CN111090001A - 一种剩余电流的测试系统及方法 - Google Patents

一种剩余电流的测试系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111090001A
CN111090001A CN201910998152.8A CN201910998152A CN111090001A CN 111090001 A CN111090001 A CN 111090001A CN 201910998152 A CN201910998152 A CN 201910998152A CN 111090001 A CN111090001 A CN 111090001A
Authority
CN
China
Prior art keywords
residual current
current
sampling
metering
testing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910998152.8A
Other languages
English (en)
Inventor
孙林忠
马巧娟
胡萌
余武军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Hengye Electronic Co ltd
Original Assignee
Zhejiang Hengye Electronic Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Hengye Electronic Co ltd filed Critical Zhejiang Hengye Electronic Co ltd
Priority to CN201910998152.8A priority Critical patent/CN111090001A/zh
Publication of CN111090001A publication Critical patent/CN111090001A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques

Abstract

本发明公开一种剩余电流的测试系统及方法，其中，本发明涉及的一种剩余电流的测试系统，包括：剩余电流采样电路、计量芯片；所述剩余电流采样电路包括穿心互感器、采样模块；所述穿心互感器用于采集剩余电流数据；所述采样模块用于对采集到的剩余电流数据进行信号采样得到剩余电流的模拟信号；所述计量芯片用于将所述采样到的剩余电流的模拟信号进行计算得到剩余电流的电流值。本发明减小了PCB板的面积，电路布线也简单了，降低了低功耗，增强了抗干扰能力，提高了安全性，提高了测量的稳定性和可靠性。

Description

一种剩余电流的测试系统及方法
技术领域
本发明涉及电流测试技术领域，尤其涉及一种剩余电流测试系统及方法。
背景技术
剩余电流，是指低压配电线路中各相(含中性线)电流矢量和不为零的电流。通俗讲当用电侧发生了事故,电流从带电体通过人体流到大地，使主电路进出线中的电流I相和I中的大小不相等，此时电流的瞬时矢量合成有效值称为剩余电流，俗称漏电。
现有测试漏电流(剩余电流)的技术方法是采用分立式的电流采样检测电路和单片机(FM33A036或FM33A048等)实现的，电路图如图1和图2所示。
采样一个半周波，只测正半周，采用一或两个二极管的方式。其半波有效值实现简要说明：
1、概述
该历程提供的半波有效值由半个周波内的隔点采样点平方和开方得到；其中半周波的判断，是由采样数据符号位改变为依据。平方及求和在中断内计算，开方在主程序内计算；
2、开方函数：
函数原型：uint32_t_isqrt64(long long num)；
描述：进行开方运算(获取半波有效值，对一个周波采样点平方和进行开方计算)；
输入参数：待开方数据；
输出参数：开方后的结果；
返回值：无。
3、计量采样中断处理函数：
函数原型：void EMU_HANDLER(void)
描述：实现数据隔点采样，采样点平方及求和运算(半周波内取32点用于半波有效值的计算)
输入参数：待开方数据；
输出参数：开方后的结果；
返回值：无。
4、主要变量说明：
Emu.RMS_Sum[i]：平方和临时存放变量
Emu.RMS_SumOut[i]：半波内隔点采样点平方和变量
Emu.RMS_Out[i]：半波有效值变量
注：该程序内数组取值1,2，对应IA,IB两路电流通路的半波有效值；
由剩余电流采样检测电路将剩余电流采样信号进行运放后，输出模拟信号AD_Ik和PHASE_Ik送入单片机，分别由单片机的第44脚和第24脚输入，进行模、数转换等数据处理工作，如图2所示。
漏电流(剩余电流)值检测实现过程方法如下图3所示：
校正顺序：电压系数/偏移校正—>电流系数/偏移校正(可选)—>剩余电流幅值系数/偏移校正—>剩余电流角度校正。
分钟、日最大剩余电流值是如何记录的，如下图4所示：
记录功能：记录带时标的每分钟剩余电流最大值；记录最近62天的日最大剩余电流值及发生时刻。
在一个周期内(T＝20ms)，对信号进行等间隔时间的AD转换64次，将转换后的数据进行处理，并按真有效值算法(平方和)计算可得到对应的运行参数值。此部分程序由定时器控制执行，执行周期为0.3125ms。由于采样的重要性最高，在执行期间不可嵌套其它中断，且此中断要有较高的中断优先级。
由定时器定时产生中断执行本程序，此时间越精准，得到的采样结果将越准确。为了提高精确度，特采用特定的主频8MHz，使得8000*0.3125＝2500，保证定时计数的完整性。
现有技术的缺陷：
现有测试漏电流(剩余电流)采用分立式的电流采样检测电路的技术方案存在如下缺陷：
1、分立式的电流采样检测电路的元器件繁多，从而使PCB板的面积要增加，电路布线复杂，抗干扰能力不强，测量的稳定性不是很理想。
2、测量准确度(精度)不高；
3、测量范围窄，只能测量50mA—1000mA以内；
4、元器件成本高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种剩余电流的测试系统及方法，减小了PCB板的面积，电路布线也简单了，降低了低功耗，增强了抗干扰能力，提高了安全性，提高了测量的稳定性和可靠性。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种剩余电流的测试系统，包括：剩余电流采样电路、计量芯片；所述剩余电流采样电路包括穿心互感器、采样模块；
所述穿心互感器用于采集剩余电流数据；所述采样模块用于对采集到的剩余电流数据进行信号采样得到剩余电流的模拟信号；所述计量芯片用于将所述采样到的剩余电流的模拟信号进行计算得到剩余电流的电流值。
进一步的，所述计量芯片包括AD转换器，所述对采样到的剩余电流的模拟信号进行计算包括将采样到的模拟信号通过AD转换器转换为数字信号。
进一步的，所述计量芯片包括校正模块，用于将通过AD转换器转换得到的数字信号经校正模块校正得到剩余电流的电流值。
进一步的，所述校正模块中对数字信号进行校正包括对电压系数、电流系数、剩余电流幅值系数、剩余电流角度系数进行校正。
进一步的，所述计量芯片为SOC芯片，所述SOC芯片包括计量功能。
进一步的，所述采样模块包括二极管、数个电阻、数个电容。
相应的，还提供了一种剩余电流的测试方法，包括步骤：
S1.通过穿心互感器采集剩余电流数据；
S2.通过采样模块对采集到的剩余电流数据进行信号采样得到剩余电流的模拟信号；
S3.通过计量芯片将所述采样到的剩余电流的模拟信号进行计算得到剩余电流的电流值。
进一步的，所述计量芯片包括校正模块，将通过AD转换器转换得到的数字信号经校正模块校正得到剩余电流的电流值。
进一步的，所述计量芯片包括校正模块，将通过AD转换器转换得到的数字信号经校正模块校正得到剩余电流的电流值。
进一步的，所述计量芯片为SOC芯片，所述SOC芯片包括计量功能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、通过电流采样和计量芯片的检测电路明显减少了较多的元器件，即可以直接加简单的外围器件(电阻，电容等)就可以达到了漏电流检测的目的，从而减小了PCB板的面积，电路布线也简单了，降低了低功耗，增强了抗干扰能力，提高了安全性，提高了测量的稳定性和可靠性；
2、测量准确度(精度)高；
3、测量范围宽，检测范围可在5mA～2000mA；
4、简单的电流采样电路和带计量功能的SOC芯片的漏电流检测电路有效地降低了元器件成本，MCU采用M0处理器，以接近8位系统的成本即可获取32 位系统的性能，性价比高，提高了产品的市场竞争力。
附图说明
图1是背景技术提供的分立式电流采样的电流检测电路示意图；
图2是背景技术提供的电流检测信号输入单片机数据处理示意图；
图3是背景技术提供的剩余电流检测的实现方法示意图；
图4是背景技术提供的分钟、日最大剩余电流值记录方法示意图；
图5是实施例一提供的一种剩余电流的测试系统结构图；
图6是实施例一、二提供的剩余电流采样电路示意图；
图7是实施例一、二提供的电流采样信号输入计量芯片处理得到电流检测信号并由计量芯片进行数据处理示意图；
图8是实施例一提供的剩余电流检测的实现方法示意图；
图9是实施例一提供的分钟、日最大剩余电流值记录方法示意图；
图10是实施例二提供的一种剩余电流的测试系统方法流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种剩余电流的测试系统及方法。
实施例一
本实施例的一种剩余电流的测试系统，如图5所示，包括：剩余电流采样电路11、计量芯片12；所述剩余电流采样电路包括穿心互感器、采样模块；
所述穿心互感器用于采集剩余电流数据；所述采样模块用于对采集到的剩余电流数据进行信号采样得到剩余电流的模拟信号；所述计量芯片用于将所述采样到的剩余电流的模拟信号进行计算得到剩余电流的电流值。
在本实施例中，为解决目前技术方案中测量准确度(精度)不高，测量范围窄问题。采用剩余电流采样电路和24位的计量芯片内部的检测电路来实现测试剩余电流的技术方法。电路图如图6和图7所示。
采样模块包括二极管、数个电阻、数个电容，本实施例中的电阻为3个，电容为2个。
由剩余电流采样电路采集的剩余电流数据，并进行信号采样得到剩余电流的模拟信号，将剩余电流采样的模拟信号IBP和IBN送入计量芯片中，分别由计量芯片的第8脚IBP和第9脚IBN输入至其内部进行计算得到剩余电流的电流值。
计量芯片包括AD转换器、校正模块，其中计量芯片为带计量功能SOC芯片。
分别由计量芯片的第8脚IBP和第9脚IBN输入至其内部进行计算得到剩余电流的电流值具体为由SOC芯片的第8脚和第9脚输入至其计量模块并通过AD转换器将采样到的模拟信号转换为数字信号，并将通过AD转换器转换得到的数字信号经校正模块校正得到剩余电流的电流值。
在本实施例中，对数字信号进行校正包括对电压系数、电流系数、剩余电流幅值系数、剩余电流角度系数进行校正。
在本实施例中，采样一个半周波，对其半波有效值实现简要说明：
1、概述
本历程提供的半波有效值由半个周波内的隔点采样点平方和开方得到；其中半周波的判断，是由采样数据符号位改变为依据。平方及求和在中断内计算，开方在主程序内计算；
2、开方函数：
函数原型：uint32_t_isqrt64(long long num)
描述：进行开方运算(仅做两路电流的半波有效值计算，获取半波有效值，对一个周波采样点平方和进行开方计算)；
输入参数：待开方数据；
输出参数：开方后的结果；
返回值：无。
3、计量采样中断处理函数：
函数原型：void EMU_HANDLER(void)；
描述：实现数据隔点采样，采样点平方及求和运算；
EMU->SPCMD＝0xe5：开启EMU寄存器写使能；
EMU->IF＝0x400：清emu采样中断标志(半周波内取36点用于半波有效值的计算)；
Emu.RMS_CntFlag＝1：控制隔点采样；
if(spl_reg[1])：负半波数据处理；
if(spl_reg[2])：负半波数据处理；
if(Emu.Adc_Last[1])：IA采样数据符号改变，则结束上一半波数据采样，输出上一半波的采样点平方和，并开始下一半波采样点平方和计算；
当Emu.RMS_SumOut[1]＝Emu.RMS_Sum[1]时输出IA上一半波的采样点平方和；
当Emu.RMS_SumOut[2]＝Emu.RMS_Sum[2]时输出IB上一半波的采样点平方和；
当Emu.RMS_Flag＝1时置位半波有效值计算标记(即可进行开方运算标记)；
当adc[1]*adc[1]时IA采样点平方及求和；
当adc[2]*adc[2]时IB采样点平方及求和；
输入参数：待开方数据；
输出参数：开方后的结果；
返回值：无。
4、主要变量说明：
Emu.RMS_Sum[i]：平方和临时存放变量；
Emu.RMS_SumOut[i]：半波内隔点采样点平方和变量；
Emu.RMS_Out[i]：半波有效值变量；
注：本程序内数组取值1,2，对应IA,IB两路电流通路的半波有效值。
在本实施例中，剩余电流值检测实现过程方法如图8所示：
通过穿心互感器采集电流数据，经过信号采样，经由MCU内的AD转换器转换成数字信号，最后经校正系数运算后得出正确的剩余电流电流值。
在本实施例中MCU即SOC芯片。
校正顺序：电压系数/偏移校正—>电流系数/偏移校正(可选)—>剩余电流幅值系数/偏移校正—>剩余电流角度校正。
检测范围可在5mA～2000mA。
对总保的额定剩余电流的选择规定如下：
干燥地区：Ⅰ挡(正常使用)为50mA；Ⅱ挡(暂时使用)为200mA；
潮湿地区：Ⅰ挡(正常使用)为100mA,Ⅱ挡(暂时使用)为300mA。
在本实施例中，分钟、日最大剩余电流值是如何记录的，如图9所示：
记录功能：记录带时标的每分钟剩余电流最大值；记录最近62天的日最大剩余电流值及发生时刻。
在一个周期内(T＝20ms)，对信号进行AD转换、有效算法、由定时器定时产生中断等技术手段，精确得出每个周期内的剩余电流值。而每秒、每分钟、每天的剩余电流最大值则在周期内的剩余电流的基础上依次采用递进的方式得出，并将每分钟、每天的剩余电流最大值存储在寄存器内。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、通过电流采样和计量芯片的检测电路明显减少了较多的元器件，即可以直接加简单的外围器件(电阻，电容等)就可以达到了漏电流检测的目的，从而减小了PCB板的面积，电路布线也简单了，降低了低功耗，增强了抗干扰能力，提高了安全性，提高了测量的稳定性和可靠性；
2、测量准确度(精度)高；
3、测量范围宽，检测范围可在5mA～2000mA；
4、简单的电流采样电路和带计量功能的SOC芯片的漏电流检测电路有效地降低了元器件成本，MCU采用M0处理器，以接近8位系统的成本即可获取32 位系统的性能，性价比高，提高了产品的市场竞争力。
实施例二
本实施例的一种剩余电流的测试方法，如图10所示，包括步骤：
S11.通过穿心互感器采集剩余电流数据；
S12.通过采样模块对采集到的剩余电流数据进行信号采样得到剩余电流的模拟信号；
S13.通过计量芯片将所述采样到的剩余电流的模拟信号进行计算得到剩余电流的电流值。
在本实施例中，为解决目前技术方案中测量准确度(精度)不高，测量范围窄问题。采用剩余电流采样电路和24位的计量芯片内部的检测电路来实现测试剩余电流的技术方法。电路图如图6和图7所示。
采样模块包括二极管、数个电阻、数个电容，本实施例中的电阻为3个，电容为2个。
由剩余电流采样电路采集的剩余电流数据，并进行信号采样得到剩余电流的模拟信号，将剩余电流采样的模拟信号IBP和IBN送入计量芯片中，分别由计量芯片的第8脚IBP和第9脚IBN输入至其内部进行计算得到剩余电流的电流值。
计量芯片包括AD转换器、校正模块，其中计量芯片为带计量功能SOC芯片。
分别由计量芯片的第8脚IBP和第9脚IBN输入至其内部进行计算得到剩余电流的电流值具体为由SOC芯片的第8脚和第9脚输入至其计量模块并通过 AD转换器将采样到的模拟信号转换为数字信号，并将通过AD转换器转换得到的数字信号经校正模块校正得到剩余电流的电流值。
在本实施例中，对数字信号进行校正包括对电压系数、电流系数、剩余电流幅值系数、剩余电流角度系数进行校正。
本实施例的实现方式与实施例一类似，在此不多做赘述。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、通过电流采样和计量芯片的检测电路明显减少了较多的元器件，即可以直接加简单的外围器件(电阻，电容等)就可以达到了漏电流检测的目的，从而减小了PCB板的面积，电路布线也简单了，降低了低功耗，增强了抗干扰能力，提高了安全性，提高了测量的稳定性和可靠性；
2、测量准确度(精度)高；
3、测量范围宽，检测范围可在5mA～2000mA；
4、简单的电流采样电路和带计量功能的SOC芯片的漏电流检测电路有效地降低了元器件成本，MCU采用M0处理器，以接近8位系统的成本即可获取32 位系统的性能，性价比高，提高了产品的市场竞争力。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种剩余电流的测试系统，其特征在于，包括：剩余电流采样电路、计量芯片；所述剩余电流采样电路包括穿心互感器、采样模块；
所述穿心互感器用于采集剩余电流数据；所述采样模块用于对采集到的剩余电流数据进行信号采样得到剩余电流的模拟信号；所述计量芯片用于将所述采样到的剩余电流的模拟信号进行计算得到剩余电流的电流值。
2.根据权利要求1所述的一种剩余电流的测试系统，其特征在于，所述计量芯片包括AD转换器，所述对采样到的剩余电流的模拟信号进行计算包括将采样到的模拟信号通过AD转换器转换为数字信号。
3.根据权利要求2所述的一种剩余电流的测试系统，其特征在于，所述计量芯片包括校正模块，用于将通过AD转换器转换得到的数字信号经校正模块校正得到剩余电流的电流值。
4.根据权利要求3所述的一种剩余电流的测试系统，其特征在于，所述校正模块中对数字信号进行校正包括对电压系数、电流系数、剩余电流幅值系数、剩余电流角度系数进行校正。
5.根据权利要求4所述的一种剩余电流的测试系统，其特征在于，所述计量芯片为SOC芯片，所述SOC芯片包括计量功能。
6.根据权利要求5所述的一种剩余电流的测试系统，其特征在于，所述采样模块包括二极管、数个电阻、数个电容。
7.一种剩余电流的测试方法，其特征在于，包括步骤：
S1.通过穿心互感器采集剩余电流数据；
S2.通过采样模块对采集到的剩余电流数据进行信号采样得到剩余电流的模拟信号；
S3.通过计量芯片将所述采样到的剩余电流的模拟信号进行计算得到剩余电流的电流值。
8.根据权利要求7所述的一种剩余电流的测试方法，其特征在于，所述计量芯片包括校正模块，将通过AD转换器转换得到的数字信号经校正模块校正得到剩余电流的电流值。
9.根据权利要求8所述的一种剩余电流的测试方法，其特征在于，所述计量芯片包括校正模块，将通过AD转换器转换得到的数字信号经校正模块校正得到剩余电流的电流值。
10.根据权利要求9所述的一种剩余电流的测试方法，其特征在于，所述计量芯片为SOC芯片，所述SOC芯片包括计量功能。
CN201910998152.8A 2019-10-21 2019-10-21 一种剩余电流的测试系统及方法 Pending CN111090001A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910998152.8A CN111090001A (zh) 2019-10-21 2019-10-21 一种剩余电流的测试系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910998152.8A CN111090001A (zh) 2019-10-21 2019-10-21 一种剩余电流的测试系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111090001A true CN111090001A (zh) 2020-05-01

Family

ID=70392980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910998152.8A Pending CN111090001A (zh) 2019-10-21 2019-10-21 一种剩余电流的测试系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111090001A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111610358A (zh) * 2020-05-27 2020-09-01 许昌中科森尼瑞技术有限公司 一种三相四线制下采集三相和零序电流计算剩余电流方法
CN113030559A (zh) * 2021-05-21 2021-06-25 杭州并坚科技有限公司 一种探测器剩余电流检测方法
CN114019222A (zh) * 2021-11-05 2022-02-08 深圳市泛海三江电子股份有限公司 一种剩余电流高精度测量的半波检测方法及检测电路

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111610358A (zh) * 2020-05-27 2020-09-01 许昌中科森尼瑞技术有限公司 一种三相四线制下采集三相和零序电流计算剩余电流方法
CN111610358B (zh) * 2020-05-27 2022-09-27 许昌中科森尼瑞技术有限公司 一种三相四线制下采集三相和零序电流计算剩余电流方法
CN113030559A (zh) * 2021-05-21 2021-06-25 杭州并坚科技有限公司 一种探测器剩余电流检测方法
CN113030559B (zh) * 2021-05-21 2021-08-24 杭州并坚科技有限公司 一种探测器剩余电流检测方法
CN114019222A (zh) * 2021-11-05 2022-02-08 深圳市泛海三江电子股份有限公司 一种剩余电流高精度测量的半波检测方法及检测电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111090001A (zh) 一种剩余电流的测试系统及方法
JP4727514B2 (ja) 電力量計
CN102749549A (zh) 一种变电站交流电流电压二次回路智能检验系统
CN110531153A (zh) 一种具有谐波测量的高准确度三相标准电能表
CN102098368B (zh) 一种手机
CN211402532U (zh) 一种剩余电流的测试装置
CN211785733U (zh) 一种三相多功能计量系统
JPS61292067A (ja) 電力量測定方法
CN104122439B (zh) 提高相位校正精度的电能表
CN103487778B (zh) 一种模拟量校正方法及基于该方法的单cpu低压保护装置
CN202486210U (zh) 一种提高谐波影响下电能计量准确度的装置
CN108051770A (zh) 一种三相智能电能表的校表方法
CN210982602U (zh) 一种具有谐波测量的高准确度三相标准电能表
CN105044465B (zh) 基于同步时钟双dds的自动平衡桥及测量dut阻抗的方法
CN203981771U (zh) 一种仪表
CN110286257A (zh) 电流检测方法及装置，电子设备及计算机可读存储介质
WO2008016274A1 (en) Measuring instrument for an electric current leakage
CN115639400A (zh) 一种高精度交流电能计量方法
CN109030943B (zh) 一种基于att7022c的电压谐波连续测量方法
CN211086576U (zh) 一种便携式单相电能表功耗测试仪
CN112180314A (zh) 一种抗干扰自校正gis电子式互感器采集方法和装置
CN103616580B (zh) 合并单元数据转换角差测试方法
JP2013106359A (ja) ディジタル保護制御装置
CN111244956A (zh) 一种可调谐波滤波装置、系统及谐波滤除方法
CN112098904A (zh) 一种三相三线制的电力测量仪表接线故障获取方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination