用于检测高电阻接地系统中的接地故障的检测器和方法技术方案

本发明专利技术提供了用于检测高电阻接地(HRG)系统中的接地故障的HRG接地故障检测器和方法。在一种示例性实施方式中，HRG接地故障检测器包括：耦合至HRG系统的第一相PHA的第一输入端A；耦合至第二相PHB的第二输入端B；以及耦合至第三相PHC的第三输入端C，其中HRG接地故障检测器根据第一相PHA、第二相PHB和第三相PHC来生成仿真中性电压VN'，其中，当第一相PHA、第二相PHB和第三相PHC相等时，仿真中性电压VN'包括零电压电势，并且HRG接地故障检测器将仿真中性电压VN'与预定故障电压阈值相比较、并且如果仿真中性电压VN'超过该阈值则检测出HRG接地故障。

【技术实现步骤摘要】
用于检测高电阻接地系统中的接地故障的检测器和方法
本专利技术一般地涉及电压电力转换电路。更具体地，本专利技术涉及检测高电阻接地(HRG)系统中的接地故障的HRG接地故障检测器和方法。
技术介绍
在电压电力转换电路中，电力可经由电力转换器或AC/DC转换器从交流(AC)电力转换成直流(DC)电力。DC电力然后可回转换成AC电力，但转换成的是具有期望频率、相位和幅度的AC电力。所生成的AC电力然后被施加来驱动外部负载比如电动机。三相电驱动器电路可包括HRG系统，其中，三相电力输入端的中性节点N通过高电阻部件接地。HRG系统包括在系统的输入AC源的地与中性节点之间的重负荷电阻装置，使得系统能够通过允许降低的非破坏性的接地故障电流来工作于单个接地故障条件下。HRG系统因此允许驱动系统工作于接地故障条件下，并且对于许多应用而言是优选的接地方法。HRG故障通常生成少量的接地电流，并且在电动机驱动器电路中甚至可能无法察觉或测量。由于故障电流常常是可忽略的，所以难以可靠地区分故障与负载的大变化。然而，由于在接地故障条件下HRG系统中的线缆、电动机或部件上的应力变高，所以当它发生时对于识别HRG故障是关键的。可以通知用户并且可以推荐维护，包括提供对何处存在接地故障的指示。对于其中应用了可调速驱动器的HRG系统，驱动器电路输出端处的接地故障电流高度依赖于驱动器电路的输出频率。在低的电动机速度下，故障电流可能低于HRG故障阈值并因此可能不触发接地故障指示。如果考虑高的和低的输出频率两者，则当逆变器的线缆长度是长的时可能生成故障触发。
技术实现思路
在一种实施方式中，提供了一种用于检测高电阻接地(HRG)系统中的接地故障的HRG接地故障检测器。所述HRG接地故障检测器包括：第一输入端A，所述第一输入端A适于耦合至所述HRG系统的第一相PHA；第二输入端B，所述第二输入端B适于耦合至所述HRG系统的第二相PHB；以及第三输入端C，所述第三输入端C适于耦合至所述HRG系统的第三相PHC，其中所述HRG接地故障检测器被配置成：根据所述第一相PHA、所述第二相PHB和所述第三相PHC来生成仿真中性电压VN'，其中，当所述第一相PHA、所述第二相PHB和所述第三相PHC相等时，所述仿真中性电压VN'包括零电压电势；将所述仿真中性电压VN'与预定故障电压阈值相比较；并且如果所述仿真中性电压VN'超过所述预定故障电压阈值，则检测出所述HRG系统中的HRG接地故障。本概述被提供来以简化形式介绍以下在技术公开内容中进一步描述的所选择的概念。应当理解，本概述既不意在识别所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于限制所要求保护的主题的范围。附图说明图1示出了被配置成检测电驱动器中的一个或更多个接地故障的高电阻接地(HRG)接地故障检测器。图2示出了示例性的电驱动器。图3是在HRG系统中的HRG接地故障检测的方法的流程图。图4示出了另一示例中的HRG接地故障检测器。图5示出了另一示例中的HRG接地故障检测器。具体实施方式下面的描述和相关附图教导本专利技术的最佳模式。为了教导专利技术原理的目的，可以简化或省略最佳模式的一些常规方面。下面的权利要求指定了本专利技术的范围。最佳模式的一些方面可以不落入本专利技术的如权利要求所指定的范围内。因此，本领域技术人员将理解落入本专利技术的范围内的来自最佳模式的变型。本领域技术人员将理解，以下描述的特征能够以各种方式进行组合来形成本专利技术的多种变型。作为结果，本专利技术并不限于下面描述的具体实施方式，而是仅由权利要求及其等价物来限定。提供了能够检测高电阻接地(HRG)系统150(比如在电动机驱动系统中采用的电力转换电路)中的接地故障的HRG故障检测器和方法。所述HRG故障检测器和方法能够在全频率和/或电动机速度范围内检测HRG接地故障。所述HRG故障检测器和方法能够精确且可靠地检测HRG接地故障。图1示出了HRG接地故障检测器200，其被配置成检测包括电驱动器100的HRG系统150中的一个或更多个接地故障。电驱动器100可包括HRG电路或非HRG电路。电驱动器100输出第一输出相PHA、第二输出相PHB和第三输出相PHC。尽管所示出的实施方式描绘了三相电压，但是应当理解，在不同的实施方式中，电驱动器100可以适用于输入和输出不同相的电压(例如，两相电压)。电驱动器100被配置成驱动负载20，例如三相电动机20。负载20耦合至第一输出相PHA、第二输出相PHB和第三输出相PHC。AC电力源14将三相电力供给至电驱动器100，如三个电力节点VA、VB和VC所示。AC电力源14包括中性节点N。AC电力源14包括HRG电力源，其中，三相中性节点N通过高电阻电阻器Rgnd接地。如果AC源14的所有三个相相等(即，它们在相位或幅度上无差异)，则中性节点N将保持于零电压。然而，在使用中，某种不平衡可能存在。这样的不平衡可在中性节点N处产生电压电势。在一个示例中，HRG接地故障检测器200耦合至并且接收电驱动器100的三相输出PHA、PHB和PHC。HRG接地故障检测器200监视三相输出PHA、PHB和PHC。HRG接地故障检测器200根据三相输出PHA，PHB和PHC来检测在电驱动器100内的接地故障发生。HRG接地故障检测器200可在不耦合至电驱动器100的内部部件的情况下检测在电驱动器100内的接地故障发生。可替代地，HRG接地故障检测器200可耦合至电驱动器100的输入端或电力节点VA、VB和VC(见虚线)。在过去，AC电力源14的中性节点N不接地或者以任何方式被保护免受放电。作为结果，从中性节点N到地的意外电气路径可能产生放电，并且有时候可能产生非常危险且具破坏性的放电。如果人触摸电动机外壳或者与驱动器或电动机相关联的其它导电部件，则人可能受到明显电击。三相系统中的后续发展将接地线添加至中性节点N，所述接地线比如是将中性节点N直接接地的线或导体。作为结果，如果电压电势在中性节点N处生成，则它将被排放掉，从而消除使可能与电动机或电动机驱动器接触的人电击或者电击致死的风险。然而，简单的接地布置具有缺点。简单的接地布置允许大电流流动，电气故障电流对附近的人仍带来危险。解决中性节点N处的电压电势的最新发展是HRG系统150。HRG系统150被开发用于解决潜在的放电风险并且使潜在的放电风险最小化。在HRG系统150中，三相系统的中性节点N通过高电阻部件耦合至地，其中，仅有限的电流可从中性节点N流到地。这限制了可能通过中性节点N放电的瞬时电流。HRG系统150还限制了放电可能对电动机和电动机驱动器造成的损坏，并且减少了电击致死的危险。HRG系统150的缺点是：HRG系统150使在电驱动器或电动机中是否存在接地故障的确定复杂化。此外，期望的是，在不需要在电驱动器内进行测量的情况下针对电驱动器执行接地故障检测。接地故障可以指的是在电驱动器100与地之间的任何短路或不适当的电流流动。HRG系统的一个优点是：电驱动器100可以工作于接地故障条件下。然而，在接地故障条件期间延长的驱动操作是不期望的。遗憾的是，HRG故障一般难以检测。特别是在较大的驱动器中，HRG故障通常生成可能难以测量的相对少量的接地电流。通常，逆变器侧的接地电流依赖于输出相电压的幅度或逆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被配置成检测高电阻接地(HRG)系统中的接地故障的HRG接地故障检测器，所述HRG接地故障检测器包括：第一输入端A，所述第一输入端A适于耦合至所述HRG系统的第一相PHA；第二输入端B，所述第二输入端B适于耦合至所述HRG系统的第二相PHB；第三输入端C，所述第三输入端C适于耦合至所述HRG系统的第三相PHC，其中所述HRG接地故障检测器根据所述第一相PHA、所述第二相PHB和所述第三相PHC来生成仿真中性电压VN'，其中，当所述第一相PHA、所述第二相PHB和所述第三相PHC相等时，所述仿真中性电压VN'包括零电压电势；积分器，所述积分器耦合至中性节点N'并且被配置成对所述仿真中性电压VN'进行积分，其中，无论所述第一相PHA、所述第二相PHB和所述第三相PHC处的频率如何，积分电压VINT在幅度上基本上恒定；以及处理系统，所述处理系统耦合至所述积分器，其中所述处理系统被配置成将所述积分电压VINT与预定故障电压阈值相比较、并且如果所述积分电压VINT超过所述预定故障电压阈值则检测出所述HRG系统中的HRG接地故障。

【技术特征摘要】
2013.10.01 US 14/043,0651.一种被配置成检测高电阻接地HRG系统中的接地故障的HRG接地故障检测器，所述HRG接地故障检测器包括：第一输入端A，所述第一输入端A适于耦合至所述HRG系统的第一相PHA；第二输入端B，所述第二输入端B适于耦合至所述HRG系统的第二相PHB；第三输入端C，所述第三输入端C适于耦合至所述HRG系统的第三相PHC，其中所述HRG接地故障检测器根据所述第一相PHA、所述第二相PHB和所述第三相PHC来生成仿真中性电压VN'，其中，当所述第一相PHA、所述第二相PHB和所述第三相PHC相等时，所述仿真中性电压VN'包括零电压电势；积分器，所述积分器耦合至中性节点N'并且被配置成对所述仿真中性电压VN'进行积分，其中，无论所述第一相PHA、所述第二相PHB和所述第三相PHC处的频率如何，积分电压VINT在幅度上基本上恒定；以及处理系统，所述处理系统耦合至所述积分器，其中所述处理系统被配置成将所述积分电压VINT与预定故障电压阈值相比较、并且如果所述积分电压VINT超过所述预定故障电压阈值则检测出所述HRG系统中的HRG接地故障，其中，所述HRG接地故障检测器被进一步配置成根据所述积分电压VINT确定故障相的基频。2.根据权利要求1所述的HRG接地故障检测器，其中，所述HRG接地故障检测器被配置成独立于所述第一相PHA、所述第二相PHB和所述第三相PHC的频率而检测所述HRG接地故障。3.根据权利要求1所述的HRG接地故障检测器，其中，所述HRG系统包括电驱动器，所述电驱动器耦合至包括电动机的负载，并且其中，所述HRG接地故障检测器被配置成独立于所述电动机的电动机速度而检测所...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦立祥，胡坚刚，杰弗里·D·麦圭尔，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US