CN210071931U - B型剩余电流大小和种类自动检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种B型剩余电流大小和种类自动检测装置，包括火零线回路电流导体、磁心、检测IC和PCBA，所述火零线回路电流导体从磁心内部穿过，磁心的气隙处开设用于插入检测IC的安装槽，检测IC内部集成电信号顺序连接的磁通门探头和H桥驱动器，PCBA上设有闭环反馈环路和剩余电流信号处理电路，剩余电流信号处理电路包括滤波电路、信号二级放大电路和微控制器等。本实用新型具有独特的信号采集和处理设计，能够通过计算判断剩余电流大小和种类，并实现剩余电流状态的实时监测。
Description
技术领域
本实用新型涉及剩余电流检测技术领域，特别是涉及一种B型剩余电流大小和种类自动检测装置。
背景技术
随着工业电气设备和电动汽车的快速发展，对节能、高频、精确控制等的要求越来越高，设备电路中含有纯直流剩余电流、高频剩余电流等的可能性越来越大。传统的B型漏电断路器仅仅是根据B型标准断路器国标设定一个阈值电流范围，来进行脱扣保护动作，不能判断具体的电流类型和计算电流有效值大小，功能较单一，适用范围较窄。
实用新型内容
针对上述技术问题，本实用新型提供了一种B型剩余电流大小和种类自动检测装置，其具有独特的信号采集和处理设计，能够通过计算判断剩余电流大小和种类，并实现剩余电流状态的实时监测。
为实现上述技术目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种B型剩余电流大小和种类自动检测装置，其特征在于：包括火零线回路电流导体、磁心、检测IC和PCBA，所述磁心为带气隙的环状结构，磁心上均匀设有补偿绕组和自检绕组，火零线回路电流导体从磁心内部穿过，磁心的气隙处开设用于插入检测IC的安装槽，检测IC内部集成电信号顺序连接的磁通门探头和H桥驱动器,所述PCBA上设有闭环反馈环路和剩余电流信号处理电路，闭环反馈环路包括采样电阻和信号初级放大电路，补偿绕组和信号初级放大电路的输入端之间设有用于产生电压降的电阻器，剩余电流信号处理电路包括滤波电路、信号二级放大电路和微控制器，微控制器内设有两个AD信号输入端子、两个开关量信号输出端子。
作为优选，所述滤波电路包括两个通道，分为纯直流信号通道、交流信号和脉动直流信号通道，纯直流信号通道的输出端连接信号二级放大电路的输入端。
作为优选，所述补偿绕组在磁心上的绕制角度为θ＝270°。
作为优选，所述火零线回路电流导体为两根铜制漆包线，根据电流大小确定火零线回路电流导体的线径。
本实用新型的工作原理为：将检测IC被插入到外部铁磁环形磁心的气隙中以感测磁场，缠绕在磁芯周围的补偿线圈产生与由待测电流产生的磁场相反的磁场。在直流和低频，由初级导体中的电流引起的磁场在磁芯中产生磁通。磁通门探头集成在检测IC内，检测感应到的磁通量，然后对探头的输出进行滤波以提供闭环路稳定性。滤波器输出连接到内置H桥驱动器，该驱动器通过外部补偿线圈驱动相反的电流使补偿线圈产生相反的磁场，最终磁芯中的原始磁通恢复到零。在较高的频率下，初级导体和补偿线圈之间的电感耦合直接驱动电流通过补偿线圈。该补偿电流通过一个外部电阻器Rshunt产生电压降。由闭环反馈环路包含的集成差分放大器测量该电压并产生输出电压。由剩余电流信号处理电路接着对闭环反馈环路的输出信号进行滤波处理，分为纯直流信号通道、交流信号和脉动直流信号通道，并由微处理器分别对这两个通道的信号进行AD采集，通过微处理器MCU的运算判断出剩余电流信号的种类和大小，并通过串口将数据传出。
由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下技术效果：本实用新型的B型剩余电流大小和种类自动检测装置，能够分辨用户系统中可能存在的纯直流剩余电流、正弦交流、脉动直流剩余、高频剩余电流信号，通过微处理器计算电流信号的大小及种类，并通过串口将数据传出；还可以根据相关行业标准设定的剩余电流保护阈值输出开关量信号，用于判断系统剩余电流状态。
附图说明
本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本实用新型的结构爆炸图；
图2是磁芯及线圈绕制图；
图3是PCBA电路框图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1至3所示的一种B型剩余电流大小和种类自动检测装置，包括火零线回路电流导体、磁心、检测IC和PCBA，其中，磁心为带气隙的环状结构，磁心上均匀设有补偿绕组和自检绕组，火零线回路电流导体从磁心内部穿过，磁心的气隙处开设用于插入检测IC的安装槽，检测IC内部集成电信号顺序连接的磁通门探头和H桥驱动器,PCBA上设有闭环反馈环路和剩余电流信号处理电路，闭环反馈环路包括采样电阻和信号初级放大电路，补偿绕组和信号初级放大电路的输入端之间设有用于产生电压降的电阻器，剩余电流信号处理电路包括滤波电路、信号二级放大电路和微控制器，微控制器内设有输出开关量信号的串口通讯输出电路。信号初级放大电路可采用固定增益为4V/V的集成差分放大器。
如图1和图2所示，本实用新型中，磁心是环状带气隙的磁心，其气隙处开槽用于插入检测IC，通过检测气隙中的磁场强度来反应剩余电流Ip的大小，补偿绕组均匀绕在磁芯上，绕制角度为θ＝270°，用于补偿电流In产生相应的磁场。通过上述补偿电流In产生的磁场与剩余电流Ip产生的磁场相抵消以构成零磁通的闭环回路，补偿电流In通过采样电阻Rm取样后由检测IC差分放大输出电压信号Vo。自检绕组用于校验固定剩余电流Ip时，输出电压信号Vo的正确性。
检测IC为磁通门原理的IC，内部集成了磁通门探头，通过H桥电路交替的使探头工作在正反饱和状态，剩余电流Ip产生的磁场会使磁通门探头饱和状态偏移，经过积分滤波器后驱动H桥电路用于产生补偿电流In。通过取样电阻Rm取得与Ip有对应关系的输出信号，再经差分放大电路放大4倍，最终取出输出电压Vo＝Ip/N*Rm*4+Vref，其中N为补偿绕组的匝数，Vref为直流偏置电压。
剩余电流经过检测IC转换为电压信号后再分成两路送入PCBA上的滤波电路：1、一路经过滤波放大后将交流信号滤除，然后接微处理器ADC 2通道用于测量直流信号；
2、一路经滤波后接微处理器的ADC3通道用于测量脉动直流和正弦信号。
具体地，微处理器根据一个周期内的100个数据点的值的分布状态判断是正弦还是脉动直流剩余电流。在有剩余电流条件下，若100个点内有40个以上个点大于零点电压，且40个以上个点小于零点电压，同时10个以下个点在零点左右，则表示剩余电流为正弦剩余电流；在有剩余电流条件下，若100个点内有50个以上个点在零点左右，则表示剩余电流为脉动直流剩余电流。
另外还可以根据不同应用的行业标准在微控制器中设置剩余电流触发的阈值，直接输出开关量信号进行判断。所述串口通讯电路根据特定的通讯协议传输测量的剩余电流数据及更改系统参数设置。
本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (4)
1.一种B型剩余电流大小和种类自动检测装置，其特征在于：包括火零线回路电流导体、磁心、检测IC和PCBA，所述磁心为带气隙的环状结构，磁心上均匀设有补偿绕组和自检绕组，火零线回路电流导体从磁心内部穿过，磁心的气隙处开设用于插入检测IC的安装槽，检测IC内部集成电信号顺序连接的磁通门探头和H桥驱动器, 所述PCBA上设有闭环反馈环路和剩余电流信号处理电路，闭环反馈环路包括采样电阻和信号初级放大电路，补偿绕组和信号初级放大电路的输入端之间设有用于产生电压降的电阻器，剩余电流信号处理电路包括滤波电路、信号二级放大电路和微控制器，微控制器内设有两个AD信号输入端子、两个开关量信号输出端子。
2.根据权利要求1所述的B型剩余电流大小和种类自动检测装置，其特征在于：所述滤波电路包括两个通道，分为纯直流信号通道、交流信号和脉动直流信号通道，纯直流信号通道的输出端连接信号二级放大电路的输入端。
3.根据权利要求1所述的B型剩余电流大小和种类自动检测装置，其特征在于：所述补偿绕组在磁心上的绕制角度为θ=270°。
4.根据权利要求1所述的B型剩余电流大小和种类自动检测装置，其特征在于：所述火零线回路电流导体为两根铜制漆包线，根据电流大小确定火零线回路电流导体的线径。
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