CN110100184A - Dc泄漏电流检测器及其用于dc电源电路中的泄漏电流检测器的操作方法 - Google Patents

Dc泄漏电流检测器及其用于dc电源电路中的泄漏电流检测器的操作方法 Download PDF

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Abstract

用于检测DC总线中的泄漏电流的DC泄漏电流检测器包含一对变压器，该对变压器中的每个包括磁芯以及缠绕该磁芯的励磁和检测绕组，该磁芯可围绕的一对导体定位，该对导体产生的磁场是导体中的电流之和。励磁和偏置电路连接到每个变压器中的励磁绕组以向其注入电流信号，该电流信号在每个变压器的磁芯中产生变化的磁通量，并且检测器输出端连接到每个变压器中的检测绕组以接收响应于每个变压器的磁芯中的磁通量而从其产生的电压，其中检测绕组上的电压在检测器输出端处提供净电压，该净电压的值指示在DC总线上存在泄漏电流。

Description

DC泄漏电流检测器及其用于DC电源电路中的泄漏电流检测器 的操作方法
技术领域
本发明总体涉及混合动力和电动车辆中的DC1电源电路，并且更具体地，涉及可以用于混合动力和电动车辆中的DC电源电路中的泄漏电流检测和故障位置识别的DC泄漏电流检测器。
背景技术
混合动力电动车辆可以组合内燃发动机和由诸如牵引电池的能量存储装置供电的电动机来推进车辆。这种组合可以通过使内燃机和电动机各自在增加的效率的相应范围内操作来提高整体燃料效率。例如，电动机可以有效地从站立起动加速，而内燃机在恒定发动机操作的持续时期(诸如在高速公路行驶中)可以是有效的。具有用于提高初始加速度的电动机允许混合动力电动车辆中的内燃机更小且更省燃料。
纯电动车辆使用存储的电能来为电动机提供动力，该电动机推动车辆并且还可以操作辅助驱动器。纯电动车辆可以使用一个或多个存储的电能。例如，第一储存电能源可用于提供更持久的能量，而第二储存电能源可用于提供更高功率的能量，例如用于加速。
无论是混合电动类型还是纯电动类型的插入式电动车辆均被配置为使用来自外部源的电能来为牵引电池再充电。作为示例，这种车辆可以包括公路和越野车辆、高尔夫球车、邻域电动车辆、叉车和公用卡车。这些车辆可以使用车外固定电池充电器或车载电池充电器将电能从公用电网或可再生能源传输到车辆的车载牵引电池。插入式车辆可包括电路和连接，以便于例如从公用电网或其他外部源对牵引电池进行再充电。另外，可以提供输出功率逆变器，其能够反转从车辆的DC总线接收的功率并输出可以提供回公用电网或可能需要电力的另一AC负载的AC电力。
车辆的DC电源电路，即能量存储装置、电池充电器、导出逆变器和牵引电动机或连接到车辆中的DC总线/网络的其他负载通常被操作使得它们是与车架电隔离，使得DC电力导体之一与车架之间的故障(短路)不会产生大的故障电流。虽然由于DC电源电路与车架隔离而提供了这种保护，但是应该认识到，期望在车辆操作期间检测DC电源电路中的高阻抗、低泄漏电流故障，从而提供保护策略以在第二故障发展之前检测故障并切断DC电源电路中的电力。此外，在故障是通过人的泄漏电流的情况下，期望将检测故障所需的电流量限制到低水平。
现有技术中已知的用于检测由TDI Power公司提供的到车架的泄漏电流的接地故障电路的示例在图1中示出，其中示出了车辆DC电源电路2，其包括接地故障检测电路4和相关联的电阻器6并用于检测由DC电力总线8上的任何地方的故障引起的到车架的泄漏电流。接地故障检测电路4用于检测电阻器6两端的电压变化，该电压变化指示DC电源电路2中的泄漏电流。故障期间的实际电压取决于故障泄漏路径的电阻与两个偏置电阻器6的电阻的比率。对于图1中所示的电阻器6的值，如图1所示，泄漏电流的通常原因的电阻与偏置电阻之比足够低，以在故障期间产生电压的显著变化。在正常条件下，电阻器6在1兆欧姆电阻器上建立95伏的电压。在从正电源到地的故障期间，1兆欧电阻上的电压可升至380伏。在从负电源到地的故障期间，电压可以降至0伏特。在图1中的电路2的情况下，从DC母线8的正侧到车架的通过故障的电流被限制在+0.38毫安。对于从DC总线8的负侧到车架的故障，故障电流被限制在大约-0.13毫安。
然而，尽管图1的接地故障检测电路可以检测由DC电源总线上的任何地方的故障引起的到车架的泄漏电流，接地故障检测电路不给出关于故障位置的任何指示。也就是说，由接地故障检测电路获取/分析的电压读数不提供关于车辆DC电源电路内的故障位置的信息，因为电压读数不依赖于故障的位置。已经认识到，故障位置的指示将是有益的，因为这种信息对于DC电源电路的诊断和修理是有用的。
因此，期望提供一种用于混合动力和电动车辆中的DC电源电路中的泄漏电流检测和故障位置识别的系统和方法。这种系统和方法将采用所需构造的DC泄漏电流检测器，其被配置为感测DC电源电路中的DC泄漏电流，以便能够进行故障位置识别。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于检测DC总线中的泄漏电流的DC泄漏电流检测器。DC泄漏电流检测器包括一对变压器，该对变压器中的每个包含磁芯，该磁芯具有可围绕DC总线的一对导体定位的开口，该开口在磁芯中产生磁场，该磁场是导体和包括励磁绕组和检测绕组的一对缠绕磁芯的绕组中的电流的总和。DC泄漏电流检测器还包括励磁和偏置电路，该励磁和偏置电路连接到一对变压器中的每个的励磁绕组以向其注入电流信号，该电流信号在每个变压器的磁芯中产生变化的磁通量，并且检测器输出端连接到每个变压器中的检测绕组以接收响应于每个变压器的磁芯中的磁通量而从其产生的电压，其中检测绕组上的电压在检测器输出端处提供净电压，该净电压的值指示在DC总线上存在泄漏电流。
根据本发明的另一方面，一种感测DC电源电路中的泄漏电流故障的方法包括围绕DC电源电路中的DC总线的一对导体定位DC泄漏电流检测器，该DC泄漏电流检测器包含一对变压器，该一对变压器中的每个包括围绕该对导体定位的磁芯和励磁绕组以及缠绕磁芯的检测绕组、将电流信号注入到每个变压器的励磁绕组上的励磁和偏置电路，以及耦接到每个变压器的检测绕组的检测器输出端。该方法还包括使励磁和偏置电路将电流信号注入每个变压器的励磁绕组上，从而在每个变压器的磁芯中产生变化的磁通量。该方法还包括测量响应于每个变压器的磁芯中的磁通量而产生的每个检测绕组上的电压，其中检测绕组上的电压在检测器输出端处提供净电压，该净电压的值指示DC总线上存在泄漏电流。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于检测DC电源电路的DC总线中的泄漏电流故障的DC泄漏电流检测系统。DC泄漏电流检测系统包括多个DC泄漏电流检测器，用于检测DC电源电路中各个位置处的DC总线中的泄漏电流，每个DC泄漏电流检测器包含一对变压器，该对变压器中的每个包括磁芯，该磁芯具有可围绕DC总线的一对导体定位的开口，该开口在磁芯中产生磁场，该磁场是导体和包括励磁绕组和检测绕组的一对缠绕磁芯的绕组中的电流的总和。每个DC泄漏电流检测器还包括励磁和偏置电路，该励磁和偏置电路连接到一对变压器中的每个中的励磁绕组以向其注入电流信号，该注入的电流信号在每个变压器的磁芯中产生变化的磁通量。每个DC泄漏电流检测器还包括检测器输出端，该检测器输出端连接到一对变压器中的每个的励磁绕组以接收响应于每个变压器的磁芯中的磁通量而从其产生的电压，其中检测绕组上的电压在检测器输出端处提供净电压，该净电压的值指示在DC总线上存在泄漏电流。DC泄漏电流检测系统还包括与多个DC泄漏电流检测器可操作地连接的逻辑装置，该逻辑装置被配置为基于从多个DC泄漏电流检测器接收的净电压读数的DC电源电路从多个DC泄漏电流检测器中的每个接收净电压读数并且在该DC电源电路中定位泄漏电流故障。
根据以下详细描述和附图，各种其他特征和优点将变得清楚明白。
附图说明
附图示出了目前预期用于实施本发明的实施例。
在附图中：
图1是现有技术中已知的电动车辆中的DC电源电路和相关联的接地故障检测电路的示意图。
图2是根据本发明的实施例的电动车辆中的DC电源电路的示意图，其中多个DC泄漏电流检测器定位在整个电路中。
图3是根据本发明实施例的具有不饱和变压器的DC泄漏电流检测器的示意图。
图4是根据本发明的实施例的示出注入图3的DC泄漏电流检测器的励磁绕组中的锯齿励磁电流波形的曲线图。
图5是根据本发明的一个实施例的示出图3的响应于DC电源电路中沿其测量分支的泄漏电流的DC泄漏电流检测器产生的净电压输出波形的曲线图。
图6是根据本发明实施例的具有饱和变压器的DC泄漏电流检测器的示意图。
图7是根据本发明的实施例的示出注入图6的DC泄漏电流检测器的励磁绕组中的锯齿励磁电流波形的曲线图。
图8是根据本发明的一个实施例的示出图6的响应于DC电源电路中沿其测量分支的泄漏电流的DC泄漏电流检测器产生的净电压输出波形的曲线图。
图9和图10是根据本发明的实施例的电动车辆中的DC电源电路的示意图，其中多个DC泄漏电流检测器与附加的接地故障检测电路一起定位在整个电路中。
具体实施方式
本发明的实施例涉及DC泄漏电流检测器的构造，其可用于混合动力和电动车辆中的DC电源电路中的泄漏电流检测和故障位置识别。DC泄漏电流检测器包括一对变压器，该对变压器用于在其检测绕组上产生净输出电压，该净输出电压指示在由DC泄漏电流检测器监测的位置处DC电源电路的导体中存在泄漏电流。
尽管下面将本发明的实施例描述为插入式电动车辆植入/实施例的一部分，但应认识到本发明的实施例也可以结合到混合动力插入式电动车辆中，非插入式电动车辆和具有多个分支(除了在车辆环境中)的其他一般DC电源电路，其中希望能够识别电路中的当前故障的位置。因此，应认识到，本发明的实施例一般不限于插入式电动车辆或电动/混合动力车辆，并且本发明的实施例可以与具有多个分支的其他通用DC电源电路一起使用/或在其中使用。
参照图2，描绘了插入式电动车辆10，其中可以采用本发明的实施例。插入式电动车辆10包括DC电源电路12，其在电路中包括的一个或多个能量存储装置、负载和电力转换器之间分配电力。典型的插入式电动车辆10包括作为DC电源电路12的一部分的能够作为马达或发电机操作的电气装置或机器14。在一个实施例中，电机14是牵引电动机，其机械地耦接到车辆10的一个或多个驱动轮或轴(未示出)，以在作为马达操作时向车辆提供推进。在车辆10的再生制动期间，电机14通过回收通常在摩擦制动系统中损失的能量而用作发电机。
如图2所示，DC电源电路12还包括牵引电池或电池组16，其存储可由电机14使用的能量。在一个实施例中，车辆电池组16将高压DC输出提供到与其耦接的DC配电总线22的一对导体18、20上。一个或多个电力转换器24、26可以连接到DC配电总线22。电力转换器24、26调节并将来自配电总线22的功率转换成可由电机14和/或其他负载28使用的形式，其中一个或多个电力转换器24、26被配置为提供双向例如，在牵引电池16和电机14之间定向地转换能量的功能。根据实施例，电力转换器24、26包括耦接到DC配电总线22的双向DC-AC电压逆变器24，以将DC总线上的DC功率反转为由电机14使用的三相AC功率。在电机14用作发电机的再生模式中，DC-AC电压逆变器24可以将由电机14产生的三相AC电流转换为与牵引电池16兼容的DC电压。双向DC-AC电压逆变器24可以是已知的构造，并且包括六个半相模块(未示出)，它们配对以形成三相。电力转换器24、26还可以包括一个或多个DC-DC电压转换器26，其被配置为将一个DC电压转换为另一个DC电压。这种DC-DC电压转换器26可以具有已知的构造，并且包括耦接到一对开关并耦接到一对二极管(未示出)的电感器，其中开关被控制以将来自DC配电总线22地电压降低或升高到适合于由电机14和/或从其接收电力的另一车辆负载28(诸如加热模块或空调模块)使用的水平。
当插入式电动车辆10停放或未使用时，可能需要将车辆插入例如公用电网或可再生能源以对电池组16进行刷新或再充电。因此，图2示出了车辆10的DC电源电路12，其包括用于对车辆电池组16进行再充电的充电系统30。充电系统30包括充电端口32，该充电端口32可以是任何类型的被配置为在其中接收充电连接器(例如电源线/插头)以将电力从外部电源传输到车辆10的端口。充电端口32可以电连接到充电器或车载电源转换模块34(即，“电池充电器”)，其诸如通过整流和/或从外部电源接收的电力的DC-DC转换调节从充电端口32供应的电力以向牵引电池16提供适当的电压和电流水平。然后，由电池充电器34调节的电力被提供给DC配电总线22。
在一个实施例中，输出功率逆变器36也包括在DC电源电路12中。可以提供导出逆变器36，其能够反转从车辆的DC配电总线22接收的电力并输出可以提供回公用电网或可能需要电力的另一AC负载的AC电力。如图2所示，可以提供多个开关38、40，例如接触器，以选择性地将导出逆变器36的输出连接到公用电网或外部AC负载。提供第一对接触器38以选择性地将导出逆变器36的输出连接到公用电网，并且提供第二对接触器40以选择性地将导出逆变器36的输出连接到外部AC负载。第一对接触器38和第二对接触器40中的每个通常处于打开位置，但是当希望从导出逆变器36向公用电网或外部AC负载之一提供AC电力时，则选择性地关闭。
为了操作和控制上述DC电源电路12的各种部件，在插入式电动车辆10中包括一个或多个相关联的控制器44，以控制和监测部件的操作。控制器44可以通过串行总线(例如，控制器区域网络(CAN))或通过分立导体进行通信，并且可以存在系统控制器46以协调各种控制器44及其相关组件的操作。
如图2所示，牵引电池16可以具有正端子50和连接到DC总线22的导体18、20的负端子52。根据政府法规和/或行业标准的高压系统中的电隔离的最小值，可以保持牵引电池端子50、52与底盘接地(即，车架/底盘)54之间的电隔离，诸如电池端子50、52与底盘接地54之间的电隔离不小于500欧姆/伏。底盘接地54被定义为DC电源电路12的电气装置电连接的公共参考点。电隔离可以被描述为底盘接地54和牵引电池16的端子50、52之间的泄漏电阻。在正常条件下，泄漏电阻(可能发生在DC电源电路12内的各个位置处)将具有相对大的值，并且很少或没有泄漏电流将流过底盘接地54。然而，在故障条件下，泄漏电阻可以减小，使得更大水平的泄漏电流流过底盘接地54。
根据本发明的实施例，多个DC泄漏电流检测器58放置在车辆10的整个DC电源电路12中，用于检测电隔离问题的存在。DC泄漏电流检测器58用于检测由DC电源电路12中的任何地方的故障引起的到车架54的泄漏电流，并且还用于定位低泄漏电流故障-DC泄漏电流检测器58的操作能确定DC电源电路12内的泄漏电流的路径。更具体地，DC泄漏电流检测器58位于DC电源电路12的DC总线22的多个独立分支60中的每个上，每个分支60上包括DC电源电路12的部件(例如，电池组16、电机14、DC-AC逆变器24、DC-DC转换器26、电池充电器34、导出逆变器36等)。以这种方式，可以单独监测DC总线22的每个独立分支60以检测其中的泄漏电流。
DC泄漏电流检测器58在DC电源电路12中/上的示例性放置在图2中示出，每个检测器58被指示为定位在DC总线22的相应分支60的成对的导体18、20周围。然后通过观察哪个DC泄漏电流检测器58检测泄漏电流和哪个DC泄漏电流检测器58不检测泄漏电流来确定泄漏电流的路径。DC泄漏电流检测器58连接到逻辑装置62，根据本发明的实施例，该逻辑装置62可以结合到系统控制器46中，或者可以作为单独的控制器或逻辑装置提供，其中DC泄漏电流检测器58的输出被提供给逻辑装置62以确定故障位置。也就是说，逻辑装置62用于确定故障位置，特定DC泄漏电流检测器58基于此来指示故障。作为一个示例，电池充电器16的端子50、52处的故障将导致泄漏电流从电池组16流到电池充电器34，使得电池组16的端子处的DC泄漏电流检测器58和电池充电器34处的DC泄漏电流检测器58将检测故障，而导出逆变器36的端子处和推进马达14处的DC泄漏电流检测器58将不会检测到故障，因此导致逻辑装置62确定故障位于电池组16和电池充电器34之间的路径上。
通常，可以检测DC泄漏电流的任何种类的传感器可以用作DC泄漏电流检测器58。然而，根据本发明的示例性实施例，DC泄漏电流检测器58包括一对变压器，这将在下文中参照图3-图8所述，其涉及变压器的构造及其在检测DC泄漏电流中的操作。如图3和图6所示，每个DC泄漏电流检测器58包括一对变压器64、66，每个变压器由磁芯68和一对绕组70、72形成，每个磁芯68具有相同的磁化特性(即B和H场关系)。磁芯68构造成使得DC总线22的导体18、20穿过形成在芯中的开口。因为主电力导体18、20通常是大规格电线，并且为了简化电源电路的构造，主电力导体18、20少量地通过磁芯68，理想地仅通过一次。缠绕每个磁芯68的一对绕组70、72包括励磁绕组70和检测绕组72，绕组的极性用使用点的通常惯例在图3和图6中示出。励磁/偏置电路74电耦接到每个变压器64、66的励磁绕组70，以选择性地向其注入电流信号，同时每个变压器64、66的检测绕组72的输出76，即，检测器58的输出76可操作地连接到逻辑电路62以提供输出信号。
根据本发明的一个实施例，并且如图3所示，DC泄漏电流检测器58通过构造为并且操作其变压器64、66作为不饱和变压器来检测泄漏电流故障。在DC泄漏电流检测器58的操作中，检测器被定位成使得DC电力系统12的导体18、20穿过变压器的每个磁芯68中的开口，产生作为电流的总和的磁场。通过经由励磁/偏置电路74将少量电流注入到变压器64、66的励磁绕组70上来检测磁场。虽然由励磁/偏置电路74注入的典型励磁电流在图4中示出为锯齿波形，但是可以认识到其他波形形状也是可能的。励磁电流的作用是在磁芯68内产生变化的磁通量，使磁芯略微饱和。
当将电流信号注入到每个变压器64、66上的励磁绕组70中时，在每个变压器64、66上的检测绕组72上监测电压，其中在检测绕组72上存在或不存在电压，指示在DC泄漏电流检测器58所处的被监测位置处的导体18、20上是否存在泄漏电流。也就是说，只要没有通过导体18、20的泄漏电流，每个磁芯68中的磁通偏移就相等且相反。结果，在每个检测绕组72中产生的电压相等且相反，并且DC泄漏电流检测器58的输出76处的净电压值为零。然而，导体18、20上存在泄漏电流导致两个磁芯68中的磁通波形之间的对称性被破坏。结果，将存在一个磁芯68饱和而另一个磁芯未饱和的短暂时期，这将在检测绕组72上产生在输出76处从DC泄漏电流检测器58输出的净电压波形。输出76处的这种净电压波形的示例指示导体18、20上的泄漏电流，如图5所示。
根据本发明的一个实施例，并且如图6所示，DC泄漏电流检测器58通过构造为并且操作其变压器64、66作为饱和变压器来检测泄漏电流故障。因此，与图3的不饱和变压器相比，DC泄漏电流检测器58中的一个绕组70、72的极性反转，如图6所示，两个磁芯68通常都是饱和的。在DC泄漏电流检测器58的操作中，检测器被定位成使得DC电力系统12的导体18、20穿过变压器64、66的每个磁芯68中的开口，产生作为电流的总和的磁场。通过经由励磁/偏置电路74将少量电流注入变压器64、66的励磁绕组70来检测磁场，其中注入的电流信号包括使变压器磁芯68保持饱和的DC偏置。根据一个实施例，包括DC偏置的锯齿波形励磁电流在图7中示出。
当将电流信号注入到每个变压器64、66上的励磁绕组70中时，在每个变压器64、66上的检测绕组72上监测电压，其中在检测绕组72上存在或不存在电压，指示在DC泄漏电流检测器58所处的被监测位置处的导体18、20上是否存在泄漏电流。在图6的不饱和变压器实施例中，泄漏电流的存在抵消了变压器64、66之一中的偏置，使其脱离饱和，这将导致电压出现在变压器64、66上的检测绕组72上，而在无故障条件下将没有信号。然后将变压器64、66的检测绕组72上的净饱和电压波形提供给DC泄漏电流检测器58的输出76并且将其发送到逻辑装置62，其中这种净电压波形的示例指示导体18、20上的泄漏电流，如图8所示。
关于由励磁/偏置电路74产生的使变压器磁芯68保持饱和的注入电流信号，可以认识到，由于泄漏电流的量由图2中的DC中的用于维持车架54和电源电路之间的电压差的电阻器55、56的尺寸确定，所以故障电流量是提前已知的，并且励磁/偏置电路74可以设计成使得泄漏电流近似抵消在其中一个磁芯68中的DC偏置。
因此，关于图3至图8中示出和描述的饱和以及不饱和变压器构造/操作。因此，可以看出，在关于检测导体18、20中的泄漏电流的交替原理下操作实施例。图2和图3的实施例之间的另一个区别是每个励磁绕组70的匝数不必与针对饱和变压器64、66的每个磁芯68的匝数相同。实际上，取决于图2中的电阻器55、56的大小，每个励磁绕组70的匝数将是故意不同的，其大小适合于反映从DC电源电路12的正侧或负侧到车架54的因故障而流动的泄漏电流量的差异。
现在再次参考图2，虽然其中的实施例被示出为包括在DC配电总线22的每个独立分支60上的独立DC泄漏电流检测器58，其共同操作以识别和定位DC电源电路中的泄漏电流故障而无需使用其它/附加故障检测电路，应认识到本发明的其他实施例可包括附加接地故障检测电路48。也就是说，其他已知的接地故障检测电路48可以与DC泄漏电流检测器58结合使用，以监测流过底盘接地54的泄漏电流的水平。可以与DC泄漏电流检测器58结合使用的这种已知接地故障检测电路48的示例在图9和图10中示出。如图所示，接地故障检测电路48可以连接到牵引电池16的每个端子50、52并且连接到DC总线22，并且用于检测一对电阻器55、56中/整个一对电阻器55、56中的电压变化，该电压变化指示DC电源电路12中的泄漏电流。故障期间的实际电压取决于故障泄漏路径的电阻与两个偏置电阻器55、56的电阻的比率，其中认识到泄漏电流的通常原因的电阻与偏置电阻的比率足够低以在故障期间产生显著的电压变化。因此，接地故障检测电路48可以容易地检测到电阻器55、56中的任一个上的电压变化，以识别到车架54的接地故障泄漏电流的存在。
在图9的实施例中，提供接地故障检测电路48，用于识别DC电源电路12中的泄漏电流故障，并且在每个独立分支60(包括连接到电池充电器16的端子50、52的分支60)上提供DC泄漏电流检测器58。DC泄漏电流检测器58可以如上面参考图2至图8所述的那样操作以检测泄漏电流并定位故障，其中接地故障检测电路48在与DC泄漏电流检测器58一起操作时提供泄漏电流故障检测的一些冗余，以提高DC电源电路12中的泄漏电流故障检测的可靠性。在图10所示的替代实施例中，连接到电池充电器16的端子50、52的分支60上不包括DC泄漏电流检测器58。在这样的实施例中，仍然可以由其他DC泄漏电流检测器58识别泄漏故障的位置，或者如果没有DC泄漏电流检测器58检测到故障但是接地故障检测电路48检测到故障，则可以识别泄漏故障定位在分支上而在其上没有DC泄漏电流检测器58。
有利地，本发明的实施例因此提供了DC泄漏电流检测器，其可用于混合动力和电动车辆中的DC电源电路中的泄漏电流检测和故障位置识别。DC泄漏电流检测器包括可作为不饱和或饱和变压器操作的一对变压器，以在其检测绕组上产生净输出电压，该净输出电压指示在由DC泄漏电流检测器监测的位置处DC电源电路的导体中存在泄漏电流。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于检测DC总线中的泄漏电流的DC泄漏电流检测器。DC泄漏电流检测器包括一对变压器，该对变压器中的每个包含磁芯，该磁芯具有可围绕DC总线的一对导体定位的开口，该开口在磁芯中产生磁场，该磁场是导体和包括励磁绕组和检测绕组的一对缠绕磁芯的绕组中的电流的总和。DC泄漏电流检测器还包括连接到一对变压器中的每个中的励磁绕组的励磁和偏置电路，以向其注入电流信号，该电流信号在每个变压器的磁芯中产生变化的磁通量，还包括连接到一对变压器中的每个中的检测绕组的检测器输出端以接收响应于每个变压器的磁芯中的磁通量而从其产生的电压，其中检测绕组上的电压在检测器输出端处提供净电压，该净电压的值指示在DC总线上存在泄漏电流。
根据本发明的另一方面，一种感测DC电源电路中的泄漏电流故障的方法包括围绕DC电源电路中的DC总线的一对导体定位DC泄漏电流检测器，该DC泄漏电流检测器包含一对变压器，该一对变压器中的每个包括围绕该对导体定位的磁芯和励磁绕组以及缠绕磁芯的检测绕组、将电流信号注入到每个变压器的励磁绕组上的励磁和偏置电路，以及耦接到每个变压器的检测绕组的检测器输出端。该方法还包括使励磁和偏置电路将电流信号注入每个变压器的励磁绕组上，从而在每个变压器的磁芯中产生变化的磁通量。该方法还包括测量响应于每个变压器的磁芯中的磁通量而产生的每个检测绕组上的电压，其中检测绕组上的电压在检测器输出端处提供净电压，该净电压的值指示DC总线上存在泄漏电流。
根据本发明的又一个实施例，提供了一种用于检测DC电源电路的DC总线中的泄漏电流故障的DC泄漏电流检测系统。DC泄漏电流检测系统包括多个DC泄漏电流检测器，用于检测DC电源电路中各个位置处的DC总线中的泄漏电流，每个DC泄漏电流检测器包含一对变压器，每个变压器包含磁芯，该磁芯具有可围绕DC总线的一对导体定位的开口，该开口在磁芯中产生磁场，该磁场是导体和包括励磁绕组和检测绕组的一对缠绕磁芯的绕组中的电流的总和。每个DC泄漏电流检测器还包括励磁和偏置电路，该励磁和偏置电路连接到一对变压器中的每个中的励磁绕组以向其注入电流信号，该注入的电流信号在每个变压器的磁芯中产生变化的磁通量。每个DC泄漏电流检测器还包括连接到一对变压器中的每个中的检测绕组的检测器输出端以接收响应于每个变压器的磁芯中的磁通量而从其产生的电压，其中检测绕组上的电压在检测器输出端处提供净电压，该净电压的值指示在DC总线上存在泄漏电流。DC泄漏电流检测系统还包括与多个DC泄漏电流检测器可操作地连接的逻辑装置，该逻辑装置被配置为基于从多个DC泄漏电流检测器接收的净电压读数的DC电源电路从多个DC泄漏电流检测器中的每个接收净电压读数并且在该DC电源电路中定位泄漏电流故障。
虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但应容易理解，本发明不限于这些公开的实施例。在不脱离本发明构思和范围的情况下，可对本发明进行改进，以引入本文未提及的任意数量的变化、替换、替代或等同布置。此外，尽管已描述了本发明的各种实施例,不过应理解的是,本发明的实施态样可仅包括部分的所述实施例。因此，本发明并不视为受限于前面的描述,而仅由所附的权利要求的范围来限定。

Claims (20)

1.一种用于检测DC总线中的泄漏电流的DC泄漏电流检测器，所述DC泄漏电流检测器包含：
一对变压器，所述一对变压器中的每个包括：
磁芯，包含能够绕着所述DC总线的一对导体定位的开口，一对所述导体在所述磁芯中产生磁场，所述磁场是所述导体中的电流之和；以及
缠绕所述磁芯的一对绕组，所述一对绕组包括励磁绕组和检测绕组；
励磁和偏置电路，连接到所述一对变压器中的每个中的所述励磁绕组以向所述励磁绕组注入电流信号，注入的电流信号在每个所述变压器的所述磁芯中产生变化的磁通量；以及
检测器输出端，连接到所述一对变压器中的每个的所述检测绕组，以接收响应于每个所述变压器的所述磁芯中的所述磁通量而由此产生的电压，其中，所述检测绕组上的电压在所述检测器输出端处提供净电压，所述净电压的值指示在所述DC总线上存在所述泄漏电流。
2.根据权利要求1所述的DC泄漏电流检测器，其中，所述一对变压器通常包含不饱和变压器，其中，所述注入的电流信号产生变化的所述磁通量，以部分地使所述变压器的磁芯饱和。
3.根据权利要求2所述的DC泄漏电流检测器，其中，当所述导体中不存在所述泄漏电流时，所述一对变压器中的所述磁通量彼此相等且相反，使得所述检测器输出端处的所述净电压为零。
4.根据权利要求2所述的DC泄漏电流检测器，其中，当所述导体中存在所述泄漏电流时，所述一对变压器中的所述磁通量彼此不相等，使得所述检测器输出端处的所述净电压具有非零的值。
5.根据权利要求4所述的DC泄漏电流检测器，其中，当所述导体中存在所述泄漏电流时，所述一对变压器中的一个变压器的磁芯在一段时间内部分饱和，而所述一对变压器中的另一个变压器的磁芯则不饱和。
6.根据权利要求1所述的DC泄漏电流检测器，其中，所述一对变压器通常包含饱和变压器，其中，所述注入的电流信号在其中包括DC偏置，所述DC偏置使一对所述磁芯保持饱和。
7.根据权利要求4所述的DC泄漏电流检测器，其中，当所述导体中不存在所述泄漏电流时，一对所述磁芯保持饱和，使得在所述检测器输出端处不存在所述净电压。
8.根据权利要求4所述的DC泄漏电流检测器，其中，当所述导体中存在所述泄漏电流时，所述泄漏电流抵消用于所述一对变压器中的一个变压器的所述注入的电流信号中的DC偏置，从而使所述一对变压器中的一个变压器脱离饱和，使得所述检测器输出端处的所述净电压具有非零的值。
9.根据权利要求6所述的DC泄漏电流检测器，其中，基于可能存在于一对所述导体中的已知的所述泄漏电流的大小来控制所述注入的电流信号中的所述DC偏置的大小，其中，控制所述注入的电流信号中的所述DC偏置的大小使得所述泄漏电流近似抵消所述DC偏置。
10.根据权利要求1所述的DC泄漏电流检测器，其中，所述注入的电流信号包含具有锯齿波形形状的电流信号。
11.根据权利要求1所述的DC泄漏电流检测器，其中，一对所述磁芯中的一个磁芯上的励磁绕组中的匝数与一对所述磁芯中的另一个磁芯上的励磁绕组中的匝数不同。
12.一种感测DC电源电路中的泄漏电流故障的方法，所述方法包含：
围绕所述DC电源电路中的DC总线的一对导体定位DC泄漏电流检测器，所述DC泄漏电流检测器包含：
一对变压器，所述一对变压器中的每个包括：
围绕一对所述导体定位的磁芯；以及
缠绕所述磁芯的一对绕组，所述一对绕组包括励磁绕组和检测绕组；
励磁和偏置电路，用于将电流信号注入到每个所述变压器的所述励磁绕组上；以及
检测器输出端，耦接到每个所述变压器的所述检测绕组；使所述励磁和偏置电路将所述电流信号注入每个所述变压器的所述励磁绕组上，从而在每个所述变压器的所述芯中产生变化的磁通量；
测量响应于每个所述变压器的所述芯中的所述磁通量而产生的每个所述检测绕组上的电压，其中，所述检测绕组上的所述电压在所述检测器输出端处提供净电压，所述净电压的值指示在所述DC总线上存在所述泄漏电流。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述一对变压器通常包含不饱和变压器，并且其中，使所述励磁和偏置电路注入所述电流信号包含注入所述电流信号以产生部分地使所述变压器的一对所述磁芯饱和的变化的所述磁通量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，当所述导体中不存在所述泄漏电流时，所述一对变压器中的所述磁通量彼此相等且相反，使得所述检测器输出端处的所述净电压为零；并且
其中，当所述导体中存在所述泄漏电流时，所述一对变压器中的所述磁通量彼此不相等，使得所述检测器输出端处的所述净电压具有非零的值。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述一对变压器通常包含不饱和变压器，并且其中，使所述励磁和偏置电路注入所述电流信号包含在其中注入包括DC偏置的电流信号，所述DC偏置使一对所述磁芯保持饱和。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，当所述导体中不存在所述泄漏电流时，一对所述磁芯保持饱和，使得在所述检测器输出端处不存在净电压；并且
其中，当所述导体中存在所述泄漏电流时，所述泄漏电流抵消用于所述一对变压器中的一个变压器的注入的电流信号中的DC偏置，从而使所述一对变压器中的一个变压器脱离饱和，使得所述检测器输出端处的所述净电压具有非零的值。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，注入包括DC偏置的所述电流信号包含基于可能存在于一对所述导体中的已知的所述泄漏电流的大小来控制所述注入的电流信号中的所述DC偏置的大小，其中，
所述注入的电流信号中的所述DC偏置的大小被控制，使得所述泄漏电流近似抵消所述DC偏置。
18.一种用于检测DC电源电路的DC总线中的泄漏电流故障的DC泄漏电流检测系统，所述DC泄漏电流检测系统包含：
多个DC泄漏电流检测器，用于检测所述DC电源电路中各个位置处的所述DC总线中的所述泄漏电流，每个所述DC泄漏电流检测器包含：
一对变压器，所述一对变压器中的每个变压器包括：
磁芯，包含能够绕着所述DC总线的一对导体定位的开口，一对所述导体在所述磁芯中产生磁场，所述磁场是所述导体中的电流之和；以及
缠绕所述磁芯的一对绕组，所述一对绕组包括励磁绕组和检测绕组；
励磁和偏置电路，连接到所述一对变压器中的每个中的所述励磁绕组以向所述励磁绕组注入电流信号，注入的电流信号在每个所述变压器的所述芯中产生变化的磁通量；以及
检测器输出端，连接到所述一对变压器中的每个的所述检测绕组，以接收响应于每个所述变压器的所述芯中的所述磁通量而由此产生的电压，其中，所述检测绕组上的电压在所述检测器输出端处提供净电压读数，所述净电压读数的值指示在所述DC总线上存在所述泄漏电流；以及
逻辑装置，与所述多个DC泄漏电流检测器可操作地连接，所述逻辑装置被配置为：
从所述多个DC泄漏电流检测器中的每个DC泄漏电流检测器接收所述净电压读数；并且
基于从所述多个DC泄漏电流检测器接收的所述净电压读数来定位所述DC电源电路中的所述泄漏电流故障。
19.根据权利要求18所述的DC泄漏电流检测系统，其中，相应的DC泄漏电流检测器中的所述一对变压器通常包含不饱和变压器，其中，所述注入的电流信号产生所述变化的所述磁通量，以部分地使所述变压器的所述磁芯饱和；以及
其中，当所述导体中不存在所述泄漏电流时，所述检测器输出端处的所述净电压读数为零，并且当所述导体中存在所述泄漏电流时，所述检测器输出端处的所述净电压读数为非零值。
20.根据权利要求18所述的DC泄漏电流检测系统，其中，所述一对变压器通常包含饱和变压器，其中，所述注入的电流信号在其中包括DC偏置，所述DC偏置使一对所述磁芯保持饱和；并且
其中，当所述导体中不存在所述泄漏电流时，在所述检测器输出端处不存在净电压读数，并且当所述导体中存在所述泄漏电流时，所述检测器输出端处的所述净电压读数具有非零值。
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