一种剩余电流检测电路的制作方法

1.本实用新型公开的实施方式涉及剩余电流保护技术领域，尤其涉及一种直流剩余电流检测电路。


背景技术：

2.直流电广泛用于光伏发电、储能电站、电力拖动系统和电力机车、应急和辅助控制系统、特殊工业（如金属电镀、电解等）。在上述应用领域，需要直流配电系统将直流电源与各种直流设备连接并控制其运行。
3.近年来随着直流配电技术的发展，居民住宅、智慧楼宇等也在探索和普及直流配电技术的应用。尤其是分布式光伏的普及、智能家电和节能照明电器的日益丰富、电动汽车的日益增多，使直流电的使用便利性更加凸显。
4.同交流配电系统一样，在直流配电技术中，直流绝缘检测技术极其重要，是保障直流配电系统安全可靠运行的重要手段。然而，直流电由于电流方向恒定，磁场相对稳定，直流输电线上的磁芯基本处于饱和偏执状态，这个的特点决定了其不能同交流电一样通过简单的零序电流互感器检测剩余电流。
5.为了解决直流配电电路中的剩余电流检测问题，开发了一系列的直流绝缘监测技术，其技术装备为主从机架构，在设备主机统一控制下，能够检测直流配电系统绝缘程度下降，并能够识别发生绝缘故障的支路，已广泛应用于各类直流控制系统的配电回路中。


技术实现要素：

6.本实用新型提出了一种应用于直流配电系统的剩余电流检测电路，将零序互感器的输出信号调制为方波信号，利用零序电流互感器对于直流剩余电流出现时的特性变化，反映出方波占空比的变化，该占空比的变化体现直流剩余电流的变化，进而对直流配电系统中的剩余电流进行监测。
7.本实用新型的具体方案如下：
8.本实用新型提供一种剩余电流检测电路，包括零序互感器、信号调理电路、数据处理电路、通信电路以及电源电路，所述零序互感器的二次线圈与所述信号调理电路连接，所述信号调理电路有两组输出信号与所述数据处理电路连接，所述数据处理电路还与所述通信电路连接，所述电源电路为所述剩余电流检测电路工作提供电源。
9.优选地，所述数据处理电路至少包括第一脉冲宽度捕捉口pb1及第二脉冲宽度捕捉口pb2两个脉冲宽度捕获口。
10.优选地，所述信号调理电路的两组输出信号分别与所述第一脉冲宽度捕捉口pb1和第二脉冲宽度捕捉口pb2连接，所述第一脉冲宽度捕捉口pb1及第二脉冲宽度捕捉口pb2分别用来捕获所述信号调理电路输出脉冲的高电平部分所占时间和所述脉冲的低电平部分所占时间。
11.优选地，所述剩余电流检测电路的信号调理电路由运算放大器u1、电容c1、电阻r1
~r3和电压基准电路u2构成，优选地所述零序互感器一端与运算放大器u1的反相输入端连接，所述零序互感器另一端与运算放大器u1的输出端连接，所述运算放大器u1的同相输入端与反相输入端通过电阻r1、r2与电压基准电路u2连接，所述运算放大器u1与所述数据处理电路的pb1及pb2端口连接，所述运算放大器u1的输出端与同相输入端通过电阻r3连接，所述运算放大器u1反相输入端与电压基准电路u2之间还连接有电容c1。
12.优选地，被测电路穿过所述剩余电流检测电路的零序互感器,所述被测电路流过零序互感器的电流矢量和发生改变，所述零序互感器的输出特性随之改变。
13.优选地，所述被测电路电流矢量和发生改变，所述零序互感器输出信号发生改变，经过所述信号调理电路后输出脉冲的占空比发生改变，所述数据处理电路根据脉冲宽度的变化量计算出被测回路电流矢量和的变化量。
14.优选地，所述剩余电流检测电路的数据处理电路还与所述通信电路连接，通过通信电路向上位机发送被测电路的电流矢量和计算结果。
15.优选的，所述通信电路为有线通信或者无线通信，其中有线通信包括rs485，can等方式，无线通信包括蓝牙、zigbee、lora方式等。
16.优选地，所述剩余电流检测电路的电源电路由电路保护器件、开关电源芯片、储能电容等器件组成。
17.本实用新型的有益效果如下：
18.1、本实用新型利用零序互感器中矢量和电流引起磁通量变化改变零序互感器特性这一特点，采用单运放构成的振荡电路检测直流剩余电流，电路简洁，检测效率提高；
19.2、本方案所用元器件采用通用物料加工，零序互感器的磁芯、运算放大器、单片机等为通用物料或通用工艺制造，低成本实现直流剩余电流检测，利于大规模应用。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本实用新型的一种剩余电流检测电路原理图。
22.图2为本实用新型的一种剩余电流检测电路的信号调理电路的输出信号波形示意图。
具体实施方式
23.下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。本实用新型决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本实用新型的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。
24.如图1所示，本实用新型公开一种剩余电流检测电路，包括零序互感器1、信号调理
电路2、数据处理电路3、通信电路4以及电源电路5，所述零序互感器1的二次线圈与所述信号调理电路2连接，所述信号调理电路2有两组输出信号与所述数据处理电路3连接，所述数据处理电路3还与所述通信电路4连接，所述电源电路5为所述剩余电流检测电路工作提供电源。
25.其中，所述剩余电流检测电路的数据处理电路3至少包括第一脉冲宽度捕捉口pb1和第二脉冲宽度捕捉口pb2两个脉冲宽度捕获口，所述信号调理电路2的两组输出信号分别与所述第一脉冲宽度捕捉口pb1和第二脉冲宽度捕捉口pb2连接，所述第一脉冲宽度捕捉口pb1和第二脉冲宽度捕捉口pb2分别用来捕获所述脉冲的高电平部分所占时间和所述脉冲的低电平部分所占时间。
26.具体地，所述剩余电流检测电路的信号调理电路2由运算放大器u1、电容c1、电阻r1、电阻r2、电阻r3和电压基准电路u2构成，所述零序互感器1一端与运算放大器u1的反相输入端连接，所述零序互感器1另一端与运算放大器u1的输出端连接，所述运算放大器u1的同相输入端与反相输入端通过电阻r1、r2与电压基准电路u2连接，所述运算放大器u1与所述数据处理电路3的第一脉冲宽度捕捉口pb1及第二脉冲宽度捕捉口pb2连接，所述运算放大器u1的输出端与同相输入端通过电阻r3连接，所述运算放大器u1反相输入端与电压基准电路u2之间还连接有电容c1，所述信号调理电路2的两组输出信号为所述运算放大器u1的两输出端。被测电路穿过所述剩余电流检测电路的零序互感器1,当所述被测电路流过零序互感器1的电流矢量和发生改变，则所述零序互感器1的输出特性随之改变。
27.当所述被测电路电流矢量和发生改变，则所述零序互感器1输出信号发生改变，经过所述信号调理电路2后输出脉冲的占空比发生改变。如图2所示，当所述零序互感器1中无矢量和电流时，所述第一脉冲宽度捕捉口pb1和第二脉冲宽度捕捉口pb2端口的波形为占空比为50%的方波，所述第一脉冲宽度捕捉口pb1捕获所述脉冲的高电平部分时间th与所述第二脉冲宽度捕捉口pb2捕获所述脉冲的低电平部分时间t
l
相等，即th=t
l
；当所述零序互感器中有正向矢量和电流时，所述第一脉冲宽度捕捉口pb1和第二脉冲宽度捕捉口pb2端口的波形为占空比大于50%的方波，所述第一脉冲宽度捕捉口pb1捕获所述脉冲的高电平部分时间th大于所述第二脉冲宽度捕捉口pb2捕获所述脉冲的低电平部分时间t
l
，即th》t
l
；反之当所述零序互感器中有反向矢量和电流时，所述第一脉冲宽度捕捉口pb1和第二脉冲宽度捕捉口pb2的波形为占空比小于50%的方波，所述第一脉冲宽度捕捉口pb1捕获所述脉冲的高电平部分时间th小于所述第二脉冲宽度捕捉口pb2捕获所述脉冲的低电平部分时间t
l
，即th《t
l
。所述数据处理电路3根据脉冲宽度的变化量计算出被测主回路电流矢量和的变化量。
28.所述剩余电流检测电路的数据处理电路3还与所述通信电路4连接，通过通信电路4向上位机发送被测电路的电流矢量和计算结果。
29.本实施例中，所述通信电路4可以通过有线通信或者无线通信的方式传输数据，其中有线通信包括rs485，can等方式，无线通信包括蓝牙、zigbee、lora方式等。
30.所述剩余电流检测电路的电源电路5由电路保护器件、开关电源芯片、储能电容等器件组成，所述电源电路5为所述剩余电流检测电路的其他部分工作提供能量。
31.本实用新型具体实施例的剩余电流检测电路，利用零序互感器中矢量和电流引起磁通量变化改变零序互感器特性这一特点，采用单运放构成的振荡电路检测直流剩余电流，电路简洁，检测效率提高；其所用元器件采用通用物料加工，零序互感器的磁芯、运算放
大器、单片机等为通用物料或通用工艺制造，低成本实现直流剩余电流检测，利于大规模应用。
32.本实用新型可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本实用新型的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本实用新型的范围之中。