用于防止转换器的闪烁发射的方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202280059369.2 | 申请日 | 2022-08-05 | 公开(公告)号 | CN117897895A | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
| 申请人 | 西门子股份公司; | 发明人 | 本诺·魏斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于防止供 电网 络(13)上的有源网络转换器(2)的闪烁发射的方法。转换器(1)具有用于向电负载供电的负载转换器(3)和在电的供电网络(13)的连接点(A)处的有源网络转换器(2)，有源网络转换器用于对中间 电路 (4)馈送转换器(1)的中间电路 电压 UZK，其中，中间电路(4)具有至少一个电容器(5)。该方法具有以下步骤：‑从连接点(A)处的有源网络转换器(2)的电网分析确定供电网络(13)的网络阻抗ZN，以及‑将有源网络转换器(2)调节至能预设的允许的网络 电流 变化ΔIN，其中在网络阻抗ZN方面保持在连接点(A)处的电压UA的连续的电压半周期的有效值的允许变化。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于防止与供电网络(13)连接的有源网络转换器(2)的闪烁发射的方法，其中，转换器(1)具有：用于向电负载供电的负载转换器(3)；在电的所述供电网络(13)的连接点(A)处的有源网络转换器(2)，所述有源网络转换器用于对中间直流电路(4)馈送所述转换器(1)的中间直流电路电压UZK，其中，所述中间直流电路(4)具有至少一个电容器(5)，所述方法具有以下步骤： |
||||||
| 说明书全文 | 用于防止转换器的闪烁发射的方法技术领域背景技术[0004] 有源网络转换器、例如用于驱动应用的AFE(有源前端)将其中间直流电路电压UZK调节至恒定值。连接的负载、例如马达的功耗消耗的变化因此直接反映在转换器消耗的网络电流IN中。网络电流IN由于网络的内阻抗ZN中的电压降而引起转换器的连接点A处的电压UA的电压变化。由此在电压UA中直接可看出负载变化。 [0005] 在此必须保持连接点A处的电压UA的连续的电压半周期的有效值允许变化的极限值。在此允许的电压变化的量取决于其频率。允许的电压变化的最小值约为每分钟1000次，即16.6赫兹。如果超过该极限值，就会出现“闪烁”现象。 [0007] 因此，供电网络中的电的电压波动被称为闪烁，闪烁在电的发光机构、例如荧光灯或白炽灯未被调节的情况下导致发光密度的视觉上可察觉的波动。在发光机构、例如LED灯或紧凑型荧光灯被充分电子调节的情况下，由于电子镇流器的原因通常无法视觉上察觉闪烁。 [0008] 闪烁现象是用于评估供电网络中的电压质量以及评估这种网络中的电负载的网络反作用的多个标准之一。在此，闪烁表示其源自供电网络的发光密度的波动，而闪光表现由发光机构的设计所引起的亮度波动。 [0009] 供电网络中的工作电压经受随时间的波动。较大的电负载的定期负载波动导致网络中的电流强度波动。电流波动根据网络阻抗引起导线中的电压降的波动。电压波动的附加来源是网络频率的谐波振荡区域中的互调，互调由非线性电负载的无功功率畸变引起。 [0010] 如果变频器的连接的负载具有导致电压UA的电压变化超过闪烁极限值的周期性负载变化，则该设施一定不能连接至公共供电网络、例如低压网络。 [0011] 尽管在工业设施中没有标准的闪烁极限值，但是照明机构的亮度波动还损害工业设施中的工人的健康。 [0012] 根据现有技术，具有这种负载变化的设施只能连接至如下供电网络，在该供电网络中的网络阻抗ZN小到使得负载变化不产生不允许的电压变化。为此设计的设备是非常复杂和不可靠的。 发明内容[0013] 因此，本发明的目的是提供一种用于防止与供电网络连接的有源网络转换器的闪烁发射的方法。此外，配备这种转换器的设备应防止这种闪烁发射。 [0014] 所提出的目的通过一种用于防止与供电网络连接的有源网络转换器的闪烁发射的方法来实现， [0015] 其中，转换器具有：用于向电负载供电的负载转换器；在电的供电网络的连接点A处的有源网络转换器，有源网络转换器用于对中间直流电路馈送转换器的中间直流电路电压UZK，其中，中间直流电路具有至少一个电容器， [0016] 该方法具有以下步骤： [0017] ‑从连接点A处的有源网络转换器的电网分析确定供电网络的网络阻抗ZN，[0018] ‑将有源网络转换器调节至能预设的允许的网络电流变化ΔIN，其中在网络阻抗ZN方面保持连接点A处的电压UA的连续的电压半周期的有效值的允许变化。 [0019] 本发明的基本构思是：有源网络转换器的控制系统不再仅调节至恒定的中间直流电路电压，而是有意地允许中间直流电路电压变化，以防止负载、例如马达的功率消耗的在网络电流IN中可见的变化。在此将至少一个中间直流电路电容器用作能量存储器，以优选地补偿小的负载变化。 [0020] 根据本发明，负载转换器不适配其负载，而是仅有源网络转换器适配其负载。两个转换器(有源网络转换器、负载转换器)的功率差引起中间直流电路电容器的电压发生变化，由此将中间直流电路电容器用作能量缓冲器。因此，负载不会“看到”功率的任何变化，并且在中间直流电路中不需要附加的能量存储，因为中间直流电路电容器无论如何都存在并且根据本发明接管能量存储器功能。 [0021] 网络阻抗ZN从有源网络转换器的电网分析中已知。 [0022] 根据本发明，有源网络转换器的调节现在持续地计算最大允许的网络电流变化ΔIN，其中仍然仅保持闪烁极限值。IN的电流变化被限制至该最大允许的变化。 [0023] 闪烁极限值适用于连接点UA处的相对于供电网络的星点的各个相电压，因为照明装置通常单相连接。 [0024] 因此，在本发明的一个有利的实施方式中，针对所有三个网络相单独地计算允许的电流变化。 [0025] 电流变化IN的限制引起转换器的中间直流电路电压UZK的变化。随着负载变化的增大，这能导致中间直流电路电压达到过压或欠压的关断阈值。 [0026] 在这种情况下，可以接受的是关断负载或者违反闪烁极限值。 [0027] 为了针对后续运行时间防止这种状态，根据本发明在这种情况下转换器的调节产生警告消息，例如应当连接或接通附加的中间直流电路电容器，以防止将来出现这种目标冲突。此外可以从超出允许的电流变化ΔIN的程度计算出：需要附加多少中间直流电路电容以在未来补偿这种负载波动。 [0028] 在根据本发明的一个有利的解决方案中，警告不仅在达到关闭阈值时才发出，而且还预先已经发出，例如在达到距关闭阈值的10％的间距时已经发出。 [0029] 在另一有利的设计方案中，用于预先计算网络电流IN的变化的算法在用于驱动器的设计软件中实施。借此实现针对具有可预期的负载循环和可预期的网络阻抗的具体客户设施来设计所需的中间直流电路电容，还可以保持闪烁极限值，而不会因过压或欠压而关断。 [0030] 所提出的目的还通过一种用于防止供电网络上的无源网络转换器的闪烁发射的方法来实现， [0031] 其中，转换器具有：用于向电负载供电的负载转换器；电的供电网络的连接点A处的无源网络转换器，无源网络转换器用于对转换器的中间直流电路UZK馈电，其中，中间直流电路具有至少一个电容器， [0032] 该方法具有如下步骤： [0033] ‑存储中间直流电路电压UZK的局部最大值并且从其中确定供电网络上的转换器的连接点A处的电压波动， [0034] ‑调节网络电流IN，以便通过以下方式将中间直流电路电压保持在遵守闪烁发射的范围中，即遵守在连接点A处的电压UA的连续的电压半周期的有效值的允许变化。 [0035] 因此，根据本发明的方法也用于具有二极管馈电的无源网络转换器。由于网络阻抗对于无源二极管整流器通常是未知的，所以无源二极管整流器存储中间直流电路电压的局部最大值。局部最大值对应于连接点A处的网络电压的最大值。连接点A处的电压波动可以从最大值之间的差确定。 [0036] 根据本发明，限制电压UA的变化的观察时间，例如限制至一秒钟的时间段。这防止了理想网络电压UN的变化被其他外部电负载错误地解释为闪烁发射。 [0037] 为了进一步减少相应的错误解释，根据本发明，在中间直流电路电压的变化和负载输出端处的功率的变化之间建立时间关联。仅当中间直流电路电压的变化也在时间上与设备输出端处的功率变化相关时，电压变化才被解释为闪烁。借此确保了网络电压中的不对称性不被解释为闪烁。 [0038] 即使在无源网络转换器的情况下，电流变化IN的限制也引起转换器的中间直流电路电压UZK中的变化。随着负载变化的增大，这会导致中间直流电路电压达到过压或欠压的关断阈值。 [0039] 在这种情况下，可以接受的是负载关断或违反闪烁极限值。 [0040] 为了针对后续运行时间防止这种状态，根据本发明在这种情况下转换器的调节产生警告消息，例如应当连接或接通附加的中间直流电路电容器，以防止将来出现这种目标冲突。此外可以从超出允许的电流变化ΔIN的程度计算出需要附加多少中间直流电路电容以在未来补偿这种负载波动。 [0041] 在根据本发明的一个有利的解决方案中，该警告不仅在达到关闭阈值时才发出，而且还预先已经发出，例如在达到距关闭阈值的10％的间距时已经发出。 [0042] 在另一有利的设计方案中，用于预先计算网络电流IN的变化的算法在用于驱动器的设计软件中实施。借此实现了对于具有可预期的负载循环和可预期的网络阻抗的具体的客户设施来设计所需的中间直流电路电容，还可以保持闪烁极限值，而不会因过压或欠压而关断。 [0043] 所提出的目的还通过根据本发明的方法的应用来实现，该方法用于针对单相负载、特别是家用电器以及三相负载、特别是电驱动器控制有源网络转换器或控制无源网络转换器。 [0044] 借助根据本发明的解决方案，设备可以用于目前不可能的应用中。因此可以避免客户对闪烁发射的抱怨。 [0045] 此外，还为客户简化了电驱动器的设计。 [0046] 所提出的目的还通过一种转换器来实现，该转换器具有：用于向电负载供电的负载转换器；电的供电网络的连接点A处的有源网络转换器，有源网络转换器用于对转换器的中间直流电路馈电，其中，中间直流电路具有至少一个电容器，其中，转换器在有源网络转换器中实施根据本发明的方法，以防止不允许的闪烁发射。 [0047] 所提出的目的还通过一种转换器来实现，该转换器具有：用于向电负载供电的负载转换器；电的供电网络的连接点A处的无源网络转换器，无源网络转换器用于对转换器的中间直流电路馈电，其中，中间直流电路具有至少一个电容器，其中，转换器在无源网络转换器中实施根据本发明的方法，以防止不允许的闪烁发射。 [0049] 根据原理上所示的实施例更详细地解释本发明以及本发明的其他有利的设计方案，附图示出： [0050] 图1示出具有有源网络转换器的转换器上的负载的示意图， [0051] 图2示出对具有无源网络转换器的转换器上的电压波动的确定。 具体实施方式[0052] 图1示出具有负载、例如马达12的转换器1的示意图，转换器具有有源网络转换器2和负载转换器3，有源网络转换器对中间直流电路4的网络电压UN进行整流，负载转换器将用于马达12的中间直流电路电压UZK转换成交流电压。转换器1在连接点A处与供电网络13电连接并在此提取网络电流IN。 [0053] 因此，马达12的功率消耗的变化直接反映在由转换器1的消耗的网络电流IN中。网络电流IN由于其在供电网络13的内阻抗ZN中的电压降而引起转换器1的连接点A处的电压UA的电压变化。由此在电压UA中直接能看出负载变化。 [0054] 在此，供电网络13具有网络电压UN，网络电压要求网络电压UN的能预设的网络质量、例如闪烁现象的极限值。 [0055] 根据本发明，有源网络转换器2的控制系统现在不再调节至恒定的中间直流电路电压UZK，而是允许中间直流电路电压UZK变化，以便防止负载、例如马达12的功率消耗的在网络电流IN中“可见”的产生闪烁的变化。在此，中间直流电路电容器5首先用作为能量存储器，以补偿负载变化。但是，这并非在每个任意的负载变化的情况下都可行，使得有源网络转换器2的调节持续地确定最大允许的网络电流变化ΔIN，在此仅保持闪烁极限值。 [0056] 通过根据本发明的方法现在将所提取的网络电流IN的电流变化限制至该最大允许变化。 [0057] 为此所需的网络阻抗ZN从有源网络转换器2的电网分析中已知，并且形成用于对网络转换器2进行调节的输入参数。 [0058] 要保持的闪烁极限值用于连接点UA处的相对于网络星点的各个相电压，因为照明装置通常单相连接。 [0059] 在本发明的一个有利的实施方式中，因此针对供电网络13的所有三相单独地计算允许的电流变化ΔIN。 [0060] 根据本发明的方法还适用于非单相或三相设计的特殊的工业网络。 [0061] 根据本发明的用于调节有源网络转换器的方法根据图2如下地运行： [0062] 在第一步骤中首先借助于转换器1的有源网络转换器2来确定供电网络13的网络阻抗。然后，在下一步骤中针对当前施加至转换器1的负载持续计算最大允许的网络电流变化ΔIN，在此仍保持预设的闪烁极限值。 [0063] 在另一步骤中，对由此改变的中间直流电路电压UZK检查以确定：所连接的负载、例如马达12是否已关断，或者预设的闪烁极限值是否被违反或接受。 [0064] 随着负载变化的增大，这会引起中间直流电路电压达到过压或欠压的关断阈值。 [0065] 为了防止这种状态，因此在另一方法步骤中将警告消息预先发送给设备和/或更高级的控制室，例如设置或接入附加的中间直流电路电容，以便防止在未来负载变化时出现这种目标冲突。在此，变化水平可以用于计算中间直流电路电容的需要的量。 [0066] 在理想情况下，使警告消息在达到关断阈值之前发送，例如在关断阈值之前的10％发送。 [0067] 为了针对电负载的后续运行时间防止这种状态，根据本发明，在这种情况下转换器1的调节产生上述警告消息：即应该连接附加的中间直流电路电容以在未来防止这种目标冲突。 [0068] 此外，可以从超出允许的电流变化ΔIN的程度计算出需要提供多少另外的中间直流电路电容，以在未来补偿转换器1上的负载的(已知的)负载波动。 [0069] 在具有馈送到中间直流电路4中的二极管的无源网络转换器的情况下，以如下方式防止闪烁发射。(在此相应地采用转换器1的示意图)。由于对于无源二极管整流器通常不知道网络阻抗，所以无源二极管整流器存储根据图2的中间直流电路电压的局部最大值。局部最大值对应于连接点A处的网络电压UN的最大值。可以从这些最大值之间的差来确定连接点A处的电压波动。 [0070] 根据本发明，限制电压UA变化的观察时间，例如限制至一秒钟的时间段。借此防止将理想网络电压UN的变化错误解释为闪烁发射。 [0071] 为了进一步减少转换器1的运行的相应的错误解释，根据本发明，在中间直流电路电压的变化和负载输出端处的功率的变化之间建立时间相关性。只有当中间直流电路电压的变化也在时间上与转换器输出端处的功率变化相关时，电压变化才会被解释为闪烁。借此确保了由其他电负载引起的网络电压不对称不被解释为闪烁。 [0072] 仅当存在时间相关性时，即由于负载变化而发生电压变化时，才根据本发明进行对电流IN的调节。 [0073] 原则上，这适用于有源网络转换器和无源网络转换器两者，供电网络13的网络电压被整流用于中间直流电路4(更准确地说是直流电压电路)，并被提供给负载转换器3，负载转换器将中间直流电路4的电压转换成交流电压以用于耗电器、例如负载12。 [0074] 只要是合理的，有源或无源网络转换器的相应的实施方案的单独特征就可以组合，而不脱离本发明的实质范围。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈