CN114724798A - 一种交流过零点磁芯退磁消磁电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了交流过零点磁芯退磁消磁电路，通过磁芯上环设线圈且线圈的两端与驱动器的输出端连接，驱动器的输入端、时钟调节电路、过零检测电路检测线圈所在电路输出的电流变化率，过零检测电路输出的电流变化率达到阈值输出退磁指令，控制器根据退磁指令控制时钟调节电路输出脉冲电压并向驱动器发送消磁指令，驱动器根据消磁指令给磁芯消磁，使得磁芯在有交流输入激励时可实现磁芯退磁。通过过零点检测电路检测电流变化率波形过零点确定磁芯的消磁时间和消磁电流的频率，可以将消磁时间和消磁电流的频率快速反馈至控制器并实现磁芯的退磁和消磁，提高了磁芯退磁检测的准确性，同时也确保了电路工作的稳定性。

Description

一种交流过零点磁芯退磁消磁电路及方法

技术领域

本发明涉及磁芯消磁技术领域，尤其涉及一种交流过零点磁芯退磁消磁电路及方法。

背景技术

其一电力变压器在电力系统中有着非常重要的作用，不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。变压器在出厂前需要做直流电阻试验，来检验变压器内部是否存在断路、短路等问题，而直流电阻试验会使变压器磁芯产生剩磁和空载变压器拉闸时也会产生剩磁。变压器磁芯的剩磁会产生很多危害，当有大量剩磁的变压器投运时，在励磁涌流作用下，会产生较大的冲击电流，引起电压升高，造成变压器近端的设备、仪器损坏，大量剩磁会对变压器的相关试验结果造成干扰，也会产生较多的谐波分量和直流分量，从而降低电网质量，还会对电网中的电力电子器件造成危害。

其二随着电网用电设备数字化和数字控制，致使电网中的电流波形已不是简单的正弦波，而是复杂的多谐波合成，例如：包括交流和直流成分。对于以往使用的互感器由于检测的是正弦波正负对称，因正负对称的电流波形形成天然的退磁效果，无需考虑磁芯磁化退磁。但检测交流同时检测直流，因直流电流磁化磁芯是单方向，这会给检测交流叠加可变的磁通偏置。

采用合理的方法来削弱变压器磁芯的剩磁，常用的消磁方法有直流去磁法和交流去磁法，两者都是通过控制变压器的输入电源，使其产生一个交变的衰减磁场，从而使变压器磁芯的剩磁得到衰减。由于常用的直流去磁法的消磁装置需要经过几次重复的去磁操作才能将变压器的剩磁消减，且消磁装置中缺少与其他装置、系统进行自动化控制操作的开关，不具备自动化投入与切除的功能，也影响了对变压器内的磁芯的消磁效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种交流过零点磁芯退磁消磁电路及方法，解决了传统磁芯退磁过程在无输入电流或电压激励下进行的效率低下和电路结构复杂的问题，而本发明可以在有交流输入激励下便可实现磁芯退磁，提高了对磁芯退磁的应用范围和消磁效果，具体采用以下技术方案来实现。

第一方面，本发明提供了一种交流过零点磁芯退磁消磁电路，包括磁芯、驱动器、控制器、时钟调节电路和过零检测电路，磁芯上环设线圈且线圈的两端与驱动器的输出端连接，驱动器的输入端、时钟调节电路、过零检测电路的输出端分别与控制器连接，过零检测电路的输出端连接至线圈的两端；

过零检测电路包括第一电阻、第二电阻、光电耦合器和第一触发器，第一电阻连接至交流输入端的一侧与光电耦合器的输入端之间，光电耦合器的输入端的另一侧连接交流输出端，第二电阻的一端连接直流电源，第二电阻的另一端与光电耦合器的输出端的一侧连接，光电耦合器的输出端的另一侧接地，第一触发器的输入端连接至第二电阻和光电耦合器的输出端的一侧，第一触发器的输出端用于接收过零检测电路检测磁芯所在电路的电流变化率；

其中，当磁芯所在电路存在交流输入激励时，过零检测电路根据电流变化率向控制器发送退磁指令，控制器根据退磁指令控制时钟调节电路调节输出脉冲电压并得到消磁指令，控制器输出消磁指令以控制驱动器对磁芯进行消磁。

作为上述技术方案的进一步改进，时钟调节电路包括第三电阻、电容、第二触发器和多个依次连接的反相器，电容的一端连接至第三电阻和第二触发器的输入端，第二触发器的输出端与反相器连接，电容的另一端接地。

作为上述技术方案的进一步改进，驱动器包括第一放大单元、第二放大单元、驱动上管、驱动下管和电感，第一放大单元的一端与控制器的第一引脚连接，第二放大单元与控制器的第二引脚连接，第一放大单元的另一端与驱动上管的基极连接，驱动上管的集电极与驱动下管的集电极、电感的一端连接，驱动上管的发射极用于连接正电压，第二放大单元与驱动下管的基极连接，驱动下管的发射极用于连接负电压，电感的另一端接地。

作为上述技术方案的进一步改进，第一放大单元包括第一三极管、第二三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻，第一三极管的基极与第一引脚连接，第一三极管的集电极依次连接第四电阻和第五电阻的一端，第五电阻的另一端用于连接正电压，第一三极管的发射极接地；

第二三极管的基极连接至第四电阻和第五电阻，第二三极管的集电极依次连接第六电阻和第七电阻的一端，第七电阻的另一端用于连接负电压，驱动上管的基极连接至第六电阻和第七电阻，第二三极管的发射极用于连接正电压。

作为上述技术方案的进一步改进，第二放大单元包括第三三极管、第四三极管、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第十一电阻，第三三极管的基极与第二引脚连接，第三三极管的集电极依次连接第八电阻和第九电阻的一端，第九电阻的另一端用于连接正电压，第三三极管的发射极接地；

第四三极管的基极连接至第八电阻和第九电阻，第四三极管的集电极依次连接第十电阻和第十一电阻的一端，第十一电阻的另一端用于连接负电压，驱动下管的基极连接至第十电阻和第十一电阻，第四三极管的发射极用于连接正电压。

作为上述技术方案的进一步改进，第一触发器和第二触发器均为施密特触发器。

作为上述技术方案的进一步改进，第一电阻和第二电阻均为限流电阻，控制器为微控制单元。

作为上述技术方案的进一步改进，光电耦合器用于隔离电路中的交流电和直流电，反相器的数量为四。

第二方面，本发明还提供了一种交流过零点磁芯退磁消磁方法，包括以下步骤：

获取磁芯和线圈所在电路中的交流输入激励时，过流检测电路检测到交流输入激励中的电流变化率是否达到阈值；

若是，过零检测电路输出电路的退磁指令并发送至控制器，控制器根据退磁指令控制时钟调节电路输出与电流变化率对应的脉冲电压，其中，退磁指令包括磁芯消磁的时间和消磁电流的频率；

控制器根据脉冲电压向驱动器输出消磁指令以控制驱动器对磁芯进行消磁。

本发明提供了一种交流过零点磁芯退磁消磁电路及方法，通过磁芯上环设线圈且线圈的两端与驱动器的输出端连接，驱动器的输入端、时钟调节电路、过零检测电路的输出端分别与控制器连接，过零检测电路的输出端连接至线圈的两端，过零检测电路检测线圈所在电路输出的电流变化率，过零检测电路包括第一电阻、第二电阻、光电耦合器和第一触发器，第一触发器可以把变化十分缓慢的不规则的脉冲波形变换为数字电路所需要的矩形脉冲，过零检测电路输出的电流变化率达到阈值输出退磁指令，控制器根据退磁指令控制时钟调节电路输出脉冲电压并向驱动器发送消磁指令，驱动器根据消磁指令给磁芯消磁，使得磁芯在有交流输入激励时可实现磁芯退磁。通过过零点检测电路检测电流变化率波形过零点可以确定磁芯的消磁时间和消磁电流的频率，可以将消磁时间和消磁电流的频率快速反馈至控制器并实现磁芯的退磁和消磁，提高了磁芯退磁检测的准确性，同时也确保了电路工作的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的交流过零点磁芯退磁消磁电路原理图；

图2为本发明的过零检测电路的结构示意图；

图3为本发明的时钟调节电路的结构示意图；

图4为本发明的驱动器的电路图；

图5为本发明的交流过零点磁芯退磁消磁方法的流程图；

图6为本发明的过流检测电路检测电流变化率的波形图；

图7为本发明的控制器输出的时间脉冲电压波形图；

图8为本发明的驱动器输出驱动线圈中电流波形图。

主要元件符号说明如下：

1-磁芯；2-驱动器；3-控制器；4-时钟调节电路；5-过零检测电路；6-线圈；11-第一电阻；12-第二电阻；13-光电耦合器；14-第一触发器；15-第三电阻；16-电容；17-第二触发器；18-反相器；19-第一放大单元；20-第二放大单元；21-驱动上管；22-驱动下管；23-电感；24-第一三极管；25-第二三极管；26-第四电阻；27-第五电阻；28-第六电阻；29-第七电阻；30-第三三极管；31-第四三极管；32-第八电阻；33-第九电阻；34-第十电阻；35-第十一电阻。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1、图2、图3和图4，本发明提供了一种交流过零点磁芯退磁消磁电路，包括磁芯1、驱动器2、控制器3、时钟调节电路4和过零检测电路5，磁芯1上环设线圈6且线圈6的两端与驱动器2的输出端连接，驱动器2的输入端、时钟调节电路4、过零检测电路5的输出端分别与控制器3连接，过零检测电路5的输出端连接至线圈6的两端；

过零检测电路5包括第一电阻11、第二电阻12、光电耦合器13和第一触发器14，第一电阻11连接至交流输入端的一侧与光电耦合器13的输入端之间，光电耦合器13的输入端的另一侧连接交流输出端，第二电阻12的一端连接直流电源，第二电阻12的另一端与光电耦合器13的输出端的一侧连接，光电耦合器13的输出端的另一侧接地，第一触发器14的输入端连接至第二电阻12和光电耦合器13的输出端的一侧，第一触发器14的输出端用于接收过零检测电路5检测磁芯1所在电路的电流变化率；

其中，当磁芯1所在电路存在交流输入激励时，过零检测电路5根据电流变化率向控制器3发送退磁指令，控制器3根据退磁指令控制时钟调节电路4调节输出脉冲电压并得到消磁指令，控制器3输出消磁指令以控制驱动器2对磁芯1进行消磁。

本实施例中，时钟调节电路4包括第三电阻15、电容16、第二触发器17和多个依次连接的反相器18，电容16的一端连接至第三电阻15和第二触发器17的输入端，第二触发器17的输出端与反相器18连接，电容16的另一端接地。驱动器2包括第一放大单元19、第二放大单元20、驱动上管21、驱动下管22和电感23，第一放大单元19的一端与控制器3的第一引脚连接，第二放大单元20与控制器3的第二引脚连接，第一放大单元19的另一端与驱动上管21的基极连接，驱动上管21的集电极与驱动下管22的集电极、电感23的一端连接，驱动上管21的发射极用于连接正电压，第二放大单元20与驱动下管22的基极连接，驱动下管22的发射极用于连接负电压，电感23的另一端接地。

在一个可行的实施例中，第一放大单元19包括第一三极管24、第二三极管25、第四电阻26、第五电阻27、第六电阻28和第七电阻29，第一三极管24的基极与第一引脚连接，第一三极管24的集电极依次连接第四电阻26和第五电阻27的一端，第五电阻27的另一端用于连接正电压，第一三极管24的发射极接地；第二三极管25的基极连接至第四电阻26和第五电阻27，第二三极管25的集电极依次连接第六电阻28和第七电阻29的一端，第七电阻29的另一端用于连接负电压，驱动上管21的基极连接至第六电阻28和第七电阻29，第二三极管25的发射极用于连接正电压。

在一个可行的实施例中，第二放大单元20包括第三三极管30、第四三极管31、第八电阻32、第九电阻33、第十电阻34和第十一电阻35，第三三极管30的基极与第二引脚连接，第三三极管30的集电极依次连接第八电阻32和第九电阻33的一端，第九电阻33的另一端用于连接正电压，第三三极管30的发射极接地；第四三极管31的基极连接至第八电阻32和第九电阻33，第四三极管31的集电极依次连接第十电阻34和第十一电阻35的一端，第十一电阻35的另一端用于连接负电压，驱动下管22的基极连接至第十电阻34和第十一电阻35，第四三极管31的发射极用于连接正电压。第一触发器14和第二触发器17均为施密特触发器，第一电阻11和第二电阻12均为限流电阻，控制器3为微控制单元。光电耦合器13用于隔离电路中的交流电和直流电，反相器18的数量为四。

需要说明的是，过零检测电路5中设置限流电阻、光电耦合器13和施密特触发器，光电耦合器13是将发光器件如发光二极管和光敏器件如光敏二极管组装在一起，可以用于强电和弱电的隔离，保护电路正常工作。限流电阻可以限制所在支路电流的大小，以防电流过大烧坏所串联的元器件，同时限流电阻起到分压作用。磁芯1可以是开关电源变压器铁芯，变压器的次级线圈会产生感应电动势，在次级线圈中产生电流，这个电流会对变压器的磁芯起到退磁的作用，在对变压器进行测试过程中，变压器的次级线圈一般不接负载电路，处于开路状态，使得变压器的次级线圈中不会产生电流。时钟调节电路4为RC振荡器，施密特触发器可以把变化十分缓慢的不规则的脉冲波形转换为数字电路所需要的矩形脉冲，施密特电路具有两个稳定状态，但和一般触发器不同的是，不仅这两个稳定状态的转换需要外加触发信号，且稳定状态的维持也依赖于外加触发信号，使得它的触发方式为电平触发。RC振荡器通常是在振荡电路中的频率选择部分可以只用电阻和电容构成，而本实施例中的时钟调节电路4中包含施密特触发器和反相器18，反相器18可以将输入信号的相位反转180度，通过在磁芯1上设置线圈6并连接驱动器2和过零检测电路5，可以对磁芯1有效退磁和消磁的目的。

应理解，电流变化率为正弦波，过零点指的是电流变化率靠近横轴区域，可以预先设定阈值，在过流检测电路5检测到电流变化率达到阈值时，可以向控制反馈，即第一触发器14输出退磁指令，控制器3为微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)，控制器3根据退磁指令控制时钟调节电路4输出脉冲电压并向驱动器2输出消磁指令，驱动器2与线圈6直接连接，驱动器2中设置第一放大单元19、第二放大单元20、驱动上管21、驱动下管22和电感23，可以将电平从0～5V转换到-5V～5V，MCU产生驱动上管21波形和驱动下管22波形以减小时间脉冲电压，提高对磁芯1消磁的效率和电路工作可靠性。

参阅图5、图6、图7和图8，本发明还提供了一种交流过零点磁芯退磁消磁方法，包括以下步骤：

S1：获取磁芯和线圈所在电路中的交流输入激励时，过流检测电路检测到交流输入激励中的电流变化率是否达到阈值；

S2：若是，过零检测电路输出电路的退磁指令并发送至控制器，控制器根据退磁指令控制时钟调节电路输出与电流变化率对应的脉冲电压，其中，退磁指令包括磁芯消磁的时间和消磁电流的频率；

S3：控制器根据脉冲电压向驱动器输出消磁指令以控制驱动器对磁芯进行消磁。

本实施例中，正弦波峰值小于200mA过零点时，电压方波频率从1KHz变化到10KHz，每个频率点完成一个周期，即电压方波从一个周期1K、一个周期2K、一个周期3K依次往复直到完成一个周期的10K之后停止，消磁完成电流波形如图8所示。通过过零点检测电路检测电流变化率波形过零点可以确定磁芯的消磁时间和消磁电流的频率，可以将消磁时间和消磁电流的频率快速反馈至控制器并实现磁芯的退磁和消磁，提高了磁芯退磁检测的准确性，同时也确保了电路工作的稳定性。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种交流过零点磁芯退磁消磁电路，其特征在于，包括磁芯、驱动器、控制器、时钟调节电路和过零检测电路，磁芯上环设线圈且线圈的两端与驱动器的输出端连接，驱动器的输入端、时钟调节电路、过零检测电路的输出端分别与控制器连接，过零检测电路的输出端连接至线圈的两端；

过零检测电路包括第一电阻、第二电阻、光电耦合器和第一触发器，第一电阻连接至交流输入端的一侧与光电耦合器的输入端之间，光电耦合器的输入端的另一侧连接交流输出端，第二电阻的一端连接直流电源，第二电阻的另一端与光电耦合器的输出端的一侧连接，光电耦合器的输出端的另一侧接地，第一触发器的输入端连接至第二电阻和光电耦合器的输出端的一侧，第一触发器的输出端用于接收过零检测电路检测磁芯所在电路的电流变化率；

其中，当磁芯所在电路存在交流输入激励时，过零检测电路根据电流变化率向控制器发送退磁指令，控制器根据退磁指令控制时钟调节电路调节输出脉冲电压并得到消磁指令，控制器输出消磁指令以控制驱动器对磁芯进行消磁。

2.根据权利要求1所述的交流过零点磁芯退磁消磁电路，其特征在于，时钟调节电路包括第三电阻、电容、第二触发器和多个依次连接的反相器，电容的一端连接至第三电阻和第二触发器的输入端，第二触发器的输出端与反相器连接，电容的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的交流过零点磁芯退磁消磁电路，其特征在于，驱动器包括第一放大单元、第二放大单元、驱动上管、驱动下管和电感，第一放大单元的一端与控制器的第一引脚连接，第二放大单元与控制器的第二引脚连接，第一放大单元的另一端与驱动上管的基极连接，驱动上管的集电极与驱动下管的集电极、电感的一端连接，驱动上管的发射极用于连接正电压，第二放大单元与驱动下管的基极连接，驱动下管的发射极用于连接负电压，电感的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的交流过零点磁芯退磁消磁电路，其特征在于，第一放大单元包括第一三极管、第二三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻，第一三极管的基极与第一引脚连接，第一三极管的集电极依次连接第四电阻和第五电阻的一端，第五电阻的另一端用于连接正电压，第一三极管的发射极接地；

第二三极管的基极连接至第四电阻和第五电阻，第二三极管的集电极依次连接第六电阻和第七电阻的一端，第七电阻的另一端用于连接负电压，驱动上管的基极连接至第六电阻和第七电阻，第二三极管的发射极用于连接正电压。

5.根据权利要求3所述的交流过零点磁芯退磁消磁电路，其特征在于，第二放大单元包括第三三极管、第四三极管、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第十一电阻，第三三极管的基极与第二引脚连接，第三三极管的集电极依次连接第八电阻和第九电阻的一端，第九电阻的另一端用于连接正电压，第三三极管的发射极接地；

第四三极管的基极连接至第八电阻和第九电阻，第四三极管的集电极依次连接第十电阻和第十一电阻的一端，第十一电阻的另一端用于连接负电压，驱动下管的基极连接至第十电阻和第十一电阻，第四三极管的发射极用于连接正电压。

6.根据权利要求1所述的交流过零点磁芯退磁消磁电路，其特征在于，第一触发器和第二触发器均为施密特触发器。

7.根据权利要求1所述的交流过零点磁芯退磁消磁电路，其特征在于，第一电阻和第二电阻均为限流电阻，控制器为微控制单元。

8.根据权利要求1所述的交流过零点磁芯退磁消磁电路，其特征在于，光电耦合器用于隔离电路中的交流电和直流电，反相器的数量为四。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的交流过零点磁芯退磁消磁电路的交流过零点磁芯退磁消磁方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取磁芯和线圈所在电路中的交流输入激励时，过流检测电路检测到交流输入激励中的电流变化率是否达到阈值；

若是，过零检测电路输出电路的退磁指令并发送至控制器，控制器根据退磁指令控制时钟调节电路输出与电流变化率对应的脉冲电压，其中，退磁指令包括磁芯消磁的时间和消磁电流的频率；

控制器根据脉冲电压向驱动器输出消磁指令以控制驱动器对磁芯进行消磁。

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