JP4653384B2

JP4653384B2 - 接地故障検出システムおよび接地故障検出方法

Info

Publication number: JP4653384B2
Application number: JP2003041825A
Authority: JP
Inventors: ジョージローデンガリー; アレクサンダーカルッサースピーター
Original assignee: BAE Systems Controls Inc
Current assignee: BAE Systems Controls Inc
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2023-02-19
Also published as: EP2386439A3; US6856137B2; EP1336528A3; JP4677038B2; US20030155928A1; EP1336528B1; EP2386439A2; JP2009115825A; JP2003294804A; EP2386439B1; EP1336528A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接地故障保護、より詳細には、接地故障条件を検出する交流接地故障センサーシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車は、推進動力用内燃機関に依存するのではなく、比較的大きな電気牽引バッテリーに依存する車両である。電気自動車の牽引バッテリーは自動車を推進させる電気牽引モーターに連結し、そして牽引バッテリーは再充電して繰り返し使用できる。
【０００３】
牽引バッテリーは、従来の１２ボルト自動車蓄電バッテリーに比べて、比較的大きな容量を有していなければならず、且つ、比較的大きな電力を供給しなければならないことは理解されよう。電力はバッテリー電圧とシステム電流に正比例するから、牽引バッテリーの満たすべき高電力供給要件は、電気自動車に存在する電圧が、内燃機関が動いていないとき補助負荷に電源を供給するのに比較的低い電力と低い電圧の蓄電バッテリーのみを通常必要とする化石燃料で動く自動車に存在する電圧より高くなるであろうことを必然的に意味する。
【０００４】
ハイブリッド電気車両（HEV）は、従来の車両の内燃機関を、電気車両のバッテリーと電気モーターに組み合わせる。これにより、従来の車両より燃料の経済性が増す。また、この組み合わせによって、ユーザーが従来の車両から予期するより航続距離が延長され、迅速な燃料補給が行えるとともに、電気車両のエネルギーや環境の利益の重要部分が提供される。HEVの実用上の利益は、従来の車両に比べて燃料の経済性の向上と低い排気を含む。HEVは、その固有の柔軟性のため、応用範囲が広く、個人の輸送から商業的運搬にまで使用できる。
【０００５】
電気或いはハイブリッド電気車両は、化石燃料の燃焼を殆ど、或いは、全く必要としないので、斯かる車両は、化石燃料で動く車両とは対照的に、環境に有害な排気を殆ど、或いは、全く出さない。斯かる車両は、化石燃料で動く乗用車に取って代わって、ますます魅力を増しつつある。しかしながら、牽引バッテリーの高電圧要件のために、電気或いはハイブリッド電気車両の電気的安全性の心配が生じる。
【０００６】
例えば、所期の電気回路外の不所望の電流（即ち、接地故障条件）によって、（HEV推進システムのような）システム内の電子部品が大きなダメージを受けて、電子装置が不能になったり破壊されたりする。加えて、斯かる接地故障条件により、電気ショックが生じ、従来の比較的低電圧の自動車蓄電バッテリーシステムに比べて、ショックが高電圧牽引バッテリーシステムとの接触で生じた場合、深刻な結果を招き得る。斯かるショックの可能性を減少させるために、多くの牽引バッテリーシステムは、従来の自動車蓄電バッテリーシステムとは対照的に、自動車の車台に接地されていない。その代わり、多くの牽引バッテリーシステムは閉ループ帰路を有し、システムの負の電力導体（即ち、電流帰路）を電気或いはハイブリッド電気車両の車台から絶縁させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
斯かる絶縁させたシステムでは、モーターの位相リードと車台（即ち、接地故障）との間の短絡、或いは低インピーダンス接続が生じた場合、人への電気ショックの可能性が最小になり得るけれど、電力を供給しモーターを駆動する正と負の電力導体或いはレールに通常、電気的に接続している電子部品は、正と負のレールで発生する極度の電圧或いは電流の振れによってダメージを受け易い。更に、高電圧直流システムでは、直流接地故障検出にかなりの仕事がなされているけれど、斯かる直流接地故障検出の仕組みは、モーター、発電機、或いは他の負荷のような直流システムの交流出力の接地故障検出には役立たない。モーターのような所与の負荷に連携し、それへの電力を遮断するように動作可能な、交流接地故障条件を感知する接地故障検出システムが望まれる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
電力源で駆動する負荷と基準電位との間の偶発的な電気路を示す交流信号を感知する交流接地故障検出器システムは、該電力源の第１の端子に結合する第１の電力導体と、該電力源の第２の端子に結合する第２の電力導体とからなる。該第１および第２の電力導体に結合する開閉機構は、所定の開閉率に従って該負荷の位相を該第１および第２の電力導体に交互に接続するように動作し、正常動作の間、該第１および第２の電力導体での電圧は基準電位に対し一定である。該基準電位を有する該負荷の少なくとも１つの位相の偶発的な電気路が発生した場合、該第１および第２の電力導体での電圧は該開閉率に関係して時間変化する。検出器を入力ポートで該第１の電力導体に結合して、該第１の電力導体の電圧或いは電流信号を受信する。該検出器は、受信した該信号を処理し閾値と比較する処理回路と、前記比較に基づいて出力信号を発生する出力ポートとからなり、該負荷と該基準電位との間の該偶発的な電気路の発生によって、該検出器による検出の該閾値に対して十分な大きさで該第１の電力導体の該電圧或いは電流信号は変化し、該検出器の該出力信号は検出された故障を示す。
【０００９】
負荷駆動電力システムは、所定の開閉率で負荷の所与のリードを第１および第２の電力導体の一方に選択的に結合させる開閉機構に従って、負荷の対応する少なくとも１つのリードに第１および第２の電力導体を介して電力を分配する電力分配ユニットを含む。第１および第２の電力導体は、お互いに容量的に結合する。キャパシタは、第１および第２の電力導体の一方に結合した第１の端子と、基準電位に結合した第２の端子を有する。検出器回路は第１の電力導体に結合される。基準電位に対する第１の電力導体を横切る電圧を、電力源の大きさに従って変化させるリードと基準電位との間の偶発的な電気路を示す基準電位に対する第１の電力導体を横切る電圧の変化を感知するように検出器回路は動作する。検出器は、所定の閾値を越える感知した電圧変化に応答して故障信号を発生する。故障信号に応答するコントローラーは、第１および第２の電力導体から負荷への電力を遮断するように動作し、それによって、リードと基準電位との間の偶発的な電気路に応答する第１および第２の電力導体の一方の時間変動電圧が、キャパシタを横切って放電されるのを取り除く。
【００１０】
本発明の一面において具体化される、少なくとも１つのキャパシタを第１および第２の電力導体の一方と基準電位との間に結合し、モーターを開閉機構に従って所定の開閉率で第１および第２の電力導体の一方に選択的に結合させる電力ユニットによるモーターの電力供給時のモーターの位相リードと基準電位との間の偶発的な電気路の検出方法は、基準電位に対する第１の電力導体の電圧信号を感知する工程、感知した電圧信号をフィルタ処理し信号成分を得る工程、フィルタ処理した信号成分を閾値と比較する工程、およびフィルタ処理した信号成分が閾値を越えるときモーターへの電力供給を遮断する工程を含む。
【００１１】
本発明の利益、性質、及び種々の他の特徴は、図面を参照しながら次に詳述される実施例によって、より明瞭になるであろう。なお、図面全体を通して、類似参照番号は、類似要素と同一であるものとする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、交流モーターのような負荷５００と車台或いは接地のような基準電位５４０との間の短絡回路或いは超低インピーダンス接続のような偶発的な電気路を示す交流信号を感知する本発明の交流接地故障検出器システム１０を示す。電力源１００は、１列に並んだバッテリー６０１A、６０１B、・・・６０１Nからなり、高電圧（例えば、６００V）の電力源を提供し電気牽引モーターのようなモーター５００を駆動する。電力源１００の端子１１０は、第１の電力導体２００を介してモーター５００に電気的に結合し、モーターとの正直流リンクを提供し、一方、端子１５０を第２の電力導体３００を介してモーター５００に電気的に結合し負直流リンクを提供する。インバーターのような開閉機構４００を第１および第２の電力導体間に結合し、モーター５００の所与の位相リード５０１、５０２、５０３を第１および第２の電力導体の一方に交互に結合しモーターに電源を供給し、それによって自動車のようなデバイスを推進させる。図１に示す実施例では、開閉機構は、各組が多位相モーターのそれぞれの位相リードに結合したそれぞれの共通端子（A、B、C）を有するスイッチの組（Q1-Q2, Q３-Q４,Q５-Q６）からなる。スイッチの各々は、機械的スイッチを図示したけれど、例えばFETトランジスタ、IGBT、バイポーラートランジスタ、およびSCRを含む電子半導体開閉装置の形態をとってよい。スイッチは、所定の開閉率に従って開閉（即ち、“OFF”及び“ON”）し、電力を正または負の電力導体リンクを介して所与の位相に選択的に結合させる。好ましい実施例では、スイッチは、パルス幅変調され種々のモーター位相を駆動し交流波形を作る。
【００１３】
第１および第２の電力導体間に結合した高インピーダンスネットワーク７００は、接地基準電位（即ち、車台電圧）５４０に対して正負の電圧値間に１列に並んだ高電圧バッテリーを等しくバランスするように動作する。高インピーダンスネットワーク７００は、直列に接続された抵抗器Ra,Rb,…Rnであって、第１の電力導体２００に結合された第１の端子７１０、第２の電力導体３００に結合された第２の端子７２０、および接地基準電位５４０に結合された第３の端子７３０を有する抵抗器Ra,Rb,…Rnからなる。好ましいのは、抵抗器Ra,Rb,…Rnの各々が、等しい抵抗を有し、接地７３０に対する接続点７１０での電圧の大きさが、接地７３０に対する接続点７２０での電圧の大きさに等しいように配列される。
【００１４】
図１では更に、第１の電力導体２００（正電力導体）に結合された第１の端子２１と第２の電力導体３００（負電力導体）に結合された第２の端子２２を有するキャパシタC1を示す。キャパシタC1は、第１および第２の電力導体を容量的に結合し、正電力導体２００と負電力導体３００との間の電位差を安定或いは維持させる。実施例では、キャパシタC1は、約１０００μFの容量を有してよい。キャパシタC２を、第２の電力導体３００と接地或いは車台５４０との間に結合し、キャパシタC３を、第１の電力導体２００と接地（車台）との間に結合する。実施例では、キャパシタC２とC３は、約１〜５μFの容量を有する。キャパシタC２とC３は、モーターの種々の位相と接地或いは車台との間の容量（図示せず）によるスイッチ（Q1-Q６）の開閉から生じる第１および第２の電力導体の信号をフィルタ処理することによって、接地に対してバッテリーパック或いは電力源１００を安定させるように動作する。電力源１００に連携するキャパシタC４とC５を含んでよく、キャパシタC４とC５は電力源での正と負の直流リンクを安定させるように動作する。キャパシタC４は、接続点１１０での正電圧と接地との間に結合し、キャパシタC５は、接続点１５０での負電圧と接地との間に結合する。
【００１５】
交流接地故障検出器回路６００を接続点６１０で第１の電力導体２００に結合して第１の電力導体の電圧或いは電流信号を受信し、処理し、閾値と比較して負荷と連携した接地故障を示す交流信号を検出する。検出器回路６００は、接続点６１０で第１の電力導体に結合した第１の端子と、直列に接続した抵抗器R1-R4からなる抵抗器ネットワークに結合した第２の端子とを有するキャパシタC62を含む処理回路６２０からなる。抵抗器R4と車台との間に結合した抵抗器R５は、分圧器として動作し、減衰信号を提供し比較器回路で処理する。実施例では、キャパシタC62は、約１０００ｐFの容量を有してよい。抵抗器R1-R4は、ほぼ等しい抵抗（例えば、R1、R２、R３、R4＝２５０ｋΩ）を有し、抵抗器R５は、約１０ｋΩを有してよい。ダイオードD７４を、キャパシタC８７と並列に接続点８０で接続し、信号を追加フィルタ処理し、比較器６５０の反転入力（＋）へ入力する。接続点８０と比較器６５０の非反転入力（−）との間に接続した抵抗器R７は、比較器への入力インピーダンスのバランスを提供する。閾値電圧Vthは、比較器６５０の非反転入力（−）で、抵抗器R６及びR８とキャパシタフィルタC88からなる分圧器ネットワークを介して提供される。比較器は、非反転入力の信号を反転入力の閾値電圧と比較し、交流接地故障の検出（又は非検出）に対応する出力信号S1を発生する。
【００１６】
図１に示す交流接地故障センサーシステムの動作を以下に説明する。正常動作（即ち、交流接地故障が無い場合）では、正電力導体２００と負電力導体３００との間の電源１００の供給電圧Vを、例えば６００Vとする。負電力導体３００に結合したキャパシタC2を横切る電圧V１は、車台に対して−３００Vになろう。正電力導体２００に結合したキャパシタC３を横切る電圧V２は、車台に対して＋３００Vになろう。従って、検出器回路６００のキャパシタC62は、正常または定常状態の動作で、抵抗器R1-R５の抵抗器ネットワークを横切る電圧の低下がなければ、＋３００Vの電圧を有するであろう。従って、比較器６５０の非反転入力は、比較器の反転入力で入力された閾値電圧Vth以下の電圧V_＋＝０Vであろう。実施例では、比較器へ入力されるVcc供給電圧を約5 Vとして、閾値電圧Vthは約2.5 Vである。従って、正常動作では、比較器の出力は非能動或いは「低」状態にあるであろう。
【００１７】
前述したように、キャパシタC２とC３は、スイッチ（Q1-Q６）を所定の開閉率でON・OFFする際、車台に付くモーターの容量（図示せず）のスイッチングによって、車台に対して正負の電力導体により運ばれる電力を安定させるように動作する。このように、接地故障検出器６００へ入力される正導体２００の低リプル電圧或いは電流は、閾値電圧以下であり、よって比較器６５０の出力S1は、「低」になり交流接地故障の検出をトリガーしない。
【００１８】
しかしながら、モーター巻線と車台との間の絶縁破壊、或いは他の誤った電気接続によって交流接地故障が発生すると、車台或いは接地とモーターの位相の１つとの間で（短絡回路または超低インピーダンス接続のような）偶発的な電気路が発生する。参照番号８０で、モーター５００の位相Cと車台或いは接地基準電位５４０との間の交流接地故障あるいは短絡回路電気伝達路を概略的に示す。使用した用語「短絡回路」は、所期の回路外の不所望な交流電流の流れや低インピーダンス路を含む斯かる全ての偶発的な電気路を包含するものとする。この例では、位相Cと連携したスイッチの１つQ５またはQ６を閉じることは、正導体２００（Q5を閉じる場合）または負導体３００（Q６を閉じる場合）の何れかを、他方の電力導体が導体間全体を横切る直流電源電圧Vを有する状態で、車台に直接に接続する。即ち、接地故障の場合、スイッチQ5を閉じることは、正導体２００を、スイッチQ5を介して車台或いは接地基準電位（即ち、０V）に電気的に接続する。当然これは、負電力導体３００が車台に対して−６００Vの電圧V１を有することを意味する。スイッチQ5を開きスイッチQ６を閉じることは、負電力導体３００を、スイッチQ６を介して車台或いは接地基準電位（即ち、０V）に電気的に接続することになり、正電力導体２００を横切る電圧は＋６００Vになる。従って、正負の電力導体の各々を横切る電圧は、車台に対して、もはや一定ではなく、開閉サイクル毎に、正電力導体２００の車台に対して、０Vから＋６００Vまで交流し、負電力導体３００の車台に対して、−６００Vから０Vまで交流する。この振動は、キャパシタが高周波数あるいは開閉率（例えば、約7.5ｋHzの開閉周波数）でこれらの高電圧に交互に充電・放電しているように、電力導体により運ばれキャパシタC２とC３の各々を横切って印加される方形波信号によって明白である。短絡回路から生じる斯かる高率、高電圧の振れは、装置の応力限界を超え、検出されない場合、システム内のこれらのキャパシタや他の電子部品をダメージ或いは破壊する。接地故障検出器回路６００は、故障によって生じた方形波電圧の存在を直列のキャパシタ／抵抗器の回路を介して感知し、出力信号をプログラム可能な論理アレイのようなコントローラ８００へ送り、スイッチ全てを開いて電力を遮断し、キャパシタや他の外部部品をダメージから保護する簡単で効率的コストの解決策を提供する。
【００１９】
次に、図1と一緒に図2A〜２Eを参照する。図2A〜２Eは、交流接地故障検出システムの動作を図示するため、車台を有した多位相モーター５００の位相Cの短絡回路の発生（スイッチQ5を閉じている際の発生）に関する一連のタイミング図を示す。図2Aに示すように、交流接地故障が時間ｔ１に発生すると、（トランジスタQ5を閉じたままで）、車台に対する正導体２００を横切る電圧V２は、＋３００V から０Vへ階段状に低下する。感知キャパシタC62を横切る電圧（図2B）は、時間ｔ１にその初期値＋３００Vから、RC時間定数に従って、時間ｔ２まで崩壊する。時間ｔ２に、スイッチQ5は開き正導体２００の車台との接続を断ち、スイッチQ６は閉じて負導体を車台と接続する。これは、正導体２００を横切る電圧を、車台に対して０Vから＋６００Vへ階段状に上昇させる。図2Bに示すように、感知キャパシタC62を横切る電圧は、時間ｔ２とｔ３との間に、増加し始める。しかしながら、車台に対する正電力導体２００を横切る全体の電圧（即ち＋６００V）は、感知キャパシタに直ちに印加されない。寧ろ、（＋３００V超の）残留電圧低下が、抵抗器ネットワークR1-R５（図1参照）に印加される。これは、車台に対する比較器６５０の非反転入力での電圧（V_＋）を階段状に増加させる（図2C）。従って、図2Cに示すように、時間ｔ２に、非反転入力での電圧は、閾値または基準電圧Vthを超え、図2Dに示すように、比較器からの出力信号S1を、「低」（即ち、０V）から「高」（即ち、＋５V）へトグルさせる。比較器からの「高」出力信号S1は、開閉機構４００に作用的に接続されたコントローラ８００をトリガーさせ、開閉機構の全てのスイッチQ1〜Q６を、比較器のトリガー後から約１μｓの時間ｔ_ｓ内にOFFにするように動作する。最初の故障発生から検出までと遮断との間の迅速な応答時間は、外部部品（例えば、C2,C3）をダメージから保護する。コントローラ８００は、プリント回路板上のハードウェア又はファームウェア内で実行される、例えば、デジタル信号プロセッサを含む、制御機能を実行し開閉動作を制御する種々の既知のタイプの制御回路からなってよい。或いは、ソフトウェア制御論理デバイスまたはハードウェア、ソフトウェア、及び／又はプログラム可能な論理デバイスの組み合わせたものを使用してコントローラを実行し開閉動作を制御管理してよい。図2Eは、故障発生を示す比較器の出力信号S1のトリガーに応答してスイッチをOFFにするタイミング図を示す。
【００２０】
時間ｔ_ｓにインバーター遮断が起らない場合には、比較器の出力はQ5を再び閉じる時間ｔ３まで「高」のままだろう。それから、正導体２００を横切る電圧を、車台に対して再び０Vに低下させ、V_＋を閾値電圧Vth以下に低下させ、比較器からの出力信号S1を再び「低」へトグルさせる。図2A〜２D（及び図３A〜３D）の破線は、斯かる波形を表す。さらに、コントローラは、比較器の出力の任意の状態遷移（即ち、「高」から「低」、或いは、「低」から「高」）に応答してスイッチを遮断するように動作設定されてよい。
【００２１】
図2A〜２Eに似たように、図３A〜３Eは、スイッチQ６を閉じている間、車台を有した多位相モーター５００の位相Cの短絡回路の発生に関する一連のタイミング図を示す。この場合、時間ｔ１に、正導体２００を横切る電圧は、車台に対して正常値＋３００Vから＋６００Vへ階段状に上昇する（図３A）。図３Bに示すように、感知キャパシタC62を横切る電圧は、増加し始める。しかしながら、正電力導体を横切る全体の電圧は、感知キャパシタに直ちに印加されない。寧ろ、（約３００V）残留電圧低下が、抵抗器ネットワークR1-R５（図1参照）に印加される。これは、比較器入力（V_＋）電圧を階段状に増加させ閾値電圧Vthを超えさせ（図３C）、比較器の出力で「高」信号S1を発生させる（図３D）。「高」出力信号は代わりに、コントローラ８００のハードウェア及び／又はソフトウェアの機能性に、時間ｔ_ｓに開閉機構４００のスイッチを遮断する、或いは開く（図３E）。
【００２２】
本発明の別の実施例によると、図1の交流接地故障検出回路を図4に示す構成で置き換えてよい。類似参照番号は、類似部品を示すのに使用する。図4は、正電力導体２００と変圧器１０２０の第１の端子１０２０aとの間に結合された感知キャパシタC１０６２からなる交流接地故障検出回路１０００を示す。変圧器１０２０は、基準電位に結合された第2の端子１０２０ｂを有する。図1に記載したのと同じように、変圧器の出力１０２０ｃを比較器１０５０の非反転入力へ入力し、閾値電圧Vthと比較する。このように、感知キャパシタまたは変圧器１０２０を介して高電圧絶縁を行い、接地故障条件を示す電圧変化を感知することができる。接地故障検出回路１０００の利点は、それがシステム集積用にコンパクトで、容易に製造された部品を提供するように装着されたプリント回路板になり得ることである。
【００２３】
本発明の他の実施例によると、図1の交流接地故障検出回路を、交流接地故障によって発生する電流の変動を検出する電流センサー２０００を含む図５に示す構成で置き換えてよい。類似参照番号は、類似部品を示すのに使用する。図５に示すように、電流センサー２０００を、第1の端子で電力導体の一方、例えば、正導体２００に、そして、第２の端子で外部部品の一つ、例えば、キャパシタC３に結合してよい。電流センサーを変流器として、スナバの増加したキャパシタ電流を感知し、感知した電流が所定の閾値を超えるとき、抵抗R_ｉを介して出力信号をコントローラ回路８００へ発生してスイッチを遮断できる。
【００２４】
従って、多位相モーターのような負荷５００を駆動する電力システムは、所定の開閉率で負荷の所与のリードを第１および第２の電力導体２００、３００の一方に選択的に結合させる開閉機構４００に従って、負荷の対応する位相リード５０１、５０２、５０３に第１および第２の電力導体を介して電力を分配する電力分配ユニットを含む。第１および第２の電力導体は、基準電位５４０に対して、それぞれ第１および第２の電圧を有する。キャパシタC２、C３は、第１および第２の電力導体の一方に結合した第１の端子と、基準電位に結合した第２の端子を有する。検出器回路６００は、第１の電力導体に結合される。基準電位に対する第１の電力導体を横切る電圧を、電力源の大きさに従って変化させるリードと基準電位との間の偶発的な電気路８０を示す基準電位に対する第１の電力導体を横切る電圧の変化を感知するように検出器回路６００は動作する。検出器は、所定の閾値Vthを越える感知した電圧変化に応答して故障信号Ｓ１を発生する。故障信号に応答するコントローラ８００は、第１および第２の電力導体から負荷への電力を遮断するように動作し、それによって、リードと基準電位との間の偶発的な電気路に応答する第１および第２の電力導体の一方の時間変動電圧が、キャパシタを横切って放電されるのを取り除く。
【００２５】
以上に、本発明を固有の実施例について説明したけれど、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例えば、接地故障検出回路およびシステムを、モーター又は発電機の駆動の応用に従って示したけれども、如何なる負荷を使用してよく、例えば、ＤＣ／ＤＣ変換器あるいはバッテリー充電器を実施するための＋直流バスからスイッチを使用するインダクタ中への駆動、および、−直流バスからダイオードのような単方向デバイスへの駆動を含む。正負の電力導体に結合したキャパシタC２、C３を示したけれども、キャパシタは無くても、或いは1個だけでもよいし、或いは多くのキャパシタを使用してもよい。更に、抵抗器ネットワーク及び感知キャパシタを、正導体に直接に結合したキャパシタC62と共に１列に並んだ抵抗器R1-R５として示したけれども、感知キャパシタをキャパシタ／抵抗器の直列ネットワーク内の任意のところに結合させてよい。更に、抵抗器ネットワークは、任意の数の抵抗装置からなってよいし、電圧がクランプされる場合、或いは、クランプが要求されないほどバス電圧が十分に低いような印加の場合、抵抗器ネットワークを１つの抵抗器として提供してよい。この場合、正導体に結合した１つの抵抗器および基準電位に結合した感知キャパシタを提供するであろう。それによって、検出器回路は、電圧が閾値電圧以下に低下するとトリガーするようになるであろう。更に、正負の電力導体の一方と車台との間の抵抗またはインダクタンス結合が、バランスさせたインピーダンスのネットワーク７００（図１参照）に取って代わってよく、それによって、正または負の直流リンクは車台に直接に連結されるが、電力導体線内の寄生インダクタンスにより依然機能できる。これら及び他の全ての斯かる修正および変更は、特許請求の範囲内にあるものとする。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モーターのような所与の負荷に連携し、それへの電力を遮断するように動作可能な、交流接地故障条件を感知する接地故障検出システムおよび接地故障検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による交流接地故障検出システムの略図を示す。
【図２】Ａ〜Ｅは、車台を有した交流モーターの位相の短絡回路のような偶発的な電気路の発生に関する第１の一連のタイミング図を示す。
【図３】Ａ〜Ｅは、車台を有した交流モーターの位相の短絡回路のような偶発的な電気路の発生に関する第２の一連のタイミング図を示す。
【図４】本発明の別の実施例による交流接地故障検出システムの略図を示す。
【図５】本発明の更に別の実施例による交流接地故障検出システムの略図を示す。
【符号の説明】
１０交流接地故障検出器システム
２１，２２端子
１００電源
１１０，１５０端子
２００，３００電力導体
４００開閉機構
５００多位相モーター
５０１位相リード
５４０車台
５４０接地基準電位
６００接地故障検出器
６０１A バッテリー
６１０接続点
６２０処理回路
６５０比較器
７００高インピーダンスネットワーク
７１０，７２０，７３０端子
８００コントローラ
１０００接地故障検出回路
１０２０変圧器
１０２０ａ，１０２０ｂ端子
１０５０比較器
２０００電流センサー

Claims

電力源の第１の端子に結合する第１の電力導体、
前記電力源の第２の端子に結合する第２の電力導体、
前記第１および第２の電力導体に結合し、所定の開閉率に従って負荷の位相を前記第１および第２の電力導体に交互に接続するように動作する開閉機構であって、正常動作の間、前記第１および第２の電力導体での電圧は基準電位に対し一定であり、前記基準電位を有する前記負荷の少なくとも１つの位相の偶発的な電気路が発生した場合、前記第１および第２の電力導体での電圧は前記開閉率に関係して時間変化する前記開閉機構、
前記第１の電力導体に結合された第１の端子、前記第２の電力導体に結合された第２の端子、および、前記基準電位に結合された第３の端子を有し、前記基準電位に対して前記第１および第２の電力導体の電圧を等しくバランスする高インピーダンスネットワーク、および
前記第１の電力導体に結合して、前記第１の電力導体の電圧或いは電流信号を受信する入力ポートと、受信した前記信号を処理し閾値と比較する処理回路と、前記比較に基づいて出力信号を発生する出力ポートとからなる検出器であって、前記負荷と前記基準電位との間の前記偶発的な電気路の発生によって、前記検出器による検出の前記閾値に対して十分な大きさで前記第１の電力導体の前記電圧或いは電流信号が変化し、前記検出器の前記出力信号は検出された故障を示す前記検出器を含むことを特徴とする、前記電力源で駆動する前記負荷と前記基準電位との間の前記偶発的な電気路を示す交流信号を感知する接地故障検出システム。
前記出力信号が検出された故障を示すとき、前記出力信号に応答して前記負荷と前記第１および第２の電力導体との間の電力を遮断するコントローラーを更に含むことを特徴とする請求項１記載の接地故障検出システム。
電力の前記遮断は、前記開閉機構内でスイッチを開くことによって起こることを特徴とする請求項２記載の接地故障検出システム。
前記処理回路は、前記第１の電力導体の前記電圧或いは電流信号に応答して基準電位に対するフィルタ処理信号成分を提供するフィルタと、前記フィルタ処理信号成分に応答して前記閾値と比較し前記出力信号を提供する比較器を含むことを特徴とする請求項１記載の接地故障検出システム。
前記フィルタは、抵抗器ネットワークに結合したキャパシタを含むことを特徴とする請求項４記載の接地故障検出システム。
前記第１および第２の電力導体の一方に結合された第１の端子と前記基準電位に結合された第２の端子とを有する第１のキャパシタを更に含むことを特徴とする請求項１記載の接地故障検出システム。
前記負荷は、多位相モーターを含むことを特徴とする請求項１記載の接地故障検出システム。
前記開閉機構はスイッチの組を含み、前記スイッチの各組は前記多位相モーターのそれぞれの位相に結合した共通端子を有し、前記スイッチの各組に対して、前記組の第１のスイッチは前記第１の電力導体を前記多位相モーターのそれぞれの位相に選択的に結合するように動作し、前記組の第２のスイッチは前記第２の電力導体を前記多位相モーターのそれぞれの位相に選択的に結合するように動作することを特徴とする請求項７記載の接地故障検出システム。
前記検出器は、前記第１の電力導体に結合された第１のポートと、キャパシタを介して前記基準電位に結合された第２のポートとを有する電流センサーであることを特徴とする請求項１記載の接地故障検出システム。
前記処理回路は、前記第１の電力導体に結合された第１の端子と、変圧器に結合された第２の端子とを有し、基準電位に対する減衰信号成分を提供するするキャパシタと、前記減衰信号成分に応答して前記閾値と比較し前記出力信号を提供する比較器を含むことを特徴とする請求項１記載の接地故障検出システム。
所定の開閉率で負荷の所与のリードを、お互いに容量的に結合された第１および第２の電力導体の一方に選択的に結合させる開閉機構に従って、前記負荷の対応する少なくとも１つのリードに前記第１および第２の電力導体を介して電力を分配する電力分配ユニット、
前記第１および第２の電力導体の一方に結合された第１の端子と基準電位に結合された第２の端子とを有するキャパシタ、
前記第１および第２の電力導体間に結合され、前記電力分配ユニットから分配される前記電力を、前記基準電位に対する最大正電圧と最小負電圧との間で等しくバランスする高インピーダンスネットワーク、
前記第１の電力導体に結合される検出器回路であって、前記第１の電力導体を横切る電圧を、電力源の大きさに従って変化させる少なくとも１つの前記リードと前記基準電位との間の偶発的な電気路を示す前記基準電位に対する前記第１の電力導体を横切る電圧の変化を感知するように動作し、所定の閾値を越える前記感知した電圧変化に応答して故障信号を発生する前記検出器回路、および
前記故障信号に応答して前記第１および第２の電力導体から前記負荷への電力を遮断し、少なくとも１つの前記リードと前記基準電位との間の前記偶発的な電気路に応答する前記第１および第２の電力導体の一方の時間変化電圧が、前記キャパシタを横切って放電されることを取り除くコントローラーを含むことを特徴とする、負荷を駆動する接地故障検出システム。
前記検出器回路は、
前記第１の電力導体に結合され、基準電位に対する減衰信号成分を提供するするＲＣフィルタと、
前記減衰信号成分に応答して前記閾値と比較し、前記故障信号を提供する比較器を含むことを特徴とする請求項１１記載の接地故障検出システム。
前記検出器回路は、
前記第１の電力導体に結合された第１の端子と、変圧器に結合された第２の端子とを有し、基準電位に対する減衰信号成分を提供するするキャパシタと、
前記減衰信号成分に応答して前記所定の閾値と比較する比較器を含むことを特徴とする請求項１１記載の接地故障検出システム。
少なくとも１つのキャパシタが第１および第２の電力導体の一方と基準電位との間に結合され、モーターが開閉機構に従って所定の開閉率で前記第１および第２の電力導体の一方に選択的に結合される電力ユニットによる前記モーターの電力供給時に、
前記第１および第２の電力導体間に高インピーダンスネットワークを設け、前記基準電位に対して前記第１および第２の電力導体の電圧を等しくバランスする工程、
前記基準電位に対する前記第１の電力導体の電圧信号を感知する工程、
感知した前記電圧信号をフィルタ処理し信号成分を得る工程、
フィルタ処理した前記信号成分を閾値と比較する工程、および
フィルタ処理した前記信号成分が前記閾値を越えるとき前記モーターへの電力供給を遮断する工程を含むことを特徴とする、前記モーターの位相リードと前記基準電位との間の偶発的な電気路を検出する接地故障検出方法。
前記遮断する工程は、前記モーターを前記第１および第２の電力導体に選択的に結合させる前記開閉機構内のスイッチを開くこと含むことを特徴とする請求項１４記載の接地故障検出方法。
前記第１の電力導体の電圧信号を感知する工程は、電力源の電圧の大きさに対応するピーク値を有する前記第１の電力導体の方形波電圧信号を容量的に感知すること含むことを特徴とする請求項１４記載の接地故障検出方法。