用于转换器的电流测量电路、转换器电路和转换器的制作方法

1.本发明涉及用于转换器的电流测量电路。本发明还涉及转换器电路、转换器以及还涉及装置和方法。


背景技术：

2.us8618753b2公开了一种逆变器，其中，测量分流器布置在每个相支路中。
3.jp6398704b2和us8947838b2各自公开了一种逆变器，其中，y电容器与dc链路电容器并联连接。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提出改进由转换器提供的电路中的小故障电流的可测量性的措施。
5.该目的通过独立权利要求的主题来实现。优选的开发方案是从属权利要求的主题。
6.本发明创建了一种用于转换器的电流测量电路，其中，电流测量电路包括正供应轨、负供应轨、参考电位轨以及电流测量装置，其中，电流测量装置连接至每个供应轨并且连接至参考电位轨，并且被设计成测量相应的供应轨与参考电位轨之间的电气故障电流。
7.优选地，电流测量装置包含至少一个电流测量布置，该电流测量布置连接至正供应轨或负供应轨并且连接至参考电位轨，其中，电流测量布置包含电流传感器以及与该电流传感器串联连接的测量电容器。
8.优选地，电流传感器连接至供应轨中的一个和测量电容器，其中，测量电容器连接至电流传感器和参考电位轨。
9.优选地，电流测量装置包含第一电流测量布置和第二电流测量布置，其中，第一电流测量布置连接至正供应轨，第二电流测量布置连接至负供应轨，反之亦然，其中，每个电流测量布置都连接至参考电位轨，并且包含电流传感器以及与该电流传感器串联连接的测量电容器。
10.优选地，测量电容器被配置为y电容器。
11.优选地，电流测量装置包含比较器，该比较器被设计和连接成检测通过电流测量布置的过电流。
12.优选地，电流测量装置包含用于每个电流传感器的比较器，其中，相应的比较器连接至每个电流传感器。
13.优选地，电流测量装置包含用于测量电流值的电路，优选为a/d转换器，该电路被连接以将流过电流测量布置的模拟故障电流转换成指示故障电流大小的数字故障电流信号。
14.优选地，电流测量电路包括连接在正供应轨与负供应轨之间的dc链路电容器。
15.优选地，dc链路电容器与电流测量装置或者每个电流测量布置有效地串联连接。
16.本发明提供一种用于转换器的转换器电路，其中，转换器电路包括优选的电流测量电路以及至少一个开关装置，其中，开关装置连接在供应轨之间并且具有电力输出。
17.优选地，dc链路电容器被布置成比任何电流测量布置更靠近开关装置。
18.优选地，转换器被配置为逆变器。
19.本发明创建了一种用于转换器的电流测量设备，其中，电流测量设备包括优选的电流测量电路。
20.本发明创建了一种转换器，该转换器包括优选的电流测量电路和/或优选的转换器电路和/或优选的电流测量设备。
21.优选地，转换器被配置为逆变器。
22.本发明提出了一种电流测量方法，该电流测量方法用于确定由连接至转换器的电路中的绝缘故障引起的故障电流，其中，在转换器的切换处理期间测量流过连接在转换器的供应轨与转换器的参考电位轨之间的电容器的电流，其中，如果在切换处理期间测量到超过预定阈值的电流流过测量电容器，则认为存在绝缘故障。
23.优选地，转换器被配置为逆变器，其中，测量正半波期间和/或在负半波期间流过测量电容器的电流，其中，如果在切换处理期间测量到超过预定阈值的电流流过测量电容器，则认为存在绝缘故障。
24.本发明在电力电子系统的技术领域中作出。电力电子系统的产品安全和故障检测的能力起着核心作用。飞行器中的传动系统的电气化应用特别要求可靠的故障检测。
25.一种故障机制是所谓的ac故障，其中，例如，多相逆变器或马达的一相遭受绝缘故障，该绝缘故障可以导致传动系统或整个系统的故障。因此，系统被开发成尽可能的具有故障安全。
26.根据此处提出的构思，提出了一种更易于实现、并且更可靠的ac故障检测的方法。
27.目前已知的方法基本上基于测量逆变器/马达的每一相中的电流并且形成所有三相的和。如果ac系统是对称的，则该求和的结果应是接近零的值。
28.一个困难是负载电流通常比由于绝缘故障所引起的不对称性而产生的故障电流大几个量级。因此，检测可能是绝缘问题开始的标志的小偏差直到现在一直是复杂的。
29.为了监测绝缘的劣化，通常采用专用的绝缘监测系统。因为这些系统应当对电网噪声作出尽可能小的反应，所以这些系统通常具有长时间常数。因此，即使在较大故障电流的情况下，反应速度也相对较低。
30.另一个限制是所述绝缘监测系统直到目前仅能应用于对称系统。
31.通过此处提出的构思，能够实现更快并且更可靠的ac故障检测。此外，简化了实现。可以在几乎任何用于检测相支路中的绝缘故障的ac系统中采用所提出的方案。此外，检测电路比传统方法更简单。
32.在通常的测量方法中(例如对于对称三相系统)，分别测量所有三相l1、l2、l3中的电流(用于反馈)。然后形成相支路中所有电流的总和il＝il1 il2 il3。在没有绝缘故障的理想系统中il＝0。当存在ac故障时，ll≠0。
33.实际上，il处于几毫安到额定电流值之间的范围内，因此如果针对通常的操作点设计测量，则难以检测小的值。此外，大多数系统不是100％对称的。
34.相反，提出了一种不同的方法，该方法不使用相电流的总和进行检测。而是使用附
加的电流传感器(例如分流电阻器)，该电流传感器与y电容器串联连接。在理想的操作条件下，通过y电容器的电流等于零。然而，如果存在ac故障，则系统变得不对称，并且电流通过y电容器流回到dc链路电容器中。
35.该电流可以借助于电流传感器(例如分流电阻器)检测到，并且其被用作为故障检测的参考。
36.此处的电流仅位于小的值范围内，并且因此可以比过去更精确地被测量。在非浮动(dc)电位下进行电流测量。可以使用简单的比较器电路。替选地或此外，a/d转换器(adc)可用于测量。
附图说明
37.下面参照附图更详细地说明示例性实施方式。在附图中：
38.图1示出了具有ac故障的电路的示例性实施方式。
具体实施方式
39.下面将参照图1，图1示出了电路10的示例性实施方式。电路10包括供应器12，供应器12包括电压源14。电压源14优选为dc电压源。供应器12使正供应轨16、负供应轨18以及参考电位轨20可用。参考电位轨20位于参考电位。参考电位可以是地。参考电位优选地位于正供应轨16与负供应轨18的电位的中间。
40.供应器12还可以包括输出电容器22。输出电容器22连接在正供应轨16与负供应轨18之间。
41.供应器12可以在其线路与位于参考电位处的壳体之间包括电容24。电容24在此处被建模为电容器。电容24可以(但是不是必须的)被设计为供应器的部件。此处仅显示供应器12以更好地说明操作模式，并且供应器12可以采用本身已知的多种形式。
42.电路10包括转换器26。转换器26可以被设计为逆变器。转换器26包含至少一个具有开关装置30的相支路28。开关装置30包括能够以推挽模式进行操作的两个电力开关：第一电力开关31和第二电力开关32。开关装置30还包括输出轨34。输出轨34布置在两个供应轨32之间。
43.转换器26还包括dc链路电容器36，dc链路电容器36连接在正供应轨16与负供应轨18之间，并且优选地被布置成靠近或者紧邻开关装置30。
44.转换器26还包括电流测量电路38。电流测量电路38连接至供应轨16、18并且连接至参考电位轨20。电流测量电路38包括被设计成测量电流的电流测量装置39。
45.电流测量装置39包括第一电流测量布置40和第二电流测量布置42。第一电流测量电路40连接至正供应轨16和参考电位轨20。第二电流测量装置42连接至负供应轨18和参考电位轨20。
46.每个电流测量布置40、42包含电流传感器44以及与该电流传感器44串联连接的测量电容器46。电流传感器44连接至相应的供应轨16、18，而测量电容器46连接至参考电位轨20。
47.每个电流测量布置40、42的测量电容器46作为y电容器连接在供应轨16、18与参考电位轨20之间。根据具体情况，测量电容器46也可以是一组干扰抑制电容器的部分。
48.电流传感器44可以包含用于电流测量的分流电阻器。分流电阻器与测量电容器46串联连接。电流传感器44可以另外包含连接至分流电阻器的比较器，用于测量相应电流测量布置40、42中的过电流。电流传感器44可以可选地包含用于将过电流进行精确量化的a/d转换器。
49.以下假设电路10具有ac绝缘故障48，ac绝缘故障48允许不需要的电流流动，并且此处由电阻器50建模。然而，也可以检测其它类型的ac绝缘故障48。ac绝缘故障48可以例如发生在一个或多个终端装置处的供电线路系统中或者发生在终端装置自身中。故障电流检测如下：
50.当电力开关31接通时，电压源14的正极被ac绝缘故障48推向参考电位(例如地)。当电力开关32接通时，电压源14的负极被ac绝缘故障50推向参考电位(在这种情况下为地)。
51.与参考电位相比，供应电压的这种变化导致电荷载体流过每个测量电容器46。然后使用该测量电流来确定ac绝缘故障48。
52.与已知的设备和方法相比，利用本文描述的措施可以识别仅导致低故障电流的附加ac绝缘故障。因此，早检测是可能的。此外，通过直接测量测量电容器的电流，可以将测量电流从实际负载电流去耦，从而可以更容易、更快速并且更准确地进行测量。
53.为了实现ac绝缘故障(48)的早检测，或者为了允许更容易、更快速并且更准确地测量逆变器(26)中的小电流，提出了一种用于转换器(26)的电流测量电路(38)。电流测量电路(38)具有正供应轨(16)、负供应轨(18)、参考电位轨(20)以及电流测量装置(39)，电流测量装置(39)包含y电容器(46)以及与y电容器(46)串联连接的电流传感器(44)。负载电流可以从通过至少一个y电容器(46)的测量电流去耦，使得即使在高负载电流的情况下，也可以利用电流传感器(44)可靠地获取即使小的故障电流。
54.附图标记
55.10 电路
56.12 供应器
57.14 电压源
58.16 正供应轨
59.18 负供应轨
60.20 参考电位轨
61.22 输出电容器
62.24 电容
63.26 转换器
64.28 相支路
65.30 开关装置
66.31 第一电力开关
67.32 第二电力开关
68.34 输出轨
69.36 dc链路电容器
70.38 电流测量电路
71.39 电流测量装置
72.40 第一电流测量布置
73.42 第二电流测量布置
74.44 电流传感器
75.46 测量电容器
76.48 ac绝缘故障
77.50 电阻器。