[發明專利]直流剩余電流檢測裝置

有效

• 申請號: 201410106918.4
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN104931758B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 徐磊;陳永亮;楊世江
• 申請（專利權）人: 上海電科電器科技有限公司;浙江正泰電器股份有限公司
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 陸嘉

技術領域

本發明涉及剩余電流檢測技術，更具體地說，涉及一種由單極性電源供電的直流剩余電流檢測裝置。

背景技術

傳統的剩余電流檢測方法技術包括用于僅檢測工頻正弦剩余電流的AC型剩余電流檢測方法，以及檢測工頻正弦、脈動直流剩余電流的A型剩余電流檢測方法，和用于檢測平滑直流剩余電流的B型剩余電流檢測方法。其中AC型剩余電流檢測方法通常是利用剩余電流互感器初級繞組中存在的交變的剩余電流，產生交變的磁場，從而在剩余電流互感器次級繞組中也感應出相應的交變的感應電流，從而實現剩余電流的檢測。另外脈動直流剩余電流雖然沒有工頻正弦剩余電流變化范圍大，但同樣存在著電流的變化量，從而產生有效磁通量變化，繼而可以在剩余電流互感器次級繞組中得到感應電流。

隨著電力電子技術的發展，變頻器、醫療設備和UPS等設備的應用日益廣泛，這些設備發生故障時，產生的剩余電流不再只是工頻正弦波形、脈動直流，也會呈現平滑直流波形。在這種復雜波形條件下，用于正弦交流剩余電流或脈動直流剩余電流保護的磁芯磁場會發生偏置，甚至接近飽和，導致磁芯的磁場強度和感應電勢降低，從而使剩余電流互感器次級繞組的檢測靈敏度降低。

公開號為US4,276,510的美國專利提出了一種為電流互感器測量原邊電流的設備。其原理為電流互感器的次級線圈通以高頻交流源，一個電感傳感器交替感應次級繞組電感，任何電感的變化都是因為低頻原邊電流的影響，它被用來感應出第三線圈電流，第三線圈電流因此成為測量原邊電流的精確值。US4,276,510的關鍵原理是讓電感（磁導率）變化，即不能先飽和，也不能故障時達不到飽和（除非故障電流太小），完全飽和前換向，換向時間取決于R1、R2、R3的值和晶體管導通電壓。US4,276,510需要第三線圈和復雜的模擬電路，大大增加了實現的難度和成本，影響檢測精度。

現有的其它直流剩余電流檢測方法雖然多數也是將剩余電流互感器的次級線圈通以高頻交流源，通過磁芯飽和產生交變、正負峰值相等的激磁電流的方法來檢測直流剩余電流。但是為了得到正負交變的激磁電流，對于現有技術的激磁電路往往需要雙極性電源，從而導致功耗增加，而且需要變壓器等元件構建導致結構復雜，大大增加了電路的成本。另外，比較復雜的激磁電路也對小型保護裝置的尺寸設計和電磁兼容帶來極大考驗。

發明內容

本發明旨在提出一種具備全電流檢測能力、結構簡單并且由單極性電源驅動的直流剩余電流檢測裝置。

根據本發明的一實施例，提出一種直流剩余電流檢測裝置，由單極性電源驅動，包括：電源轉換自平衡電路、方波脈沖電壓驅動電路、剩余電流互感器和比較器。

電源轉換自平衡電路的輸入端連接到單極性電源，電源轉換自平衡電路將單極性電源轉換為雙極性電源并輸出，電源轉換自平衡電路為方波脈沖電壓驅動電路、剩余電流互感器和比較器供電。

剩余電流互感器形成有RL多諧振蕩器，方波脈沖電壓驅動電路循環為剩余電流互感器的次級繞組施加正負方向電壓，剩余電流互感器輸出相應的采樣電壓。

比較器獲取剩余電流互感器輸出的采樣電壓，將該采樣電壓與比較器閥值電壓并產生正負交替的方波信號，該方波信號作為比較器的輸出反饋給方波脈沖電壓驅動電路作為驅動信號。

比較器的輸出還作為所述直流剩余電流檢測裝置的輸出以表征直流剩余電流的極性和大小。

在一個實施例中，剩余電流互感器包括磁芯、多匝電感和采樣電阻。磁芯為非晶合金材料，待進行直流剩余電流檢測的配電線路穿過磁芯，配電線路和磁芯構成剩余電流互感器的初級繞組。多匝電感纏繞于磁芯上，構成剩余電流互感器的次級繞組。多匝電感和采樣電阻構成RL多諧振蕩器。采樣電壓從采樣電阻的兩端獲得。

在一個實施例中，比較器是滯回比較器，包括第一運算放大器，第一運算放大器的反相輸入端經由限流電阻后連接到采樣電阻以獲取采樣電壓，第一運算放大器的同相輸入端連接到閾值電壓產生電路以獲取閾值電壓，第一運算放大器的輸出端連接到限流電阻和濾波電容，限流電阻和濾波電容對第一運算放大器的輸出進行限流、抑制干擾和濾波。

在一個實施例中，方波脈沖電壓驅動電路是由一個NPN三極管和一個PNP三極管組成的半橋電壓驅動電路，兩個三極管的基極相互連接，由比較器輸出的正負交替的方波信號分別導通不同的三極管，兩個三極管的發射極相互連接并向剩余電流互感器的次級繞組輸出方波脈沖驅動電壓，NPN三極管的集電極連接正向電源，PNP三極管的集電極連接負向電源。