WO2011157470A1 - Schaltungsanordnung zur bestimmung einer spannungsschwankung von leiterpotentialen in einem ungeerdeten elektrischen netz - Google Patents
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Definitions
- Circuit arrangement for determining a voltage fluctuation of
- the invention relates to a circuit arrangement for determining a
- inverter - For the drive in hybrid or electric vehicles electrical machines in the form of induction machines are usually used, which in conjunction with inverters - often referred to as inverter - are operated.
- the electrical energy for the operation of the electric machine is in this case from a disconnected from the electrical system of the vehicle, ungrounded power supply, e.g. in the form of a powerful high-voltage battery.
- the ungrounded electrical network created in this way often referred to as the IT network (Isole Terre) - reduces the risk of e.g. of service personnel, since with a single error, such as an insulation fault, no closed circuit is built.
- the operation must not be adjusted when a single fault occurs, so that an insulation fault can be reported without it already has a system failure. For this, however, it is necessary that the insulation resistance of the electrical network is continuously or at least periodically monitored during operation of the vehicle, which is possible, for example, based on a voltage fluctuation of the conductor potentials of the IT network.
- Insulation resistance in an IT network with a DC voltage intermediate circuit and at least one self-commutated converter and a measuring arrangement for measuring the DC link voltage against ground potential known in which an offline and an online measurement are provided. It will be during the Offline measurement, during which all circuit breakers of the power converter are closed, the potentials Up and Um and the intermediate circuit voltage are measured and used to determine the insulation resistance. During the online measurement, the potentials Up and Um are measured and the time course of the measurements is evaluated. For this purpose, in particular the two potentials are summed, the sum Fourier-transformed and evaluated the change of the frequency spectrum in its time course.
- Voltage link with at least one positive branch and one negative branch at least one electrical device having at least two phase terminals, and at least one inverter with switching elements for electrical
- Connection of the phase terminals with the positive branch or the negative branch of the voltage intermediate circuit comprises. It is envisaged that a
- Operating state of the inverter during which the inverter is in operation and the electrical device, which is also in a normal mode, feeds, is determined by detecting parameters of a converter control.
- at least one of the voltages of the positive branch or the negative branch is measured.
- the present invention provides a circuit arrangement for determining a voltage fluctuation of conductor potentials in an ungrounded electrical network, wherein the network is a DC voltage intermediate circuit, an n-phase network with an n-phase electrical load, with n> 1, and at least one connected to the DC link Inverter for controlling the electrical load includes.
- a voltage divider in particular a symmetrical voltage divider, is provided which switches between supply voltage potentials of the DC intermediate circuit
- the voltage divider in this case has a center tap, on which by means of a measuring device one, a measuring voltage characterizing size is measured, the measuring voltage the
- DC intermediate circuit represents a reference potential.
- the invention is based on the idea that the center tap of a
- Measuring voltage derived size which thus characterized the measuring voltage, are measured.
- the measuring range of the measuring device is adapted to a maximum amplitude of the voltage fluctuation, whereby the measuring accuracy is increased.
- Measuring voltage of FIG. 2 a graphical representation of the time course of the
- Measuring voltage of FIG. 4 a graphical representation of the time course of the
- FIG. 1 shows a schematic representation of a 3-phase network 1 with a three-phase electric machine 2, which may be designed, for example, as a synchronous, asynchronous or reluctance machine with a connected thereto pulse inverter 3.
- the pulse inverter 3 includes
- Supply voltage rail 7 of the DC intermediate circuit 6 adjacent negative supply voltage potential T- switch The connected to the positive supply voltage rail 5 switching elements 4a-4c are also called “high-side switch" and the negative
- IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
- MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor
- the pulse inverter 3 further comprises a plurality of freewheeling diodes 8a 8f, which are each arranged parallel to one of the switching elements 4a-4f.
- the pulse inverter 3 determines the power and mode of operation of the electric machine 2 and is controlled by a controller 9, e.g. in the form of a microcontroller, driven accordingly.
- the electric machine 2 can be operated either in motor or generator mode.
- the pulse inverter 3 also includes a so-called
- DC link capacitor 10 which essentially serves to stabilize a voltage of a high-voltage energy storage in the form of a high-voltage battery 11 in the DC voltage intermediate circuit 6.
- An electrical system 12 of the vehicle with a low-voltage energy storage in the form of a low-voltage battery 13 is connected via a DC-DC converter 14 parallel to the DC-link capacitor 6.
- the electric machine 2 is designed in the illustrated embodiment, three-phase, but may also have only two or more than three phases.
- the number of phases is equal to three or at least divisible.
- the high-voltage battery 1 in the idle state of the DC voltage intermediate circuit 6 often as
- a voltage divider 30 is provided, which is preferably designed symmetrically.
- a measuring voltage U M is measured with the aid of a measuring device 31 relative to the reference potential, which directly a voltage fluctuation of
- Supply voltage potentials T + and T- represents the DC intermediate circuit 6 against the reference potential.
- the measuring range is the
- Voltage measuring device 31 advantageously to a maximum amplitude of
- the voltage divider 30 can, as shown, be formed from ohmic resistors 32 and 33 or else with the aid of capacitances and / or inductances. Decisive for the usability is only the voltage dividing function. Of course, the
- Voltage dividers 30 can also be formed from more than two components.
- the measurement voltage U M of a frequency transformation, preferably a fast Fourier transform (FFT) is subjected to calculate the frequency spectrum of the measurement voltage U M in this way.
- FFT fast Fourier transform
- the predetermined electrical frequencies or angular velocities are not fixed values, but dependent on an electrical angular velocity co el of the electric machine 2, which is proportional to the electrical frequency of the electric machine 2. Therefore, a variable characterizing the electrical frequency of the electric machine 2, such as the electrical angular velocity co el , is determined. This determination can be made on the basis of metrological results. Frequently, however, the electrical frequency of the electric machine 2 is also given, so that it is already known.
- Spectral amplitude is in each case a measure of the deterioration of the
- FIG. 2 shows the time course of the measuring voltage U M in normal operation of the electric machine 2 and thus of the pulse inverter 3 without insulation fault.
- the measuring voltage U M runs in the form of an alternating voltage about a zero line, which corresponds to the reference potential, so for example vehicle mass. This process is due to the fact that during the PWM operation
- Supply voltage potentials T + and T- of the supply voltage rails 5 and 7 alternating voltage components are superimposed.
- Angular velocity co el now a signal component with a spectral amplitude of, which did not occur in the error-free case, or at least in one
- Deviation an unbalanced isolation error can be reliably detected.
- the magnitude amplitude change that is in this case the so
- Amplitude value itself is a measure of the deterioration of the
- Insulation resistance In this case, as with the subsequent detection of insulation faults, it is of course also possible to specify a minimum value for the deviation which must be exceeded before an insulation fault is detected.
- FIGS. 6 and 7 show the time profile of the measuring voltage U M or the resulting spectral distribution when a symmetrical insulation fault occurs in the 3-phase network 1. This affects the
- the amount of waste is a measure of the deterioration of the insulation resistance.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung einer Spannungsschwankung von Leiterpotentialen in einem ungeerdeten elektrischen Netz, wobei das Netz einen Gleichspannungszwischenkreis (6), ein n-Phasen-Netz (1) mit einem n-phasigen elektrischen Verbraucher (2) und mindestens einen an den Gleichspannungszwischenkreis (6) angeschlossenen Wechselrichter (3) zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers (2), umfasst. Erfindungsgemäß ist ein Spannungsteiler (30), insbesondere ein symmetrischer Spannungsteiler, vorgesehen, welcher zwischen Versorgungsspannungspotentialen (Τ+, T-) des Gleichspannungszwischenkreises (6) angeschlossen ist und einen Mittelabgriff (M) aufweist. Außerdem ist eine Messeinrichtung (31) zum Messen einer Messspannung (UM) am Mittelabgriff (M) des Spannungsteilers (30) vorgesehen, wobei die Messspannung (UM) die Spannungsschwankung der Versorgungsspannungspotentiale (Τ+, T-) des Gleichspannungszwischenkreises (6) gegen ein Bezugspotenzial repräsentiert.
Description
Beschreibung Titel
Schaltunqsanordnunq zur Bestimmung einer Spannunqsschwankunq von
Leiterpotentialen in einem ungeerdeten elektrischen Netz
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung einer
Spannungsschwankung von Leiterpotentialen in einem ungeerdeten elektrischen Netz.
Stand der Technik
Für den Antrieb in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen werden in der Regel elektrische Maschinen in Form von Drehfeldmaschinen eingesetzt, welche in Verbindung mit Wechselrichtern - häufig auch als Inverter bezeichnet - betrieben werden. Die elektrische Energie für den Betrieb der elektrischen Maschine wird dabei aus einer vom Bordnetz des Fahrzeugs getrennten, nicht geerdeten Stromversorgung, z.B. in Form einer leistungsfähigen Hochvoltbatterie, geliefert. Das auf diese Weise geschaffene ungeerdete elektrische Netz - häufig auch als IT-Netz (Isole Terre) bezeichnet - reduziert die Gefährdung z.B. von Servicepersonal, da bei einem Einzelfehler, wie z.B. einem Isolationsfehler, kein geschlossener Stromkreis aufgebaut wird. Darüber hinaus muss der Betrieb bei Auftreten eines Einzelfehlers nicht eingestellt werden, so dass ein Isolationsfehler gemeldet werden kann, ohne dass es schon einen Systemausfall zur Folge hat. Dafür ist es jedoch erforderlich, dass der Isolationswiderstand des elektrischen Netzes auch während des Betriebs des Fahrzeuges kontinuierlich oder zumindest periodisch überwacht wird, was beispielsweise anhand einer Spannungsschwankung der Leiterpotentiale des IT- Netzes möglich ist.
Aus der DE 10 2006 031 663 B3 ist ein Verfahren zur Messung des
Isolationswiderstands in einem IT-Netz mit einem Gleichspannungszwischenkreis und mindestens einem selbstgeführten Stromrichter sowie einer Messanordnung zur Messung der Zwischenkreisspannung gegen Grundpotential bekannt, bei dem eine Offline- und eine Online-Messung vorgesehen sind. Dabei werden während der
Offline-Messung, während derer alle Leistungsschalter des Stromrichters geschlossen sind, die Potentiale Up und Um sowie die Zwischenkreisspannung gemessen und daraus der Isolationswiderstand bestimmt. Während der Online- Messung werden die Potentiale Up und Um gemessen und der zeitliche Verlauf der Messungen bewertet. Dazu werden insbesondere die beiden Potentiale summiert, die Summe fourier-transformiert und die Änderung des Frequenzspektrums in ihrem zeitlichen Verlauf bewertet.
Aus der EP 1 909 369 A2 ist ein Verfahren zur Isolationsüberwachung für im Betrieb befindliche Umrichteranordnungen bekannt, wobei die Umrichteranordnung einen
Spannungszwischenkreis mit mindestens einem positiven Zweig und einem negativen Zweig, mindestens ein elektrisches Gerät, welches mindestens zwei Phasenanschlüsse aufweist, und mindestens einen Umrichter mit Schaltelementen zur elektrischen
Verbindung der Phasenanschlüsse mit dem positiven Zweig oder dem negativen Zweig des Spannungszwischenkreises umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass ein
Betriebszustand des Umrichters während dem der Umrichter in Betrieb ist und das elektrische Gerät, welches dabei ebenfalls in einem Normalbetrieb ist, speist, durch Erfassen von Parametern einer Umrichtersteuerung bestimmt wird. Außerdem werden zumindest eine der Spannungen des positiven Zweiges oder des negativen Zweiges gemessen. Schließlich werden nach Maßgabe der gemessenen Spannung oder
Spannungen und des Betriebszustandes des Umrichters Isolationsdefekte am
Spannungszwischenkreis und/oder an den Phasenanschlüssen und/oder am elektrischen Gerät bestimmt.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung einer Spannungsschwankung von Leiterpotentialen in einem ungeerdeten elektrischen Netz, wobei das Netz einen Gleichspannungszwischenkreis, ein n-Phasen-Netz mit einem n-phasigen elektrischen Verbraucher, mit n>1 , und mindestens einen an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen Wechselrichter zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers umfasst. Erfindungsgemäß ist ein Spannungsteiler, insbesondere ein symmetrischer Spannungsteiler, vorgesehen, welcher zwischen Versorgungsspannungspotentialen des Gleichspannungszwischenkreises
angeschlossen ist. Der Spannungsteiler weist dabei einen Mittelabgriff auf, an welchem mit Hilfe einer Messeinrichtung eine, eine Messspannung
charakterisierende Größe gemessen wird, wobei die Messspannung die
Spannungsschwankung der Versorgungsspannungspotentiale des
Gleichspannungszwischenkreises gegen ein Bezugspotenzial repräsentiert. Während des Betriebs des elektrischen Verbrauchers und damit während des Betriebs des Wechselrichters sind den Gleichspannungspotentialen der
Versorgungsspannungsschienen des Gleichspannungszwischenkreises
Wechselspannungsanteile überlagert, welche zu einer Spannungsschwankung der Versorgungsspannungspotentiale des Gleichspannungszwischenkreises gegen ein Bezugspotenzial, welches z.B. durch eine Fahrzeugkarosserie gebildet wird, führen. Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass der Mittelabgriff eines
Spannungsteilers, welcher zwischen die beiden Versorgungsspannungsschienen des Gleichspannungszwischenkreises angeschlossen ist, sein Potential gegenüber den Leiterpotentialen, also den Potentialen der Versorgungsspannungsschienen nicht ändert, so dass das Potential des Mittelabgriffs gegen das Bezugspotential in demselben Maß schwankt wie die Leitungspotentiale. Somit kann an dem
Mittelabgriff mittels einer einzigen Messung direkt eine Spannung gemessen werden, welche unmittelbar eine Spannungsschwankung der
Versorgungsspannungspotentiale des Gleichspannungszwischenkreises gegen das Bezugspotenzial repräsentiert. Potentielle Fehler durch weitere Messungen oder nachgehende Berechnungen werden damit sicher vermieden. Alternativ zur unmittelbaren Messung der Messspannung kann auch eine andere von der
Messspannung abgeleitete Größe, welche damit die Messspannung charakterisiert, gemessen werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Messbereich der Messeinrichtung an eine maximale Amplitude der Spannungsschwankung angepasst, wodurch die Messgenauigkeit erhöht wird. Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
ein schematisches Blockschaltbild eines ungeerdeten Netzes mit einem Gleichspannungszwischenkreis, einem daran
angeschlossenen Wechselrichter, einer 3-phasigen elektrischen Maschine und einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, eine grafische Darstellung des zeitlichen Verlaufes der
Messspannung im Normalbetrieb ohne Isolationsfehler, eine grafische Darstellung des Frequenzspektrums der
Messspannung gemäß Fig. 2, eine grafische Darstellung des zeitlichen Verlaufes der
Messspannung bei Auftreten eines einphasigen unsymmetrischen Isolationsfehlers im 3-Phasen-Netz, eine grafische Darstellung des Frequenzspektrums der
Messspannung gemäß Fig. 4, eine grafische Darstellung des zeitlichen Verlaufes der
Messspannung bei Auftreten eines symmetrischen Isolationsfehlers im 3-Phasen-Netz und eine grafische Darstellung des Frequenzspektrums der
Messspannung gem. Fig. 6.
Ausführungsformen der Erfindung In den Figuren sind identische oder funktionsgleiche Komponenten jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines 3-Phasen-Netzes 1 mit einer dreiphasigen elektrischen Maschine 2, welche beispielsweise als Synchron-, Asynchron- oder Reluktanz-Maschine ausgeführt sein kann, mit einem daran angeschlossenen Pulswechselrichter 3. Der Pulswechselrichter 3 umfasst
Schaltelemente 4a^lf in Form von Leistungsschaltern, welche mit einzelnen Phasen
U, V, W der elektrischen Maschine 2 verbunden sind und die Phasen U, V, W entweder gegen ein an einer positiven Versorgungsspannungsschiene 5 eines Gleichspannungszwischenkreises 6 anliegendes positives
Versorgungsspannungspotential T+ oder ein an einer negativen
Versorgungsspannungsschiene 7 des Gleichspannungszwischenkreises 6 anliegendes negatives Versorgungsspannungspotential T- schalten. Die mit der positiven Versorgungsspannungsschiene 5 verbundenen Schaltelemente 4a-4c werden dabei auch als„High-Side-Schalter" und die der negativen
Versorgungsspannungsschiene 7 verbundenen Schalter 4d-4f als„Low-Side- Schalter" bezeichnet und können beispielsweise als Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) oder als Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET) ausgeführt sein. Der Pulswechselrichter 3 umfasst ferner mehrere Freilaufdioden 8a-8f, welche jeweils parallel zu einem der Schaltelemente 4a-4f angeordnet sind.
Der Pulswechselrichter 3 bestimmt Leistung und Betriebsart der elektrischen Maschine 2 und wird von einem Steuergerät 9, z.B. in Form eines MikroControllers, entsprechend angesteuert. Die elektrische Maschine 2 kann dabei wahlweise im Motor- oder Generatorbetrieb betrieben werden.
Der Pulswechselrichter 3 umfasst außerdem einen sogenannten
Zwischenkreiskondensator 10, welcher im Wesentlichen zur Stabilisierung einer Spannung eines Hochvolt-Energiespeichers in Form einer Hochvolt-Batterie 11 in dem Gleichspannungszwischenkreis 6 dient. Ein Bordnetz 12 des Fahrzeugs mit einem Niedervolt-Energiespeicher in Form einer Niedervolt-Batterie 13 ist über einen Gleichspannungswandler 14 parallel zum Zwischenkreis-Kondensator 6 geschaltet.
Die elektrische Maschine 2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel dreiphasig ausgeführt, kann aber auch nur zwei oder mehr als drei Phasen aufweisen.
Vorzugsweise ist die Anzahl der Phasen aber gleich drei oder zumindest durch der teilbar.
Beispielsweise für Servicezwecke ist es erforderlich, die Hochvolt-Batterie 1 im Ruhezustand von dem Gleichspannungszwischenkreis 6 - häufig auch als
Traktionsnetz oder Hochvoltkreis bezeichnet - zu trennen. Dazu sind zwei Hauptschütze 15 und 16 sowie ein Vorladeschütz 17 vorgesehen. Das
Vorladeschütz ermöglicht dabei eine strombegrenzte Ladung des
Zwischenkreiskondensators über einen Vorladewiderstand 18.
Des Weiteren ist in dem Gleichspannungszwischenkreis 6 parallel zu dem
Zwischenkreiskondensator 10 ein Spannungsteiler 30 vorgesehen, welcher bevorzugt symmetrisch ausgelegt ist. An einem Mittelabgriff M wird mit Hilfe einer Messeinrichtung 31 gegenüber dem Bezugspotential eine Messspannung UM gemessen werden, welche unmittelbar eine Spannungsschwankung der
Versorgungsspannungspotentiale T+ und T- des Gleichspannungszwischenkreises 6 gegen das Bezugspotenzial repräsentiert. Dabei ist der Messbereich der
Spannungsmesseinrichtung 31 vorteilhaft an eine maximale Amplitude der
Spannungsschwankung angepasst. Der Spannungsteiler 30 kann, wie dargestellt, aus ohmschen Widerständen 32 und 33 oder auch mit Hilfe von Kapazitäten und/oder Induktivitäten gebildet werden. Entscheidend für die Verwendbarkeit ist lediglich die spannungsteilende Funktion. Selbstverständlich kann der
Spannungsteiler 30 auch aus mehr als zwei Komponenten gebildet werden.
Alternativ zur unmittelbaren Messung der Messspannung UM kann auch eine andere von der Messspannung UM abgeleitete Größe, welche damit die Messspannung UM charakterisiert, gemessen werden.
Im Folgenden wird beispielhaft eine Verwendung der gemessenen Messspannung UM bei der Überwachung des Isolationswiderstandes in dem ungeerdeten elektrischen Netz näher ausgeführt. Durch eine Auswerteeinheit 23, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 in das Steuergerät 8 integriert ist, alternativ dazu aber auch als eigenständige Einheit realisiert sein kann, wird die Messspannung UM einer Frequenztransformation, vorzugsweise einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) unterzogen, um auf diese Weise das Frequenzspektrum der Messspannung UM zu berechnen. Durch Auswertung der betragsmäßigen Spektralamplituden
bei vorgegebenen elektrischen Frequenzen bzw. Winkelgeschwindigkeiten, kann dann ein Isolationsfehler detektiert werden. Dabei sind jedoch die vorgegebenen elektrischen Frequenzen bzw. Winkelgeschwindigkeiten keine Fixwerte, sondern abhängig von einer elektrischen Winkelgeschwindigkeit coel der elektrischen Maschine 2, welche proportional zur elektrischen Frequenz der elektrischen Maschine 2 ist.
Daher wird eine die elektrische Frequenz der elektrischen Maschine 2 charakterisierende Größe, wie z.B. die elektrische Winkelgeschwindigkeit coel , bestimmt. Diese Bestimmung kann auf Basis messtechnischer Ergebnisse erfolgen. Häufig wird die elektrische Frequenz der elektrischen Maschine 2 aber auch vorgegeben, so dass diese vorbekannt ist.
Ein Isolationsfehler, das heißt eine Verschlechterung des Isolationswiderstandes macht sich dadurch bemerkbar, dass sich die Spektralamplitude UM (jK■ coel ) bei bestimmten Frequenzen betragsmäßig ändert. Abhängig davon, ob es sich um einen symmetrischen oder einen unsymmetrischen Isolationsfehler handelt, ergibt sich die Veränderung der Spektralamplitude bei der 3-fachen elektrischen
Winkelgeschwindigkeit ωε1 , also bei K=3, bzw. bei der (1-fachen) elektrische
Winkelgeschwindigkeit ωε1 , also bei K=1. Dieser Zusammenhang wird aber im Folgenden noch detailliert erläutert. Die betragsmäßige Änderung der
Spektralamplitude ist dabei jeweils ein Maß für die Verschlechterung des
Isolationswiderstandes.
Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Messspannung UM im Normalbetrieb der elektrischen Maschine 2 und damit des Pulswechselrichters 3 ohne Isolationsfehler. Die Messspannung UM verläuft dabei in Form einer Wechselspannung um eine Nulllinie, welche dem Bezugspotential, also z.B. Fahrzeugmasse, entspricht. Dieser Verlauf rührt daher, dass während des Pulswechselrichterbetriebs den
Versorgungsspannungspotentialen T+ und T- der Versorgungsspannungsschienen 5 bzw. 7 Wechselspannungsanteile überlagert sind.
Eine Fast-Fourier-Transformation der in Figur 2 dargestellten Messspannung ergibt eine in Figur 3 schematisch dargestellte Spektralverteilung (Frequenzspektrum). Dabei ist zu erkennen, dass bei der (1 -fachen) elektrischen Winkelgeschwindigkeit coel kein Signalanteil vorhanden ist und bei der 3-fachen elektrischen
Winkelgeschwindigkeit 3*coel ein Signalanteil mit einer Spektralamplitude von A0 vorhanden ist.
Tritt nun im Bereich des 3-Phasen-Netzes 1 ein einphasiger unsymmetrischer Isolationsfehler auf, das heißt eine Verschlechterung des Isolationswiderstandes auf einer der drei Phasen U, V oder W, so ergibt sich ein veränderter zeitlicher Verlauf der essspannung UM (vgl. Figur 4) und auch eine veränderte Spektralverteilung (vgl. Figur 5). Insbesondere tritt bei der (1 -fachen) elektrischen
Winkelgeschwindigkeit coel nun ein Signalanteil mit einer Spektralamplitude von auf, welche im fehlerfreien Fall nicht auftrat oder zumindest in einem
Grundrauschen unterging. Vergleicht man folglich die Spektralamplitude A1 mit der als Referenzwert dienenden entsprechenden Spektralamplitude im fehlerfreien Fall, in diesem Fall also einer Spektralamplitude von 0, so kann im Falle einer
Abweichung ein unsymmetrischer Isolationsfehler zuverlässig detektiert werden. Die betragsmäßige Amplitudenänderung, das heißt in diesem Fall also der
Amplitudenwert selbst, ist dabei ein Maß für die Verschlechterung des
Isolationswiderstandes. Dabei, wie auch bei den noch folgenden Detektionen von Isolationsfehlern, kann selbstverständlich auch ein Mindestwert für die Abweichung vorgegeben werden, welcher überschritten sein muss, bevor ein Isolationsfehler detektiert wird.
In den Figuren 6 und 7 sind der zeitliche Verlauf der Messspannung UM bzw. die sich daraus ergebende Spektralverteilung bei Auftreten eines symmetrischen Isolationsfehlers im 3-Phasen-Netz 1 dargestellt. Dabei wirkt sich die
Verschlechterung des Isolationswiderstandes auf alle drei Phasen in analoger Weise aus. Aus Figur 7 erkennt man, dass sich ein derartiger Isolationsfehler dadurch bemerkbar macht, dass sich die Spektralamplitude bei der 3-fachen elektrischen Winkelgeschwindigkeit 3* oel von einem Wert A0 auf einen Wert A2 erhöht hat. Der betragsmäßige Anstieg ist dabei wiederum ein Maß für die
Verschlechterung des Isolationswiderstandes. Durch Vergleich der
Spektralamplitude der 3-fachen elektrischen Winkelgeschwindigkeit 3* ωβ/ mit der als Referenzwert dienenden entsprechenden Spektralamplitude im fehlerfreien Fall, in diesem Fall also A0, kann somit auch ein symmetrischer Isolationsfehler sicher detektiert werden.
Ein ähnlicher Effekt zeigt sich auch bei Auftreten eines symmetrischen
Isolationsfehlers im Gleichspannungszwischenkreis 6. Auch dabei ergibt sich eine Veränderung der Spektralverteilung im Bereich der 3-fachen elektrischen
Winkelgeschwindigkeit 2>* (Del , allerdings in Form eines Absinkens des
Amplitudenwertes auf einen niedrigeren Wert als im Normalbetrieb, als niedriger als A0. In diesem Fall ist der betragsmäßige Abfall ein Maß für die Verschlechterung des Isolationswiderstandes.
Für die Anwendbarkeit der Erfindung ist es lediglich entscheidend, die
Spektralamplituden bei der 1 -fachen und 3-fachen, oder im Fall eines n-Phasen- Netzes der n-fachen elektrischen Frequenz oder auch Winkelgeschwindigkeit zu bestimmen. Insofern können anstelle einer Frequenztransformation auch
Bandpassfilterungen mit entsprechenden Mittelfrequenzen bei coel und 3*a>el
(n* 6)e/ ) eingesetzt werden und die benötigten Amplitudenwerte anschließend aus den gefilterten Messspannungen berechnet werden.
Claims
1. Schaltungsanordnung zur Bestimmung einer Spannungsschwankung von Leiterpotentialen in einem ungeerdeten elektrischen Netz, wobei das Netz umfasst
- einen Gleichspannungszwischenkreis (6),
- ein n-Phasen-Netz (1) mit einem n-phasigen elektrischen Verbraucher (2), mit n>1 , und
- mindestens einen an den Gleichspannungszwischenkreis (6) angeschlossenen Wechselrichter (3) zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers (2),
gekennzeichnet durch
- einen Spannungsteiler (30), insbesondere einem symmetrischen Spannungsteiler, welcher zwischen
Versorgungsspannungspotentialen (Τ+, T-) des
Gleichspannungszwischenkreises (6) angeschlossen ist und einen Mittelabgriff (M) aufweist, und
- eine Messeinrichtung (31) zum Messen einer, eine Messspannung (UM) am Mittelabgriff (M) des Spannungsteilers (30)
charakterisierenden Größe während des Betriebs des elektrischen Verbrauchers (2), wobei die Messspannung (UM) die
Spannungsschwankung der Versorgungsspannungspotentiale (T+, T- ) des Gleichspannungszwischenkreises (6) gegen ein Bezugspotenzial repräsentiert.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , wobei der Messbereich der Spannungsmesseinrichtung (31) an eine maximale Amplitude der Spannungsschwankung angepasst ist.
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| DE102010030083A DE102010030083A1 (de) | 2010-06-15 | 2010-06-15 | Schaltungsanordnung zur Bestimmung einer Spannungsschwankung von Leiterpotentialen in einem ungeerdeten elektrischen Netz |
| DE102010030083.7 | 2010-06-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102010030083A1 (de) |
| WO (1) | WO2011157470A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103926441A (zh) * | 2014-04-25 | 2014-07-16 | 湖南银河电气有限公司 | 一种新型分压器 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102014202602A1 (de) | 2013-11-15 | 2015-05-21 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine |
| DE102018221479A1 (de) | 2018-12-12 | 2020-06-18 | Robert Bosch Gmbh | Schaltungsanordnung zur Fehlererkennung in einem ungeerdeten Hochvoltsystem |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT406620B (de) * | 1998-06-18 | 2000-07-25 | Elin Ebg Traction Gmbh | Verfahren zur masseschlusserfassung, -lokalisierung und -widerstandsbestimmung bei einem erdfreien umrichtersystem |
| US20040227521A1 (en) * | 2002-11-11 | 2004-11-18 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Electrical leak detecting apparatus |
| DE102006031663B3 (de) | 2006-07-08 | 2007-11-15 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur Messung des Isolationswiderstands in einem IT-Netz |
| EP1909368A2 (de) * | 2006-10-06 | 2008-04-09 | Schmidhauser AG | Schaltungsanordnung und Verfahren zur Isolationsüberwachung für Umrichteranwendungen |
| EP2219041A1 (de) * | 2009-02-13 | 2010-08-18 | BAE SYSTEMS Controls, Inc. | Robuste Erkennung eines Wechselstromfehlerstromes zum Fahrwerk mittels PWM-Seitenbandharmonischen |
-
2010
- 2010-06-15 DE DE102010030083A patent/DE102010030083A1/de not_active Withdrawn
-
2011
- 2011-04-27 WO PCT/EP2011/056666 patent/WO2011157470A1/de not_active Ceased
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT406620B (de) * | 1998-06-18 | 2000-07-25 | Elin Ebg Traction Gmbh | Verfahren zur masseschlusserfassung, -lokalisierung und -widerstandsbestimmung bei einem erdfreien umrichtersystem |
| US20040227521A1 (en) * | 2002-11-11 | 2004-11-18 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Electrical leak detecting apparatus |
| DE102006031663B3 (de) | 2006-07-08 | 2007-11-15 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur Messung des Isolationswiderstands in einem IT-Netz |
| EP1909368A2 (de) * | 2006-10-06 | 2008-04-09 | Schmidhauser AG | Schaltungsanordnung und Verfahren zur Isolationsüberwachung für Umrichteranwendungen |
| EP1909369A2 (de) | 2006-10-06 | 2008-04-09 | Schmidhauser AG | Schaltungsanordnung und Verfahren zur Isolationsüberwachung für im Betrieb befindliche Umrichteranwendungen |
| EP2219041A1 (de) * | 2009-02-13 | 2010-08-18 | BAE SYSTEMS Controls, Inc. | Robuste Erkennung eines Wechselstromfehlerstromes zum Fahrwerk mittels PWM-Seitenbandharmonischen |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103926441A (zh) * | 2014-04-25 | 2014-07-16 | 湖南银河电气有限公司 | 一种新型分压器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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