CN103608686A - 用于估计电学装置的接地连接电阻的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种设备和相应的方法，用于估计连接到电源网络、通过附加电阻（6）同样连接到接地的电学装置（1）的接地连接的电阻（5），并且该电学装置包括在该电学装置输入处布置的至少一个阻抗，该设备和相应的方法特征在于其包括：电压发生器（10），该电压发生器（10）连接到所述阻抗并且连接到接地；用于测量流向接地的电流（12）的部件；以及计算部件（13），该计算部件（13）能够估计作为流向接地的电流（It）的函数的接地连接的电阻（5）。本发明找到在电或混合式牵引机动车辆的充电器的接地连接电阻的估计中的应用。

Description

用于估计电学装置的接地连接电阻的设备和方法
技术领域
本发明涉及电学装置的接地连接，并且更具体地涉及用于这些装置的接地连接电阻的估计。
背景技术
当一些电学装置连接到电源系统时，可出现旨在重新定向到接地的泄漏电流。借助于示例，用于电或混合式牵引机动车辆的电池充电器不绝缘，并且当连接到电源系统时可导致出现泄漏电流。
如果接地连接破损或如果接地连接电阻太高，则泄漏电流可导致接触电流在装置的电学底座上出现。在接地连接电阻太高的情况下并且如果促成通过用户的电流通道，该接触电流对于接触装置的电学底座的用户是危险的。
因此在授权与高泄漏电流的产生对应的额定功率处电学装置的使用之前，需要估计接地连接电阻。将同样使用表述“接地质量”。例如良好质量的连接具有低电阻。
发明内容
本发明的目的因此是提供用于电学装置的接地连接电阻的估计。
根据一方面，当电学装置连接到电源系统并且通过附加电阻同样连接到地时，提供了用于估计所述电学装置的接地连接电阻的设备，所述电学装置具有至少一个输入阻抗，所述估计设备特征在于其包括：电压发生器，该电压发生器具有用于连接到所述输入阻抗的部件和用于连接到所述接地连接的部件；用于测量流向接地的电流的部件，当激活用于连接到所述输入阻抗以及连接到所述接地连接的所述部件时所述流向接地的电流通过接地连接的所述电阻；以及计算部件，该计算部件能够获得作为关于所述附加电阻值的所述流向接地的电流的函数的接地连接电阻的数量级。
阻抗可以是在电学装置的输入处布置的电容或另外在电学装置的输入处布置的滤波器的输入阻抗。该输入阻抗的先验估计使得可以确定通过电压发生器注入的电流，这是为什么注入电流是接地连接电阻的函数的原因。
附加电阻和接地连接电阻并联连接。该附加电阻可尤其是与电学装置接触的另一个对象，并且本身被连接到接地。该附加电阻与接地连接电阻不同。这是先验不需要的。
电压发生器使得可以使电流流过接地连接电阻，以便测量流向接地的电流并且估计接地连接电阻。该电压发生器到阻抗的连接特别有利并且同样使得可以使电流流过接地连接电阻，并且循环返回到电学系统连接的相位中，阻抗被连接到各个相位。
该设备可另外包括用于从所述电学装置的差分电源电流中测量泄漏电流的部件，并且计算部件能够估计作为泄漏电流和流向接地的电流的函数的附加电阻。
在泄漏电流和流向接地的电流之间的差使得可以获得在附加电阻中流动的电流。
接地连接电阻和附加电阻两个电阻的估计使得可以确定电流将采取的路径。在连接到接地的另一个对象接触电学装置的情况下，如果接地连接质量差，则电流将流过其它对象的附加电阻。
计算部件可包括表，该表具有用于接地连接的电阻值，附加电阻的值，以及与用于所述接地连接的电阻值和所述附加电阻的值对应的流向接地的电流值。
因此，这些制表值使得可以借助于电阻估计获得接地连接质量的估计。通过使用现有的校准步骤可获得这些制表值。
此外，阻抗可以是电磁兼容滤波器的输入阻抗。电压发生器因此连接到该电磁兼容滤波器的输入阻抗。
因此可以使用该滤波器的组件以对电压源充电并且使电流通过朝向相位循环返回的接地连接电阻，例如通过电磁兼容滤波器的共模电容流动。已经在滤波器内侧存在的组件使用使得可以降低设备的成本。
有利地，电压发生器是压控振荡器。因此可以选择使电流能够在滤波器和系统之间的较低阻抗路径中流动的频率。泄漏电流的测量因此总是接地连接电阻的函数。
该设备可包括根据接地连接电阻估计禁止电学装置的使用的部件。
如果接地连接质量差，则可禁止电学装置的使用以便保护用户。
有利地，电学装置可以是用于电或混合式牵引机动车辆的电池充电器。
因此可以估计该充电器的接地连接电阻以及附加电阻，例如在电动车辆下布置的液压油缸的电阻。
根据另一方面，当所述电学装置连接到电源系统并且通过附加电阻同样连接到接地时，提供了用于估计电学装置的接地连接电阻的方法。
根据该方法的一般特征，电流在电学装置的输入阻抗和接地连接电阻之间产生，并且测量通过接地连接的所述电阻的流向接地的电流，以便获得关于所述附加电阻值的接地连接电阻的数量级。
有利地，从差分电源电流中测量泄漏电流，并且附加电阻被估计为泄漏电流和流向接地的电流的函数。
借助于表可估计接地连接的电阻和附加电阻，该表具有用于接地连接的电阻值，附加电阻值，以及与用于所述接地连接的电阻值和所述附加电阻值对应的流向接地的电流值。
此外，通过接地连接电阻可产生正弦电流。
可以根据接地连接电阻的估计禁止电学装置的使用。
有利地，如果接地连接电阻比附加电阻更高，则禁止电学装置的使用。
附图说明
基于研究借助于非限制性示例给出并且通过附图示出的下列描述，本发明的其它优点和特征将变得显而易见，在附图中：
-图1示出连接到电源系统的电学装置，
-图2示出根据本发明的设备的实施例，以及
-图3示出根据连接到电磁兼容滤波器的本发明设备的实施例。
具体实施方式
图1示出连接到电压源2的电学装置1，该电压源2例如是单相或三相电源系统。电学装置1可以例如是用于电动或混合式牵引机动车辆的电池充电器。电学装置1通过电学连接3连接到电压源2，该电学连接3可包括多个相位和可能的中性连接。
电学装置1例如可通过其电学底座4连接到接地。在附图中，接地连接电阻由电阻5表示。
在所示示例中，另一个对象与电学底座4接触，并且形成与通过电阻5的接地连接的并联的接地连接，附加的接地连接由附加电阻6表示。
电学装置1通过尤其使得可以确定泄漏电流的差分电流Id供电。该泄漏电流可通过接地连接5的电阻和/或附加电阻6流向接地。因此，泄漏电流形成流过电阻5的电流It和流过附加电阻6的电流Ia。如果接地连接电阻太高，则泄漏电流至少部分地通过电流Ia重新定向到附加电阻6。
图2示出配备有根据本发明实施例用于估计接地连接7的电阻的设备的电学装置1。
电学装置1包括在电学底座中布置并且通过连接3连接到电源系统的主元件8。传统上，电磁兼容滤波器9可在主元件8之前被布置在电学装置1的输入处。
尤其包括电压发生器10的设备7通过接地连接5的电阻被布置在电磁兼容滤波器9的输入阻抗和接地之间。
用于测量泄漏电流的部件11被布置在连接3上。这些测量部件11可包括通过相位和中性线横越的环形线圈，以便以传统方式获得泄漏电流值。在电压发生器10之后并且在接地连接之前经由接地连接5的电阻可同样布置用于测量流向接地的电流It的部件12。因此根据现有技术测量泄漏电流，例如：经由其供电相位进入核心的电流测量环。因此测量的泄漏是注入到接地连接电阻5并且进入附加电阻6的电流总和。该泄漏电流测量使得可以在连接电阻5中完成电流测量，并且因此通过使用表2评估连接电阻5与附加电阻6的比率，如示例中所引证的。
该阻抗比使得可以除了单独测量电流外，还定义用于电学装置使用的授权标准：例如如果充电在表1的5mA之下没有被授权，则对于对（10，10）和（100，100）禁止。另一方面，如果接地质量良好，则仍然允许对（10，10）的使用：第二个表使得可以区分该对以对装置的使用授权。
将用于测量泄漏电流的部件和用于测量流向接地的电流的部件连接到计算部件13。这些计算部件可估计作为泄漏电流和流向接地的电流It的函数的接地连接电阻以及附加电阻。计算部件13可尤其包含如下的表，该表具有接地连接5的电阻值，附加电阻6的值，以及与所述接地连接5的电阻值和附加电阻6的值对应的流向接地的电流It的值。
应该注意，通过计算在泄漏电流和流向接地的电流It之间的差获得流过附加电阻6的电流Ia。
图3是连接到电磁兼容滤波器9的输入阻抗的电压发生器10的示例性实施例的详细说明。由于用于到电源系统的连接的电缆，连接3在此包括电阻14和两个电感15a和15b。此外，连接3在图3的实施例中仅包含一个相位。由于与电阻5串联布置使用的电缆，接地连接同样包括电感16。
电磁兼容滤波器9传统上包括多个电容和电感。电磁兼容滤波器9尤其包括共模电容17a、17b、17c、17d和17e，差模电容18a和18b，共模电感19a和19b，以及差模电感20a和20b。
电压发生器10尤其包括与共模电容17c并联布置的变压器初级绕组21，和旨在对压控振荡器23供电的次级绕组22。电感24串联布置在压控振荡器23和次级绕组22之间，并且使得可以注入正弦电流到接地中。
一定数量的电阻25a、25b、25c、25d、25e和25f用于控制振荡器23以及两个电压发生器26a和26b。
电压发生器10可因此使用共模电容17c以使电流从点A流向接地，并且借助于共模电容17a和17b将该电流循环返回到相位。
如同可以是泄漏电流，测量流向接地的电流It，并且计算部件13然后例如借助于表估计接地连接5的电阻和附加电阻6的值。
借助于示例，可以在校准步骤中以毫安为单位测量流向接地的电流值，以便获得以下的表：
Figure BDA0000441463370000061
因此，计算部件可估计作为流向接地的电流的函数的接地连接电阻和可能的附加电阻。应该注意，流向接地的电流对于良好质量的接地连接更大。
计算部件可同样包括其它表，例如泄漏电流的表或包括泄漏电流与流向接地的电流的比率的表。借助于示例，获得以下的表：
Figure BDA0000441463370000062
因此，等于1的比率与优良的接地连接对应，在该接地连接中所有的泄漏电流经由接地连接并且不经由附加电阻流向接地。
有利地，计算部件连接到用于禁止电学装置使用的部件，在附图中没有示出，使得当连接质量不好时可以防止电学装置的操作。
例如，在用于电动车辆的充电器的情况下，如果接地连接质量差，则将可以防止车辆的充电，并且因此保护用户免于可能的接触电流。
然而如果附加电阻允许电流流向接地并且已知，则充电可被授权用于差的接地连接。
应该注意，可以以连续或动态方式实现接地连接的质量估计，以便考虑对于附加电阻的修改。
应该注意，在本发明的该实施例中电源系统2连接到在变压器侧边上的接地。在本发明的其它实施例中，系统例如是IT类型（与接地绝缘的供电系统），并且将同样是通过测量设备的接地连接电阻5的评估。
本发明的目的实际上不是测量接地连接电阻5，而是评估关于附加电阻6的其数量级。这可通过电流12和计算器13的测量来实现。
在良好的接地上（0欧姆），例如由于电流发生器采用如在表1（9毫安）中的已知值和公差来设定量纲，所以注入电流是已知的。差的1000欧姆接地（例如在IT配置中的系统）将使注入电流下降到1mA。差的10000欧姆接地将导致电流下降到0.02毫安-表示没有连接到接地的接地连接器的值。
此外，测量电流同样使得可以评估没有通过供电连接器连接的并联接地：采用100欧姆的并联接地的100欧姆接地将使电流下降到3.3毫安。
因此可以评估良好的接地连接器（高达100欧姆）以及没有通过设备的供电电压的接地连接器的并联接地连接器的评估。

Claims (13)

1.一种设备（7），用于当电学装置（1）连接到电源系统并且通过附加电阻（6）同样连接到接地时估计所述电学装置（1）的接地连接的电阻（5），所述电学装置具有至少一个输入阻抗（9），所述估计设备特征在于其包括：电压发生器（10），该电压发生器（10）具有用于连接到所述输入阻抗的部件和用于连接到所述接地连接的部件；用于测量流向接地的电流（It）的部件（12），当激活用于连接到所述输入阻抗以及连接到所述接地连接的所述部件时，该流向接地的电流（It）通过所述接地连接的电阻（5）；以及计算部件（13），该计算部件（13），其能够获得作为关于所述附加电阻（6）的值的所述流向接地的电流（It）的函数的接地连接的电阻（5）的数量级。
2.根据权利要求1所述的设备，其还包括用于从用于所述电学装置的差分电源电流中测量泄漏电流的部件（11），并且其中计算部件（13）能够估计作为泄漏电流和流向接地的电流（It）的函数的附加电阻（6）。
3.根据权利要求2所述的设备，其中计算部件（13）包括表，该表具有接地连接的电阻值（5），附加电阻（6）的值，以及与所述接地连接的电阻值和所述附加电阻的值对应的流向接地的电流值。
4.根据前述权利要求中的任何一项所述的设备，其中所述阻抗是电磁兼容滤波器的输入阻抗。
5.根据前述权利要求中的任何一项所述的设备，其中电压发生器（10）是压控振荡器。
6.根据前述权利要求中的任何一项所述的设备，其包括用于根据接地连接的电阻（5）的估计禁止电学装置（1）的使用的部件。
7.根据前述权利要求中的任何一项所述的设备，其中电学装置（1）是用于电或混合式牵引机动车辆的电池充电器。
8.一种方法，用于当电学装置（1）连接到电源系统并且通过附加电阻（6）同样连接到接地时估计所述电学装置（1）的接地连接的电阻（5），所述估计方法特征在于电流在电学装置的输入阻抗和接地连接的电阻（5）之间产生，并且测量通过所述接地连接的电阻（5）的流向接地的电流（It），以便获得关于所述附加电阻（6）的值的接地连接的电阻（5）的数量级。
9.根据权利要求8所述的方法，其中从差分电源电流中测量泄漏电流，并且将附加电阻（6）估计为泄漏电流和流向接地的电流（It）的函数。
10.根据权利要求9所述的方法，其中借助于表估计接地连接的电阻（5）和附加电阻，该表具有接地连接的电阻值（5），附加电阻（6）的值，以及与所述接地连接的电阻值和所述附加电阻的值对应的流向接地的电流值。
11.根据权利要求8至10中的任何一项所述的方法，其中通过接地连接的电阻产生正弦电流。
12.根据权利要求9至11中的任何一项所述的方法，其中根据接地连接的电阻的估计禁止电学装置（1）的使用。
13.根据权利要求12所述的方法，其中如果接地连接的电阻比附加电阻更高，则禁止电学装置（1）的使用。
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