CN107430153B

CN107430153B - 电流检测装置

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Publication number: CN107430153B
Application number: CN201580078712.8A
Authority: CN
Inventors: 森贡; 柏本耕太; 滨野惠太; 渡边佳正
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-04-10
Filing date: 2015-04-10
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2035-04-10
Also published as: CN107430153A; EP3282263A4; TW201636624A; JPWO2016163022A1; JP6305639B2; WO2016163022A1; TWI550279B; KR20170090468A; KR102071616B1; EP3282263B1; US10338104B2; EP3282263A1; US20170328933A1

Abstract

电流检测装置由下述部件构成：环状的磁体芯(2)，其在通电电流(Ia、Ib)流过的一对导线(1a、1b)的周围形成闭合磁路；励磁线圈(3)，其卷绕于磁体芯(2)；振荡电路部(4)，其将矩形波的输出电压施加至励磁线圈(3)；电源部(7)，其向振荡电路部(4)中生成矩形波的输出电压的运算放大器(11)进行电源供给；以及差电流计算部(6)，其对从电源部(7)流向运算放大器(11)的电源电流Id进行检测，对在一对导线(1a、1b)中流动的通电电流(Ia、Ib)的差电流ΔI进行计算。由此，抗噪性优异，并且能够将电流检测装置的结构简化。

Description

电流检测装置

技术领域

本发明涉及通过非接触的方式对导线中的漏电流进行检测的电流检测装置，其中，在该导线中流过直流、交流或者叠加有交流和直流。

背景技术

以往，作为电流检测装置，公开有下述结构，即，具有：励磁线圈，其以电绝缘、磁耦合的方式卷绕于将流过被测定电流的导线包围的磁芯；励磁单元，其与设定出的阈值相对应地，以使磁芯为饱和状态或其附近状态的形态，产生使供给至励磁线圈的励磁电流的极性反转的矩形波电压；以及电流检测单元，其基于从该励磁单元输出的矩形波电压的占空比变化而对被测定电流进行检测(例如，参照专利文献1。)。由此，能够以小型、低成本的形态进行大范围的微小电流检测而较少地受到周围环境条件的影响。

专利文献1：日本特开2012－2723号公报

发明内容

但是，在专利文献1的以往的电流检测装置中，为了知晓在导线中流动的通电电流的大小，另外需要用于对矩形波电压的占空比变化进行检测的、例如脉宽检测电路这样的检测电路，存在电流检测电路的增大化、制造成本增加这样的课题。

另外，存在如下课题，即，在将该电流检测装置与外部的控制装置连接，例如，作为漏电警报器使用的情况下，除了用于将驱动电源供给至电流检测电路的电源线以外，为了对矩形波电压的占空比变化进行检测，还需要连接信号线，另外，在控制装置被设置于远处的情况下，信号线变长，有可能引起由抗噪性的降低导致的误动作。

本发明就是为了解决上述的课题而提出的，其目的在于提供一种将漏电流的电流检测装置的结构简化，抗噪性优异的电流检测装置。

为了解决上述课题，本发明所涉及的电流检测装置的特征在于，具有：环状的磁体芯，其配置为在通电电流流过的多个导线的周围形成闭合磁路；励磁线圈，其卷绕于所述磁体芯；振荡电路部，其生成施加至所述励磁线圈的矩形波电压；电源部，其向所述振荡电路部的电源端子进行供电；以及差电流计算部，其由电流检测电路及差电流计算电路构成，该电流检测电路对从所述电源部流向所述振荡电路部的电源端子的电源电流进行检测，该差电流计算电路基于所述电源电流而对所述多个导线的通电电流的差电流进行计算。

发明的效果

根据本发明的电流检测装置，基于对漏电流进行检测的振荡电路部的电源端子中流动的电源电流的大小，对成为测定对象的导线中的该漏电流进行检测，因此抗噪性优异，并且不需要以往为了对矩形波电压的占空比变化进行检测所需的、例如脉宽检测电路这样的检测电路，具有能够将装置结构简化、能够抑制制造成本的效果。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的电流检测装置的概略结构的框图。

图2是表示图1所示的振荡电路部的详情的电路图。

图3是表示图1所示的差电流计算部的详情的电路图。

图4是表示图2所示的振荡电路部的输出电压和励磁电流的波形图。

图5是表示通过图3所示的电流检测电路检测出的电源电流的波形图。

图6是表示实施方式2所涉及的电流检测装置的概略结构的框图。

具体实施方式

下面，参照图1至图6，对本发明的实施方式所涉及的电流检测装置的详情进行说明。

实施方式1.

图1是表示实施方式1所涉及的电流检测装置的整体结构的框图，图2是表示电流检测装置中的振荡电路部的详情的电路图，图3是表示差电流计算部的详情的电路图，图4是表示振荡电路部的输出电压和励磁电流的波形图，另外，图5是表示通过电流检测电路检测出的电源电流的波形图。

首先，使用图1至图3，对实施方式1所涉及的电流检测装置的概略结构进行说明。电流检测装置由下述部件构成：环状的磁体芯2，其在一对导线1a、1b的周围形成闭合磁路，该一对导线1a、1b配置为将环的中央部贯通，彼此在相反方向上各自流过通电电流Ia、Ib；励磁线圈3，其卷绕于磁体芯2；振荡电路部4，其将输出电压Va施加至励磁线圈3；电源部7，其向运放(Operational Amplifier，下面，称为运算放大器。)11的正电源端子11a及负电源端子11b供电，该运算放大器11构成振荡电路部4中生成矩形波的输出电压Va的比较器电路；以及差电流计算部6，其由电流检测电路6a及差电流计算电路6b构成，该电流检测电路6a对从电源部7流向运算放大器11的正电源端子11a的电源电流Id进行检测，该差电流计算电路6b基于电源电流Id而对通电电流Ia和通电电流Ib的差电流ΔI(＝Ia－Ib)进行计算。此外，在实施方式1中，例如，作为导线以商用的单相交流的一对导线的情况为例而进行说明。

如图2所示，振荡电路部4由运算放大器11和无源元件(电阻)12～14构成。运算放大器11的非反转输入端子E设计为，例如经由20kΩ的电阻14而与输出端子F连接，作为比较器电路进行动作。另外，例如，通过设为3kΩ的电阻13和电阻14，设定供给至非反转输入端子E的基准电压Vth，然后，将该基准电压Vth与由例如设为10Ω的电阻12和励磁线圈3生成且被施加至反转输入端子D的电压Vd进行逐次比较，其结果，从输出端子F输出与电压Vd相对应的矩形波的输出电压Va。在这里，励磁线圈3连接于反转输入端子D和输出端子F之间。另外，在经由后面记述的差电流计算部6而被供给直流电压的振荡电路部4的正电源端子4a和负电源端子4b之间，串联连接了具有相同电阻值的电阻15及电阻16，例如，10kΩ，电阻15和电阻16的连接点接地，成为中间电位17。

如图3所示，差电流计算部6由电流检测电路6a和差电流计算电路6b构成，该电流检测电路6a设置于电源部7和振荡电路部4之间，从电源部7经由振荡电路部4的正电源端子4a及负电源端子4b，对运算放大器11的正电源端子11a及负电源端子11b进行供电，并且对在正电源端子11a中流动的电源电流Id进行检测，该差电流计算电路6b基于该电源电流Id，对通电电流Ia和通电电流Ib的差电流ΔI(＝Ia－Ib)进行计算。电流检测电路6a对在电源部7的正输出端子7a和振荡电路部4的正电源端子4a之间设置的例如10Ω的电阻6c中流动的电源电流Id进行检测。在这里，预先通过实验等求出电源电流Id和差电流ΔI的关系，差电流计算电路6b根据该电源电流Id对差电流ΔI进行计算，求出漏电流。

在这里，将在励磁线圈3中流动的励磁电流设为Ie。另外，励磁线圈3的卷绕匝数例如为1000匝，从电源部7的正输出端子7a及负输出端子7b向差电流计算部6供电的直流电压例如为+6V、－6V。

接下来，对实施方式1中的电流检测装置的动作进行说明。

如图1所示，导线1a、1b是供通电电流Ia及通电电流Ib流动的导线，配置为将磁体芯2的环状的中央部贯通。在该导线1a、1b中，通常分别流动有几十～几百A的电流，但如果导线健全，则由于在导线1a、1b中流动的电流的朝向相反，因此其矢量和成为零。但是，在发生了漏电、接地故障等事故的情况下，矢量和不为零，流过几mA至几百mA左右的微小的漏电流。因此，通过对在事故中产生的该微小漏电流进行检测，从而能够检测出漏电、接地故障。

图4是表示图2所示的振荡电路部4的输出电压Va及励磁电流Ie的波形图，图4(a)是没有漏电流的情况下的输出电压Va，(b)是没有漏电流的情况下的励磁电流Ie，(c)是有漏电流且在流过导线1a和导线1b的通电电流Ia和通电电流Ib之间产生了微小的差电流ΔI(＝Ia－Ib)的情况下的输出电压Va，(d)是有漏电流且在流过导线1a和导线1b的通电电流Ia和通电电流Ib之间产生了微小的差电流ΔI的情况下的励磁电流Ie。

另外，图5是由电流检测电路6a对流过图3所示的差电流计算部6的电阻6c的电流进行检测而得到的电源电流Id，即，在运算放大器11的正电源端子11a中流动的电流的波形图。电源电流Id能够通过对电阻6c的两端的电压进行测定的压降法而容易地检测。此外，在图5中，分别由粗线A示出有漏电流的情况，由细线B示出没有漏电流的情况。

如图4(a)所示，在时刻t1，如果运算放大器11的输出电压Va成为高电平，则其被施加至励磁线圈3。因此，励磁线圈3通过输出电压Va和与电阻12的电阻值相对应的励磁电流Ie而被励磁。励磁电流Ie与磁体芯2所具有的B－H特性相对应，从输出电压Va的上升时刻t1起逐渐地不断增加，但如果磁体芯2达到至饱和区域，则励磁线圈3的阻抗急剧地降低，励磁电流Ic急剧地增加。

此时，励磁线圈3和电阻12的连接点即运算放大器11的反转输入端子D侧的电压Vd，与励磁线圈3的励磁电流Ie的增加相对应地上升，如果超过非反转输入端子E侧的基准电压Vth，则运算放大器11的输出电压Va如图4(a)的t2所示，反转为低电平。流过励磁线圈3的励磁电流Ie也与其相对应地如图4(b)所示转为减少。

因此，输出电压Va成为反复呈高电平及低电平的矩形波电压，振荡电路部4作为非稳定多谐振荡器进行工作。关于励磁线圈3的励磁电流Ie，在流过导线1a和导线1b的通电电流Ia和通电电流Ib的差电流ΔI为零时，成为大致以电流“0”为中心而反复增加及减少的对称波形。

与此相对，如果在流过导线1a和导线1b的通电电流Ia和通电电流Ib之间产生差，则磁体芯2的B－H特性与该差电流ΔI相对应地移位，因此如图4(c)的时刻t3所示，在电感由于磁饱和而消失的定时(timing)发生变化，输出电压Va在反复呈高电平及低电平的周期中，高电平的期间延长。此时，励磁电流Ie如图4(d)所示，成为相对于电流“0”而施加有+的偏置的状态。

通过电流检测电路6a进行检测的运算放大器11的电源电流Id也如图5所示，与在导线1a和导线1b中流动的通电电流Ia和通电电流Ib的差电流ΔI为零时进行比较，在有差电流ΔI的情况下，运算放大器11的电源电流Id增加。因此，预先测定出在导线1a和导线1b中流动的通电电流Ia和通电电流Ib的差电流ΔI为零的情况下的在运算放大器11的正电源端子11a中流动的电源电流Io，从产生了差电流ΔI时的电源电流Id减去差电流ΔI为零的情况下的电源电流Io，由此能够得到与励磁电流Ie成正比的测定量而无需对励磁电流Ie进行直接测定。

具体地说，只要针对根据电阻6c的两端电压而得到的运算放大器11的电源电流Id，实施一定期间的移动平均处理，在将预先测定出的电源电流Io减去后，进行与规定的阈值的比较处理即可。由此，能够通过非接触的方式对导线的漏电进行检测。

此外，在实施方式1中，以使用运算放大器构成比较器电路的情况为例进行了说明，但也可以是由独立电子电路部件构成比较器电路的情况，并不限定于使用运算放大器的情况。

另外，矩形波电压的频率只要比从所要测定的导线流过的电流的频率高即可，并不特别限定于此。

由此，在通电电流流过的导线中由于漏电等而产生了漏电流的情况下，能够对漏电流进行检测，能够将本实施方式的电流检测装置向漏电断路器、漏电警报器进行应用。

如上所述，根据实施方式1所涉及的电流检测装置，设为基于在振荡电路部的电源端子中流动的电源电流的大小而对作为测定对象的导线中的漏电流进行检测，由此具有如下效果，即，能够将装置结构简化，并且无需以往为了对矩形波电压的占空比变化进行检测所需的、例如脉宽检测电路这样的检测电路，具有能够抑制制造成本的效果。

实施方式2.

图6是表示实施方式2所涉及的电流检测装置的整体结构的框图。与实施方式1所涉及的电流检测装置的差异为，能够分离成由磁体芯2、励磁线圈3及振荡电路部4构成的电流传感器部分10a、由差电流计算部6和电源部7构成的电流检测部分10b，能够将电流传感器部10a和电流检测部10b设置在远离开的场所。实施方式2的电流检测装置的结构、动作由于与实施方式1的电流检测装置的情况相同，因此省略说明。

关于本发明中的电流检测装置，在电流检测时利用的是在振荡电路部4的比较器电路的正电源端子11a中流动的电源电流Id的变化，因此即使电流传感器部分10a和电流检测部分10b远离，即使将这些部件连结的振荡电路部4的电源用配线变长，与如以往的电流检测装置那样延长对励磁电流的检测信号进行传送的信号线的情况相比较，也难以受到噪声的影响，另外，由于不需要信号线，因此能够将电流检测装置简化。由此，能够从远处对导线的漏电流进行监视，能够与外部的控制装置连接而作为例如漏电警报器使用。

如上所述，根据实施方式2所涉及的电流检测装置，具有与实施方式1相同的效果，并且将电流检测装置分离成电流传感器部分和电流检测部分，即使设置在远离开的场所，由于在漏电流的检测时利用的是在振荡电路部的电源端子中流动的电源电流的变化，不使用如以往那样对励磁电流的检测信号进行传送的信号线，因此也难以受到噪声的影响，另外，由于不需要信号线，因此能够将电流检测装置的结构简化，具有能够减少制造成本的效果。

此外，在本实施方式中，针对导线为一对的用于单相交流的情况下的电流检测装置进行了说明，但即使在用于三相交流的情况下，导线为3根，如果没有漏电流，则其矢量和成为零，因此也能够同样地应用。在直流用电流检测装置的情况下也是同样的。

另外，本发明在其发明的范围内，能够将各实施方式自由地组合，或者对各实施方式进行适当的变形、省略。

另外，在图中，同一标号表示相同或者相当的部分。

标号的说明

1a、1b导线，2磁体芯，3励磁线圈，4振荡电路部，4a正电源端子，4b负电源端子，6差电流计算部，6a电流检测电路，6b差电流计算电路，6c电阻，7电源部，10a电流传感器部分，10b电流检测部分，11运算放大器，11a正电源端子，11b负电源端子，12～17电阻。

Claims

1.一种电流检测装置，其特征在于，具有：

环状的磁体芯，其配置为在通电电流流过的多个导线的周围形成闭合磁路；

励磁线圈，其卷绕于所述磁体芯；

振荡电路部，其生成施加至所述励磁线圈的矩形波电压；

电源部，其向所述振荡电路部的电源端子进行供电；以及

差电流计算部，其由电流检测电路及差电流计算电路构成，该电流检测电路对从所述电源部流向所述振荡电路部的电源端子的电源电流进行检测，该差电流计算电路基于所述电源电流而对所述多个导线的通电电流的差电流进行计算。

2.根据权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，

所述差电流计算部及所述电源部与所述振荡电路部分离，设置在远离开的场所。