf die tatsachliche detektierte Netzphasenfolge synchronisiert werden. Damit lasst sich die Versorgungseinheit 40 mit „falscher Phasenlage" betreiben.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Anschlußuberwachung einer elektrischen Versorgungseinheit, mit einer Spannungserfassung (32) , die die Phasenspannungen (14) ermittelt, mit einer Stromerfassung (32) , die die Phasenstrome (38) ermittelt, mit einer Transformationseinheit (66), die die Phasenstrome (38) nach der feldorientierten Regelung in zumindest einen Querstrom (62) umsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung zumindest eines Versorgungsanschlusses (28, 36), über den eine elektrische Versorgungseinheit (32) gespeist ist, eine Uberwachungseinrichtung (34) vorgesehen ist, die den Verlauf des Querstroms (62) zur Anschlußuberwachung auswertet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein fehlerhafter Anschluß festgestellt ist, wenn der Querström (62) einen vorgebbaren Grenzwert (1 = 0) überschreitet .
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Uberwachungseinrichtung (34) zur Anschlußuberwachung aus Phasenspannung (14) und Phasenstrom (38) die jeweilige Phasenleistung (Pu, Pv, Pw) ermittelt und auswertet.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Uberwachungseinrichtung
(34) die Phasenleistung (Pu, Pv, Pw) mit einem Grenzwert vergleicht.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Uberwachungseinrichtung (34) den Langsstrom (64) zur Anschlußuberwachung auswertet.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Phasenstrome (38) und/oder -Spannungen (14) beim Zuschalten der Netzspannung für ein bestimmtes Zeitintervall erfaßt ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines fehlerhaften Anschlusses Gegenmaßnahmen und/oder ein Ansteuern einer Anzeige eingeleitet werden/wird.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwischenkreisspannung (46) eines Gleichspannungszwischenkreises erfaßt ist zur Erkennung, ob zumindest ein Zwischenkreiskondensator (44) entladen ist, und im Falle eines nicht entladenen Zwischenkreiskondensators (44) ein gezielter Kurzschluß über zumindest einen Transistoren der Leistungsstufe (60) der Versorgungseinheit (32) herbeigeführt ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungserfassung (32) netzanschlußseitig und die Stromerfassung (32) versorgungseinheitsseitig erfolgt .
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querstrom (62) eine die Wirkleistung beeinflussende Komponente ist.
11. Verfahren zur Anschlußuberwachung einer elektrischen
Versorgungseinheit, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Laden zumindest eines Zwischenkreiskondensators (44) , Erfassen der Verlaufe der Phasenstrome (38) und der Phasenspannungen (14) für eine bestimmte Zeitspanne wahrend der Ladephase des Zwischenkreiskondensators, Ermitteln eines Verlaufs des Querstroms (62) und/oder Langsstroms (64) aus den Phasenstromen (38) und/oder den Phasenspannungen (14) nach der feldorientierten Regelung, - Vergleich des Verlaufs des Querstroms (62) und/oder
Langsstroms (64) mit einem Grenzwert, wobei ein Fehler des Anschlusses der Versorgungseinheit (32) erkannt wird, wenn der Grenzwert über- oder unterschritten wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt aus den Verlaufen der Phasenstrome (38) und der Phasenspannungen (14) die phasenbezogenen Leistungen ermittelt und mit einem Grenzwert verglichen werden, wobei ein Fehler des Anschlusses der Versorgungseinheit (32) erkannt wird, wenn der Grenzwert über- oder unterschritten wird.
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