專利名稱：互感器偏磁工作時的掉零檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種掉零檢測裝置，具體地說，尤其涉及一種用于零線電流 中存在直流量時能夠準確及時地檢測零線是否斷線的掉零檢測裝置。
背景技術(shù)：
對于必須采用零線的設(shè)備，如果零線缺失或者在設(shè)備工作時斷線，將使設(shè)備 無法正常工作甚至損毀，所以如何準確及時地進行掉零保護對于設(shè)備來說是十分 必要的。然而，如何準確及時地進行掉零檢測，目前是一個比較困難的問題，現(xiàn) 有的檢測設(shè)備存在檢測不到或者誤檢測，發(fā)生誤告警等問題。
當零線掉時，零線中電流為零。 一般檢測零線掉的設(shè)備都是通過檢測零線電 流，根據(jù)零線電流的大小來判斷是否出現(xiàn)掉零線。
目前常用的掉零檢測就是在設(shè)備的零線上串聯(lián)采樣電阻，電阻串在零線上， 零線電流流過電阻時產(chǎn)生壓降，電阻值固定就可得到零線電流的大小，從而可以 判斷零線是否斷線，其原理如附圖l所示。使用這種設(shè)備時，電阻的規(guī)格不易選 擇，由于設(shè)備滿載工作時電流可能會很大，故在較大的電流下，電阻的阻值只能 選取毫歐級的，避免較大電阻損耗大而造成溫升也較大。但是在空載或者三相負 載平衡時，零線電流一般較小，采樣電阻上的電壓就較低，較低的電壓信號抗擾 性差，這時候往往會造成檢測失敗，產(chǎn)生誤告警。然而，如果增大電阻阻值，雖 然在空載時的電壓信號提高了，但是電阻上的損耗會增加。另外這種檢測設(shè)備將 功率電路和檢測電路無隔離的連在一起，容易對用電設(shè)備造成干擾。同時這種設(shè) 備由于直接使用串聯(lián)電阻，采樣電壓和實際電流信號是同相位的比例信號，零線 上就是存在直流量也不需分辨。
另外一種常用的掉零檢測就是使用電流傳感器采樣零線電流情況。通常是使 用電流傳感器來檢測零線電流的大小，并根據(jù)零線電流的大小來判斷是否掉零 線，其原理如附圖2所示。電流傳感器一般是采用霍爾電流傳感器或電流互感器。電流傳感器實現(xiàn)了檢測電路與功率電路的隔離，但要想較高的檢測精度和分辨 率，需要采用較高性能的傳感器和外圍電路?；魻杺鞲衅骶容^高可以檢測到電 流直流量并且抗干擾能力強但需要單獨提供電源并且成本較高，比較常見的電流 傳感器還是較便宜的互感器。
圖3是利用電流互感器采樣零線電流產(chǎn)生掉零信號的示意圖，其也存在使用 互感器時出現(xiàn)零線電流直流量引起互感器偏磁從而不能及時準確檢測掉零的問 題。
從附圖1、 2、 3可知，現(xiàn)有的掉零檢測都是通過測量或檢測設(shè)備零線電流的 大小，然后據(jù)此判斷零線是否斷線，這些都存在著檢測精度和可靠性問題，使用 互感器時出現(xiàn)零線電流直流量引起互感器偏磁從而不能及時準確檢測掉零的情 況。
對于使用互感器檢測零線電流來說，當輸入市電的正負半周出現(xiàn)不對稱或者 負載在正負半周的電流不對稱，零線電流中都會出現(xiàn)疊加直流量的情況。電流直 流量的存在使互感器產(chǎn)生一穩(wěn)態(tài)磁通，在直流量上疊加的交變電流使互感器產(chǎn)生 變化的磁通，而變化的磁通才能使互感器副邊產(chǎn)生相應(yīng)電壓和電流，此時互感器 工作在偏磁情況下。當零線斷掉后，直流量產(chǎn)生的場強消失，此時互感器里的穩(wěn) 態(tài)磁通要發(fā)生從有到無的變化，這樣原來處于穩(wěn)態(tài)的磁通現(xiàn)在成了交變的磁通。 這種交變磁通實際上是互感器工作在偏磁狀態(tài)下的磁復(fù)位，這時候副邊會產(chǎn)生感 應(yīng)電動勢，此電動勢的存在試圖阻止磁通的減小，所以副邊產(chǎn)生的感應(yīng)電壓信號 呈現(xiàn)持續(xù)較長并且逐漸衰減。對于掉零檢測來說，感應(yīng)電動勢長時間保持就無法 保證及時地掉零檢測，在使用互感器電流檢測中，零線中存在直流量時由于互感 器工作在偏磁狀態(tài)下將不能及時準確得對掉零情況進行判斷，時間延遲可達80 毫秒以上。

實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種互感器偏磁工作時的掉零檢測 的裝置，通過該裝置，在設(shè)備零線掉零檢測中，其能夠克服互感器偏磁工作的弊 端從而及時準確地進行掉零檢測。
一種互感器偏磁工作時的掉零檢測裝置，包括有與零線連接的互感器，其還包括整流電路，采樣電路，信號轉(zhuǎn)換電路，處理器；
所述互感器依次經(jīng)整流電路、采樣電路后與信號轉(zhuǎn)換電路連接，該信號轉(zhuǎn)換 電路的輸出的電平信號傳輸給處理器。
在本技術(shù)方案中，所述互感器為電流互感器。
在本技術(shù)方案中，所述采樣電路為一采樣電阻R1。
在本技術(shù)方案中，所述信號轉(zhuǎn)換電路由比較器、用于組成分壓給定信號的電 阻R2、 R3、用于防止采樣電壓過大的二極管VD5、用于增加電平轉(zhuǎn)換的回滯時 間的電阻R4及電容C1、 C2組成。
在本技術(shù)方案中，所述比較器的型號為LM393。
在使用互感器進行設(shè)備零線掉零檢測時，由于本實用新型采用了將變動的電 壓信號通過信號轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電平轉(zhuǎn)換信號，再通過處理器來根據(jù)電平信號的 轉(zhuǎn)換周期來判斷掉零動作，故不用考慮互感器是否工作在偏磁狀態(tài)下就都能夠及 時準確地進行掉零檢測。同時，本實用新型抗干擾性強，掉零故障檢測及時準確， 成本低，易實現(xiàn)。
在結(jié)合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述后，本實用新型的特點和優(yōu) 點將變得更加清楚。


圖l是在零線上串聯(lián)采樣電阻的掉零檢測的示意圖2是使用電流互感器采樣零線電流大小進行掉零檢測的示意圖3是利用電流互感器采樣零線電流產(chǎn)生掉零信號的示意圖4是本實用新型的實施方式的方框圖5是本實用新型的一實施例的電路原理圖。
具體實施方式
如圖4所示，它是本實用新型的實施方式的方框圖。 一種互感器偏磁工作時 的掉零檢測裝置，包括與零線連接的互感器l。其還包括整流電路2、采樣電路 3、信號轉(zhuǎn)換電路4、處理器5。所述互感器1依次經(jīng)整流電路2、采樣電路3后 與信號轉(zhuǎn)換電路4連接，該信號轉(zhuǎn)換電路4的輸出的電平信號傳輸給處理器5。所述互感器1為電流互感器。所述采樣電路3為一采樣電阻R1。
本實施方式的工作原理為與零線連接的互感器1根據(jù)零線上電流信號的變 化而輸出的電流信號經(jīng)過整流電路2、采樣電路3的整流、采樣后變?yōu)椴蓸与妷?信號；采樣電壓信號作為信號轉(zhuǎn)換電路4的一路輸入電壓信號與信號轉(zhuǎn)換電路4 的另一路基準輸入電壓信號作比較后，由信號轉(zhuǎn)換電路4輸出的信號就是反映零 線電流變化的電平信號，該電平信號的周期T1表示了零線上電流的變化； 一處 理器5對電平信號的周期Tl和預(yù)先設(shè)定的零線掉零判斷的周期T2作比較，當 周期Tl大于所述零線掉零判斷的周期T2時，即為零線掉零。
在本實施方式中，零線掉零判斷的周期T2為IO毫秒。其具體分析過程為 零線連接時由于負載的存在，零線電流總是交變的，同樣采樣電壓信號也是 交變的。采樣電壓對某一固定電平電壓的比較產(chǎn)生電平轉(zhuǎn)換信號?？紤]掉線出現(xiàn) 單相供電時，零線中是以周期20毫秒變化的正弦電流，此時電平信號的周期T1 是10毫秒，在三相接入設(shè)備中，由于三相共用一根零線，此時零線電流變化周 期將小于20毫秒，此時電平信號的周期Tl要小于10毫秒，所以在掉零檢測中， 電平信號的周期Tl最長應(yīng)是10毫秒；故當零線掉零出現(xiàn)時，采樣電壓信號呈 逐漸衰減狀態(tài)，此時電平信號的周期Tl超過10毫秒。因此設(shè)定了零線掉零判 斷的周期T2為10毫秒，當電平信號的周期Tl大于所述零線掉零判斷的周期T2 時，即為零線掉零。
具體來說，在設(shè)備空載情況下調(diào)節(jié)輸入電壓達到允許最大值，測得電流互感 器副邊采樣電阻最高電壓Ul，調(diào)節(jié)電壓給定信號為0.8Ul。可以改變電流互感 器匝比和采樣電阻R1的參數(shù)以確保0.8U1在O到VCC范圍內(nèi)，0.8U1在VCC/2 附近是比較理想的。此時比較器的電平輸出轉(zhuǎn)換的電壓比較點就是0.8U1。
空載情況下，比較器輸出為周期小于10毫秒的電平信號。當出現(xiàn)掉零后， 采樣電壓信號立刻變?yōu)?V，此時比較器的輸出保持電平不變，周期大于10毫秒； 當系統(tǒng)帶載后，零線電流比空載時要大，顯然這時采樣電壓最高值要高于0.8Ul， 比較器輸出為周期小于IO毫秒的電平信號。故當出現(xiàn)掉零后，采樣電壓信號立 刻變?yōu)镺V，此時比較起的輸出保持電平不變，周期大于10毫秒。
零線電流中存在直流量掉零時，直流量所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)磁通在掉零時也變?yōu)榻?變磁通，由于交變磁通在采樣電阻上感應(yīng)出電壓并且感應(yīng)電壓是逐漸衰減的信號，這是采樣電壓在衰減到電壓比較點后，輸出電平信號將不在變化，周期也將 會大于10毫秒，此時可及時地進行掉零判斷。
本實施方式工作情況為市電接入的零線從電流互感器中穿過，電流互感器 的副邊輸出的電流信號經(jīng)整流后流過采樣電阻Rl。這樣零線上電流的變化對應(yīng)
采樣電阻R1兩端電壓的變化。采樣電阻R1兩端的電壓信號作為信號轉(zhuǎn)換電路4 的一路輸入。另一路輸入是給定電壓信號，在信號轉(zhuǎn)換電路4中此電壓作為信號
轉(zhuǎn)換的基準。這兩路信號送到比較器的輸入端，比較器的輸出便是反映零線電流
變化的電平信號。電流變化對應(yīng)電平信號的周期變化，處理器5根據(jù)電平信號的 周期進行掉零判斷即可。
圖5是本實用新型的實施例的電路原理圖。作為本實用新型的裝置的一個實 施例，電流互感器的匝比是l: 3000，整流電路2由二極管VD1、 VD2、 VD3、 VD4組成，器件采用MUR1100。整流電路2輸出信號給采樣電阻R1， Rl取值 500歐姆。信號轉(zhuǎn)換電路4由比較器、電阻R2、電阻R3、電阻R4、 二極管VD5、 電容C1、電容C2組成。比較器選用LM393 ，電阻R2、 R3組成分壓給定信號， 電阻R2、R3都取5K歐姆。二極管VD5用于防止采樣電壓過大，器件選用1N4148。 電阻R4增加電平轉(zhuǎn)換的回滯時間通常選1M歐姆。電容Cl取0.01uF，電容C2 取0.1uF。
雖然結(jié)合附圖描述了本實用新型的實施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在 所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)作出各種變形或修改，只要不超過本實用新型的權(quán)利要 求所描述的保護范圍，都應(yīng)當在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種互感器偏磁工作時的掉零檢測裝置，包括有與零線連接的互感器(1)，其特征在于，還包括整流電路(2)，采樣電路(3)，信號轉(zhuǎn)換電路(4)，處理器(5)；所述互感器(1)依次經(jīng)整流電路(2)、采樣電路(3)后與信號轉(zhuǎn)換電路(4)連接，該信號轉(zhuǎn)換電路(4)的輸出的電平信號傳輸給處理器(5)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述互感器(1)為電流互感器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述采樣電路(3)為一采樣電阻(Rl)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述信號轉(zhuǎn)換電路(4).由比較器、用于組成分壓給定信號的電阻(R2、 R3)、用于防止采樣電壓過大的二極 管(VD5)、用于增加電平轉(zhuǎn)換的回滯時間的電阻(R4)及電容(Cl、 C2)組成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述比較器的型號為LM393。
專利摘要一種互感器偏磁工作時的掉零檢測裝置，其包括有與零線連接的互感器，其還包括整流電路，采樣電路，信號轉(zhuǎn)換電路，處理器；互感器依次經(jīng)整流電路、采樣電路后與信號轉(zhuǎn)換電路連接，該信號轉(zhuǎn)換電路的輸出的電平信號傳輸給處理器。采用本實用新型，在設(shè)備零線掉零檢測中，其能夠克服互感器偏磁工作的弊端從而及時準確地進行掉零檢測。
文檔編號G01R31/02GK201233430SQ200820095050
公開日2009年5月6日 申請日期2008年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日
發(fā)明者張新永 申請人:中興通訊股份有限公司