CN205248099U - 一种剩余电流互感器 - Google Patents
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Abstract
一种剩余电流互感器，属于低压电器技术领域。包括磁芯、第一、第二绕组、屏蔽壳、线路板及绝缘外壳，线路板包括激磁振荡电路、低通滤波电路、调零放大电路及恒流测试电路，激磁振荡电路与第一绕组连接，获得第一采样信号，低通滤波电路与激磁振荡电路连接，用于滤除第一采样信号中来自激磁振荡信号的分量，调零放大电路与低通滤波电路连接，用于对采样信号进行调零和放大并输出第二采样信号，恒流测试电路与第二绕组连接，用于产生恒定的模拟剩余电流，并输出测试开始状态信号。优点：能同时对交直流剩余电流进行测量；具有自检功能，能够产生恒定的模拟剩余电流；适用于满足国家标准GB？22794-2008要求的B型剩余电流动作断路器。
Description
技术领域
本实用新型属于低压电器技术领域，具体涉及一种剩余电流互感器。
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，电路需要设置对交直流敏感的B型剩余电流动作断路器。该种断路器对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。
传统的采用电磁感应原理的剩余电流互感器通常用来检测交流和脉动直流剩余电流，当剩余电流中含有直流电流分量或复杂波形电流分量时，传统的剩余电流互感器将不能准确感应出剩余电流信号。而利用磁调制原理制成的电流互感器则可用来检测平滑直流或低频交流（如工频交流）电流。为了满足B型剩余电流动作断路器的使用要求，目前通用的技术是采用磁调制原理和电磁感应原理相结合的方法来测量交直流剩余电流。例如，一种方案是在一个电流互感器中设置两个磁芯绕组，其中一个磁芯绕组用于测量直流剩余电流，另一个磁芯绕组用于测量交流剩余电流，该种互感器结构复杂，体积较大，成本较高。
为适应越来越复杂的用电需求，市场上迫切需要一种适用于B型剩余电流动作断路器的剩余电流互感器，要求该互感器抗干扰性能好，能够用于测量交直流剩余电流，并且具有自检功能，可直接安装于目前广泛使用的A型或AC型剩余电流动作断路器的机构内。
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能同时对交直流剩余电流进行测量，且具有自检功能，抗干扰能力强，使用方便的剩余电流互感器。
本实用新型的目的是这样来达到的，一种剩余电流互感器，包括磁芯、绕制在所述磁芯上用于检测剩余电流的第一绕组和用于自检的第二绕组、容纳磁芯和第一、第二绕组、且用于屏蔽周围干扰磁场的屏蔽壳、与所述的第一、第二绕组连接的线路板以及用于容纳所述的屏蔽壳和线路板的绝缘外壳，其特征在于：所述的线路板上包括有激磁振荡电路、低通滤波电路、调零放大电路以及恒流测试电路，所述的激磁振荡电路与第一绕组连接，用于向第一绕组施加激磁振荡信号并获得第一采样信号，所述的低通滤波电路与激磁振荡电路连接，用于滤除第一采样信号中来自激磁振荡信号的分量，所述的调零放大电路与低通滤波电路连接，用于对经过滤波后的采样信号进行调零和放大并输出与被测剩余电流成比例的第二采样信号，所述的恒流测试电路与第二绕组连接，用于产生恒定的模拟剩余电流，并输出测试开始状态信号。
在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的调零放大电路包括电阻R17～电阻R21、可调电阻R22以及运算放大器N1B，所述的运算放大器N1B采用OPA2134，电阻R17的一端连接所述的低通滤波电路，电阻R17的另一端与电阻R18的一端以及运算放大器N1B的6脚连接，电阻R18的另一端与运算放大器N1B的7脚连接，并共同输出第二采样信号，运算放大器N1B的5脚与电阻R19的一端连接，电阻R19的另一端与可调电阻R22的滑动端连接，可调电阻R22的一端连接电阻R20的一端，可调电阻R22的另一端连接电阻R21的一端，电阻R20的另一端连接直流电源+Vcc，电阻R21的另一端连接直流电源-Vcc。
在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的恒流测试电路包括电阻R23～电阻R26、NPN管V3、按键开关S1以及基准源N4，所述的基准源N4采用TL431，电阻R23的一端连接第二绕组的一端，NPN管V3的集电极连接第二绕组的另一端，NPN管V3的基极与电阻R24的一端以及基准源N4的负极端连接，电阻R24的另一端与电阻R26的一端以及按键开关S1的一端连接，NPN管V3的发射极与电阻R25的一端以及基准源N4的控制端连接，电阻R23的另一端以及按键开关S1的另一端共同接直流电源+Vcc，电阻R25的另一端、基准源N4的正极端以及电阻R26的另一端共同接地。
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：能同时对交直流剩余电流进行测量；具有自检功能，能够产生恒定的模拟剩余电流；抗干扰能力强；使用方便，可直接输出与被测剩余电流成比例的采样信号，且无需调零；适用于满足国家标准GB22794-2008要求的B型剩余电流动作断路器。
附图说明
图1为本实用新型的结构分解图。
图2为本实用新型的原理框图。
图3为本实用新型所述的激磁振荡电路的电原理图。
图4为本实用新型所述的低通滤波电路的电原理图。
图5为本实用新型所述的调零放大电路的电原理图。
图6为本实用新型所述的恒流测试电路的电原理图。
图中：1.磁芯；21.第一绕组、22.第二绕组；3.屏蔽壳；4.线路板；5.绝缘外壳。
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剩余电流互感器，包括非晶合金磁芯1、均匀绕制在所述磁芯1上用于检测剩余电流的第一绕组21和用于自检的第二绕组22、容纳磁芯1和第一、第二绕组21、22且用于屏蔽周围干扰磁场的环形屏蔽壳3、与所述的第一、第二绕组21、22连接的线路板4以及用于容纳所述的屏蔽壳3和线路板4的环形绝缘外壳5。所述的第一绕组21和第二绕组22分别采用单芯漆包线，在本实施例中，第一绕组21绕制150匝，第二绕组绕制30匝。所述的环形屏蔽壳3由硅钢片构成，所述的绕制有第一、第二绕组21、22的磁芯1容纳在该屏蔽壳3内，并通过绝缘胶粘剂粘固。第一、第二绕组21、22的漆包线抽头经由屏蔽壳3上开设的引出孔延伸至屏蔽壳3外。所述的线路板4为环形线路板，其通过绝缘胶粘剂粘固于屏蔽壳3一侧并与第一、第二绕组21、22的漆包线抽头电连接。所述的屏蔽壳3和线路板4共同通过绝缘胶粘剂灌封于环形绝缘外壳5的容腔内，线路板4上设有一引出端41，该引出端41引出至环形绝缘外壳5外。所述的环形绝缘外壳5具有用于将该剩余电流互感器安装到被保护线路的母线上的母线让位孔。
请参阅图2，所述的线路板4上包括有激磁振荡电路、低通滤波电路、调零放大电路以及恒流测试电路，所述的激磁振荡电路与第一绕组21连接，用于向第一绕组21施加激磁振荡信号并获得第一采样信号，所述的低通滤波电路与激磁振荡电路连接，用于滤除第一采样信号中来自激磁振荡信号的分量，所述的调零放大电路与低通滤波电路连接，用于对经过滤波后的第一采样信号进行调零和放大并输出与被测剩余电流成比例的第二采样信号，所述的恒流测试电路与第二绕组22连接，用于产生恒定的模拟剩余电流，并输出测试开始状态信号。
请参阅图3，所述的激磁振荡电路包括电阻R1～电阻R8、运算放大器N1A、NPN管V1、PNP管V2以及比较器N2A、比较器N2B，其中，所述的运算放大器N1A采用OPA2134，所述的比较器N2A和比较器N2B采用LM2903，电阻R1为采样电阻。电阻R1的一端与电阻R2的一端共同连接所述的第一绕组21的一端，电阻R2的另一端与比较器N2A的2脚以及比较器N2B的5脚连接，比较器N2A的1脚与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与电阻R7的一端以及运算放大器N1A的3脚连接，运算放大器N1A的1脚与NPN管V1的基极以及PNP管V2的基极连接，NPN管V1的发射极、PNP管V2的发射极、电阻R4的一端以及电阻R6的一端共同连接第一绕组21的另一端，电阻R4的另一端与比较器N2A的3脚、比较器N2B的6脚以及电阻R3的一端连接，比较器N2B的7脚与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与电阻R6的另一端以及运算放大器N1A的2脚连接，NPN管V1的集电极和比较器N2A的8脚共同接直流电源+Vcc，PNP管V2的集电极和比较器N2A的4脚共同接直流电源-Vcc，电阻R3的另一端、电阻R7的另一端以及电阻R1的另一端共同接地。该激磁振荡电路连接第一绕组21，通过采样电阻R1获得第一采样信号，同时激磁振荡电路与第一绕组21形成自激振荡，获得激磁振荡信号，本实施例设置的激磁振荡频率为6000Hz。所述的通过采样电阻R1获得的第一采样信号中包含有与剩余电流成正比的采样信号分量以及来自激磁振荡信号的采样信号分量。显然，要检测剩余电流就需要将与剩余电流成正比的采样信号分量进行分离，为此就设置了低通滤波电路，主要用于滤除第一采样信号中的来自激磁振荡信号的采样信号分量。
请参阅图4，所述的低通滤波电路由两个二阶低通滤波电路串联而成，第一个二阶低通滤波电路包括电阻R9～电阻R12、电容C1、电容C2以及运算放大器N3A，第二个二阶低通滤波电路包括电阻R13～电阻R16、电容C3、电容C4以及运算放大器N3B，其中，运算放大器N3A及运算放大器N3B采用OPA2134。电阻R9的一端连接所述的激磁振荡电路，电阻R9的另一端与电阻R10的一端以及电容C1的一端连接，电阻R10的另一端与电容C2的一端以及运算放大器N3A的3脚连接，运算放大器N3A的2脚与电阻R11的一端以及电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与电容C1的另一端、运算放大器N3A的1脚以及电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与电阻R14的一端以及电容C3的一端连接，电阻R14的另一端与电容C4的一端以及运算放大器N3B的5脚连接，运算放大器N3B的6脚与电阻R15的一端以及电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端与电容C3的另一端以及运算放大器N3B的7脚连接，并共同连接所述的调零放大电路，输出滤波后的第一采样信号。电阻R11的另一端、电容C2的另一端、电阻R15的另一端以及电容C4的另一端共同接地。该低通滤波电路滤除第一采样信号中的来自激磁振荡信号的采样信号分量。
请参阅图5，所述的调零放大电路包括电阻R17～电阻R21、可调电阻R22以及运算放大器N1B，所述的运算放大器N1B采用OPA2134。电阻R17的一端连接所述的低通滤波电路，电阻R17的另一端与电阻R18的一端以及运算放大器N1B的6脚连接，电阻R18的另一端与运算放大器N1B的7脚连接，并共同输出第二采样信号，运算放大器N1B的5脚与电阻R19的一端连接，电阻R19的另一端与可调电阻R22的滑动端连接，可调电阻R22的一端连接电阻R20的一端，可调电阻R22的另一端连接电阻R21的一端，电阻R20的另一端连接直流电源+Vcc，电阻R21的另一端连接直流电源-Vcc。通过调节可调电阻R22，可以使该剩余电流互感器在无电流输入时输出为零（或最小）。本实施例通过合理设置低通滤波电路的滤波参数，以及通过选择合适的电阻R17和电阻R18以设置运算放大器N1B的信号放大倍数，可以使输出的第二采样信号满足B型剩余电流动作断路器在不同频率下的剩余动作电流要求。
请参阅图6，所述的恒流测试电路包括电阻R23～电阻R26、NPN管V3、按键开关S1以及基准源N4，所述的基准源N4采用TL431。电阻R23的一端连接第二绕组22的一端，NPN管V3的集电极连接第二绕组22的另一端，NPN管V3的基极与电阻R24的一端以及基准源N4的负极端连接，电阻R24的另一端与电阻R26的一端以及按键开关S1的一端连接，并输出测试开始状态信号给MCU电路，NPN管V3的发射极与电阻R25的一端以及基准源N4的控制端连接，电阻R23的另一端以及按键开关S1的另一端共同接直流电源+Vcc，电阻R25的另一端、基准源N4的正极端以及电阻R26的另一端共同接地。该恒流测试电路连接第二绕组22，当按键开关S1按下时，NPN管V3导通，第二绕组22上产生一个大小由基准源N4和电阻R25决定的恒定电流，由此通过第二绕组22模拟产生的剩余电流的大小为该恒定电流与第二绕组22匝数的乘积，该模拟剩余电流能够被第一绕组21精确检测到，并将测试开始状态信号输出给MCU电路，使MCU电路检测到该测试电路的测试是否正常，从而实现该剩余电流互感器的自检功能。
Claims (3)
1.一种剩余电流互感器，包括磁芯(1)、绕制在所述磁芯(1)上用于检测剩余电流的第一绕组(21)和用于自检的第二绕组(22)、容纳磁芯(1)和第一、第二绕组(21、22)且用于屏蔽周围干扰磁场的屏蔽壳(3)、与所述的第一、第二绕组(21、22)连接的线路板(4)以及用于容纳所述的屏蔽壳(3)和线路板(4)的绝缘外壳(5)，其特征在于：所述的线路板(4)上包括有激磁振荡电路、低通滤波电路、调零放大电路以及恒流测试电路，所述的激磁振荡电路与第一绕组(21)连接，用于向第一绕组(21)施加激磁振荡信号并获得第一采样信号，所述的低通滤波电路与激磁振荡电路连接，用于滤除第一采样信号中来自激磁振荡信号的分量，所述的调零放大电路与低通滤波电路连接，用于对经过滤波后的采样信号进行调零和放大并输出与被测剩余电流成比例的第二采样信号，所述的恒流测试电路与第二绕组(22)连接，用于产生恒定的模拟剩余电流，并输出测试开始状态信号。
2.根据权利要求1所述的一种剩余电流互感器，其特征在于所述的调零放大电路包括电阻R17～电阻R21、可调电阻R22以及运算放大器N1B，所述的运算放大器N1B采用OPA2134，电阻R17的一端连接所述的低通滤波电路，电阻R17的另一端与电阻R18的一端以及运算放大器N1B的6脚连接，电阻R18的另一端与运算放大器N1B的7脚连接，并共同输出第二采样信号，运算放大器N1B的5脚与电阻R19的一端连接，电阻R19的另一端与可调电阻R22的滑动端连接，可调电阻R22的一端连接电阻R20的一端，可调电阻R22的另一端连接电阻R21的一端，电阻R20的另一端连接直流电源+Vcc，电阻R21的另一端连接直流电源-Vcc。
3.根据权利要求1所述的一种剩余电流互感器，其特征在于所述的恒流测试电路包括电阻R23～电阻R26、NPN管V3、按键开关S1以及基准源N4，所述的基准源N4采用TL431，电阻R23的一端连接第二绕组(22)的一端，NPN管V3的集电极连接第二绕组(22)的另一端，NPN管V3的基极与电阻R24的一端以及基准源N4的负极端连接，电阻R24的另一端与电阻R26的一端以及按键开关S1的一端连接，NPN管V3的发射极与电阻R25的一端以及基准源N4的控制端连接，电阻R23的另一端以及按键开关S1的另一端共同接直流电源+Vcc，电阻R25的另一端、基准源N4的正极端以及电阻R26的另一端共同接地。
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