CN112198456A - 一种基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法及电路 - Google Patents

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侯磊
张禹森
张锐
王凌霄
臧志斌
马军
吴小鸥
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Xiongan New Area Power Supply Company State Grid Hebei Electric Power Co
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    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults

Abstract

本发明公开了一种基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法及电路，方法包括以下步骤：步骤S1：设置一磁通门自适应激励源电路，将被测电流IL穿过磁通门自适应激励源电路的环形磁芯C，并且通过磁通门自适应激励源电路检测被测电流IL是否存在漏电流；步骤S2：如果一个周期内励磁电压vex的占空比为50%，则判断被测电路不存在漏电流；步骤S3：如果一个周期内励磁电压vex的占空比不为50%，则判断被测电路存在漏电流。本发明的方法及电路电路结构精简、灵敏度高。

Description

一种基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法及电路
技术领域
本发明属于磁通门自适应激励源的漏电流检测技术领域，具体涉及一种基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法。
背景技术
随着国家电网深入推进直流/交直流混合电网建设，越来越多的发电环节、输配电以及用电环节使用到直流，而在储能系统、光伏系统，电动车充电系统等诸多领域，直接进行直流环节的电力转换和传输。因此对于直流漏电检测的技术已是刻不容缓。针对现有的平均电流模型推导过程存在大量假设，缺乏线性方程的严密佐证以及现有闭环自适应激励振荡磁通门技术测量精度不高的现状，提出了一种利用磁通门的自适应方波激励源励磁电压占空比与漏电流的线性关系来检测漏电流的方法，并提出如何提高这种方法稳定性的方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种漏电流检测方法，以提高检测精度，同时检测电路简单，成本低。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法，包括以下步骤：
步骤S1：设置一磁通门自适应激励源电路，将被测电流IL穿过磁通门自适应激励源电路的环形磁芯C，并且通过磁通门自适应激励源电路检测被测电流IL是否存在漏电流；
步骤S2：当磁通门自适应激励源电路在正常工作时，一个周期内励磁电流iex从正向最大值达到负向最大值所需的时间与从负向最大值到正向最大值的时间相等，并且一个周期内励磁电压vex的正向峰值持续时间与负向峰值的持续时间相等，形成一个周期内励磁电压vex的占空比为50％，即如果一个周期内励磁电压vex的占空比为50％，则判断被测电路不存在漏电流；
步骤S3：当磁通门自适应激励源电路检测到漏电流时，一个周期内励磁电压vex的占空比不为50％，并且励磁电压vex的占空比的大小与漏电流呈线性关系，即如果一个周期内励磁电压vex的占空比不为50％，则判断被测电路存在漏电流。
进一步地，在步骤S1中，所述磁通门自适应激励源电路包括环形磁芯C；
激磁绕组(其匝数为N1)缠绕于环形磁芯C；
激磁绕组一端通过电阻Rc分别与自适应方波激励源、检测控制模块电性连接；
激磁绕组的另一端连接至检测控制模块；
自适应方波激励源通过励磁电流采样电阻Rs接地。
进一步地，在步骤S2中，具体包括以下步骤：
步骤S2.1：自适应方波激励源输出一个正电压，环形磁芯C(迅速)达到磁饱和；
步骤S2.2：励磁电流iex(急速)上升并且达到正向磁饱和(即达到正向阈值)；
步骤S2.3：检测控制模块控制自适应方波激励源输出一个负电压，环形磁芯C(迅速)达到磁饱和；
步骤S2.4：励磁电流iex(急速)下降升并且达到负向磁饱和(即达到反向阈值)；
步骤S2.5：重复步骤S2.1-步骤S2.4，励磁电流iex波形对称，即一个周期内励磁电流iex从正向最大值达到负向最大值所需的时间与从负向最大值到正向最大值的时间相等，同理，一个周期内励磁电压vex的正向峰值VH+持续时间与负向峰值VH-的持续时间相等，即一个周期内励磁电压vex的占空比为50％。
进一步地，在步骤S3中，
当被测电流IL存在漏电流时，环形磁芯C预先磁化，并且达到磁饱和时比正常工作漏电流为零时时间提前，励磁电压vex的占空比的大小与漏电流的方向呈线性关系。
进一步地，步骤S3具体包括以下步骤：
步骤S3.1：当漏电流为正向时，一个周期内励磁电流iex从负向最大值到正向最大值的时间小于正向最大值达到负向最大值所需的时间，从而一个周期内励磁电压vex的正向峰值持续时间小于负向峰值的持续时间，一个周期内励磁电压vex的占空比小于50％；
步骤S3.2：当漏电流为负向时，一个周期内励磁电流iex从负向最大值到正向最大值的时间大于正向最大值达到负向最大值所需的时间，从而一个周期内励磁电压vex的正向峰值持续时间大于负向峰值的持续时间，一个周期内励磁电压vex的占空比大于50％。
进一步地，励磁电压vex的占空比的公式为：
Figure BDA0002728049390000041
其中，TP为励磁电压正向峰值的持续时间，TN为励磁电压负向峰值的持续时间(周期为TP+TN)，H为励磁电压vex的占空比，T为一个周期时间。
进一步地，励磁电压vex的占空比的公式进一步推导为：
Figure BDA0002728049390000042
其中，Rs为励磁电流采样电阻，Rc为激磁绕组N1的绕线电阻，N1为激磁绕组的匝数，VH为励磁电压vex的峰值，IL为被测电流。
一种基于磁通门自适应激励源的漏电流检测电路，包括环形磁芯C，将被测电流IL穿过磁通门自适应激励源电路的环形磁芯C，激磁绕组缠绕于环形磁芯C，激磁绕组一端通过电阻Rc分别与自适应方波激励源、检测控制模块电性连接；激磁绕组的另一端连接至检测控制模块，自适应方波激励源通过励磁电流采样电阻Rs接地。
本发明所达到的有益效果是：本发明的基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法，通过一个周期内励磁电压的占空比与被测电流的关系，从而检测漏电流，其具有电路结构精简、灵敏度与磁性参数无关、无需最佳励磁条件等优点，打破现有精密磁通门传感器依赖进口和技术被垄断的现状，且成本低。
附图说明
图1是本发明的一种基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法的磁通门自适应激励源电路图。
图2是本发明的一种基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法的励磁电流波形图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
参见附图的图1，图1是本发明的一种基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法的磁通门自适应激励源电路图，图2是本发明的一种基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法的励磁电流波形图。
在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的环形磁芯、检测控制模块和自适应方波激励源等可被视为现有技术。
实施例1
如图1所示，本发明的一种基于磁通门自适应激励源的漏电流检测电路，包括环形磁芯C，将被测电流IL穿过磁通门自适应激励源电路的环形磁芯C，激磁绕组缠绕于环形磁芯C，激磁绕组一端通过电阻Rc分别与自适应方波激励源、检测控制模块电性连接；激磁绕组的另一端连接至检测控制模块，自适应方波激励源通过励磁电流采样电阻Rs接地。
一种基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法，用于检测漏电流，包括以下步骤：
设置一磁通门自适应激励源电路，将被测电流IL穿过磁通门自适应激励源电路的环形磁芯C，并且通过磁通门自适应激励源电路检测被测电流IL是否存在漏电流；
步骤S2：当磁通门自适应激励源电路在正常工作时，一个周期内励磁电流iex从正向最大值达到负向最大值所需的时间与从负向最大值到正向最大值的时间相等，并且一个周期内励磁电压vex的正向峰值持续时间与负向峰值的持续时间相等，形成一个周期内励磁电压vex的占空比为50％，即如果一个周期内励磁电压vex的占空比为50％，则判断被测电路不存在漏电流；
步骤S3：当磁通门自适应激励源电路检测到漏电流时，一个周期内励磁电压vex的占空比不为50％，并且励磁电压vex的占空比的大小与漏电流呈线性关系，即如果一个周期内励磁电压vex的占空比不为50％，则判断被测电路存在漏电流。
在步骤S1中，所述磁通门自适应激励源电路包括环形磁芯C；
激磁绕组(其匝数为N1)缠绕于环形磁芯C；
激磁绕组一端通过电阻Rc分别与自适应方波激励源、检测控制模块电性连接；
激磁绕组的另一端连接至检测控制模块；
自适应方波激励源通过励磁电流采样电阻Rs接地。
在步骤S2中，具体包括以下步骤：
步骤S2.1：自适应方波激励源输出一个正电压，环形磁芯C(迅速)达到磁饱和；
步骤S2.2：励磁电流iex(急速)上升并且达到正向磁饱和(即达到正向阈值)；
步骤S2.3：检测控制模块控制自适应方波激励源输出一个负电压，环形磁芯C(迅速)达到磁饱和；
步骤S2.4：励磁电流iex(急速)下降升并且达到负向磁饱和(即达到反向阈值)；
步骤S2.5：重复步骤S2.1-步骤S2.4，励磁电流iex波形对称，即一个周期内励磁电流iex从正向最大值达到负向最大值所需的时间与从负向最大值到正向最大值的时间相等，同理，一个周期内励磁电压vex的正向峰值VH+持续时间与负向峰值VH-的持续时间相等，所以，一个周期内励磁电压vex的占空比为50％。
进一步地，在步骤S3中，
当被测电流IL存在漏电流时，环形磁芯C预先磁化，并且达到磁饱和时比正常工作漏电流为零时时间提前，励磁电压vex的占空比的大小与漏电流的方向呈线性关系。
进一步地，步骤S3具体包括以下步骤：
步骤S3.1：当漏电流为正向时，一个周期内励磁电流iex从负向最大值到正向最大值的时间小于正向最大值达到负向最大值所需的时间，从而一个周期内励磁电压vex的正向峰值持续时间小于负向峰值的持续时间，一个周期内励磁电压vex的占空比小于50％；
步骤S3.2：当漏电流为负向时，一个周期内励磁电流iex从负向最大值到正向最大值的时间大于正向最大值达到负向最大值所需的时间，从而一个周期内励磁电压vex的正向峰值持续时间大于负向峰值的持续时间，一个周期内励磁电压vex的占空比大于50％。
实施例2
一种基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法，用于检测漏电流，包括以下步骤：
步骤S1：设置一磁通门自适应激励源电路，将被测电流IL穿过磁通门自适应激励源电路的环形磁芯C；
步骤S2：磁通门自适应激励源电路在正常工作时，一个周期内励磁电流iex从正向最大值达到负向最大值所需的时间与从负向最大值到正向最大值的时间相等，并且一个周期内励磁电压vex的正向峰值持续时间与负向峰值的持续时间相等，形成一个周期内励磁电压vex的占空比为50％；
步骤S3：当磁通门自适应激励源电路检测到漏电流时，一个周期内励磁电压vex的占空比不为50％，并且励磁电压vex的占空比的大小与漏电流呈线性关系，从而通过励磁电压vex的占空比大小检测是否存在漏电流。
步骤3中，励磁电压vex的占空比的公式为：
Figure BDA0002728049390000091
其中，TP为励磁电压正向峰值的持续时间，TN为励磁电压负向峰值的持续时间(周期为TP+TN)，H为励磁电压vex的占空比，T为一个周期时间。
实施例3
一种基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法，用于检测漏电流，包括以下步骤：
步骤S1：设置一磁通门自适应激励源电路，将被测电流IL穿过磁通门自适应激励源电路的环形磁芯C；
步骤S2：磁通门自适应激励源电路在正常工作时，一个周期内励磁电流iex从正向最大值达到负向最大值所需的时间与从负向最大值到正向最大值的时间相等，并且一个周期内励磁电压vex的正向峰值持续时间与负向峰值的持续时间相等，形成一个周期内励磁电压vex的占空比为50％；
步骤S3：当磁通门自适应激励源电路检测到漏电流时，一个周期内励磁电压vex的占空比不为50％，并且励磁电压vex的占空比的大小与漏电流呈线性关系，从而通过励磁电压vex的占空比大小检测是否存在漏电流。
步骤3中，励磁电压vex的占空比的公式进一步推导为：
Figure BDA0002728049390000101
其中，Rs为励磁电流采样电阻，Rc为激磁绕组N1的绕线电阻，N1为激磁绕组的匝数，VH为励磁电压vex的峰值，IL为被测电流。
正常工作时，即漏电流为零时，自适应方波激励源输出一个正电压，环形磁性C迅速达到磁饱和，此时励磁电流急速上升并达到正向磁饱和，检测控制模块控制自适应方波激励源输出一个负电压，环形磁芯C迅速达到磁饱和，励磁电流iex下降为反向阈值，重复上述过程。这种情况下，励磁电流iex波形对称，即一个周期内励磁电流iex从正向最大值达到负向最大值所需的时间与从负向最大值到正向最大值的时间相等，同理，一个周期内励磁电压vex的正向峰值VH+持续时间与负向峰值VH-的持续时间相等，所以，一个周期内励磁电压vex的占空比为50％。
当漏电流不为零时，环形磁芯C预先磁化，达到磁饱和的时间会提前，这就会导致励磁电流iex波形对称性遭到破坏，一个周期内励磁电压vex的占空比将不为50％。当漏电流为正向时，一个周期内励磁电流iex从负向最大值到正向最大值的时间小于正向最大值达到负向最大值所需的时间，即一个周期内励磁电压vex的正向峰值VH+持续时间小于负向峰值VH-的持续时间，所以，一个周期内励磁电压vex的占空比小于50％。当漏电流为负向时，反之。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的环形磁芯、检测控制模块和自适应方波激励源等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：设置一磁通门自适应激励源电路，将被测电流IL穿过磁通门自适应激励源电路的环形磁芯C，并且通过磁通门自适应激励源电路检测被测电流IL是否存在漏电流；
步骤S2：当磁通门自适应激励源电路在正常工作时，一个周期内励磁电流iex从正向最大值达到负向最大值所需的时间与从负向最大值到正向最大值的时间相等，并且一个周期内励磁电压vex的正向峰值持续时间与负向峰值的持续时间相等，形成一个周期内励磁电压vex的占空比为50％，即如果一个周期内励磁电压vex的占空比为50％，则判断被测电路不存在漏电流；
步骤S3：当磁通门自适应激励源电路检测到漏电流时，一个周期内励磁电压vex的占空比不为50％，并且励磁电压vex的占空比的大小与漏电流呈线性关系，即如果一个周期内励磁电压vex的占空比不为50％，则判断被测电路存在漏电流。
2.根据权利要求1所述的基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法，其特征在于：在步骤S1中，
所述磁通门自适应激励源电路包括环形磁芯C；
激磁绕组缠绕于环形磁芯C；
激磁绕组一端通过电阻Rc分别与自适应方波激励源、检测控制模块电性连接；
激磁绕组的另一端连接至检测控制模块；
自适应方波激励源通过励磁电流采样电阻Rs接地。
3.根据权利要求1所述的基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法，其特征在于：在步骤S2中，具体包括以下步骤：
步骤S2.1：自适应方波激励源输出一个正电压，环形磁芯C达到磁饱和；
步骤S2.2：励磁电流iex上升并且达到正向磁饱和；
步骤S2.3：检测控制模块控制自适应方波激励源输出一个负电压，环形磁芯C达到磁饱和；
步骤S2.4：励磁电流iex下降升并且达到负向磁饱和；
步骤S2.5：重复步骤S2.1-步骤S2.4，励磁电流iex波形对称，即一个周期内励磁电流iex从正向最大值达到负向最大值所需的时间与从负向最大值到正向最大值的时间相等，同理，一个周期内励磁电压vex的正向峰值VH+持续时间与负向峰值VH-的持续时间相等，即一个周期内励磁电压vex的占空比为50％。
4.根据权利要求1所述的基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法，其特征在于：在步骤S3中，
当被测电流IL存在漏电流时，环形磁芯C预先磁化，并且达到磁饱和时比正常工作漏电流为零时时间提前，励磁电压vex的占空比的大小与漏电流的方向呈线性关系。
5.根据权利要求4所述的基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法，其特征在于：步骤S3具体包括以下步骤：
步骤S3.1：当漏电流为正向时，一个周期内励磁电流iex从负向最大值到正向最大值的时间小于正向最大值达到负向最大值所需的时间，从而一个周期内励磁电压vex的正向峰值持续时间小于负向峰值的持续时间，一个周期内励磁电压vex的占空比小于50％；
步骤S3.2：当漏电流为负向时，一个周期内励磁电流iex从负向最大值到正向最大值的时间大于正向最大值达到负向最大值所需的时间，从而一个周期内励磁电压vex的正向峰值持续时间大于负向峰值的持续时间，一个周期内励磁电压vex的占空比大于50％。
6.根据权利要求4所述的基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法，其特征在于：励磁电压vex的占空比的公式为：
Figure FDA0002728049380000031
其中，TP为励磁电压正向峰值的持续时间，TN为励磁电压负向峰值的持续时间，H为励磁电压vex的占空比，T为一个周期时间。
7.根据权利要求4所述的基于磁通门自适应激励源的漏电流检测方法，其特征在于：励磁电压vex的占空比的公式为：
Figure FDA0002728049380000032
其中，Rs为励磁电流采样电阻，Rc为激磁绕组N1的绕线电阻，N1为激磁绕组的匝数，VH为励磁电压vex的峰值，IL为被测电流。
8.一种基于磁通门自适应激励源的漏电流检测电路，其特征在于：包括环形磁芯C，将被测电流IL穿过磁通门自适应激励源电路的环形磁芯C，激磁绕组缠绕于环形磁芯C，激磁绕组一端通过电阻Rc分别与自适应方波激励源、检测控制模块电性连接；激磁绕组的另一端连接至检测控制模块，自适应方波激励源通过励磁电流采样电阻Rs接地。
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