CN105588970A - 一种故障电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种故障电流检测装置，包括有一个自激振荡电路，所述的自激振荡电路包括有一个用于承载电流的导体、套装于所述导体上的磁芯、次级线圈、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、电压比较模块A、电压比较模块B，所述的自激振荡电路上还连接有一个低通滤波器，用于从自激振荡电路中提取到用于表征导体中承载电流矢量和大小和方向的变量，所述的低通滤波器上还连接有一个逻辑处理电路，用于精确分析低通滤波器提取到的变量。通过采用上述结构，本发明提供了一种结构简单、所需元器件极少的故障电流检测装置，且该故障电流检测装置工作可靠，抗干扰能力强。

Description

一种故障电流检测装置

技术领域

本发明涉及一种故障电流检测装置。

背景技术

目前，对于一些小型设备故障电流（通常为30~500mA）的检测主要采用磁通门采样技术来实现，但现有用于实现磁通门采样技术的电路都过于复杂，所需电路元器件繁多，生产成本高昂，如相关文献CN200510078972.3中，其实现磁通门采样技术的电路就包括有H桥驱动电路、采样放大电路以及反馈调整电路，又如相关文献CN200810003355.0中，则需要一个独立的正弦波发生电路和两个匝数相等的采样电流电路、以及后续的相关检测电路。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种结构简单、所需元器件极少的故障电流检测装置，且该故障电流检测装置工作可靠，抗干扰能力强。

为实现上述目的，本发明提供了一种故障电流检测装置，包括有一个自激振荡电路，所述的自激振荡电路包括有一个用于承载电流的导体、套装于所述导体上的磁芯、次级线圈、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、电压比较模块A、电压比较模块B，所述的次级线圈绕装于磁芯上，且所述次级线圈的两端分别与第四电阻和第五电阻的一端连接，第四电阻和第五电阻的另一端分别与电压比较模块A和电压比较模块B的输出端连接，第四电阻与次级线圈相连接的这端还与电压比较模块A的同相输入端连接，第一电阻和第二电阻串联后连接到电源端，第一电阻和第二电阻之间的共同连接点还与电压比较模块A的反相输入端以及电压比较模块B的同相输入端连接，第三电阻跨接在电压比较模块A的输出端和其反相输入端之间，且第三电阻与电压比较模块A输出端之间的共同连接点还与电压比较模块B的反相输入端连接。

本发明可进一步设置为在电压比较模块A输出高电平且电压比较模块B输出低电平时，经过T1时间，通过第四电阻和第五电阻并流经次级线圈的正向电流使磁芯达到正向饱和；在电压比较模块A输出低电平且电压比较模块B输出高电平时，经过T2时间，通过第五电阻和第四电阻并流经次级线圈的反向电流使磁芯达到反向饱和，当导体中的承载电流矢量和不为零时，所述磁芯在该承载电流矢量和所产生的磁场作用下，将在T1时间和T2时间内产生相反的磁场变化，且在T1时间和T2时间磁场变化的差值大小与承载电流矢量和大小存在一一对应关系。

本发明还可进一步设置为所述的电压比较模块A和电压比较模块B可选用比较器或运算放大器或三极管放大电路。

本发明还可进一步设置为所述的自激振荡电路上还连接有一个低通滤波器，用于从自激振荡电路中提取到用于表征导体中承载电流矢量和大小和方向的变量。所述的低通滤波器上还连接有一个逻辑处理电路，用于精确分析低通滤波器提取到的变量。

本发明的有益效果是：采用上述结构，由于本发明为实现磁通门采样技术所运用的自激振荡电路主要由两个电压比较模块（电压比较模块A和电压比较模块B）和五个电阻（第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻）构成，因此结构十分简单、所需元器件极少，从而大大降低生产成本。工作时，自激振荡电路使磁芯不停的在正向饱和和反向饱和之间转换，通过利用铁磁材料的工作状态在磁化曲线反复摆动，从而提取出导体中的承载电流矢量和在铁磁材料感应的磁场强度，该提取优选由低通滤波器提取，并经逻辑处理电路进行精确分析。

附图说明

图1为本发明的电路图；

图2为本发明具体应用时所产生的磁滞回线图；

图3为本发明当导体中的承载电流矢量和为零时的波形图；

图4为本发明当导体中的承载电流矢量和不为零时的波形图。

具体实施方式

如图1所示给出了一种故障电流检测装置，包括有一个自激振荡电路1，所述的自激振荡电路1包括有一个用于承载电流的导体4、套装于所述导体上的磁芯3、次级线圈5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、电压比较模块A、电压比较模块B，所述的次级线圈5绕装于磁芯3上，且所述次级线圈5的两端分别与第四电阻R4和第五电阻R5的一端连接，第四电阻R4和第五电阻R5的另一端分别与电压比较模块A和电压比较模块B的输出端连接，第四电阻R4与次级线圈5相连接的这端还与电压比较模块A的同相输入端连接，第一电阻R1和第二电阻R2串联后连接到电源端，第一电阻R1和第二电阻R2之间的共同连接点还与电压比较模块A的反相输入端以及电压比较模块B的同相输入端连接，第三电阻R3跨接在电压比较模块A的输出端和其反相输入端之间，且第三电阻R3与电压比较模块A输出端之间的共同连接点还与电压比较模块B的反相输入端连接。在电压比较模块A输出高电平且电压比较模块B输出低电平时，经过T1时间，通过第四电阻R4和第五电阻R5并流经次级线圈5的正向电流Imax+使磁芯3达到正向饱和Bsat+；在电压比较模块A输出低电平且电压比较模块B输出高电平时，经过T2时间，通过第五电阻R5和第四电阻R4并流经次级线圈5的反向电流Imax-使磁芯3达到反向饱和Bsat-，当导体4中的承载电流矢量和IF不为零时，所述磁芯3在该承载电流矢量和IF所产生的磁场作用下，将在T1时间和T2时间内产生相反的磁场变化，且在T1时间和T2时间磁场变化的差值大小与承载电流矢量和IF大小存在一一对应关系。所述的电压比较模块A和电压比较模块B可选用比较器或运算放大器或三极管放大电路。所述的自激振荡电路1上还连接有一个低通滤波器2，用于从自激振荡电路1中提取到用于表征导体4中承载电流矢量和IF大小和方向的变量。所述的低通滤波器2上还连接有一个逻辑处理电路6，用于精确分析低通滤波器2提取到的变量。

采用上述结构，由于本发明为实现磁通门采样技术所运用的自激振荡电路1主要由两个电压比较模块（电压比较模块A和电压比较模块B）和五个电阻（第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5）构成，因此结构十分简单、所需元器件极少，从而大大降低生产成本。工作时，自激振荡电路1使磁芯3不停的在正向饱和Bsat+和反向饱和Bsat-之间转换，通过利用铁磁材料的工作状态在磁化曲线反复摆动，从而提取出导体4中的承载电流矢量和IF在铁磁材料感应的磁场强度，该提取优选由低通滤波器2提取，并经逻辑处理电路6进行精确分析。

本发明的工作原理为：电压比较模块A的反相输入端输入第一电阻R1和第二电阻R2对电源电压分压后得到的VCC/2电平，且引入电压比较模块A输出电平反馈，使得反相输入端的输入电平在VCC/2±Vout/X（x为反馈系数），作为基准电平，同相输入端直接引自串接第四电阻R4。当电压比较模块A输出高电平，电压比较模块B输出低电平时，电压比较模块A的反相输入端电平为VCC/2+Vout/X，流经次级线圈5的电流经T1时间迅速增大到Imax+，与此同时，电压比较模块A同相输入端电压减小到Vout-Imax*R4并使得与电压比较模块A反相输入端电压相等，此时电压比较模块A反转。当电压比较模块A输出低电平，电压比较模块B输出高电平时，电压比较模块A的反相输入端电平为VCC/2-Vout/X，流经次级线圈5的电流经T2时间由Imax+减小到Imax-，与此同时，电压比较模块A同相输入端电压增大到Vout+Imax*R4并使得与电压比较模块A反相输入端电压相等，此时电压比较模块A反转。电压比较模块B设计输出状态始终与电压比较模块A相反，从而自激振荡电路1一直振荡下去。在反复振荡过程中，由于磁芯3的电感作用会阻碍流经次级线圈5电流的变化。假设电路开始反转，电压比较模块A输出从高电平反转为低电平，而电压比较模块B输出从低电平反转为高电平。由于磁芯3的作用，流经次级线圈5的电流经T1时间从Imax+减小并达到Imax-时，电压比较模块A的同相输入端的电压大于反向输入端，电路又进行反转，电压比较模块A输出从低电平反转为高电平，而电压比较模块B输出从高电平反转为低电平，流经次级线圈的电流经T2时间从Imax-增大并达到Imax+，则我们得到T1时间和T2时间。等效的，我们也可以得到T1时间或T2时间内流过电阻的能量。

如图3所示当导体4中承载电流矢量和IF为零时，自激振荡电路1的高低电平持续T1时间和T2时间近似不变，低通滤波器2对电压比较模块A和电压比较模块B两个输出引脚之间的任意一点提取的电压的平均值均为定值。

如图4所示当导体4中承载电流矢量和IF不为零时，由于磁芯3受导体4中承载电流矢量和IF影响而出现感应磁场，假设导体4中承载电流矢量和IF产生的磁场方向与自激振荡电流产生的磁场方向相同，铁芯更容易趋向于正向饱和Bsat+，T1时间缩短，反之，导体4中承载电流矢量和IF产生的磁场方向与自激振荡电流产生的磁场方向相反，铁芯更容易趋向于反向饱和Bsat-，T1时间变长。低通滤波器2对电压比较模块A和电压比较模块B两个输出引脚之间的任意一点提取的电压的平均值在原有定值的基础上产生偏移。

当导体4中承载电流矢量和IF不为零且为交流时，为了能在低通滤波器2后提取交流信号，我们设计自激振荡电路1的振荡频率远大于所需要检测的交流电流，我们可以等效认为，在一个自激振荡周期内，导体4中的交流电流变化不大，但自激振荡电路1中的T1时间和T2时间已偏移。我们仍然能得到和此刻交流电流大小对应的T1时间和T2时间的差值，从而实现检测的目的。为了能够得到不失真的导体4中的承载电流矢量IF波形。自激振荡电路1的振荡频率的选择应能覆盖导体4中承载电流矢量IF的最高次谐波分量。由于电路的振荡电压分布或时间分布均与导体4内承载电流矢量和存在一一对应关系，我们还可以通过占空比或直接测量有效值变化来获取到对应的导体4电流值。

Claims (5)

1.一种故障电流检测装置，其特征在于：包括有一个自激振荡电路，所述的自激振荡电路包括有一个用于承载电流的导体、套装于所述导体上的磁芯、次级线圈、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、电压比较模块A、电压比较模块B，所述的次级线圈绕装于磁芯上，且所述次级线圈的两端分别与第四电阻和第五电阻的一端连接，第四电阻和第五电阻的另一端分别与电压比较模块A和电压比较模块B的输出端连接，第四电阻与次级线圈相连接的这端还与电压比较模块A的同相输入端连接，第一电阻和第二电阻串联后连接到电源端，第一电阻和第二电阻之间的共同连接点还与电压比较模块A的反相输入端以及电压比较模块B的同相输入端连接，第三电阻跨接在电压比较模块A的输出端和其反相输入端之间，且第三电阻与电压比较模块A输出端之间的共同连接点还与电压比较模块B的反相输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种故障电流检测装置，其特征在于：在电压比较模块A输出高电平且电压比较模块B输出低电平时，经过T1时间，通过第四电阻和第五电阻并流经次级线圈的正向电流使磁芯达到正向饱和；在电压比较模块A输出低电平且电压比较模块B输出高电平时，经过T2时间，通过第五电阻和第四电阻并流经次级线圈的反向电流使磁芯达到反向饱和，当导体中的承载电流矢量和不为零时，所述磁芯在该承载电流矢量和所产生的磁场作用下，将在T1时间和T2时间内产生相反的磁场变化，且在T1时间和T2时间磁场变化的差值大小与承载电流矢量和大小存在一一对应关系。

3.根据权利要求1或2所述的一种故障电流检测装置，其特征在于：所述的电压比较模块A和电压比较模块B为比较器或运算放大器或三极管放大电路。

4.根据权利要求1所述的一种故障电流检测装置，其特征在于：所述的自激振荡电路上还连接有一个低通滤波器，用于从自激振荡电路中提取到用于表征导体中承载电流矢量和大小和方向的变量。

5.根据权利要求4所述的一种故障电流检测装置，其特征在于：所述的低通滤波器上还连接有一个逻辑处理电路，用于精确分析低通滤波器提取到的变量。