CN110780174B - 双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法和电路 - Google Patents

双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法和电路 Download PDF

Info

Publication number
CN110780174B
CN110780174B CN201911224294.5A CN201911224294A CN110780174B CN 110780174 B CN110780174 B CN 110780174B CN 201911224294 A CN201911224294 A CN 201911224294A CN 110780174 B CN110780174 B CN 110780174B
Authority
CN
China
Prior art keywords
insulation
phase
zero line
live wire
duty ratio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911224294.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110780174A (zh
Inventor
刘钧
冯颖盈
姚顺
冯仁伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Vmax Power Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Vmax Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Vmax Power Co Ltd filed Critical Shenzhen Vmax Power Co Ltd
Priority to CN201911224294.5A priority Critical patent/CN110780174B/zh
Publication of CN110780174A publication Critical patent/CN110780174A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110780174B publication Critical patent/CN110780174B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing

Abstract

本发明公开了双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法和电路，其中所述检测方法包括：根据逆变工作模式选择绝缘检测方案；在单相逆变模式中，分别检测火线和零线，火线和零线绝缘皆合格后进入单相逆变模式、绝缘失效则退出运行；在三相逆变模式中，先进入单相逆变模式，检测零线，零线绝缘合格后进入三相逆变模式，继而检测三相火线，三相火线绝缘皆合格后进入三相逆变模式、绝缘失效则退出运行；本发明可以用于判断单相逆变状态下火线和零线是否绝缘失效、也可以用于判断三相逆变状态下火线和零线是否绝缘失效，同时具有检测精度高，线路简单，易于实现和使用的优点。

Description

双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法和电路
技术领域
本发明涉及充电控制技术，具体涉及双向车载充电机工作在单相或三相逆变模式下输出火线和零线是否绝缘失效的检测方法和电路。
背景技术
能源危机和环境污染已在世界范围内日趋严重，整个传统汽车工业和世界客观环境面临严峻挑战。随着公众环保意识的加强，倡导绿色出行及改变出行结构俨然已成为主流。随着发达国家政府发展新能源汽车的计划，我国政府也公布了相应的新能源车发展计划，新能源车也已列入七大新兴战略产业。而新能源车里面目前当属电动车最为主流。车载充电机是电动车中十分重要的部件，车载充电机的好坏直接影响到车辆的安全性和可靠性。车载充电机火线与地线绝缘的好坏又关乎到整机的性能，如火线与地线绝缘失效容易引起元器件损毁甚至人员触电。以往的检测手段是停电后，用仪器进行检测。具有操作繁琐，不能实时监控的缺陷。
故此业内亟需开发一种操作简便，可以在逆变模式下检测火线和零线是否绝缘失效的检测方法和电路。
发明内容
本发明是要解决现有技术的上述问题，提出一种双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法和电路。
本发明采用的技术方案是设计一种双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法:根据逆变工作模式选择绝缘检测方案；在单相逆变模式中，分别检测火线和零线，火线和零线绝缘皆合格后进入单相逆变模式、绝缘失效则退出运行；在三相逆变模式中，先进入单相逆变模式，检测零线，零线绝缘合格后进入三相逆变模式，继而检测三相火线，三相火线绝缘皆合格后进入三相逆变模式、绝缘失效则退出运行。
所述绝缘检测方法具体包括以下步骤：
步骤10.上电
步骤20.输入逆变器工作模式，如是单相逆变模式则转步骤30，如是三相逆变模式则转步骤60；
步骤30.控制逆变器进入单相逆变模式；
步骤40.检测火线绝缘，如火线绝缘合格则转步骤50，如火线绝缘失效则退出运行；
步骤50.检测零线绝缘，如零线绝缘合格则转步骤30，如零线绝缘失效则退出运行；
步骤60.控制逆变器进入单相逆变模式；
步骤70.检测零线绝缘，如零线绝缘合格则转步骤80，如零线绝缘失效则退出运行；
步骤80.控制逆变器进入三相逆变模式；
步骤90.检测三相火线绝缘，如三相火线绝缘合格则转步骤80，如三相火线绝缘失效则退出运行。
所述步骤90可以包括：采样零线电压幅值|Vn|，将之与零线电压阈值|Vn|ref比较，零线电压幅值|Vn|大于等于零线电压阈值|Vn|ref为三相火线绝缘失效，零线电压幅值|Vn|小于零线电压阈值|Vn|ref为三相火线绝缘合格。
所述步骤90也可以包括：逐相采样火线电压幅值|Vm|、零线电压幅值|Vn|，根据公式：
Figure GDA0002746147660000021
计算出该相火线的绝缘电阻值Rleak’，其中ω为逆变器输出的角频率，Cyn为配置在零线与地线之间Y电容的容值，Cy为配置在该相火线与地线之间Y电容的容值，将绝缘电阻值Rleak’与绝缘电阻阈值Rleakref比较，绝缘电阻值Rleak’小于绝缘电阻阈值Rleakref为该相绝缘失效，绝缘电阻值Rleak’大于等于绝缘电阻阈值Rleakref为该相火线绝缘合格。
所述步骤90还可以包括：用分压电阻对零线电压Vn进行采样，然后经过噪音隔离、滤波与放大、整流后获得零线电压采样值Vsample，将之与直流电压参考值VDC比较，零线电压采样值Vsample大于等于直流电压参考值VDC为三相火线绝缘失效，零线电压采样值Vsample小于直流电压参考值VDC为三相火线绝缘合格。
所述步骤90包括：用分压电容对零线电压Vn进行采样，然后经过噪音隔离、滤波与放大、整流后获得零线电压采样值Vsample，将之与直流电压参考值VDC比较，零线电压采样值Vsample大于等于直流电压参考值VDC为三相火线绝缘失效，零线电压采样值Vsample小于直流电压参考值VDC为三相火线绝缘合格。
所述步骤40或步骤90可以包括：用控制单元的AD采样零线和火线的实时电压，计算两者的相位差
Figure GDA0002746147660000031
将相位差
Figure GDA0002746147660000032
转换成占空比计算值；占空比计算值小于给定阈值时，所测火线绝缘合格，否则所测火线绝缘失效。
所述步骤40或步骤90也可以包括：用比较器检测零线电压和火线电压的过零点，计算两者的相位差
Figure GDA0002746147660000033
通过信号叠加把相位差
Figure GDA0002746147660000034
转换为占空比计算值；占空比计算值小于给定阈值时，所测火线绝缘合格，否则所测火线绝缘失效。
所述步骤50或步骤70可以包括：用控制单元的AD采样零线和火线的实时电压，计算两者的相位差△φ，将相位差△φ转换成占空比计算值；占空比计算值小于给定阈值时，所测零线绝缘合格，否则所测零线绝缘失效。
所述步骤50或步骤70也可以包括：用比较器检测零线电压和火线电压的过零点，计算两者的相位差△φ，通过信号叠加把相位差△φ转换为占空比计算值；占空比计算值小于给定阈值时，所测零线绝缘合格，否则所测零线绝缘失效。
一种双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测电路，其包括连接逆变器与电网之间的三条火线和一条零线、连接在所述火线零线与地之间的Y电容组(Cy1、Cy2、Cy3、Cyn)和绝缘检测电路，所述绝缘检测电路采用上述的检测方法。
本发明提供的技术方案的有益效果是：可以用于判断单相逆变状态下火线和零线是否绝缘失效、也可以用于判断三相逆变状态下火线和零线是否绝缘失效，同时具有检测精度高，线路简单，易于实现和使用的优点。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是双向充电机逆变电路结构示意图；
图2是较佳实施例检测步骤流程图；
图3是使用分压电阻获得零线电压的采样电路；
图4是使用分压电容获得零线电压的采样电路；
图5是三相逆变模式中零线电压波形图；
图6是用以检测相角的比较器电路；
图7是单相逆变火线绝缘失效时，零线电压与火线电压的相位差与占空比关系对应图；
图8是单相逆变时火线附加漏电阻与占空比关系对应图；
图9是单相逆变零线绝缘失效时，零线电压与火线电压的相位差与占空比关系对应图；
图10是单相逆变时零线附加漏电阻与占空比关系对应图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出的是双向充电机逆变电路结构示意图，图中L1～L3是三条火线，N是零线，Cy1～Cy3是设置在火线与地线之间的Y电容，Y电容对称分布，容量相同。Cyn是设置在零线与地线之间的Y电容。绝缘检测电路检测火线零线中的电压和参数，经过检测运算获得线路缘状态，并据此控制逆变器。
本发明公开了一种双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法:根据逆变工作模式选择绝缘检测方案；在单相逆变模式中，分别检测火线和零线，火线和零线绝缘皆合格后进入单相逆变模式、绝缘失效则退出运行；在三相逆变模式中，先进入单相逆变模式，检测零线，零线绝缘合格后进入三相逆变模式，继而检测三相火线，三相火线绝缘皆合格后进入三相逆变模式、绝缘失效则退出运行。
参看图2示出的较佳实施例，所述绝缘检测方法具体包括以下步骤：
步骤10.上电
步骤20.输入逆变器工作模式，如是单相逆变模式则转步骤30，如是三相逆变模式则转步骤60；
步骤30.控制逆变器进入单相逆变模式；
步骤40.检测火线绝缘，如火线绝缘合格则转步骤50，如火线绝缘失效则退出运行；
步骤50.检测零线绝缘，如零线绝缘合格则转步骤30，如零线绝缘失效则退出运行；
步骤60.控制逆变器进入单相逆变模式；
步骤70.检测零线绝缘，如零线绝缘合格则转步骤80，如零线绝缘失效则退出运行；
步骤80.控制逆变器进入三相逆变模式；
步骤90.检测三相火线绝缘，如三相火线绝缘合格则转步骤80，如三相火线绝缘失效则退出运行。
下面阐述三相逆变时的检测原理：
高压电池直流电源通过双向充电机转换为三相交流电，回馈能量给电网，L1、L2、L3三条相线上的电压满足：
V1＝Vn+Vm*sin(ωt) (1)
Figure GDA0002746147660000051
Figure GDA0002746147660000052
其中Vn为零线N上的电压。
Vn*Yleakn+V1*Yleak1+V2*Yleak2+V3*Yleak3＝0 (4)
其中Yleakn、Yleak1、Yleak2、Yleak3分别为N线、L1线、L2线、L3线上绝缘电阻的倒数。
Figure GDA0002746147660000053
Figure GDA0002746147660000054
Figure GDA0002746147660000055
Figure GDA0002746147660000061
因此：
Figure GDA0002746147660000062
Figure GDA0002746147660000063
绝缘正常状态：当三相电源系统绝缘正常时：
Cyn＝Cy1＝Cy2＝Cy3 (11)
Figure GDA0002746147660000064
因此，第(10)式可简化为：
Figure GDA0002746147660000065
由于：
Figure GDA0002746147660000066
因此：
Vn*(j*ω(Cyn+Cy1+Cy2+Cy3))＝0 (15)
根据上述等式，可以得出：
Vn＝0 (16)
绝缘失效状态：
双向充电机在三相逆变工作状态时，如果其中某一相的漏电电阻发生明显减小。例如L3相的漏电电阻发生减小，电阻阻值变更为
Rleak3‘＝Rleak3-ΔR。此时，第(10)式变更为：
Figure GDA0002746147660000071
由于，因此：
Figure GDA0002746147660000072
由于：Cy1＝Cy2＝Cy3 (19)
Rleak1＝Rleak2＝Rleak3 (20)
Figure GDA0002746147660000073
将第(18)式～第(21)式代入第(17)式，可得：
Figure GDA0002746147660000074
Vn电压变成与逆变频率相等的电压波动，仍然假定：
Figure GDA0002746147660000075
Rleak3＞＞Rleak3′ (24)
第(22)式可化简为：
Figure GDA0002746147660000076
根据第(24)式，可得：
Rleak3≈ΔR (26)
Figure GDA0002746147660000077
第(25)式可化简为：
Figure GDA0002746147660000078
根据第(28)式，Vn幅值为：
Figure GDA0002746147660000079
因此，绝缘电阻Rleak3‘越小，Vn幅值越大。
三相绝缘检测可以通过控制单元(MCU/DSP/FPGA/CPLD等)的AD采样N线电压，将N线电压和预先设定在控制单元(MCU/DSP/FPGA/CPLD等)中的电压阈值相比较，判断系统在三相逆变情况下的绝缘状态。
如果：|Vn|≥|Vn|ref (30)判断系统绝缘失效。
如果：|Vn|＜|Vn|ref (31)判断系统绝缘正常。
第(24)和第(25)式中，|Vn|ref为预先设置在控制单元(MCU/DSP/FPGA/CPLD等)中的零线电压阈值，数值上大于0小于给定阈值。该阈值可通过测量或计算得出。在较佳实施例中为0.5。
在较佳实施例中，所述步骤90可以包括：采样零线电压幅值|Vn|，将之与零线电压阈值|Vn|ref比较，零线电压幅值|Vn|大于等于零线电压阈值|Vn|ref为三相火线绝缘失效，零线电压幅值|Vn|小于零线电压阈值|Vn|ref为三相火线绝缘合格。
三相绝缘检测也可以通过控制单元(MCU/DSP/FPGA/CPLD等)的AD采样到的L1相或者L2相或者L3电压幅值，N线电压幅值，配置在系统中L1相、L2相、L3相、N线和PE之间Y电容的容值，计算得出对应实际系统的绝缘电阻值，使用此计算值和预先设定在控制单元(MCU/DSP/FPGA/CPLD等)中的绝缘电阻阈值相比较，从而判断系统在三相逆变情况下的绝缘状态。
根据第(29)式，可得：
Figure GDA0002746147660000081
第(32)式中，|Vm|为控制单元(MCU/DSP/FPGA/CPLD等)检测到的L1或者L2或者L3相电压的幅值，|Vn|为控制单元(MCU/DSP/FPGA/CPLD等)检测到的N相电压幅值，Cy1、Cy2、Cy3、Cyn分别为配置在L1相、L2相、L3相、N相和PE之间的Y电容，控制单元(MCU/DSP/FPGA/CPLD等)通过计算，得出对应于实际系统的Rleak3‘。
如果：
Rleak3‘＜Rleakref (33)
判断系统绝缘失效。
如果：
Rleak3‘≥Rleakref (34)
判断系统绝缘正常。
第(33)和第(34)式中，Rleakref为预先设定在控制单元(MCU/DSP/FPGA/CPLD等)绝缘电阻阈值，数值上略小于Rleak3。
在较佳实施例中，所述步骤90也可以包括：逐相采样火线电压幅值|Vm|、零线电压幅值|Vn|，根据公式：
Figure GDA0002746147660000091
计算出该相火线的绝缘电阻值Rleak’，其中ω为逆变器输出的角频率，Cyn为配置在零线与地线之间Y电容的容值，Cy为配置在该相火线与地线之间Y电容的容值，将绝缘电阻值Rleak’与绝缘电阻阈值Rleakref比较，绝缘电阻值Rleak’小于绝缘电阻阈值Rleakref为该相绝缘失效，绝缘电阻值Rleak’大于等于绝缘电阻阈值Rleakref为该相火线绝缘合格。
三相绝缘检测也可以使用图3所示的模拟电路进行采样和判断：图中零线电压通过电阻(R9、R2)分压网络、噪音隔离、滤波与放大电路，整流或者峰值跟随电路，得到零线电压采样值Vsample，使用此采样值和设定的直流电压参考值VDC相比较，判断系统在三相逆变情况下的绝缘状态。
如果：
Vsample≥VDC (35)判断系统绝缘失效。
如果：
Vsample＜VDC (36)判断系统绝缘正常。
第(35)和第(36)式中，VDC为比较判断电路中的直流电压参考值，数值上大于0小于直流电压参考值，该直流电压参考值通过测量或计算得到，在较佳实施例中为0.5。
在较佳实施例中，所述步骤90还可以包括：用分压电阻对零线电压Vn进行采样，然后经过噪音隔离滤波与放大、整流后获得零线电压采样值Vsample，将之与直流电压参考值VDC比较，零线电压采样值Vsample大于等于直流电压参考值VDC为三相火线绝缘失效，零线电压采样值Vsample小于直流电压参考值VDC为三相火线绝缘合格。
三相绝缘检测也可以使用图4所示的模拟电路进行采样和判断：图中零线电压通过电容(Cup、Cd)分压网络、噪音隔离、滤波与放大电路，整流或者峰值跟随电路，得到零线电压采样值Vsample，使用此采样值和设定的直流电压参考值VDC相比较，判断系统在三相逆变情况下的绝缘状态。
如果：
Vsample1≥VDC (37)判断系统绝缘失效。
如果：
Vsample1＜VDC (38)判断系统绝缘正常。
第(37)和第(38)式中，VDC为比较判断电路中的直流电压参考值，数值上大于0小于直流电压参考值，该直流电压参考值通过测量或计算得到，在较佳实施例中为0.5。
所述步骤90包括：用分压电容对零线电压Vn进行采样，然后经过噪音隔离、滤波与放大、整流后获得零线电压采样值Vsample，将之与直流电压参考值VDC比较，零线电压采样值Vsample大于等于直流电压参考值VDC为三相火线绝缘失效，零线电压采样值Vsample小于直流电压参考值VDC为三相火线绝缘合格。
图5示出的是三相逆变模式绝缘正常(绝缘电阻400kohm)时零线电压波形图。
下面阐述单相逆变时的绝缘检测原理：
V1～V3是三条火线的电压。
V1＝Vn+Vm*sin(ωt)|Vn (39)
V2＝Vn+Vm*sin(ωt)|Vn (40)
V3＝Vn+Vm*sin(ωt)|Vn (41)
由于三相具有对称性，以下三种情况概括所有单、三相兼容充电机的单相逆变输出情况(表1)：
V1 V2 V3
情况一 Vn+Vm*sin(ωt) Vn Vn
情况二 Vn+Vm*sin(ωt) Vn+Vm*sin(ωt) Vn
情况三 Vn+Vm*sin(ωt) Vn+Vm*sin(ωt) Vn+Vm*sin(ωt)
第一种情况为：经逆变电路控制，L1一条火线输出；第二种情况为：经逆变电路控制，L1和L2两条火线并联输出；第三种情况为：经逆变电路控制，L1、L2和L3三条火线并联输出。
下面关系仍然成立：
Figure GDA0002746147660000111
针对表1所述三种情况，对第(42)式进行化简：
情况一：
Figure GDA0002746147660000112
情况二：
Figure GDA0002746147660000113
情况三：
Figure GDA0002746147660000114
绝缘正常状态：
Cy1＝Cy2＝Cy3 (46)
Figure GDA0002746147660000115
对应的三种情况有：
Vn*(j*ω(Cyn+Cy1+Cy2+Cy3))+Vm*sin(ωt)*(j*ωCy1)＝0 (48)
Vn*(j*ω(Cyn+Cy1+Cy2+Cy3))+Vm*sin(ωt)*(j*ω(Cy1+Cy2))＝0 (49)
Vn*(j*ω(Cyn+Cy1+Cy2+Cy3))+Vm*sin(ωt)*(j*ω(Cy1+Cy2+Cy3))＝0 (50)
根据第(48)式～第(50)式，可得：
Figure GDA0002746147660000121
Figure GDA0002746147660000122
Figure GDA0002746147660000123
此时对应的L线对地电压与N线对地电压相位相反，幅值与Y电容配置成比例关系(表2)。
Figure GDA0002746147660000124
此时对应的火线对地电压与零线对地电压相位相反，幅值与Y电容配置成比例关系。
绝缘异常状态
假定L1相的绝缘失效，L1相的绝缘电阻变小为Rleak1‘，且Rleak1‘＜＜Rleal1，令
Figure GDA0002746147660000125
针对表1中的三种情况，有：
Figure GDA0002746147660000126
Figure GDA0002746147660000127
Figure GDA0002746147660000128
由于Rleak1‘＜＜Rleak1，且Rleakn＝Rleak1＝Rleak2＝Rleak3，因此：
Figure GDA0002746147660000131
Figure GDA0002746147660000132
Figure GDA0002746147660000133
第(54)式～第(56)式可化简为：
Figure GDA0002746147660000134
Figure GDA0002746147660000135
Figure GDA0002746147660000136
根据第(60)式～第(62)式：
Figure GDA0002746147660000137
Figure GDA0002746147660000138
Figure GDA0002746147660000139
根据第(63)式～第(65)式，结合V1＝Vn+Vm*sin(ωt)：
Figure GDA00027461476600001310
Figure GDA00027461476600001311
Figure GDA00027461476600001312
对应表1中的三种情况，控制单元(MCU/DSP/FPGA/CPLD等)的AD采样Vn与V1的实时电压，计算出Vn与V1相位差为：
Figure GDA00027461476600001313
Figure GDA0002746147660000141
Figure GDA0002746147660000142
由于
Figure GDA0002746147660000143
因此：
M+j*ω(Cyn+3*Cyl)≈M (72)
第(69)式～第(71)式可化简为：
Figure GDA0002746147660000144
Figure GDA0002746147660000145
Figure GDA0002746147660000146
当绝缘电阻较大时，M→0，N线与L线的相角差接近180°；当绝缘电阻越小，M越大，N线与L线的相角差减小，逐步接近90°。
因此一方面可以使用AD采样通过控制单元(MCU/DSP/FPGA/CPLD等)进行信号运算获得相角；另外也可以通过比较器检测出检测信号的过零点，通过信号叠加把相角转换为占空比，再通过控制单元(MCU/DSP/FPGA/CPLD等)计算占空比或者平均值获得。
在较佳实施例中，所述步骤40或步骤90可以包括：用控制单元(控制单元可采用MCU/DSP/FPGA/CPLD等)的AD检测零线和火线的实时电压，计算两者的相位差
Figure GDA0002746147660000147
将相位差
Figure GDA0002746147660000148
转换成占空比计算值；占空比计算值小于给定阈值时，所测火线绝缘合格，否则所测火线绝缘失效。给定阈值可通过测量或者计算得出，在较佳实施例中为0.5。
所述步骤40或步骤90也可以包括：用比较器检测零线电压和火线电压的过零点，计算两者的相位差
Figure GDA0002746147660000149
通过信号叠加把相位差
Figure GDA00027461476600001410
转换为占空比计算值；占空比计算值小于给定阈值时，所测火线绝缘合格，否则所测火线绝缘失效。给定阈值可通过测量或者计算得出，在较佳实施例中为0.5。
图6示出的是用来检测相角的比较器电路，图中电路通过比较器检测相角并通过异或门检测出相角。绝缘正常时N线与L线电压信号相角差为180°，转换后占空比→0；绝缘电阻变化时相角差减小，逐步接近90°，占空比增加，逐步接近1。
图6中，Vref为偏置中点电压。如果绝缘正常，M→0，此时：
Figure GDA0002746147660000151
Figure GDA0002746147660000152
Figure GDA0002746147660000153
此时Vn与V1相位差
Figure GDA0002746147660000154
接近于180°。
如果绝缘异常，M为一个很大的数，此时：
(M+j*ω*Cy1)≈M (79)
∠(j*ω*Cy1+M)→0° (80)
∠(j*ω*2*Cy1+M)→0° (81)
∠(j*ω*3*Cy1+M)→0° (82)
Figure GDA0002746147660000155
Figure GDA0002746147660000156
Figure GDA0002746147660000157
此时Vn与V1相位差
Figure GDA0002746147660000158
接近90°，远小于180°。
L1相对地阻抗为：
Figure GDA0002746147660000159
L1相对地阻抗角为：
Figure GDA00027461476600001510
转换后的占空比：
Figure GDA00027461476600001511
Figure GDA00027461476600001516
Figure GDA00027461476600001517
绝缘正常，M→0，
Figure GDA00027461476600001513
Duty1→0；绝缘异常时，M为一个很大的数，
Figure GDA00027461476600001514
Duty1→1。当占空比Duty1大于给定的阈值时，判定为绝缘异常。给定的阈值可通过测量或者计算得出。
例如L1相Y电容为10nF，占空比10％对于阻抗角为
Figure GDA00027461476600001515
对应：
Figure GDA0002746147660000161
绝缘电阻约为2009.73kohm。
单相逆变火线绝缘检测占空比与相角差的关系如图7所示。L1、L2、L3线连接单相输出时占空比与附加漏电阻变化的曲线如图8所示。其中Cy1＝Cy2＝Cy3＝10nF，双向充电机逆变频率为50Hz。
单相逆变零线绝缘检测方法：
绝缘异常状态，假定零线的绝缘失效，零线的绝缘电阻变小为Rleakn‘，且Rleakn‘＜＜Rleakn，令
Figure GDA0002746147660000162
针对表1中的三种情况，有：
Figure GDA0002746147660000163
Figure GDA0002746147660000164
Figure GDA0002746147660000165
由于Rleakn‘＜＜Rleakn，且Rleak1＝Rleak2＝Rleak3，因此：
Figure GDA0002746147660000166
第(92)式～第(94)式可化简为：
Figure GDA0002746147660000167
Figure GDA0002746147660000168
Figure GDA0002746147660000171
根据第(96)式～第(98)式：
Figure GDA0002746147660000172
Figure GDA0002746147660000173
Figure GDA0002746147660000174
根据第(99)式～第(101)式，结合V1＝Vn+Vm*sin(ωt)：
Figure GDA0002746147660000175
Figure GDA0002746147660000176
Figure GDA0002746147660000177
对应表1中的三种情况，控制单元(MCU/DSP/FPGA/CPLD等)的AD采样Vn与V1的实时电压，计算出Vn与V1相位差为：
Figure GDA0002746147660000178
Figure GDA0002746147660000179
Figure GDA00027461476600001710
由于
Figure GDA00027461476600001711
Figure GDA00027461476600001712
Figure GDA00027461476600001713
Figure GDA00027461476600001714
Figure GDA0002746147660000181
Figure GDA0002746147660000182
Figure GDA0002746147660000183
因此：
M1+j*ω(Cyn+3*Cyl)≈M1 (115)
Figure GDA0002746147660000184
Figure GDA0002746147660000185
Figure GDA0002746147660000186
第(105)式～第(107)式可化简为：
Figure GDA0002746147660000187
Figure GDA0002746147660000188
Figure GDA0002746147660000189
当绝缘电阻较大时，M1→0，N线与L线的相角差接近180°；当绝缘电阻越小，M1越大，N线与L线的相角差增大，逐步接近270°。
因此一方面可以使用AD采样通过单片机进行信号运算获得相角；另外也可以通过比较器检测出检测信号的过零点，通过信号叠加把相角转换为占空比，再通过控制单元(MCU/DSP/FPGA/CPLD等)检测占空比获得。
图6为通过比较器检测相角并通过异或门检测出相角的电路。绝缘正常时N线与L线电压信号相角差为180°，转换后占空比→0；绝缘电阻变化时相角差增大，逐步接近270°，占空比增加，逐步接近1。
如果绝缘正常，M1→0，此时：
Figure GDA00027461476600001810
Figure GDA00027461476600001811
Figure GDA0002746147660000191
此时Vn与V1相位差Δφ接近于180°；转换后的占空比很小，接近于0。
如果绝缘异常，M1为一个很大的数，此时：
(M1+j*ω*(Cyn+Cy2+Cy3))≈M1 (125)
(M1+j*ω*(Cyn+Cy3))≈M1 (126)
(M1+j*ω*Cyn)≈M1 (127)
∠(j*ω*(Cyn+Cy2+Cy3)+M1)→0° (128)
∠(j*ω*(Cyn+Cy3)+M1)→0° (129)
∠(j*ω*Cyn+M1)→0° (130)
Figure GDA0002746147660000192
Figure GDA0002746147660000193
Figure GDA0002746147660000194
此时Vn与V1相位差Δφ接近270°，远大于180°。
N线对地阻抗为：
Figure GDA0002746147660000195
N线对地阻抗角为：
Figure GDA0002746147660000196
转换后的占空比：
Figure GDA0002746147660000197
Figure GDA0002746147660000198
Figure GDA0002746147660000199
绝缘正常，M1→0，
Figure GDA00027461476600001910
Duty2→0；绝缘异常时，M1为一个很大的数，
Figure GDA00027461476600001911
Duty2→1。当空比Duty2大于给定的阈值时，判定为绝缘异常。给定的阈值可通过测量或者计算得出。
在较佳实施例中，所述步骤50或步骤70可以包括：用控制单元(MCU/DSP/FPGA/CPLD等)的AD采样零线和火线的实时电压，计算两者的相位差△φ，将相位差△φ转换成占空比计算值；占空比计算值小于给定阈值时，所测零线绝缘合格，否则所测零线绝缘失效。给定阈值可通过测量或者计算得出，在较佳实施例中为0.5。
在较佳实施例中，所述步骤50或步骤70也可以包括：用比较器检测零线电压和火线电压的过零点，计算两者的相位差△φ，通过信号叠加把相位差△φ转换为占空比计算值；占空比计算值小于给定阈值时，所测零线绝缘合格，否则所测零线绝缘失效。给定阈值可通过测量或者计算得出，在较佳实施例中为0.5。
图9是单相逆变时零线占空比与相角差关系对应图。图10是单相逆变时零线占空比与附加漏电阻关系对应图，图中Cyn＝10nF，双向充电机逆变频率为50Hz。
本发明还公开了一种双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测电路，其包括连接逆变器与电网之间的三条火线(L1、L2、L3)和一条零线(N)、连接在所述火线零线与地之间的Y电容组(Cy1、Cy2、Cy3、Cyn)和绝缘检测电路，所述绝缘检测电路采用上述的检测方法。
以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (10)

1.一种双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法，其特征在于，所述双向车载充电机单三相逆变器包括连接逆变器与电网之间的三条火线和一条零线、连接在所述火线零线与地之间的Y电容组（Cy1、Cy2、Cy3、Cyn）和绝缘检测电路；其中火线与地之间的Y电容组(Cy1、Cy2、Cy3)对称分布，容量相同；
根据逆变工作模式选择绝缘检测方案；
在单相逆变模式中，分别检测火线和零线，火线和零线绝缘皆合格后进入单相逆变模式、绝缘失效则退出运行；
在三相逆变模式中，先进入单相逆变模式，检测零线，零线绝缘合格后进入三相逆变模式，继而检测三相火线，三相火线绝缘皆合格后进入三相逆变模式、绝缘失效则退出运行；
具体包括以下步骤：
步骤10.上电
步骤20.输入逆变器工作模式，如是单相逆变模式则转步骤30，如是三相逆变模式则转步骤60；
步骤30.控制逆变器进入单相逆变模式；
步骤40.检测火线绝缘，如火线绝缘合格则转步骤50，如火线绝缘失效则退出运行；
步骤50.检测零线绝缘，如零线绝缘合格则转步骤30，如零线绝缘失效则退出运行；
步骤60.控制逆变器进入单相逆变模式；
步骤70.检测零线绝缘，如零线绝缘合格则转步骤80，如零线绝缘失效则退出运行；
步骤80.控制逆变器进入三相逆变模式；
步骤90.检测三相火线绝缘，如三相火线绝缘合格则转步骤80，如三相火线绝缘失效则退出运行
所述步骤40包括：采样零线和火线的电压，计算两者的相位差△φ，将相位差△φ转换成占空比计算值；占空比计算值小于给定阈值时，所测火线绝缘合格，否则所测火线绝缘失效；绝缘阻抗变小时，相位差△φ减小，转换后占空比增大；绝缘正常时，绝缘阻抗倒数M→0，相位差△φ为180度，转换后占空比→0；绝缘失效时，绝缘阻抗倒数M大，相位差△φ为90度，转换后占空比→1。
2.如权利要求1所述的双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法，其特征在于，所述步骤90包括：采样零线电压幅值|Vn|，将之与零线电压阈值|Vn|ref比较，零线电压幅值|Vn|大于等于零线电压阈值|Vn|ref为三相火线绝缘失效，零线电压幅值|Vn|小于零线电压阈值|Vn|ref为三相火线绝缘合格。
3.如权利要求1所述的双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法，其特征在于，所述步骤90包括：逐相采样火线电压幅值|Vm|、零线电压幅值|Vn|，根据公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
计算出该相火线的绝缘电阻值Rleak’，其中ω为逆变器输出的角频率，Cyn为配置在零线与地线之间Y电容的容值，Cy为配置在该相火线与地线之间Y电容的容值，将绝缘电阻值Rleak’与绝缘电阻阈值Rleakref比较，绝缘电阻值Rleak’小于绝缘电阻阈值Rleakref为该相绝缘失效，绝缘电阻值Rleak’大于等于绝缘电阻阈值Rleakref为该相火线绝缘合格。
4.如权利要求1所述的双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法，其特征在于，所述步骤90包括：用分压电阻对零线电压Vn进行采样，然后经过噪音隔离、滤波与放大、整流后获得零线电压采样值Vsample，将之与直流电压参考值VDC比较，零线电压采样值Vsample大于等于直流电压参考值VDC为三相火线绝缘失效，零线电压采样值Vsample小于直流电压参考值VDC为三相火线绝缘合格。
5.如权利要求1所述的双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法，其特征在于，所述步骤90包括：用分压电容对零线电压Vn进行采样，然后经过噪音隔离、滤波与放大、整流后获得零线电压采样值Vsample，将之与直流电压参考值VDC比较，零线电压采样值Vsample大于等于直流电压参考值VDC为三相火线绝缘失效，零线电压采样值Vsample小于直流电压参考值VDC为三相火线绝缘合格。
6.如权利要求1所述的双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法，其特征在于，所述步骤40用控制单元的AD采样零线和火线的实时电压，计算两者的相位差△φ；所述步骤90包括：用控制单元的AD采样零线和火线的实时电压，计算两者的相位差△φ，将相位差△φ转换成占空比计算值；占空比计算值小于给定阈值时，所测火线绝缘合格，否则所测火线绝缘失效；绝缘阻抗变小时，相位差△φ减小，转换后占空比增大；绝缘正常时，绝缘阻抗倒数M→0，相位差△φ为180度，转换后占空比→0；绝缘失效时，绝缘阻抗倒数M大，相位差△φ为90度，转换后占空比→1。
7.如权利要求1所述的双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法，其特征在于，所述步骤40包括：用比较器检测零线电压和火线电压的过零点，计算两者的相位差△φ；所述步骤90包括：用比较器检测零线电压和火线电压的过零点，计算两者的相位差△φ，通过信号叠加把相位差△φ转换为占空比计算值；占空比计算值小于给定阈值时，所测火线绝缘合格，否则所测火线绝缘失效；绝缘阻抗变小时，相位差△φ减小，转换后占空比增大；绝缘正常时，绝缘阻抗倒数M→0，相位差△φ为180度，转换后占空比→0；绝缘失效时，绝缘阻抗倒数M大，相位差△φ为90度，转换后占空比→1。
8.如权利要求1所述的双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法，其特征在于，所述步骤50或步骤70包括：用控制单元的AD采样零线和火线的实时电压，计算两者的相位差△φ，将相位差△φ转换成占空比计算值；占空比计算值小于给定阈值时，所测零线绝缘合格，否则所测零线绝缘失效；绝缘阻抗变小时，相位差△φ减小，转换后占空比增大；绝缘正常时，绝缘阻抗倒数M1→0，相位差△φ为180度，转换后占空比→0；绝缘失效时，绝缘阻抗倒数M1大，相位差△φ为270度，转换后占空比→1。
9.如权利要求1所述的双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法，其特征在于，所述步骤50或步骤70包括：用比较器检测零线电压和火线电压的过零点，计算两者的相位差△φ，通过信号叠加把相位差△φ转换为占空比计算值；占空比计算值小于给定阈值时，所测零线绝缘合格，否则所测零线绝缘失效；绝缘阻抗变小时，相位差△φ减小，转换后占空比增大；绝缘正常时，绝缘阻抗倒数M1→0，相位差△φ为180度，转换后占空比→0；绝缘失效时，绝缘阻抗倒数M1大，相位差△φ为270度，转换后占空比→1。
10.一种双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测电路，其特征在于，包括连接逆变器与电网之间的三条火线和一条零线、连接在所述火线零线与地之间的Y电容组（Cy1、Cy2、Cy3、Cyn）和绝缘检测电路，所述绝缘检测电路采用权利要求1至9任一项所述的检测方法。
CN201911224294.5A 2019-12-04 2019-12-04 双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法和电路 Active CN110780174B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911224294.5A CN110780174B (zh) 2019-12-04 2019-12-04 双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法和电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911224294.5A CN110780174B (zh) 2019-12-04 2019-12-04 双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法和电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110780174A CN110780174A (zh) 2020-02-11
CN110780174B true CN110780174B (zh) 2021-01-15

Family

ID=69393658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911224294.5A Active CN110780174B (zh) 2019-12-04 2019-12-04 双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法和电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110780174B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112345904B (zh) * 2020-11-02 2023-07-18 深圳威迈斯新能源股份有限公司 一种绝缘检测电路及其检测方法
CN116318116A (zh) * 2023-05-19 2023-06-23 合肥奎芯集成电路设计有限公司 时钟信号处理电路

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102201693A (zh) * 2011-06-07 2011-09-28 天宝电子（惠州）有限公司 一种电动汽车车载充电系统
CN103280826B (zh) * 2013-04-19 2016-06-29 华为技术有限公司 逆变器并网安全检测方法及逆变器并网电路
CN104034968A (zh) * 2014-06-30 2014-09-10 阳光电源股份有限公司 一种光伏逆变器电网对地绝缘阻抗检测装置及方法
CN106526399B (zh) * 2016-11-07 2023-08-08 深圳巴斯巴科技发展有限公司 一种新能源汽车充电盒的接地和错相检测电路
CN107505533B (zh) * 2017-09-14 2020-11-10 爱士惟新能源技术(扬中)有限公司 并网逆变器的火线接地故障检测方法及采样信号处理方法
CN107817382B (zh) * 2017-10-26 2020-06-26 深圳旦倍科技有限公司 智能电表、电器识别方法以及具有该电表的智能公寓系统
CN107947309B (zh) * 2017-12-06 2019-07-16 深圳威迈斯新能源股份有限公司 兼容单相三相交流电的充电控制电路
CN109406977B (zh) * 2018-11-13 2020-05-26 深圳威迈斯新能源股份有限公司 一种双向车载充电机绝缘检测电路及其检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110780174A (zh) 2020-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3203597B1 (en) Safety detection device and method of grid-connected inverter
CN110780174B (zh) 双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法和电路
CN102033186B (zh) 接地检测装置
CN109406977B (zh) 一种双向车载充电机绝缘检测电路及其检测方法
CN110927457B (zh) 逆变器及绝缘检测电路
CN106093739A (zh) 一种特殊电桥法设计的充电桩绝缘监测装置
JP6456843B2 (ja) 電源装置
CN103499728B (zh) 一种串联电容组电压不均衡检测方法及系统
WO2020170556A1 (ja) 漏電検出装置、車両用電源システム
CN104218603A (zh) 分布式发电系统及其孤岛检测方法、装置、变流器
CN110967607A (zh) 绝缘检测电路、方法以及电池管理系统
CN104808112B (zh) 基于区段瞬时功率的配网线路故障区段定位方法
CN104836462A (zh) 空调系统的输入交流电的频率与相位的检测方法、装置
CN103337995A (zh) 基于数据融合技术的直流无刷电机反电势过零检测装置和方法
CN115656864B (zh) 一种射频电源信号采集电路和半导体工艺设备
JP2013113641A (ja) 短絡検出装置
CN110707979B (zh) 一种电机转速检测装置、检测方法、电机系统及空调器
EP3879285B1 (en) Insulation detection circuit of vehicle-mounted bidirectional charger and detection method therefor
US10232721B2 (en) Determining a zero current of an alternating current
CN111122976B (zh) 一种电动车辆绝缘电阻检测方法
CN111505524B (zh) 级联变换器的在线监测方法及所适用的级联变换器
CN114371378A (zh) 逆变器及绝缘检测电路
CN219417644U (zh) 一种绝缘检测电路和车载充电机
CN209928002U (zh) 编码器断线检测电路
CN203616375U (zh) 一种四象限功率单元控制板的外部信号检测电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant