CN112670949A - 剩余电流脱扣控制方法及剩余电流脱扣器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种剩余电流脱扣控制方法，基于磁调制互感器的剩余电流监测结果进行脱扣动作执行与否的判断；对所述磁调制互感器的激磁电源电压进行实时监控，并在所述激磁电源电压满足预设条件时才进行所述脱扣动作执行与否的判断。本发明还公开了一种剩余电流脱扣器。相比现有技术，本发明能够对激磁电源电压进行监控并基于激磁电源电压监控结果对磁调制互感器输出的剩余电流监测结果进行相应的处理，从而有效防止激磁电源异常所导致的脱扣误动作等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种剩余电流脱扣控制方法及剩余电流脱扣器。
背景技术
随着电力电子技术的发展，变频器、逆变器、UPS等设备的应用日益广泛，这些设备发生漏电故障时产生的剩余电流不再只是工频正弦交流电流，而是会出现高频交流电流甚至平滑直流电流。为了在出现上述交直流剩余电流时保护人员和设备的安全，就需要采用对交直流敏感的B型剩余电流动作脱扣器，该种脱扣器对1000Hz及以下的正弦交流剩余电流、脉动直流剩余电流以及三相供电时的平滑直流剩余电流均能提供保护。
目前比较常用的B型剩余电流脱扣器，其原理上往往采用电压型磁调制式互感器检测原理进行剩余电流检测，此种方法相比其他检测方法，具有抗干扰能力强，响应速度快，检测精度高，温度特性好等特点而广泛使用。但在电压型磁调制式互感器检测方案中，激磁振荡电路必不可少，并需要激磁电源来驱动激磁震荡电路，激磁电源的品质，会直接影响电压型磁调制式互感器检测特性，如零点漂移，输出电平等。因此，激磁电源需要具备建立速度快，一致性好，纹波噪声小等要求。例如，在供电电源为单相85V的情况下启动脱扣器时，其激磁电源品质往往比380V启动时要差，存在建立时间长，一致性差，纹波噪声大等现象，这可能会引起电压型磁调制式互感器零点漂移，震荡异常等现象，使得输出波形偏大，进而使得后级放大电路输出值偏大，微处理器电路采样到此偏大的信号并满足脱扣值时，发出脱扣指令，使得B型剩余电流动作脱扣器误动作。再如，当脱扣器掉电时，激磁电压下降到激磁振荡电路临界值时，也可能引起电压型磁调制互感器输出异常，使得B型剩余电流脱扣器误动作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种剩余电流脱扣控制方法，能够对激磁电源电压进行监控并基于激磁电源电压监控结果对磁调制互感器输出的剩余电流监测结果进行相应的处理，从而有效防止激磁电源异常所导致的脱扣误动作等问题。
本发明具体采用以下技术方案解决上述问题：
一种剩余电流脱扣控制方法，基于磁调制互感器的剩余电流监测结果进行脱扣动作执行与否的判断；对所述磁调制互感器的激磁电源电压进行实时监控，并在所述激磁电源电压满足预设条件时才进行所述脱扣动作执行与否的判断。
优选地，使用电阻分压采样电路对所述磁调制互感器的激磁电源电压进行实时监控。
优选地，所述预设条件为激磁电源电压大于或等于预设的采样门限值。
优选地，所述磁调制互感器的激磁电源为外部开关电源。
基于同一发明构思还可以得到以下技术方案：
一种剩余电流脱扣器，包括磁调制互感器和控制电路，控制电路基于所述磁调制互感器的剩余电流监测结果进行脱扣动作执行与否的判断；所述剩余电流脱扣器还包括用于对所述磁调制互感器的激磁电源电压进行实时监控的激磁电源采样电路，所述控制电路被设置为在所述激磁电源电压满足预设条件时才进行所述脱扣动作执行与否的判断。
优选地，所述激磁电源采样电路为电阻分压采样电路。
优选地，所述预设条件为激磁电源电压大于或等于预设的采样门限值。
优选地，所述磁调制互感器的激磁电源为外部开关电源。
相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
本发明通过对激磁电源电压进行实时监控并基于激磁电源电压监控结果对磁调制互感器输出的剩余电流监测结果进行相应的处理，从而有效防止激磁电源异常所导致的脱扣误动作等问题，大幅提高了剩余电流保护系统的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明剩余电流脱扣器的电路原理框图；
图2为电源电路的一种具体电路图。
图3为激磁电源采样电路的一种具体电路图。
图4为剩余电流采样电路的一种具体电路图。
图5为脱扣电路的一种具体电路图。
图6为本发明剩余电流脱扣器执行脱扣判断的一种具体判断流程图。
具体实施方式
针对现有基于磁调制互感器的剩余电流脱扣器所存在的激磁电源异常所导致的脱扣误动作等问题，本发明的解决思路是对激磁电源电压进行实时监控并基于激磁电源电压监控结果对磁调制互感器输出的剩余电流监测结果进行相应的处理，从而有效防止激磁电源异常所导致的脱扣误动作等问题，大幅提高剩余电流保护系统的安全性和可靠性。
具体而言，本发明所采用的技术具体如下：
一种剩余电流脱扣控制方法，基于磁调制互感器的剩余电流监测结果进行脱扣动作执行与否的判断；对所述磁调制互感器的激磁电源电压进行实时监控，并在所述激磁电源电压满足预设条件时才进行所述脱扣动作执行与否的判断。
一种剩余电流脱扣器，包括磁调制互感器和控制电路，控制电路基于所述磁调制互感器的剩余电流监测结果进行脱扣动作执行与否的判断；所述剩余电流脱扣器还包括用于对所述磁调制互感器的激磁电源电压进行实时监控的激磁电源采样电路，所述控制电路被设置为在所述激磁电源电压满足预设条件时才进行所述脱扣动作执行与否的判断。
以上技术方案中，所述激磁电源采样电路可采用现有的各种电压采样电路，从简化电路结构，降低实现成本角度考虑，优选采用电阻分压采样电路。
所述预设条件可以根据实际情况设置，例如可以是激磁电源电压大于预设门限值，或者在一段监控周期中的激磁电源电压采样值满足预设的稳定性要求，或者激磁电源电压变化幅度小于预设的安全变化幅度等；优选地，所述预设条件为激磁电源电压大于或等于预设的采样门限值。
所述磁调制互感器的激磁电源可以采用外部电源，也可以采用剩余电流脱扣器的内部电源；从安全可靠角度考虑，所述磁调制互感器的激磁电源一般取自母排。
为便于公众理解，下面通过一个具体实施例并结合附图来对本发明的技术方案进行详细说明：
本实施例中剩余电流脱扣器的基本结构如图1所示，其包括：电源电路、激磁电源、具有激磁震荡电路的磁调制互感器、剩余电流采样电路、激磁电源采样电路、微处理器电路及脱扣电路；电源电路用于为剩余电流脱扣器各用电部件提供所需的电源；磁调制互感器用于对剩余电流进行检测；剩余电流采样电路对磁调制互感器的输出信号进行采样并将其传输至微处理器电路的A/D端口；激磁电源用于为磁调制互感器的激磁震荡电路提供所需的电源；激磁电源采样电路用于对激磁电源电压进行采样并将采样结果传输至微处理器电路的A/D端口；微处理器电路依据剩余电流采样电路和激磁电源采样电路的采样结果进行脱扣判断，当需要进行脱扣时向脱扣电路发出脱扣指令。
本实施例中电源电路的电源为外部输入电源，其具体电路结构参见图2，可以是由外部开关电源生成的+24V或者其他电压值，再经过电源电路内部的DC/DC电源转换芯片，获得供运放，单片机等内部电路所需的电压+VCC，如+3.3V，+5V。如图2所示，该电源电路包括电容C6、C7、C8，电阻R12、R13、R14、R15，DC/DC电源转换芯片N2，电感L1，外部开关电源生成的+24V，经过滤波电容C6后，接入DC/DC转换芯片的输入端脚，通过DC/DC电源转换芯片N2转换成电压+VCC，如+3.3V，+5V等供其它电路使用。电阻R12为振荡器定时输入电阻，一端接入DC/DC转换芯片的RT脚，另一端接入GND。电阻R13为外部输入偏置电阻，一端接入DC/DC转换芯片的Vout脚，另一端接入输出端+VCC。电容C7为去耦电容，一端接入DC/DC转换芯片的Vout脚，另一端接地。电阻R14一端接入输出端+VCC，另一端与电阻R15连接，并且接入DC/DC转换芯片的反馈输入脚FB脚，R15另一端接入GND。L1为输出电感，一端接入DC/DC转换芯片LX脚，另一端接入输出端+VCC。电容C8为输出端+VCC的滤波电容。本发明的DC/DC转换芯片采用MAX17550芯片。
本实施例中的激磁电源采样电路采用最简单的电阻分压采样电路，其电路结构如图3所示，用于对激磁电源进行电压采样，并连接到微处理器电路N3的A/D端口；如图3所示，该激磁电源采样电路包括采样电阻R1、R2和滤波电容C1；其中，激磁电源+VDD与采样电阻R1的一端相连，采样电阻R1的另一端与采样电阻R2的一端相连，采样电阻R2的另一端与系统地相连；滤波电容C1并联接在采样电阻R2的两端；T1为激磁电源采样端口，T1处的电压值由电阻R1、R2，以及+VDD所组成的分压电路决定，并随着+VDD的升高而升高。
本实施例中的剩余电流采样电路如图4所示，该剩余电流采样电路包括电容C2、C3、C4、C5，电阻R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9，运放N1A、N1B，电感L2，剩余电流采样电路采取磁调制互感器的输出信号，磁调制互感器输出的信号可以是正负值，经过由电感L2，电容C2构成LC滤波电路，滤除杂散干扰信号后，接入由电阻R3，R4，R5与运放N1A构成的第一级放大电路，将上述信号值作适当放大后，再接入由电阻R6，R7，R8，与运放N1B构成的第二级放大电路，同时将电平抬升，即将负电平抬升到0值以上的正电平，以满足微处理电路对正电平的采样要求。电阻R9与电容C5构成RC滤波电路，滤除杂散干扰信号后，将信号送入微处理器电路。电容C3，C4为运放N1电源端滤波电容。
本实施例中的脱扣电路如图5所示，该脱扣电路包括电容C9、C10，电阻R10，R11，三极管V1，二极管D1，线圈L3，电源+24V为外部输入源，脱扣线圈L3的一端与续流二极管D1的负端连接后接入+24V，脱扣线圈L3的另一端与续流二极管D1的正端连接后接入三极管V1的源极。R10为驱动电阻，一端接入微处理器电路的输出端，另一端接入三极管V1的栅极，电阻R11为下拉电阻，一端连接入三极管V1的栅极，另一端接入三极管V1的源极后，一并接入GND。电容C10为滤波电容。
当微处理电路不发出脱扣指令时，微处理电路输出低电平至R10，并使得三极管V1栅极为低电平，三极管V1处于截止状态，此时脱扣线圈L3中的电流未构成回路，即脱扣线圈不动作。
当微处理电路发出脱扣指令时，微处理电路输出高电平至R10，并使得三极管V1栅极为高电平，三极管V1处于开通状态，此时脱扣线圈L3中的电流经过三极管V1后流进GND，构成电流回路，即脱扣线圈动作。
本实施例中剩余电流脱扣器执行脱扣判断的具体流程如图6所示，在脱扣器上电时，+VCC，+VDD电压从零开始同步上升，当+VCC达到微处理器工作电源时，微处理器开始工作，即开始处理来自剩余电流采样电路的信号以及激磁电源采样电路的信号。微处理器内部设置有激磁电源采样门限值V，此时，由于+VDD尚未达到激磁电源可靠工作值，磁调制互感器将输出较大的震荡信号，经过剩余电流采样电路后被微处理器电路采样。此时，根据分压原理，激磁电源采样电路所获得的采样值T1也未达到激磁电源采样门限值V，所以，微处理器电路将来自剩余电流采样电路的信号进行特别处理，如不计算剩余电流，不进行脱扣判断等，即不执行后续流程，而重新执行剩余电流采样及激磁电源采样流程。随着+VDD继续升高，T1值也继续升高，当T1值达到门限值V时，微处理器计算并处理剩余电流采样电路的信号。当计算得剩余电流采样电路的值满足动作值时，微处理器电路发出脱扣信号，驱动脱扣电路使得磁通脱扣器动作，即实现剩余电流脱扣器脱扣。
Claims (8)
1.一种剩余电流脱扣控制方法，基于磁调制互感器的剩余电流监测结果进行脱扣动作执行与否的判断；其特征在于，对所述磁调制互感器的激磁电源电压进行实时监控，并在所述激磁电源电压满足预设条件时才进行所述脱扣动作执行与否的判断。
2.如权利要求1所述剩余电流脱扣控制方法，其特征在于，使用电阻分压采样电路对所述磁调制互感器的激磁电源电压进行实时监控。
3.如权利要求1所述剩余电流脱扣控制方法，其特征在于，所述预设条件为激磁电源电压大于或等于预设的采样门限值。
4.如权利要求1所述剩余电流脱扣控制方法，其特征在于，所述磁调制互感器的激磁电源为外部开关电源。
5.一种剩余电流脱扣器，包括磁调制互感器和控制电路，控制电路基于所述磁调制互感器的剩余电流监测结果进行脱扣动作执行与否的判断；其特征在于，所述剩余电流脱扣器还包括用于对所述磁调制互感器的激磁电源电压进行实时监控的激磁电源采样电路，所述控制电路被设置为在所述激磁电源电压满足预设条件时才进行所述脱扣动作执行与否的判断。
6.如权利要求4所述剩余电流脱扣器，其特征在于，所述激磁电源采样电路为电阻分压采样电路。
7.如权利要求4所述剩余电流脱扣器，其特征在于，所述预设条件为激磁电源电压大于或等于预设的采样门限值。
8.如权利要求4所述剩余电流脱扣器，其特征在于，所述磁调制互感器的激磁电源为外部开关电源。
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