[實用新型]故障安全接口

有效

• 申請號: 201520977650.1
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN205385405U
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 科林·哈吉斯
• 申請（專利權）人: 控制技術有限公司
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 唐京橋;陳煒

技術領域

本實用新型涉及故障安全接口。該故障安全接口特別適用于逆變器啟用輸入，并且尤其適合用于電機驅動的逆變器啟用輸入。

背景技術

機械裝置通常包括如下部件，在正常操作期間，當操作者正在移動時如果與這些部件接觸，則這些部件對操作者來說是危險的。

這樣的機械裝置通常由電機來驅動。出于安全原因，通常需要采用控制系統來，以高度完整性來允許和阻止電機的操作(并且因此允許和阻止機器操作)。例如，當打開安全防護裝置或安全門以允許進入機器的移動時可能危險的一部分時，必須防止電機驅動機器。這樣的功能的完整性的典型水平會是大約每小時10^-8的危險性故障概率。為了實現這一點，采用如下電路設計：確保大多數部件故障和故障的組合致使防止電機驅動機器，從而機器不操作。

傳統上，利用機電式接觸器來實現啟用或禁用電機的操作的能力，所述機電式接觸器中的至少兩個將被布置成與電機串聯。接觸器通常設置有輔助監視觸頭，使得可以檢測到一個接觸器的主觸頭的不正確位置，并且通過斷開接觸器的電磁體的兩個線圈來防止電路的完成。

近期，固態控制器(其驅動逆變器來將直流電轉換成一組相控的交流電，以在電機中產生旋轉磁場)已配備有安全相關輸入。所述輸入允許通過電子方式來防止電機的操作。

為了保持電機的轉矩，相應功率半導體的按照所需順序的協調切換和持續激活是必要的。逆變器的功率半導體器件中的一個或更多個發生錯誤導通，這不會引起電機中的持續轉矩。對于具有光滑(非突出)轉子的電機，逆變器的功率半導體器件的任何故障不產生轉矩。對于具有永磁體和/或凸點的電機，逆變器中的一對短路功率半導體器件可以導致短暫校準扭矩，由此電機部分地旋轉，然而，電流將快速增大，直到由保護裝置中斷(例如保險絲)或功率半導體器件中的至少一個的破壞性故障為止。

作為另外的示例，在電力并網發電逆變器應用中，相同的原理適用于逆變器驅動變壓器而非電機的情況。逆變器的功率半導體器件的錯誤導通不能在變壓器中產生交替磁通，并且因此從變壓器次級線圈無法產生持續輸出。換言之，逆變器功率器件的故障引起直流電，因為變壓器依靠交流電來進行其操作，所以所述直流電無法通過變壓器進行轉換。

為了安全可靠地控制這樣的逆變器，在逆變器控制輸入端子與逆變器的功率半導體之間需要接口，其中，該逆變器控制輸入端子通常使用邏輯信號例如24V直流電，該功率半導體保持逆變器的危險性故障的所需低概率。

機電繼電器已經被用于針對這樣的接口提供必要的電氣隔離和電平轉換。然而，繼電器具有在危險方向上的相對較高的故障概率，并且具有在機械耗損之前的相對較短的時間。這導致在監視的同時使用成對的繼電器來檢測故障狀況。

近期，通常由復雜的數字電路和可編程數字處理器來執行用于操作逆變器的功率半導體控制信號的產生。這樣的布置不提供所需較低的危險性故障概率，因為大多數的數字電路無法以相同的概率進入可用邏輯狀態中的任一種狀態。此外，數字電路和功能的復雜性使得其難以可靠地且可信地表明在電路在操作期間可能經受的電路的條件和條件順序的所有組合情況下的足夠低的危險故障概率。例如，可能難以預料在可變溫度條件以及在電路的各種裝置的每一個引腳上的邏輯電平的組合的每一個可能的順序的情況下電路如何反應。

如果在安全關鍵功能中采用復雜的數字電路和可編程電路，則典型地一起使用至少兩個獨立信道與診斷和交叉檢查功能，以檢測故障或錯誤。這些系統允許通過不受已被檢測到的特定故障影響的信道來禁用逆變器。如可以看到的，即使在這樣的系統中，也需要提供不依賴于復雜電路的用于禁用逆變器的裝置，以便實現危險性故障的所需較低概率。

因此，期望的是具有一種特別是用于逆變器的故障安全接口，其采用具有良好定義的故障模式的簡單電子部件。在這樣的接口中，期望的是大多數部件故障和部件故障的組合引起安全故障。換言之，逆變器未提供有所需波形的故障，并且因此連接到逆變器的電機不被驅動。

在某些條件下需要防止逆變器的具有高度完整性的操作的情況下，相同的方法適用于使用逆變器的發電機。例如，這可能是由逆變器饋送的公用配電網絡的部分已經從電力網絡的主體分離并且必須被禁用的情況。

實用新型內容