一种基于磁通门检测剩余漏电方法

技术领域

本发明涉及漏电流传感器领域，尤其涉及一种基于磁通门检测剩余漏电方法。

背景技术

在一些需要对后端设备进行保护的直流漏电检测中，传统方式为在正负电源线上各配置一个电流传感器，检测支线电流，将支线电流检测数据传输到系统端，在系统端做减法处理，通过减法结果来评估正负母线之间是否存在剩余漏电，这样要需要两个电流传感器来实现，成本增加；结构上电流传感器的中孔为闭合结构，需要将被测线缆先穿过电流传感器过流中孔，再将线缆两头固定，在一些距离比较远，线缆比较粗的场合中，传统电流传感器的闭合安装方式就不太适应了。

发明内容

为解决上述问题，本技术方案提供一种基于磁通门检测剩余漏电方法。

为实现上述目的，本技术方案如下：

一种基于磁通门检测剩余漏电方法，通过漏电传感器实现，所述漏电传感器包括第一输入端和第二输入端，其用于与振荡线圈连接，所述第一输入端通过电阻R1和电阻R2接地，所述电阻R1另一端连接在运放U1A的负极输入端上，所述运放U1A的正极输入端通过电阻R4接地，还通过电阻R3和电阻R5与其输出端连接，所述第二输入端连接在所述电阻R5上还通过电阻R6与MCU连接，根据所述运放U1A的正极输入端和负极输入端的电压变化产生振荡；

基于所述漏电传感器检测剩余漏电方法如下：

S1，确定振荡线圈的电感量L，L＝μ0×μ×S×N2×l；

其中μ0为真空中磁导率，μ为是磁芯磁导率，S为振荡线圈的铁芯的截面积，N为线圈匝数，l为铁芯周长；

S2，在所述运放U1A振荡翻转的时间段内，所述MCU获取所述运放U1A输出端的第一电压-V0，并根据所述第一电压-V0确定所述运放U1A正极输入端的第二电压，所述第二电压等于

S3，所述运放U1A负极输入端的第三电压U根据一阶电路的瞬态响应可知电压瞬时值为：

S4，当所述第三电压U通过振荡线圈放电放到与所述第二电压相同时，可得出：

根据如上公式求周期时间t；

S5，将所述步骤S1电感量L代入周期时间t的公式内，可得出：

S6，所述MCU获取所述运放U1A输出端的方波信号，根据磁芯磁导率μ的差异获取对应的方波以判断振荡线圈是否有剩余漏电。

在一些实施例中，所述漏电传感器还包括与所述电阻R5连接的限幅电路。

在一些实施例中，所述漏电传感器包括相互配合的第一塑壳主体和第二塑壳主体，其均设有内腔，且连接处设有镂空，两个所述内腔内分别设有第一半圆磁芯和第二半圆磁芯，所述第一半圆磁芯和第二半圆磁芯凹凸配合，其还分别套设有第一振荡线圈和第二振荡线圈，还包括PCB板、功能端子以及面盖。

在一些实施例中，还包括两个配合的U形护盒，所述U形护盒外周设有供所述第一半圆磁芯和第二半圆磁芯放置的滑槽，以及分别与所述第一振荡线圈和第二振荡线圈连接的第一对插端子和第二对插端子，所述第一对插端子穿过所述U形护盒与所述第二对插端子插接。

在一些实施例中，所述第一塑壳主体的内腔端部设有滑腔，所述U形护盒设有与所述滑腔配合安装的滑动部。

在一些实施例中，所述漏电传感器中部设有中孔。

本申请有益效果为：

1.本发明只需要一个漏电传感器通过计算可知道正负母线之间是否存在剩余漏电，保证用电安全。

2.简化了产品检测及后端系统的处理方式，简化了安装方式，提高安装效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的省略结构示意图；

图3是本发明实施例的分解结构示意图；

图4是本发明实施例的电路硬件原理图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1-4所示，一种基于磁通门检测剩余漏电方法，通过漏电传感器实现，所述漏电传感器包括第一输入端和第二输入端，其用于与振荡线圈连接，所述第一输入端通过电阻R1和电阻R2接地，所述电阻R1另一端连接在运放U1A的负极输入端上，所述运放U1A的正极输入端通过电阻R4接地，还通过电阻R3和电阻R5与其输出端连接，所述第二输入端连接在所述电阻R5上还通过电阻R6与MCU连接，根据所述运放U1A的正极输入端和负极输入端的电压变化产生振荡；如图4所示，原理上采用磁通门占空比法原理，可检测0～100mA的剩余漏电，可同时将正负母线穿入到漏电流传感器过流中孔中，可直接检测到正负母线之间的剩余电流，其中第一输入端为MainCoil-，第二输入端为MainCoil+，用于接入振荡线圈，等效于电感，线圈是在坡莫合金铁芯上密绕漆包线而成，图4为一个振荡电路，线圈充电时，引脚2的电压降低，引脚3电压大于引脚2电压，引脚1输出正电平，当线圈放电时，引脚2的电压上升大于引脚3的电压，引脚1输出负电平，随着时间的推移往复振荡，MCU能获取方波。

基于所述漏电传感器检测剩余漏电方法如下：

S1，确定振荡线圈的电感量L，L＝μ0×μ×S×N2×l；

其中μ0为真空中磁导率，μ为是磁芯磁导率，S为振荡线圈的铁芯的截面积，N为线圈匝数，l为铁芯周长，优选的，μ0＝4π×10-7H/m，μ：1J85材料的最大磁导率是可达200000*，S：铁芯截面积是0.005*0.005m2，N：线圈匝数是2200匝，l：采用直径为0.03米的铁芯，周长应该是0.094米，那么可以粗略计算出我们的电感量：

L＝4π×10-7*200000*0.005*0.005*2200*2200*0.094＝4H；

当然IJ79(含Ni79％、Mo4％余Fe)初始磁导率u0：30000-50000、最大磁导率um：150000-220000，矫顽力Hc：0.015-0.05Oe饱和磁感应强度。Bs大于7500Gs；1J85(含Ni80％、Mo5％余Fe)初始磁导率50000-80000，最大磁导率um：150000-250000，矫顽力Hc：0.015-0.05Oe，饱和磁感应强度Bs：6500Gs；

S2，在所述运放U1A振荡翻转的时间段内，所述MCU获取所述运放U1A输出端的第一电压-V0，并根据所述第一电压-V0确定所述运放U1A正极输入端的第二电压，所述第二电压等于

S3，所述运放U1A负极输入端的第三电压U根据一阶电路的瞬态响应可知电压瞬时值为：

当电压瞬时值

S4，当所述第三电压U通过振荡线圈放电放到与所述第二电压相同时，可得出：

根据如上公式求周期时间t；

可以得知，振荡周期与R4，R3具体值没有关系，但是于其比值有关，不仅与R1，R2比值有关还与R1，R2具体大小有关系，与线圈电感有关。

S5，将所述步骤S1电感量L代入周期时间t的公式内，可得出：

S6，所述MCU获取所述运放U1A输出端的方波信号，根据磁芯磁导率μ的差异获取对应的方波以判断振荡线圈是否有剩余漏电，上式就是我们磁通门占空比法原理的理论依据：当所有元器件确定后，唯一可以变的就是μ，如果没有外部电流通过铁芯，则对于磁芯来说充电和放电是对称的，t是相同的。运放输出的就会是对称的方波信号；当有外部电流通过铁芯线圈时候，根据右手螺旋法则，可知，会在磁芯中产生一个静态磁场，由于这个静态磁场存在，可以理解为线圈充电和放电的磁导率μ不一样了，这样，正半周的时间就和负半周的时间不一样了，通过电流越大，产生静态磁场越强，正半周和负半周时间相差就越大，运放输出的就是正负脉宽不相等的方波，从而MCU根据方波可判断出是否有剩余电流。

在本实施例中，所述漏电传感器还包括与所述电阻R5连接的限幅电路，Z1 Z2构成限幅电路，使得输出电压幅度在±6.2V之间。

在本实施例中，所述漏电传感器包括相互配合的第一塑壳主体7和第二塑壳主体15，其均设有内腔，且连接处设有镂空，两个所述内腔内分别设有第一半圆磁芯5和第二半圆磁芯13，所述第一半圆磁芯5和第二半圆磁芯13凹凸配合，其还分别套设有第一振荡线圈2和第二振荡线圈12，还包括PCB板11、功能端子10以及面盖1，结构上将漏电流检查震荡线圈组件一分为二，形成两个半圆的U型槽护盒和半圆磁芯，将半圆磁芯装入到各自的U型护盒后，在每个半圆护盒上绕制相同匝数的震荡线圈，线圈的起始端和结束端在两个半圆的结合处通过对插端子的方式连接，就形成了一个完整的震荡线圈，在一个半圆边将震荡线圈引出两个线头接到后端磁通门原理处理电路，后端磁通门处理电路根据震荡线圈的震荡信号，将该信号做解调处理，就形成了一个完整的可以开合安装的直流漏电流传感器；在需要做直流漏电检测端安装时，将漏电流传感器以开合安装方式安装在被测线缆上，因为是开合安装，被测线缆可以先行两头固定再安装漏电流传感器，可以解决传统闭合漏电流传感器安装不便捷性。

在本实施例中，还包括两个配合的U形护盒4，所述U形护盒4外周设有供所述第一半圆磁芯5和第二半圆磁芯13放置的滑槽，以及分别与所述第一振荡线圈2和第二振荡线圈12连接的第一对插端子3和第二对插端子14，所述第一对插端子3穿过所述U形护盒4与所述第二对插端子14插接，对插实现电性连接，可提高安装效率。

在本实施例中，所述第一塑壳主体7的内腔端部设有滑腔71，所述U形护盒4设有与所述滑腔71配合安装的滑动部72，可快速定位安装U形护盒，提高安装效率。

在本实施例中，所述漏电传感器中部设有中孔。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请实施的范围，其他凡其原理和基本结构与本申请相同或近似的，均在本申请的保护范围之内。