供电单元及确定供电单元上罗氏电流测量直流分量的方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910590651.3 (22)申请日 2019.07.02 (30)优先权数据 102018115977.3 2018.07.02 DE (71)申请人 LTI运动有限公司 地址 德国拉瑙 (72)发明人 J维斯基 (74)专利代理机构 上海一平知识产权代理有限 公司 31266 代理人 成春荣竺云 (51)Int.Cl. H02H 7/08(2006.01) H02H 7/125(2006.01) H02H 3/50(2006.01) H02H 1/00(2006.01。

2、) G01R 19/00(2006.01) (54)发明名称 供电单元及确定供电单元上罗氏电流测量 直流分量的方法 (57)摘要 本发明涉及一种用于电动机控制器的供电 单元， 该供电单元具有三相电源输入、 连接到三 相电源输入的三相整流器； 与三相整流器相连的 直流电压中间电路、 计算单元和罗氏测量装置， 该测量装置被设置用于测量相电流并输出到计 算单元。 根据本发明， 供电单元具有网络角度测 量装置， 其中在计算单元中存储可以假设相电流 为零的时刻点， 并且其中计算单元被设置用于将 由罗氏测量装置在预定的时刻点测得的相电流 值存储为偏移值， 通过减去偏移值校正由罗氏测 量装置不在预定时刻点测。

3、得的相电流值并输出 校正过的相电流值或由其导出的值。 此外， 本发 明还涉及一种相应的方法用于确定用于电动机 控制器的供电单元上的罗氏电流测量的直流分 量。 权利要求书4页 说明书15页 附图7页 CN 110676813 A 2020.01.10 CN 110676813 A 1.一种用于至少一个电动机控制器的供电单元， 包括： -用于连接到三相供电网络的三相电源输入(2)； -带有连接到三相电源输入(2)的交流电压侧(5)的三相整流器(4)； -用于连接到至少一个电动机控制器上的直流电压中间电路(3)， 该直流电压中间电路 (3)连接三相整流器(4)的直流电压侧(6)； -计算单元(7)；。

4、 -罗氏测量装置(8、 9)， 设置在电源输入(2)的三个相位中的至少一个相位上， 并且被设 置用于测量所述相位的相电流(16、 17、 18)， 并将相电流值(19、 20、 21)输出到计算单元(7)， 其特征在于， -网络角度测量装置(10)， 被设置用于确定电源输入(2)的三个相位中的至少一个相位 上的网络角度(15)并输出到计算单元(7)； -其中在计算单元(7)中存储相对于网络角度(15)的预定时刻点和/或预定时间段(22、 23、 24)， 在所述预定时刻点和/或预定时间段(22、 23、 24)可以假设相位的相电流(16、 17、 18)为零； -并且其中所述计算单元被设置用于。

5、存储在预定时刻点和/或在预定时间段(22、 23、 24)期间由罗氏测量装置(8、 9)测得的相电流值(19、 20、 21)或来源于多个测得的相电流值 (19、 20、 21)的平均值作为偏移值； -通过减去所述偏移值， 来校正由罗氏测量装置(8、 9)不在预定时刻点和/或预定时间 段测得的相电流值(19、 20、 21)； -输出校正过的相电流值(25)或由其导出的值。 2.根据权利要求1所述的供电单元， 其特征在于， 三相电源输入(2)的每个相位均设置 罗氏测量装置(8、 9)， 其中所述计算单元(7)被设置用于通过减去偏移值为每个相位计算校 正过的相电流值(25)。 3.根据权利要求2。

6、所述的供电单元， 其特征在于， -在计算单元(7)中为每个相位存储相对于网络角度(15)的预定时刻点和/或预定时间 段(22、 23、 24)， 在所述预定时刻点和/或时间段(22、 23、 24)可以假设相应的相位的相电流 (16、 17、 18)为零； 以及 -所述计算单元(7)被设置用于为每个相位在相应的相位的预定时刻点和/或在预定时 间段期间(22、 23、 24)存储由罗氏测量装置(8、 9)测得的相电流值(19、 20、 21)或存储相应的 相位的多个测得的相电流值(19、 20、 21)的平均值作为所述相位的偏移值； 以及 -通过减去相位的偏移值来为每个相位校正在预定时间段(22。

7、、 23、 24)之外由相应的相 位的罗氏测量装置(8、 9)测量的相电流值(19、 20、 21)。 4.根据权利要求2或3所述的供电单元， 其特征在于， 所述计算单元(7)被设置用于将三 个相位的校正过的相电流值(25)相加得到和值(27)并将所述和值(27)与阈值进行比较以 便进行故障电流检测， 当超过阈值时， 输出信号， 特别是用于关断晶闸管整流器(4)的信号。 5.根据前述权利要求中任一项所述的供电单元， 其特征在于， 计算单元(7)被设置用于 将低通滤波应用到校正过的相电流值上或由其导出的值上， 特别是和值(27)上。 6.根据前述权利要求中任一项所述的供电单元， 其特征在于， 三。

8、相整流器(4)被设计为 晶闸管整流器。 权利要求书 1/4 页 2 CN 110676813 A 2 7.根据权利要求6所述的供电单元， 其特征在于， 所述晶闸管整流器由计算单元(7)控 制， 并且所述计算单元(7)被设置用于当供电单元(1)启动时通过相位控制对直流电压中间 电路(3)进行预充电。 8.根据前述权利要求中任一项所述的供电单元， 其特征在于， 预定时刻点和/或预定时 间段(22、 23、 24)相对于各相的串电压(12、 13、 14)的正过零介于1 和30 之间和/或介于 181 和210 之间， 优选介于7 和25 之间和/或介于187 和205 之间。 9.根据前述权利要求。

9、中任一项所述的供电单元， 其特征在于， 计算单元(7)被设置用于 在预定时刻点和/或在预定时间段(22、 23、 24)期间输出零值作为校正过的相电流值(25)。 10.根据前述权利要求中任一项所述的供电单元， 其特征在于， 罗氏测量装置(8、 9)具 有罗氏线圈(8)， 所述罗氏线圈(8)包括印刷电路板上的导体轨道。 11.一种用于至少一个电动机控制器的供电单元， 包括： -用于连接到三相供电网络的三相电源输入(2)； -带有连接到三相电源输入(2)的交流电压侧(5)的三相整流器(4)； -用于连接到至少一个电动机控制器的、 与三相整流器(4)的直流电压侧(6)相连的直 流电压中间电路(3)。

10、； -计算单元(7)； -罗氏测量装置(8、 9)， 设置在电源输入(2)的三个相位中的至少一个相位上， 并且被设 置用于测量所述相位的相电流(16、 17、 18)， 并将相电流值(19、 20、 21)输出到计算单元(7)， 其特征在于， -所述计算单元(7)被设置用于分析相电流的分布， 以便确定时刻点和/或时间段(22、 23、 24)， 在所述和/或时间段(22、 23、 24)可以假设所述相位的相电流(16、 17、 18)为零； -并且其中所述计算单元(7)被设置用于存储由罗氏测量装置(8、 9)在所述时刻点和/ 或在所述时间段(22、 23、 24)期间测得的相电流值(19、 2。

11、0、 21)或几个测得的相电流值(19、 20、 21)的平均值作为偏移值； -通过减去所述偏移值， 来校正由罗氏测量装置(8、 9)不在所述时刻点和/或所述时间 段(22、 23、 24)测得的相电流值(19、 20、 21)； -并且输出校正过的相电流值(25)或由其导出的值。 12.一种用于确定电动机控制器的供电单元(1)上的罗氏电流测量(8、 9)的直流分量的 方法， 包括： -测量在时间段(22、 23、 24)期间供电单元(1)的电源输入(2)的一个相位上的相电流值 (19、 20、 21)， 在所述时间段(22、 23、 24)可以假设所述相位的相电流为零； -存储基于测得的相电。

12、流值(19、 20、 21)的偏移值； -测量在时间段(22、 23、 24)之外供电单元(1)的电源输入(2)的相位上的相电流值(19、 20、 21)， 在所述时间段(22、 23、 24)可以假设所述相位的相电流为零； -通过减去偏移值来校正测得的相电流值(19、 20、 21)。 13.一种用于至少一个电动机控制器的供电单元， 特别是根据权利要求1至11中任一项 所述的供电单元， 包括： -三相电源输入(2)， 用于连接到三相供电网络； -带有交流电压侧(5)的三相整流器(4)， 所述交流电压侧(5)与三相电源输入(2)相连； 权利要求书 2/4 页 3 CN 110676813 A 。

13、3 -用于连接到至少一个电动机控制器上的直流电压中间电路(3)， 所述直流电压中间电 路(3)与三相整流器(4)的直流电压侧(6)相连； -在直流电压中间电路(3)中的制动斩波器(30、 31)， 带有用于能量耗散的制动电阻 (30)和用于在停用状态和激活状态之间切换制动斩波器(30、 31)的开关元件(31)， 在停用 状态下没有电流流过制动电阻(30)， 在激活状态下电流能够流过制动电阻(30)； -计算单元(7)， 用于控制开关元件(31)和/或检测开关元件(31)的状态； -电压测量装置(32)， 设置在制动电阻(30)上并且被设置用于测量制动电阻(30)两端 的电压降并输出到计算单元。

14、(7)； -罗氏测量装置(8、 9)， 被设置用于测量通过制动电阻(30)的制动电流(33)并输出到计 算单元(7)； -其中计算单元(7)被设置用于当制动斩波器(30、 31)处于停用状态(36， 36 )时执行偏 移测量(38)， 其中由罗氏测量装置(8、 9)测得的制动电流(34)被存储为制动偏移值； -执行参考测量(39)， 其中当制动斩波器(30、 31)处于激活状态(37， 37 )时， 由罗氏测 量装置测得的制动电流(34)通过减去制动偏移值来校正； 以及 由电压测量装置(32)测得的电压降除以校正过的电流值， 以便计算制动电阻(30)的电 阻值并存储在计算单元(7)中； 以及 。

15、-根据由电压测量装置(32)测得的制动电阻(30)两端的电压降和存储的制动电阻(30) 的电阻值计算出制动电流(33)。 14.根据权利要求13所述的供电单元， 其特征在于， 在从制动斩波器(30、 31)的停用状 态(36、 36 )到激活状态(37、 37 )的转变处进行测量和/或在从制动斩波器(30、 31)的激活 状态(37、 37 )到停用状态(36、 36 )的转变处进行测量。 15.根据权利要求13或14所述的供电单元， 其特征在于， 所述计算单元(7)被设置用于 在将制动斩波器(30、 31)切换到激活状态(37、 37 )之后在0.01至100ms的时间段期间， 优选 在0.。

16、05至10ms， 特别优选0.5至1ms执行参考测量(39)。 16.根据权利要求13至15中任一项所述的供电单元， 其特征在于， 所述计算单元(7)被 设置用于在制动斩波器(30、 31)切换到激活状态(37、 37 )之前的0.5ms的时间段期间执行 偏移测量(38)。 17.根据权利要求13至16中任一项所述的供电单元， 其特征在于， 所述计算单元(7)被 设置用于在测量处于停用状态(36、 36 )下的制动电流(33)时和/或在测量处于激活状态 (37、 37 )下的制动电流(33)时和/或在测量制动电阻(30)两端的电压降时在预定的测量时 间内进行平均。 18.根据权利要求13至17。

17、中任一项所述的供电单元， 其特征在于， 所述计算单元(7)被 设置用于在运行操作中重复执行偏移测量(38)和参考测量(39)， 以便不断地更新存储的电 阻值。 19.根据权利要求13至18中任一项所述的供电单元， 其特征在于， 如果所述制动斩波器 (30、 31)在切换到所述激活状态(37、 37 )之前大于0.1ms， 优选大于0.5ms， 更优选大于1ms， 则所述计算单元(7)被设置用于仅通过偏移测量(38)和参考测量(39)来更新存储的电阻 值。 20.根据权利要求13至19中任一项所述的供电单元， 其特征在于， 所述计算单元(7)被 权利要求书 3/4 页 4 CN 11067681。

18、3 A 4 设置用于连续采样由罗氏测量装置(8、 9)测得的电流值(34)， 并存储在FIFO存储器中。 权利要求书 4/4 页 5 CN 110676813 A 5 供电单元及确定供电单元上罗氏电流测量直流分量的方法 技术领域 0001 本发明涉及一种用于电动机控制器的供电单元， 该供电单元可以连接到三相供电 网络上并且用于为电动机控制器提供直流电压供给。 背景技术 0002 这种用于电动机控制器的供电单元具有三相电源输入， 该电源输入可以连接到三 相供电网络。 典型的供电网络在各相之间具有基本上为120 的相移以及在欧洲具有大约 50Hz的频率。 电源输入的三相与三相整流器的交流侧相连， 。

19、该三相整流器通过锁定元件的 开关将各相同相地在其直流侧开启。 在直流侧上连接了直流电压中间电路， 在该直流电压 中间电路上可连接电动机控制器以便提供其直流电压供给。 例如， 该直流电压中间电路可 以具有更大的电容， 以便平滑由三相整流器整流的电源电压。 0003 供电单元和电动机控制器也可以布置在共同的壳体中。 供电单元和电动机控制器 的这种组合通常称为变频器或伺服变频器。 0004 在这种供电单元中有利的是， 可以在供电输入处测量各相的相电流。 例如， 为了确 定轴组的总驱动功率， 这是有必要的， 该轴组可以通过一个电动机控制器或多个电动机控 制器连接在供电单元上。 此外， 各个相的有效值对。

20、于保护各个部件不会过载也很重要。 这对 于晶闸管的保护特别有意义， 该晶闸管可以安装在三相整流器中。 此外， 还可以通过测量相 电流来确定各相上的功率分配。 尤其需要测量泄漏电流或故障电流， 比如在发生故障的情 况下， 例如由于部件中的一个接地的缘故可能会出现所述的泄漏电流或故障电流。 故障电 流可从各个相电流来确定， 因为它们在无故障的运行中总和为零， 并且只有当存在故障电 流时， 总和才不是零。 出于安全原因， 期望检测出这种故障， 以便能够采取相应的措施， 例如 紧急关断。 0005 因此， 为了对相电流进行电流测量， 供电单元具有罗氏(Rogowski)测量装置， 该测 量装置设置在供。

21、电输入的三相中的一相上， 以便测量该相的相电流。 0006 特别地， 罗氏测量装置包括罗氏线圈， 该罗氏(Rogowski)线圈例如可以实施为环 形的空心线圈。 例如， 罗氏线圈继而可以围绕待测量的电流导体同心地布置。 通过电流导体 的交流电流产生可变的磁场， 该可变磁场又在包围它的罗氏线圈中感应出电压。 如果罗氏 线圈中的电压采用高阻抗进行测量， 则使得罗氏线圈中的电流几乎为零， 然后测得的电压 与电流导体中的电流的时间导数成比例。 为了从电流的时间导数中自己获得电流， 必须形 成时间积分。 这通常通过例如被构造成模拟电路的积分电路来实现。 然而， 通过测量时间导 数和随后的积分， 相电流的。

22、直流分量会丢失。 因此， 使用至少由罗氏线圈和具有积分电路的 相关评估单元组成的罗氏测量装置可以仅直接测量电流的交流分量。 0007 然而， 除了交流分量之外， 相电流还可以具有直流分量。 特别在发生故障时， 诸如 发生接地故障时， 相电流甚至可以主要包含直流分量， 而交流分量可以非常小。 为了检测故 障电流， 通常将三相的相电流相加。 在无故障的运行中， 三相的电流总和为零。 如果发生接 地故障， 则相电流之和不为零。 然而， 在没有大的直流分量的情况下， 仅剩下小的交流分量 说明书 1/15 页 6 CN 110676813 A 6 用于评估。 因此， 不利的是， 仅获得用于检测接地故障的。

23、非常小的测量灵敏度。 如果在存在 接地故障的情况下需要断开供电单元， 则有必要使用相应高的阈值来关闭， 以便避免意外 关闭。 然而， 由此一来， 要接受不能识别出导致相对低的故障电流的高阻抗接地故障。 0008 因此， 本发明的目的在于， 提供一种供电单元， 利用该供电单元有可能确定包括直 流分量的相电流。 发明内容 0009 本发明通过用于电动机控制器的供电单元得以实现， 该供电单元具有可以连接到 三相供电网络的三相电源输入， 以及用于连接到电动机控制器上用于直流电压供给电动机 控制器的直流电压中间电路。 供电单元具有三相整流器， 其交流侧与三相电源输入相连， 并 且其直流侧与直流电压中间电。

24、路相连。 电流测量通过罗氏测量装置进行， 该测量装置布置 在电源输入的三相中的至少一相上， 并且被设置用于测量该相的相电流。 罗氏测量装置由 于结构的原因具有高通特性， 其具有小于1Hz的典型的极限频率。 虽然在测量技术中实现了 仅几毫赫兹的下极限频率， 但这样做的花费是非常高的。 通常， 0.5Hz已够用， 同时可以成本 低廉地得以实现。 根据应用， 还可以设计明显更高的极限频率。 因此， 测量的相电流值仅正 确地反映电流的交流分量。 然而， 罗氏测量装置的最大优点在于， 可以测量电流导体中的电 流， 而测量装置不必直接是电流导体的电路的组成部分。 因此， 也可以用很少的花费且非常 低成本地。

25、测量大电流。 罗氏测量装置与计算单元相连， 测量的相电流值输出到该计算单元。 为此， 罗氏测量装置可以将例如模拟信号发送到计算单元， 该计算单元作为相电流值的输 入端可以具有AD转换器。 为此， 模拟信号可以由计算单元高频采样， 以便作为数字值在计算 单元中进行处理。 0010 在简单考虑具有连接在下游的直流电压中间电路的三相整流器的基本电路的情 况下， 在任何时刻， 仅在具有最大正电位和最大负电位的相之间的电流流动。 因此， 具有位 于其间的电位的相中的电流为零。 然而， 由于网络的电感和供电单元的各种参数， 会产生移 位和变宽， 这导致相电流实际上为零的区域通常较短并且处于略微不同的时间。。

26、 然而， 对于 实际相关的所有情况而言， 可以为每个相指定一个时间段， 在该时间段相电流为零。 该时间 段例如可以直接针对相应的供电单元来进行测量， 或者可以根据典型的供电单元的经验值 来确定。 作为替代方式， 可以通过相应的供电单元的数值模拟来确定相电流何时肯定为零。 0011 然后， 在计算单元中存储这样预定时刻点和/或预定时间段， 在该时刻可以假设测 得的相位的相电流为零。 因此， 该时刻点或时间段被称为零点时间。 预定时刻点和/或预定 时间段与网络角度相关， 该网络角度指示振荡周期内的时间。 其中， 振荡周期通常可以分成 0 至360 的网络角度。 例如， 可以直接存储一个或多个网络角。

27、度， 例如 “5 ” 或 “1 至30 ” 作 为时刻点或时间段。 作为替代方式， 可以存储某一网络角度之后的时刻点或特定的时间段， 例如 “在第一相的串电压的正过零之后的0.1ms” 。 外导体和系统中性点之间的电压被称为 串电压。 0012 因此， 用于电动机控制器的供电单元具有网络角度测量装置， 该测量装置被设置 用于确定电源输入的三相中的至少一个相上的网络角度并将其输出至计算单元。 如果电源 输入与典型的电源网络连接， 则在各相上施加正弦电源电压， 该电源电压通常具有50Hz的 频率。 在一些国家， 例如美国， 电网馈电也可以具有60Hz的频率。 根据本发明的供电单元可 说明书 2/1。

28、5 页 7 CN 110676813 A 7 以毫无问题地用于这两种情况。 例如， 供电网络的网络角度与第一相的串电压的正过零有 关。 然而， 原则上， 任何参考点都是可能的， 因为三个相位彼此具有基本固定的相位关系并 且以相同的频率重复。 0013 有利地， 网络角度测量装置基于所有三个电源电压的电压测量来确定网络角度。 例如在功率测量装置中， 在这里常见的是PLL(锁相环路)。 也有可能仅基于一个相位或两个 相位来确定网络角度， 例如在相位故障的情况下。 PLL可以耦合到三相电源输入的三相中的 至少一个相上， 有利地耦合到所有相上。 由于整流器使电源电压失真(转换缺口)， 从而造成 谐波畸。

29、变， 因此可以通过PLL特别可靠地确定网络角度。 PLL锁定电压基波振荡的相位， 并且 非常缓慢使得它对电源干扰或转换缺口不敏感。 PLL可以构造在硬件中， 但优选构造在软件 中的PLL。 在这种情况下， 从三相坐标系转换为正交坐标系， 以便获得电源电压的大小和相 位角。 相位角作为目标相位输出到PLL。 PLL控制正交坐标系中在软件中建模的电源电压矢 量的实际相位， 使得它与目标相位一致。 控制回路通常被设计为比例积分调节器。 积分分量 确保网络角度不会发生永久的控制偏差， 比例分量负责减振。 0014 控制回路的环路滤波器设计使得锁相环路反应非常缓慢。 电源干扰和转换缺口不 能干扰以这种方。

30、式确定的网络角度。 此外， PLL仅锁定基波。 电源电压上的谐波不起作用。 软 件PLL还可以用于在预充电期间和操作期间对晶闸管整流器进行同相控制。 通过PLL确定的 网络角度由网络角度测量装置输出到计算单元。 0015 作为替代方式， 网络角度测量装置可以具有分析单元， 该分析单元通过曲线分析 检查电源电压的时间分布， 以便确定网络角度。 0016 然后， 计算单元被设置用于存储由罗氏测量装置在预定时刻点和/或在预定时间 段内测得的相电流值或存储在该时间段内测得的多个相电流值的平均值作为偏移值。 为 此， 计算单元可以将由网络角度测量装置确定的并输出到计算单元的网络角度与存储在计 算单元中预。

31、定时刻点或预定时间段(下文称为 “零点时间” )进行比较， 以便确定是否存在零 点时间。 在这种情况下， 测量相电流或读出测量的相电流值并将其存储到用于偏移值的存 储区域中。 由于测量值可以包含噪声， 因此， 方便的是， 在零点时间期间进行多次测量， 以便 从测得的值中形成平均值， 并将该平均值存储为偏移值。 特别地， 在零点时间期间， 可以通 过计算单元对相电流值进行采样， 并从所有的相电流值形成平均值。 0017 如果由计算单元来确定位于零点时间之外， 则通过从测量的相电流值中减去存储 的偏移值来校正由罗氏测量装置测量的相电流值。 然后， 该校正过的相电流值包含相电流 的正确的直流分量。 。

32、校正过的相电流值可以由计算单元输出或者在其中进一步处理， 并且 可以输出导出的值。 0018 由于直流分量可以随时间改变， 例如在突然发生接地故障的情况下， 可以重复测 量偏移值。 特别地， 在每个振荡周期， 可以在预定时刻点或预定时间段进行相应的测量。 因 此， 不断更新偏移值， 并且可以随时确定包括正确的直流分量的校正过的相电流值。 0019 在本发明的优选的实施方式中， 可以在三相电源输入的三相中的每一相处设置自 己的罗氏测量装置， 以便测量该相相应的相电流。 在这种情况下， 计算单元被设置用于通过 减去偏移值来为这些相位中的每一个相位计算校正过的相电流值。 然后可以输出校正过的 相电流。

33、值， 或者可以从校正过的相电流值中计算导出的量。 例如， 可以根据校正过的相电流 值确定三相上的电流分布和功率分布。 说明书 3/15 页 8 CN 110676813 A 8 0020 在本发明的特别优选的实施方式中， 在计算单元中为每个相位存储相对于网络角 度的预定时刻点和/或预定时间段(零点时间)， 在该时间可以假设相应的相位的相电流为 零。 为此， 在计算单元中实际上可以设置三个自己的存储区域， 在该存储区域中为每个相位 分别存储单独的零点时间。 作为替代方式， 可以存储单个值， 该值对所有三个相位均有效。 然后， 该值可以特别涉及相应的相位中的单独的参考点。 例如， 关于正零交叉的时。

34、间点可以 存储在相应的相位中。 0021 然后， 计算单元被设置用于针对三个相位中的每个相位采取如前面针对相位已经 描述的那样的方法。 因此， 为相应的相位在预定时刻点或在预定时间段的每个相位存储由 罗氏测量装置测得的相位的相电流值或在预定时间段内测得的多个相电流值的平均值作 为该相位的偏移值。 0022 因此， 为每个相位在计算单元中存储单独的偏移值。 通过减去相位的相应的偏移 值来校正在预定时刻点或预定时间段之外由相应的相位的罗氏测量装置测量的相电流值。 然后， 校正过的相电流值可以由计算单元输出或者在计算单元中进一步处理。 因此， 对每个 单独的相位进行独立校正。 0023 计算单元和电。

35、压测量装置的接地基准可以分别连接到直流电压中间电路的正端 子。 0024 在本发明的另一种特别优选的实施方式中， 供电单元被设置用于执行故障电流检 测。 为此， 控制单元可以将三个相位的校正过的相电流相加得到和值。 在无故障的情况下， 可以假设三个相电流加起来为零。 如果校正过的相电流相加之后留有剩余值， 则存在故障 电流。 然而， 由于各个测量值的噪声， 稍微偏离零是正常的。 为了避免错误地假设存在错误， 提供非零阈值， 并且仅当校正过的相电流的和值超过阈值时， 才假定错误并输出相应的信 号。 例如， 可以输出警报信号或控制信号作为信号， 该信号会导致晶闸管整流器关闭。 由此 一来， 三相整。

36、流器的直流侧可以暂时或永久地与交流侧分开。 这可以防止因故障电流可能 产生严重的损坏， 例如发生电缆火灾。 0025 在本发明的另一种优选的实施方式中， 计算单元可以被设置用于将低通滤波应用 到校正过的相电流值或从其导出的值上， 特别是应用到和值上。 由于校正过的相电流值也 包含直流分量， 并且通过低通滤波仅对交流分量进行平滑， 因此可以确定直流分量。 这样一 来， 产生更平滑的信号， 从而可以大大提高抗噪性。 作为替代方式， 存在这种可能性， 即如果 相电流中的一个在低通滤波之后达到非零值， 则还可以从单个相位的平滑信号中推导出接 地故障。 在理想的整流器中， 直流分量仅在接地故障发生的情况。

37、下才出现。 然而， 在实际的 晶闸管整流器中， 相电流中非常小的直流分量也可以在无接地故障的操作中由于控制器中 的时间性差异而产生， 因此求和是优选的变体形式。 特别地， 可以通过低通滤波来平滑用于 故障电流检测而生成的和值。 然后， 可以选择特别小的用于确定故障电流的阈值， 而不会因 测量信号上的噪声触发假警报。 0026 在本发明的另一种优选的实施方式中， 三相整流器可以构造成有源整流器， 特别 是晶闸管整流器。 在这种有源三相整流器中， 各个锁定元件， 例如晶体管或晶闸管， 可以由 计算单元来导通和断开。 这可以通过所描述的供电单元的计算单元来实现或者替代性地通 过单独的计算单元来实现。。

38、 通过有源三相整流器， 有可能实现超出正常整流器功能的其它 功能， 该正常的整流器功能也很有可能通过无源二极管整流器来实现。 例如， 在发生故障的 说明书 4/15 页 9 CN 110676813 A 9 情况下， 可以通过阻断所有的晶闸管来完全关闭晶闸管整流器。 为此， 在发生故障的情况 下， 确保特别快速地断开供电单元， 以避免可能损坏三相整流器或供电单元的其他部件或 连接的电动机控制器。 0027 在本发明的特别优选的实施方式中， 晶闸管整流器可以由计算单元控制， 并且计 算单元被设置用于当供电单元启动时通过相位控制对直流电压中间电路进行预充电。 当供 电单元启动时， 直流电压中间电路。

39、中包含的电容仍未充电。 通过相位控制可以切断高电压 范围， 使得仅以较低电压充电以限制电流。 因此， 可以确保电容的安全充电， 而不会超过各 个部件的工作参数。 电流限制由电源电感来实现， 必要时可与电源扼流器配合使用。 晶闸管 点火时的电源电压(换向时间)与中间电路电压之间的差值在电感上下降， 称为换向电压。 0028 电源扼流器通常布置在三相供电网络和供电单元的三相供电输入之间外部。 供电 单元内的布置也是可能的。 电源扼流器用于在启动期间实现预充电， 并且特别在具有低电 感的非常硬的网络中确保限制电流。 此外， 还可以在运行期间减少转换缺口。 在运行期间进 一步降低整流器负载。 电源扼流。

40、器减少了相电流有效值， 从而降低了整流器和供电网络的 电流负载。 例如， 可以为额定功率为75kW的供电单元的电源扼流器的旋转场主电感设置90 H的常规值。 0029 在本发明的另一种优选的实施方式中， 预定时刻点或预定时间段可以介于1 和 30 的网络角度之间和/或介于181 和210 之间， 优选在7 和25 之间和/或在187 和205 之 间， 相对于各相的串电压的正过零。 在第二相位时， 该相位与第一相位有120 的相移， 相对 于第一相位的过零， 这对应于介于121 和150 之间的网络角度和/或介于301 和330 之间 的网络角度。 在第三相位时， 该相位与第一相位有240 的。

41、相移， 相对于第一相位的过零， 这 对应于介于241 和270 之间和/或在61 和90 之间的网络角度。 0030 针对在实际应用中相关的所有情况， 在所提及的时刻点可以假设相电流为零。 在 电感网络上的整流器的自然换向中， 载流相位的电流的换向延迟。 在此， 延迟越大， 换向电 流就越大， 网络电感也越大。 在纯电感网络中， 换向时间(延迟)大于欧姆感应网络中相同的 阻抗。 随着延迟增加， 相电流肯定为零的时间变得更小。 供电单元的参数也会影响零点时 间。 这可以在以下示例中获悉： 0031 在以下示例中， 使用90 H的电源扼流器， 如同它通常为具有75kW的中间电路连续 功率和180k。

42、W的短时中间电路峰值功率的供电单元设置的那样。 该供电单元被确定用于 400V至480V的三相电源电压， 允许的电源电压容差为10。 0032 电源短路电流是理论电流， 如果所有相都与中性点短路， 则该理论电流可以在一 个相位中流动。 它取决于网络电感和网络的欧姆电阻。 通常， 该功率等级的供电单元连接到 电源短路电流为10kA或更高的供电网络。 具有小得多的电源短路电流的供电网络上的操作 是不可能的， 或者仅有限地在功率更低时有可能。 0033 中间电路电容通常被设计具有100 F/kW的中间电路连续功率。 因此， 对于具有 75kW中间电路连续功率的供电单元， 可以假设连续功率通常为750。

43、0 F。 根据应用， 中间电路 也可以设计用于高达30 000 F的显著更大的电容值， 例如用于临时存储制动能量。 0034 随后， 在待预期的设计限值内改变相关参数时， 通过数值模拟确定网络频率为 50Hz的零点时间， 其中每种情况下的典型值列在中间行中： 0035 在电源电压为400V， 电源短路电流为10kA， 中间电路功率为75kW时， 改变中间电路 说明书 5/15 页 10 CN 110676813 A 10 的电容， 例如得出零点时间的以下值： 0036 0037 在电源电压为400V， 电源短路电流为10kA， 中间电路电容为7500 F时， 改变中间电 路功率， 例如得出零点。

44、时间的以下值： 0038 0039 在电源电压为400V， 中间电路功率为75kW， 中间电路电容为7500 F时， 改变电源短 路电流， 例如得出零点时间的以下值： 0040 0041 0042 在中间电路功率为75kW， 中间电路电容为7500 F， 电源短路电流为10kA时， 改变电 源电压， 例如得到零点时间的以下值： 0043 0044 因此， 作为在实践中不再遇到的极端情况， 可以假设非常软的网络， 其具有360V的 电源电压， 3.6kA(纯电感)的电源短路电流， 以及中间电路功率为180kW的操作。 如前所示， 中间电路电容的大小对零点时间不起重要作用。 0045 这导致零点时。

45、间的以下值： 说明书 6/15 页 11 CN 110676813 A 11 0046 0047 因此， 即使对实际可能遇到的边界条件的极端情况而言， 相电流在1 和30 的网络 角度之间总为零。 为此， 在50Hz的供电网络时， 其中相电流肯定为零的时间跨度始终大于 1.6ms。 0048 相对于所考虑的相的串电压的正过零的预定时间段的开始可以在1 和12 之间， 优选在6 和8 之间， 更优选为7 。 在这些时候， 肯定可以假设各个相电流已经为零， 从而可 以对偏移值实施测量。 0049 基于50Hz的供电网格的预定时间段的长度可以介于0.1ms和1.6ms之间， 优选介于 0.5ms和1。

46、.2ms之间， 特别优选1ms。 因此， 在相电流为零的时间段期间， 可以进行多次测量以 进行平均。 与此同时， 向前还存在与换向时间足够大的间隔， 向后还存在与电流流动开始足 够大的间隔， 从而使得在确定网络角度时可以容忍至多5 的测量误差。 0050 为了存储预定的时间段， 例如可以将开始值和持续时间或开始值和结束值存储在 计算单元中。 有利地， 角度或角度范围存储在计算单元中， 对于不同的网络频率， 这些值是 相同的。 0051 在本发明的另一种优选的实施方式中， 计算单元可以被设置用于， 在预定的时间 段期间作为校正过的相电流固定地输出零值。 由于在预定的时间段期间可以假设相电流为 零。

47、， 因此不必进行相电流的校正。 为此， 此外， 测量的相电流上可能的噪声还不会传输到输 出端。 0052 作为替代方式， 计算单元可以被设置用于通过减去在先前预定的时间段由罗氏测 量装置确定的偏移值来校正在预定的时间段期间由罗氏测量装置为每个相测得的相电流 值。 0053 在本发明的另一种优选的实施方式中， 罗氏测量装置可以具有罗氏线圈， 该罗氏 线圈包括在印刷电路板上的导体轨道。 这种罗氏线圈可以特别简单且成本低廉地制造而 成， 还特别节省空间， 因此可以很好地集成到供电单元中。 可以完全放弃通常在三相整流器 的交流侧使用的体积大且昂贵的AC电流转换器， 从而可以显著减少供电单元的结构体积和。

48、 制造成本。 0054 此外， 本发明还涉及一种用于至少一个电动机控制器的供电单元， 该供电单元具 有用于连接到三相供电网络的三相电源输入、 带有连接到三相电源输入的交流电压侧的三 相整流器、 用于连接到至少一个电动机控制器的、 与三相整流器的直流电压侧相连的直流 电压中间电路、 计算单元、 罗氏测量装置， 布置在电源输入的三相中的至少一个相上， 并且 被设置用于测量该相的相电流且将相电流值输出至计算单元。 根据本发明， 计算单元被设 置用于分析相电流的分布， 以便确定时刻点和/或时间段， 在该时间可以假设， 该相的相电 流为零。 在此， 这可以特别涉及曲线分析。 因此， 计算单元存储相电流的。

49、分布， 例如相对于测 量时间或特定的网络角度， 并对所获得的曲线进行分析。 0055 在寻找的时刻点和/或时间段时， 例如可以根据其具有的特性， 即水平的转折点或 说明书 7/15 页 12 CN 110676813 A 12 几乎水平的转折点。 转折点的特征在于相应的相电流根据时间或根据相位角的无穷小的或 至少低于阈值的二阶导数。 水平的或接近水平的转折点相对于所述转折点具有附加的特 征， 即各相电流根据时间或根据相位角的第一导数是零或至少低于阈值。 0056 然后， 计算单元被设置用于存储由罗氏测量装置在此时刻点和/或在此时间段内 测得的相电流值或几个测得的相电流值的平均值作为偏移值并通过。

50、减去偏移值来校正在 该时刻点和/或该时间段之外由罗氏测量装置测得的相电流值并且输出校正过的相电流值 或从中导出的值。 0057 此外， 本发明还涉及一种用于确定电动机控制器的供电单元上的罗氏电流测量的 直流分量的方法， 具有以下步骤： 0058 -测量在某一时间段期间供电单元的电源输入的一个相上的相电流值， 在该时间 段可以假设该相的相电流为零， 0059 -存储测得的相电流值作为偏移值， 0060 -测量在某一时间段之外供电单元的电源输入的相位上的相电流值， 在该时间段 可以假设该相的相电流为零， 0061 -通过减去偏移值来校正测得的相电流值。 0062 此外， 本发明还涉及一种用于电动机。