CN204679548U - 一种单线圈磁调制式剩余电流检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种单线圈磁调制式剩余电流检测装置，属于低压电器技术领域。包括单线圈磁调制互感器；向单线圈磁调制互感器施加振荡信号的激磁震荡电路；滤除激磁震荡电路中激磁信号的第一滤波电路；分离剩余电流信号中直流和交流分量的第二滤波电路和隔直电路；处理直流分量的剩余电流信号的第一信号放大处理电路；处理交流分量的剩余电流信号的第二信号放大处理电路；对第一信号放大处理电路送入的直流分量和第二信号放大处理电路送入的交流分量进行处理，以此控制脱扣电路实现断路器保护的微处理器电路。能对剩余电流中的交流分量和直流分量分别进行测量；各种剩余电流波形测量的一致性好，且精度高；还可实现对剩余电流的连续测量，电路可靠性高。
Description
技术领域
本实用新型属于低压电器技术领域，具体涉及一种单线圈磁调制式剩余电流检测装置。
背景技术
传统的剩余电流断路器被设计为用来检测交流剩余电流信号，当交流电路中出现交流剩余电流时，断路器自动切断交流电源，从而保护用户的人身安全，或避免由于绝缘问题而引发的事故。但随着用电设备数量和种类的增多，如变频器、逆变器、UPS系统等的出现，设备发生漏电故障的次数和形式也随之增加。剩余电流信号的波形不仅含有工频（甚至高频）正弦交流信号，还夹杂有脉动直流分量、甚至平滑直流分量。当剩余电流含有直流分量时，剩余电流互感器的二次侧线圈将不能感应出预计的感应电势，从而会导致剩余电流断路器无法正常工作。如果剩余电流含有的直流分量足够大，剩余电流互感器将进入饱和区，同样也会导致剩余电流断路器无法工作。
现有技术的剩余电流断路器一般是在断路器内部设置两个剩余电流检测传感器，一个用于直流剩余电流信号的检测，另一个用于交流剩余电流信号的检测。这种技术的剩余电流断路器结构非常复杂，硬件电路体积较大，没有得到广泛的使用。随着电力技术的发展，后又出现了使用一个电流互感器的剩余电流断路器，该种断路器为了满足对交流和直流两种剩余电流进行采样的需要，必须要将交流采样电路和直流采样电路频繁地依次切换到同一个电流互感器上。这种方案的缺点是切换必须以高频的方式进行，切换时容易引入高频干扰，这将造成电流互感器无法对信号进行连续采样，从而影响了断路器对剩余电流的检测精度。
鉴于上述已有技术，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种单线圈磁调制式剩余电流检测装置，结构简单，测量精度高，且适合于B型剩余电流的检测和保护。
本实用新型的目的是这样来达到的，一种单线圈磁调制式剩余电流检测装置，其特征在于：包括套装于母线上的单线圈磁调制互感器；与所述的单线圈磁调制互感器连接，向单线圈磁调制互感器施加振荡信号的激磁震荡电路；与所述的激磁震荡电路连接，滤除激磁震荡电路中激磁信号的第一滤波电路；分别与所述的第一滤波电路连接，用于分离剩余电流信号中直流和交流分量的第二滤波电路和隔直电路；与所述的第二滤波电路连接，处理直流分量的剩余电流信号的第一信号放大处理电路；与所述的隔直电路连接，处理交流分量的剩余电流信号的第二信号放大处理电路；分别与所述的第一信号放大处理电路、第二信号放大处理电路以及脱扣电路连接，用于对第一信号放大处理电路送入的直流分量和第二信号放大处理电路送入的交流分量进行计算，并将计算结果与设定值进行比较，以此控制脱扣电路实现断路器保护的微处理器电路。
在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的剩余电流检测装置还包括用于参数显示的显示电路和进行参数设置的按键电路，所述的显示电路和按键电路分别与微处理器电路连接。
在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的激磁震荡电路包括电阻R1～电阻R7、驱动芯片N1、运算放大器N2A、运算放大器N2B、运算放大器N3A以及接插件X1，所述的驱动芯片N1采用全桥驱动芯片L9110，运算放大器N2A、N2B采用AD8552，运算放大器N3A采用AD8572，所述的接插件X1连接所述的单线圈磁调制互感器，接插件X1的1脚与电阻R3的一端、电阻R1的一端以及运算放大器N2B的6脚连接，电阻R3的另一端与电阻R5的一端以及运算放大器N3A的3脚连接，运算放大器N3A的1脚与电阻R4的一端连接，并构成激磁震荡电路的输出端连接所述的第一滤波电路，电阻R4的另一端与运算放大器N3A的2脚以及电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与电阻R1的另一端、电阻R7的一端以及驱动芯片N1的4脚连接，电阻R7的另一端与电阻R6的一端、运算放大器N2B的5脚以及运算放大器N2A的3脚连接，电阻R6的另一端与接插件X1的2脚以及驱动芯片N1的1脚连接，驱动芯片N1的6脚与运算放大器N2A的2脚以及运算放大器N2B的7脚连接，运算放大器N2A的1脚连接驱动芯片N1的7脚，驱动芯片N1的2脚、3脚共同连接直流电源VCC，驱动芯片N1的5脚、8脚以及电阻R5的另一端共同接地。
在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述的第一滤波电路包括电阻R8～电阻R10、电容C1、电容C2以及运算放大器N3B，所述的运算放大器N3B采用AD8572，所述的电阻R8的一端作为第一滤波电路的输入端连接所述的激磁震荡电路，电阻R8的另一端与电阻R9的一端以及电容C1的一端连接，电阻R9的另一端与电容C2的一端以及运算放大器N3B的5脚连接，运算放大器N3B的6脚与7脚连接，并与电阻R10的一端以及电容C1的另一端连接，电阻R10的另一端作为第一滤波电路的输出端连接所述的第二滤波电路以及隔直电路，电容C2的另一端接地。
在本实用新型的再一个具体的实施例中，所述的第二滤波电路包括电阻R11、电容C3以及运算放大器N4B，所述的运算放大器N4B采用AD8572，电阻R11的一端作为第二滤波电路的输入端连接所述的第一滤波电路，电阻R11的另一端与电容C3的一端以及运算放大器N4B的5脚连接，运算放大器N4B的6脚与7脚连接，并构成第二滤波电路的输出端连接所述的第一信号放大处理电路，电容C3的另一端接地。
本实用新型由于采用了上述结构，与现有技术相比，具有的有益效果是：能对剩余电流中的交流分量和直流分量分别进行测量和计算，结构简单、成本低；各种剩余电流波形测量的一致性好，且精度高；还可实现对剩余电流的连续测量，电路可靠性高。
附图说明
图1为本实用新型的电路框图。
图2为本实用新型所述的激磁震荡电路的电原理图。
图3为本实用新型所述的第一滤波电路的电原理图。
图4为本实用新型的第二滤波电路的电原理图。
具体实施方式
申请人将在下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。
请参阅图1，本实用新型涉及一种单线圈磁调制式剩余电流检测装置，包括套装于母线上的单线圈磁调制互感器；与所述的单线圈磁调制互感器连接，向单线圈磁调制互感器施加振荡信号的激磁震荡电路；与所述的激磁震荡电路连接，滤除激磁震荡电路中激磁信号的第一滤波电路；分别与所述的第一滤波电路连接，用于分离剩余电流信号中直流和交流分量的第二滤波电路和隔直电路，其中第二滤波电路是滤除交流分量信号而保留直流分量信号，而隔直电路是滤除直流分量信号而保留交流分量信号；与所述的第二滤波电路连接，处理直流分量的剩余电流信号的第一信号放大处理电路；与所述的隔直电路连接，处理交流分量的剩余电流信号的第二信号放大处理电路；分别与所述的第一信号放大处理电路、第二信号放大处理电路以及脱扣电路连接，用于对第一信号放大处理电路送入的直流分量和第二信号放大处理电路送入的交流分量进行计算，并将计算结果与设定值进行比较，以此控制脱扣电路实现断路器保护的微处理器电路；还包括用于参数显示的显示电路和进行参数设置的按键电路，所述的显示电路和按键电路分别与微处理器电路连接。本剩余电流检测装置中的剩余电流互感器是一种单线圈式磁调制互感器，互感器环形磁芯上的线圈既是激磁绕组又是检测绕制，线路中的剩余电流为母线的矢量和。
请参阅图2，所述的激磁震荡电路包括电阻R1～电阻R7、驱动芯片N1、运算放大器N2A、运算放大器N2B、运算放大器N3A以及接插件X1，所述的电阻R1为采样电阻，所述的驱动芯片N1采用全桥驱动芯片L9110，运算放大器N2A、N2B采用AD8552，运算放大器N3A采用AD8572。激磁震荡电路通过接插件X1连接所述的单线圈磁调制互感器，激磁震荡电路的输出端连接所述的第一滤波电路。运算放大器N2A、N2B以及驱动芯片N1的作用是在单线圈磁调制互感器的线圈中生成一个正负交替的方波激磁信号，使单线圈磁调制互感器在磁芯中产生一个交变的磁场。当存在剩余电流时，互感器的磁平衡状态被打破，使得电阻R1两端的信号发生变化。运算放大器N3A的作用是以差分方式从电阻R1上采集带有剩余电流分量的信号，供后续电路处理。
请参阅图3，所述的第一滤波电路包括电阻R8～电阻R10、电容C1、电容C2以及运算放大器N3B，所述的运算放大器N3B采用AD8572。第一滤波电路的输入端连接所述的激磁震荡电路，第一滤波电路的输出端连接所述的第二滤波电路以及隔直电路。该第一滤波电路是一个二阶的低通滤波器，主要作用是通过二阶低通滤波，滤除采样信号中的由之前激磁震荡电路所引入的高频激磁信号，使得输出的剩余电流信号中仅包含直流分量和交流分量。
请参阅图4，所述的第二滤波电路包括电阻R11、电容C3以及运算放大器N4B，所述的运算放大器N4B采用AD8572。第二滤波电路的输入端连接所述的第一滤波电路，第二滤波电路的输出端连接所述的第一信号放大处理电路。该第二滤波电路是一个一阶低通滤波器，通过设置较低的截止频率，能滤除交流分量信号而保留直流分量信号，供后续的微处理器电路计算剩余电流中的直流分量。
本实用新型涉及的其他电路均为现有技术，此处省略具体的电原理图。本实用新型电路结构简单，成本低廉，能对剩余电流中的交流分量和直流分量分别进行测量和计算，无需像现有的剩余电流断路器那样将交流采样电路和直流采样电路频繁地依次切换，因此能对信号进行连续采样，提高了测量精度高。
Claims (5)
1.一种单线圈磁调制式剩余电流检测装置，其特征在于：包括套装于母线上的单线圈磁调制互感器；与所述的单线圈磁调制互感器连接，向单线圈磁调制互感器施加振荡信号的激磁震荡电路；与所述的激磁震荡电路连接，滤除激磁震荡电路中激磁信号的第一滤波电路；分别与所述的第一滤波电路连接，用于分离剩余电流信号中直流和交流分量的第二滤波电路和隔直电路；与所述的第二滤波电路连接，处理直流分量的剩余电流信号的第一信号放大处理电路；与所述的隔直电路连接，处理交流分量的剩余电流信号的第二信号放大处理电路；分别与所述的第一信号放大处理电路、第二信号放大处理电路以及脱扣电路连接，用于对第一信号放大处理电路送入的直流分量和第二信号放大处理电路送入的交流分量进行计算，并将计算结果与设定值进行比较，以此控制脱扣电路实现断路器保护的微处理器电路。
2.根据权利要求1所述的一种单线圈磁调制式剩余电流检测装置，其特征在于所述的剩余电流检测装置还包括用于参数显示的显示电路和进行参数设置的按键电路，所述的显示电路和按键电路分别与微处理器电路连接。
3.根据权利要求1所述的一种单线圈磁调制式剩余电流检测装置，其特征在于所述的激磁震荡电路包括电阻R1～电阻R7、驱动芯片N1、运算放大器N2A、运算放大器N2B、运算放大器N3A以及接插件X1，所述的驱动芯片N1采用全桥驱动芯片L9110，运算放大器N2A、N2B采用AD8552，运算放大器N3A采用AD8572，所述的接插件X1连接所述的单线圈磁调制互感器，接插件X1的1脚与电阻R3的一端、电阻R1的一端以及运算放大器N2B的6脚连接，电阻R3的另一端与电阻R5的一端以及运算放大器N3A的3脚连接，运算放大器N3A的1脚与电阻R4的一端连接，并构成激磁震荡电路的输出端连接所述的第一滤波电路，电阻R4的另一端与运算放大器N3A的2脚以及电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与电阻R1的另一端、电阻R7的一端以及驱动芯片N1的4脚连接，电阻R7的另一端与电阻R6的一端、运算放大器N2B的5脚以及运算放大器N2A的3脚连接，电阻R6的另一端与接插件X1的2脚以及驱动芯片N1的1脚连接，驱动芯片N1的6脚与运算放大器N2A的2脚以及运算放大器N2B的7脚连接，运算放大器N2A的1脚连接驱动芯片N1的7脚，驱动芯片N1的2脚、3脚共同连接直流电源VCC，驱动芯片N1的5脚、8脚以及电阻R5的另一端共同接地。
4.根据权利要求1所述的一种单线圈磁调制式剩余电流检测装置，其特征在于所述的第一滤波电路包括电阻R8～电阻R10、电容C1、电容C2以及运算放大器N3B，所述的运算放大器N3B采用AD8572，所述的电阻R8的一端作为第一滤波电路的输入端连接所述的激磁震荡电路，电阻R8的另一端与电阻R9的一端以及电容C1的一端连接，电阻R9的另一端与电容C2的一端以及运算放大器N3B的5脚连接，运算放大器N3B的6脚与7脚连接，并与电阻R10的一端以及电容C1的另一端连接，电阻R10的另一端作为第一滤波电路的输出端连接所述的第二滤波电路以及隔直电路，电容C2的另一端接地。
5.根据权利要求1所述的一种单线圈磁调制式剩余电流检测装置，其特征在于所述的第二滤波电路包括电阻R11、电容C3以及运算放大器N4B，所述的运算放大器N4B采用AD8572，电阻R11的一端作为第二滤波电路的输入端连接所述的第一滤波电路，电阻R11的另一端与电容C3的一端以及运算放大器N4B的5脚连接，运算放大器N4B的6脚与7脚连接，并构成第二滤波电路的输出端连接所述的第一信号放大处理电路，电容C3的另一端接地。
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