CN217739458U - 无稳态振荡器实现的电流互感器同名端检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无稳态振荡器实现的电流互感器同名端检测装置，包括无稳态振荡器、光电驱动模块和检测模块；所述无稳态振荡器，用于产生交变的方波信号；所述光电驱动模块，用于传递、隔离所述无稳态振荡器与所述检测模块之间的电信号，匹配两者之间不同的工作电源电压，驱动所述检测模块和待测电流互感器；所述检测模块，用于通过灯泡的亮与灭，来检测所连接待测电流互感器一次侧与二次侧的端口是否为同名端。与现有技术相比，本发明提供的无稳态振荡器实现的电流互感器同名端检测装置，能够快速判断电流互感器同名端，对操作人员的电工理论和操作技能要求不高，其检测效率会大大提高，非常有利于电流互感器批量的生产、使用和维护。

Description

无稳态振荡器实现的电流互感器同名端检测装置

技术领域

本发明涉及电流互感器的电子检测领域，特别是涉及无稳态振荡器实现的电流互感器同名端检测装置。

背景技术

通常电流互感器一次侧和二次侧的匝数比值较大，其同名端的判断能够为电流互感器的检测电流和检测相位提供重要的参考，随着电流互感器大量的应用，特别是在批量的生产、使用和维护过程中，快速准确地判断电流互感器同名端有着十分重要的意义。

发明人在实施现有技术的过程中发现，判断电流互感器同名端的现有技术对操作人员的电工理论和操作技能有着较高要求，需要借助诸如交流电源、直流电源、电压表、电流表或示波器等仪器设备，需要频繁地拆线和接线，采用现有技术的装置就显得效率低下，因此非常不利于批量的生产、使用和维护。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了无稳态振荡器实现的电流互感器同名端检测装置，具体技术方案是，

包括无稳态振荡器、光电驱动模块和检测模块；

所述无稳态振荡器，是一种包含两个三极管构成的无稳态振荡器，用于产生交变的方波信号；包含充放电回路1和充放电回路2；所述的充放电回路1，包含偏置电阻R1、偏置电阻R2、充放电电容C1、三极管Q1；所述三极管Q1为NPN型三极管；其中，偏置电阻R1的一端与电源VCC1相连，偏置电阻R1的另一端与三极管Q1的基极相连；偏置电阻R2的一端与电源VCC1相连，偏置电阻R2的另一端和充放电电容C1的一端与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的发射极与电源地GND1相连；

所述的充放电回路2，包含偏置电阻R3、偏置电阻R4、充放电电容C2、三极管Q2；所述三极管Q2为NPN型三极管；其中，偏置电阻R3的一端与电源VCC1相连，偏置电阻R3的另一端和所述充放电电容C1的另一端与三极管Q2的基极相连；偏置电阻R4的一端与电源VCC1相连，充放电电容C2的一端、三极管Q2的集电极和偏置电阻R4的另一端与设置的端口Sm+相连，充放电电容C2的另一端和所述偏置电阻R1的另一端还与设置的端口Sm-相连，三极管Q2的发射极与电源地GND1相连；

所述光电驱动模块，用于传递、隔离所述无稳态振荡器与所述检测模块之间的电信号，匹配两者之间不同的工作电源电压，驱动所述检测模块和待测电流互感器；包含限流电阻R5、光电耦合器U1和三极管Q3；所述光电耦合器U1为三极管型光电耦合器，所述三极管Q3为NPN型三极管；其中，光电耦合器U1一次侧内的二极管阳极与所述端口Sm+相连，光电耦合器U1一次侧内的二极管阴极与限流电阻R5的一端相连，限流电阻R5的另一端与所述端口Sm-相连，光电耦合器U1二次侧内的三极管集电极和三极管Q3的集电极与电源VCC2相连，光电耦合器U1二次侧内的三极管发射极与三极管Q3的基极相连，三极管Q3的发射极设置为端口Sn，用于以开关信号的形式驱动检测模块；

所述检测模块，用于通过灯泡的亮与灭，来检测所连接待测电流互感器一次侧与二次侧的端口是否为同名端；包含灯泡D1、调节电阻R11、限流电阻R22；所述调节电阻R11为等效的两端口可调电阻；其中，灯泡D1的一端与所述端口Sn相连，端口Sn与设置的端口S_port1相连，灯泡D1的另一端与设置的端口P_port1相连，调节电阻R11的一端与设置的端口P_port2相连，限流电阻R22的一端与设置的端口S_port2相连，调节电阻R11的另一端和限流电阻R22的另一端与电源地GND2相连；端口P_port1和端口P_port2分别用于连接待测电流互感器一次侧两个端口，端口S_port1和端口S_port2分别用于连接待测电流互感器二次侧两个端口；

另外，所述的充放电回路1和充放电回路2交替运行，即在所设置的端口Sm+和端口Sm-之间可输出交替产生的方波信号。

进一步地，所述灯泡D1替换为由两个反并联的发光二极管组成的指示灯。

进一步地，所述三极管Q3对应地替换为等效的达林顿三极管。

本发明的有益效果是，提供的无稳态振荡器实现的电流互感器同名端检测装置，能够快速判断电流互感器同名端，对操作人员的电工理论和操作技能要求不高，不需要频繁地拆线和接线，其检测效率会大大提高，非常有利于电流互感器批量的生产、使用和维护。

附图说明

图1为本发明无稳态振荡器实现的电流互感器同名端检测装置典型示意图。

图2为本发明替换所述灯泡另一方案。

图3为本发明所述无稳态振荡器等效示意图。

图4为本发明所述光电驱动模块示意图。

图5为本发明检测电流互感器同名端接法局部等效运行电路示意图。

图6为本发明检测电流互感器异名端接法局部等效运行电路示意图。

图7为本发明替换所述三极管Q3的另一方案。

图8为本发明检测电流互感器同名端接法的一个具体实例。

图9为本发明检测电流互感器异名端接法的一个具体实例。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

如附图1所示，为本发明无稳态振荡器实现的电流互感器同名端检测装置典型示意图，包括无稳态振荡器、光电驱动模块和检测模块；

所述无稳态振荡器，是一种包含两个三极管构成的无稳态振荡器，用于产生交变的方波信号；包含充放电回路1和充放电回路2；所述的充放电回路1，包含偏置电阻R1、偏置电阻R2、充放电电容C1、三极管Q1；所述三极管Q1为NPN型三极管；其中，偏置电阻R1的一端与电源VCC1相连，偏置电阻R1的另一端与三极管Q1的基极相连；偏置电阻R2的一端与电源VCC1相连，偏置电阻R2的另一端和充放电电容C1的一端与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的发射极与电源地GND1相连；

所述的充放电回路2，包含偏置电阻R3、偏置电阻R4、充放电电容C2、三极管Q2；所述三极管Q2为NPN型三极管；其中，偏置电阻R3的一端与电源VCC1相连，偏置电阻R3的另一端和所述充放电电容C1的另一端与三极管Q2的基极相连；偏置电阻R4的一端与电源VCC1相连，充放电电容C2的一端、三极管Q2的集电极和偏置电阻R4的另一端与设置的端口Sm+相连，充放电电容C2的另一端和所述偏置电阻R1的另一端还与设置的端口Sm-相连，三极管Q2的发射极与电源地GND1相连；

所述光电驱动模块，用于传递、隔离所述无稳态振荡器与所述检测模块之间的电信号，匹配两者之间不同的工作电源电压，驱动所述检测模块和待测电流互感器；包含限流电阻R5、光电耦合器U1和三极管Q3；所述光电耦合器U1为三极管型光电耦合器，所述三极管Q3为NPN型三极管；其中，光电耦合器U1一次侧内的二极管阳极与所述端口Sm+相连，光电耦合器U1一次侧内的二极管阴极与限流电阻R5的一端相连，限流电阻R5的另一端与所述端口Sm-相连，光电耦合器U1二次侧内的三极管集电极和三极管Q3的集电极与电源VCC2相连，光电耦合器U1二次侧内的三极管发射极与三极管Q3的基极相连，三极管Q3的发射极设置为端口Sn，用于以开关信号的形式驱动检测模块；

所述检测模块，用于通过灯泡的亮与灭，来检测所连接待测电流互感器一次侧与二次侧的端口是否为同名端；包含灯泡D1、调节电阻R11、限流电阻R22；所述调节电阻R11为等效的两端口可调电阻；其中，灯泡D1的一端与所述端口Sn相连，端口Sn与设置的端口S_port1相连，灯泡D1的另一端与设置的端口P_port1相连，调节电阻R11的一端与设置的端口P_port2相连，限流电阻R22的一端与设置的端口S_port2相连，调节电阻R11的另一端和限流电阻R22的另一端与电源地GND2相连；端口P_port1和端口P_port2分别用于连接待测电流互感器一次侧两个端口，端口S_port1和端口S_port2分别用于连接待测电流互感器二次侧两个端口；

另外，所述的充放电回路1和充放电回路2交替运行，即在所设置的端口Sm+和端口Sm-之间可输出交替产生的方波信号。

如附图2所示，为本发明替换所述灯泡另一方案，所述灯泡D1替换为由两个反并联的发光二极管组成的指示灯。

如附图3所示，为本发明所述无稳态振荡器等效示意图，其中，把光电耦合器U1一次侧支路可以看作一个等效负载，连接在所述端口Sm+与所述端口Sm-之间，这样就构成了一个典型的无稳态振荡器电路，在运行时，三极管Q1和三极管Q2交替导通或关断，即会在等效负载两端产生交变的方波信号；也就是说，等效负载两端产生的方波信号通过端口Sm+和端口Sm-输送给所述光电耦合器U1的一次侧。

如附图4所示，为本发明所述光电驱动模块示意图，参照附图3说明，假设端口Sn上另连接有等效负载，其工作过程是，

（1）当端口Sm+与端口Sm-之间的电压差高于光电耦合器U1一次侧内的发光二极管的导通电压时，光电耦合器U1二次侧内三极管的集电极和发射极之间呈低阻抗状态，致使光电耦合器U1二次侧导通，会给三极管Q3的基极和发射极提供正向偏置，三极管Q3的集电极和发射极之间呈低阻抗状态，致使三极管Q3导通，即端口Sn输出高电平；

（2）当端口Sm+与端口Sm-之间的电压差低于光电耦合器U1一次侧内的发光二极管的导通电压时，光电耦合器U1二次侧内三极管的集电极和发射极之间呈高阻抗状态，致使光电耦合器U1二次侧关断，并使得三极管Q3的基极和发射极失去正向偏置，三极管Q3的集电极和发射极之间呈高阻抗状态，致使三极管Q3截止，即端口Sn输出低电平；

综上所述，端口Sn输出电压波形为交替的开关信号；由于光电驱动模块输入信号和输出信号是相互隔离的，因此在技术上，可以适应不同功率或不同工作电压的电流互感器进行检测。

由于电流互感器的一次侧与二次侧的匝数相差较大，为了提高同一类电流互感器批量检测效率，找一个同一类且已知同名端的无故障电流互感器，来确定调节电阻R11的参数，之后依此进行批量检测同名端；进行操作步骤是，

（1）端口P_port1和端口P_port2分别连接已知电流互感器TA一次侧两个端口，端口S_port1和端口S_port2分别连接已知电流互感器TA二次侧两个端口，即电流互感器TA匝数少的一次侧的两个端口分别连接端口P_port1和端口P_port2，其匝数多的二次侧的两个端口分别连接端口S_port1和端口S_port2；

（2）确定好调节电阻R11的参数；以达到“当电流互感器TA为同名端接法时，灯泡D1不被点亮；当电流互感器TA为异名端接法时，灯泡D1被点亮”的检测效果；

（3）之后依此进行批量检测同一类电流互感器同名端。

如附图5所示，为本发明检测电流互感器同名端接法局部等效运行电路示意图；上电时，端口Sn上的信号从低电平转换为高电平的过程中，连接电流互感器TA的一次侧和二次侧组成的两条支路，一次侧的电感会抑制电流的增加，则会在其两端之间产生感应电压Up，并通过电流互感器TA在二次侧感应出电压Us，参照附图1所示，忽略三极管Q1的导通压降，端口Sn上的最高电压为V_CC2，根据基尔霍夫电压定律，产生的定量关系是

(1)

(2)

公式（2）减公式（1）得

(3)

为了分析和调节便利，假设流过灯泡得电流为I，假设限流电阻R22的阻值为0，此时有

(4)

(5)

将公式(5)变换得

(6)

依据公式（6），按照附图5接线，增大调节电阻R11会使得流过灯泡上的电流I减小，就可以达到上述“当电流互感器TA为同名端接法时，灯泡D1不被点亮”的检测目的，即调节电阻R11的参数调至灯泡D1刚刚不亮时为止。

同理，当端口Sn上的信号从高电平转换为低电平的过程中，其分析过程和结果与上述相似，具体不再赘述。

如附图6所示，为本发明检测电流互感器异名端接法局部等效运行电路示意图，上电时，端口Sn上的信号从低电平转换为高电平的过程中，连接电流互感器TA的一次侧和二次侧组成的两条支路，一次侧的电感会抑制电流的增加，则会在其两端之间产生感应电压Up，并通过电流互感器TA在二次侧感应出电压Us，同样参照附图1所示，忽略三极管Q1的导通压降，端口Sn上的最高电压为V_CC2，根据基尔霍夫电压定律，产生的定量关系是

(7)

(8)

公式（8）减公式（7）得

(9)

为了分析和调节便利，假设流过灯泡得电流为

，同样假设限流电阻R22的阻值为0，此时有

(10)

(11)

将公式(11)变换得

(12)

公式（12）中，经过附图5的说明，调制后的调节电阻R11的阻值保持不变，与公式（6）对比可知，此时流过灯泡的电流明显会增大，达到“当电流互感器TA为异名端接法时，灯泡D1被点亮”的检测目的。

同理，当端口Sn上的信号从高电平转换为低电平的过程中，其分析过程和结果与上述相似，具体不再赘述。

综上所述，依据附图5和附图6接线和调节过程后，确定了调节电阻R11的参数，来批量检测同一类电流互感器才能提高工作效率；接下来的检测过程是，

（1）端口P_port1和端口P_port2分别连接待测电流互感器TA一次侧两个端口，端口S_port1和端口S_port2分别连接待测电流互感器TA二次侧两个端口；

（2）当检测模块灯泡发光时，则说明检测模块的端口P_port1与端口S_port1所连接电流互感器TA端口为异名端；当检测模块的灯泡不发光时，说明检测模块的端口P_port1与端口S_port1所连接电流互感器TA端口为同名端。

如附图7所示，为本发明替换所述三极管Q3的另一方案，所述三极管Q3对应地替换为等效的达林顿三极管，用来增大三极管驱动负载的能力，以适应大功率电流互感器的检测。

如附图8所示，为本发明检测电流互感器同名端接法的一个具体实例，依据上述原理进行接线，上电后，灯泡D1不亮，说明检测模块的端口P_port1与端口S_port1所连接电流互感器端口TA为同名端。

如附图9所示，为本发明检测电流互感器异名端接法的一个具体实例，依据上述原理进行接线，上电后，灯泡D1被点亮，说明检测模块的端口P_port1与端口S_port1所连接电流互感器TA端口为异名端。

Claims (3)

1.无稳态振荡器实现的电流互感器同名端检测装置，其特征在于，包括无稳态振荡器、光电驱动模块和检测模块；

所述无稳态振荡器，是一种包含两个三极管构成的无稳态振荡器，用于产生交变的方波信号；包含充放电回路1和充放电回路2；所述的充放电回路1，包含偏置电阻R1、偏置电阻R2、充放电电容C1、三极管Q1；所述三极管Q1为NPN型三极管；其中，偏置电阻R1的一端与电源VCC1相连，偏置电阻R1的另一端与三极管Q1的基极相连；偏置电阻R2的一端与电源VCC1相连，偏置电阻R2的另一端和充放电电容C1的一端与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的发射极与电源地GND1相连；

所述的充放电回路2，包含偏置电阻R3、偏置电阻R4、充放电电容C2、三极管Q2；所述三极管Q2为NPN型三极管；其中，偏置电阻R3的一端与电源VCC1相连，偏置电阻R3的另一端和所述充放电电容C1的另一端与三极管Q2的基极相连；偏置电阻R4的一端与电源VCC1相连，充放电电容C2的一端、三极管Q2的集电极和偏置电阻R4的另一端与设置的端口Sm+相连，充放电电容C2的另一端和所述偏置电阻R1的另一端还与设置的端口Sm-相连，三极管Q2的发射极与电源地GND1相连；

所述光电驱动模块，用于传递、隔离所述无稳态振荡器与所述检测模块之间的电信号，匹配两者之间不同的工作电源电压，驱动所述检测模块和待测电流互感器；包含限流电阻R5、光电耦合器U1和三极管Q3；所述光电耦合器U1为三极管型光电耦合器，所述三极管Q3为NPN型三极管；其中，光电耦合器U1一次侧内的二极管阳极与所述端口Sm+相连，光电耦合器U1一次侧内的二极管阴极与限流电阻R5的一端相连，限流电阻R5的另一端与所述端口Sm-相连，光电耦合器U1二次侧内的三极管集电极和三极管Q3的集电极与电源VCC2相连，光电耦合器U1二次侧内的三极管发射极与三极管Q3的基极相连，三极管Q3的发射极设置为端口Sn，用于以开关信号的形式驱动检测模块；

所述检测模块，用于通过灯泡的亮与灭，来检测所连接待测电流互感器一次侧与二次侧的端口是否为同名端；包含灯泡D1、调节电阻R11、限流电阻R22；所述调节电阻R11为等效的两端口可调电阻；其中，灯泡D1的一端与所述端口Sn相连，端口Sn与设置的端口S_port1相连，灯泡D1的另一端与设置的端口P_port1相连，调节电阻R11的一端与设置的端口P_port2相连，限流电阻R22的一端与设置的端口S_port2相连，调节电阻R11的另一端和限流电阻R22的另一端与电源地GND2相连；端口P_port1和端口P_port2分别用于连接待测电流互感器一次侧两个端口，端口S_port1和端口S_port2分别用于连接待测电流互感器二次侧两个端口；

另外，所述的充放电回路1和充放电回路2交替运行，即在所设置的端口Sm+和端口Sm-之间可输出交替产生的方波信号。

2.根据权利要求1所述无稳态振荡器实现的电流互感器同名端检测装置，其特征在于，所述灯泡D1替换为由两个反并联的发光二极管组成的指示灯。

3.根据权利要求1所述无稳态振荡器实现的电流互感器同名端检测装置，其特征在于，所述三极管Q3对应地替换为等效的达林顿三极管。

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