CN110780250A - 一种剩余电流检测的自动校准系统及方法 - Google Patents

一种剩余电流检测的自动校准系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种剩余电流检测的自动校准系统及方法：获取传感器工作在零点的信号，确定被检测的电流回路处于断开状态；基于所述电流回路断开，发出控制信号，确定正向的剩余电流信号；基于所述正向的剩余电流信号，计算所述正向的剩余电流信号对应的有效值为；本发明通过标定的两个非零基准点，来确定传感器的校准目的，提高了校准的精准度，避免了假零点对校准结果的干扰。

Description

一种剩余电流检测的自动校准系统及方法
技术领域
本发明属于剩余电流传感器领域，具体涉及一种剩余电流检测的自动校准系统及方法。
背景技术
剩余电流传感器，用检测电流产生的磁场大小来标定剩余电流的大小。现在的剩余电流传感器在实际使用中的检测精度会随着环境磁场和环境温度的变化产生偏差。常规的提升精度的方法是通过温度补偿，温度补偿的缺点是需要实时检测环境温度，且不同传感器的温度补偿特性有差别。而且温度补偿不能解决环境磁场变化带来的零点漂移。最有效的提高传感器的精度的方法是定期对传感器的输出进行校准。
发明内容
本发明上述问题，克服上述检测技术的缺陷，提出一种剩余电流检测的自动校准系统及方法，不校准传感器的零点，通过校准传感器的正负剩余电流信号，达到校准传感器的目的。本方案具有高精度、高可靠、易于实现等特点，可以提高剩余电流保护的可靠性。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种剩余电流检测的自动校准方法：
获取传感器工作在零点的信号，确定被检测的电流回路处于断开状态；
基于所述电流回路断开，发出控制信号，确定正向的剩余电流信号；
基于所述正向的剩余电流信号，计算所述正向的剩余电流信号对应的有效值为
Figure 554606DEST_PATH_IMAGE002
。
较佳的，基于所述电流回路断开，发出控制信号，确定反向的剩余电流信号；
基于所述反向的剩余电流信号，计算所述正向的剩余电流信号对应的有效值为
Figure 628872DEST_PATH_IMAGE004
。
较佳的，基于正向与反向剩余电流信号所对应的有效值
Figure 406073DEST_PATH_IMAGE005
和，确定剩余电流的线性曲线，达到校准传感器的目的。
较佳的，还包括自动校准模块、信号采集模块、微处理器模块、校准信号输入模块和自动校准程序模块；所述自检线圈分别与所述自动校准模块、所述信号采集模块连接；所述微处理器模块分别与所述自动校准模块、所述信号采集模块、所述校准信号输入模块和所述自动校准程序模块连接。
较佳的，所述微处理器模块：读取采集到的信号，控制标准直流漏电流的的电流方向，驱动自动校准程序的运行；
所述自动校准模块：在所述自检线圈中产生正向或者反向的标准直流漏电流；
所述信号采集模块：采集所述自检线圈产生的信号数据，传达给所述微处理器模块；
所述校准信号输入模块：基于所述自检线圈中产生正向或者反向的标准直流漏电流，传达至所述微处理器模块；
所述自动校准程序模块：接收所述微处理器模块的指令，通过计算有效值达到自动校准的功能。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.定期对传感器进行自动校准可以提高传感器的精度和可靠性。由于传感器的磁芯存在磁滞效应，线路中的正向或者反向剩余电流消失后，磁芯中的剩磁会使传感器产生一个假零点，因此传统的零点校准方法无法保证传感器的精度。本发明通过校准传感器的正负剩余电流信号，达到精确校准传感器的目的。
2.本发明针对现有的技术状况，提供一种剩余电流检测的自动校准方法，不校准传感器的零点，通过校准传感器的正负剩余电流信号，本方案具有高精度、高可靠、易于实现等特点，可以提高剩余电流保护的可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的系统结构图；
图2是本发明的自动校准电路；
图3是本发明的自动校准程序流程图；
图4是本发明的磁芯绕组实物示意图；
图中：1自检线圈、2自动校准模块、3信号采集模块、4微处理器模块、5校准信号输入模块、6自动校准程序模块、7磁芯、8主线圈、9校准线圈。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种剩余电流检测装置实物中，包括外壳、磁芯绕组、屏蔽罩、电路板四大部分，所述磁芯绕组、屏蔽罩及线路板设置在外壳内，并用环氧树脂进行灌封。所述屏蔽罩罩在磁芯绕组上，所述磁芯绕组与所述电路板电连接。所述电路板包含微处理器电路、信号采集电路和自动校准电路。
所述的自动校准电路与校准线圈电连接，自动校准电路能在校准线圈中产生正向或者反向的标准直流漏电流。标准直流漏电流的电流方向受微处理器控制，微处理器分别读取产生正反向标准直流漏电流时的低通滤波器电路的波形有效值
Figure 888187DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 140046DEST_PATH_IMAGE009
达到自动校准的功能。
如图1，一种剩余电流检测的系统框图，包括磁芯绕组，所述磁芯绕组包括环形磁芯、激励线圈绕组和校准线圈绕组；所述激励线圈绕组与信号采样电路连接；所述信号采样电路和微处理器电路连接；所述校准线圈绕组和自动校准电路连接；所述微处理器电路分别与自动校准电路，信号采样电路连接。
如图2，本发明的自动校准模块的具体电路，主要功能是提供标准的正反向剩余电流。芯片U1是H桥驱动芯片，可以根据INA和INB的逻辑电平控制OUTA和OUTB的输出高低电平，达到调节剩余电流方向的功能，优先的OUTA和OUTB高电平为5V,低电平为0V。通过调节电阻Ra和自检线圈的圈数，使剩余电流达到额定值。优选的额定剩余电流为30mA,自检线圈圈数6圈，电阻Ra为1000Ω，通过控制驱动芯片U1可以产生±30mA的额定剩余电流。
如图3所示,为本发明的自动校准程序：
微处理器实现剩余电流检测自动校准的程序分为以下三步：
第一步，微处理器检测到被测的电流回路处于断开状态，触发自动校准程序，微处理器发出控制信号给U1，使OUTA输出5V,OUTB输出0V,产生正向的30mA直流剩余电流信号，微处理器读取此刻的剩余电流数据Ua，标定为30mA的剩余电流。
第二步，微处理器发出控制信号给U1，使OUTA输出0V,OUTB输出5V,产生反向的30mA直流剩余电流信号，微处理器读取此刻的剩余电流数据，标定为-30mA的剩余电流。
第三步，通过标定的±30mA的两个点，确定剩余电流的线性曲线，达到校准传感器的目的，当前的剩余电流
Figure DEST_PATH_IMAGE013
与当前的剩余电流数据
Figure DEST_PATH_IMAGE015
相等时，即为校准成功。
如图4示，为剩余电流检测线圈磁芯绕组结构示意图。
所述磁芯7采用环形闭合磁芯，用纳米晶或坡莫合金材料制成，磁芯环路漏磁很小，可以准确地检测小电流，同时降低外界磁场干扰。
所述主线圈8的匝数为20~150匝。
所述校准线圈9的匝数为1~20匝。
所述主线圈8及校准线圈9所用的材质均为漆包线。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种剩余电流检测的自动校准方法，其特征在于：
获取传感器工作在零点的信号，确定被检测的电流回路处于断开状态；
基于所述电流回路断开，发出控制信号，确定正向的剩余电流信号；
基于所述正向的剩余电流信号，计算所述正向的剩余电流信号对应的有效值为。
2.根据权利要求1所述剩余电流检测的自动校准方法，其特征在于：
基于所述电流回路断开，发出控制信号，确定反向的剩余电流信号；
基于所述反向的剩余电流信号，计算所述正向的剩余电流信号对应的有效值为
Figure 905911DEST_PATH_IMAGE004
。
3.根据权利要求2所述剩余电流检测的自动校准方法，其特征在于：
基于正向与反向剩余电流信号所对应的有效值和
Figure 746008DEST_PATH_IMAGE006
，确定剩余电流的线性曲线，达到校准传感器的目的。
4.一种剩余电流检测的自动校准系统，包括自检线圈（1），其特征在于：还包括自动校准模块（2）、信号采集模块（3）、微处理器模块（4）、校准信号输入模块（5）和自动校准程序模块（6）；所述自检线圈（1）分别与所述自动校准模块（2）、所述信号采集模块（3）连接；所述微处理器模块（4）分别与所述自动校准模块（2）、所述信号采集模块（3）、所述校准信号输入模块（5）和所述自动校准程序模块（6）连接。
5.根据权利要求4所述剩余电流检测的自动校准系统，其特征在于：
所述微处理器模块（4）：读取采集到的信号，控制标准直流漏电流的电流方向，驱动自动校准程序的运行；
所述自动校准模块（2）：在所述自检线圈（1）中产生正向或者反向的标准直流漏电流；
所述信号采集模块（3）：采集所述自检线圈（1）产生的信号数据，传达给所述微处理器模块（4）；
所述校准信号输入模块（5）：基于所述自检线圈（1）中产生正向或者反向的标准直流漏电流，传达至所述微处理器模块（4）；
所述自动校准程序模块（6）：接收所述微处理器模块（4）的指令，通过计算有效值达到自动校准的功能。
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