專利名稱：三相電路的缺零檢測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三相電路的缺零檢測方法及裝置，用于在三相四線制線路中檢測零線是否斷線。
對于三相四線輸入的設(shè)備，零線是必不可少的，如果零線發(fā)生斷路，可能會導致用電設(shè)備故障，甚至使設(shè)備燒毀。所以缺零保護對于許多三相四線的用電設(shè)備是非常重要的，但是現(xiàn)有的檢測手段存在檢測不敏感或過于敏感，容易發(fā)生誤報警等問題。
在三相電壓平衡的情況下，零線的電壓相對于三相電壓瞬時值之和為零，根據(jù)零線上的電壓很難檢測零線是否斷路，所以缺零檢測一般要檢測零線的電流，如果零線上的電流為零，即認為零線斷路。但是大部分三相四線用電設(shè)備在空載時零線電流很小，要分辨出這個很小的電流存在一定的困難，如果檢測方法不當，很可能造成空載時的誤報警，所以對檢測精度和分辨率提出很高的要求，當前一般采用以下兩種缺零檢測方法。
一、在零線上串聯(lián)檢測電阻的缺零檢測方法最常見的缺零檢測方法是在零線上串聯(lián)一個阻值很小的采樣電阻，通過檢測電阻上的壓降就可以檢測到零線上的電流，原理如

圖1所示。這種方法的缺陷在于電阻阻值的選取與電阻的功率成為一對矛盾，為了提高檢測精度，應(yīng)盡量選取較大阻值的電阻，但是三相四線用電設(shè)備的功率一般較大，在滿載時零線電流一般都在幾十安培以上，甚至達到幾百安培，針對這個范圍的電流，采樣電阻的大小一般應(yīng)在10毫歐姆以下，否則電阻上將產(chǎn)生很大的發(fā)熱；但在空載情況下，零線電流很小，甚至小于1A，這時采集到的電壓信號只有10mV左右，這個電壓信號很容易受到外部磁場或線路干擾的影響，導致檢測失敗，甚至出現(xiàn)誤報警，導致系統(tǒng)不能正常工作。而且這種檢測方法將功率電路與檢測電路(弱電電路)無隔離地連接在一起，容易對用電設(shè)備造成干擾。
二、采用電流傳感器的缺零檢測方法為了避免電阻檢測中電阻發(fā)熱和干擾問題，在一些設(shè)備中采用隔離的電流檢測方法，一般是采用霍耳電流傳感器或電流互感器檢測電流，這種方法的原理如圖2所示。
這種方法雖然避免了電阻發(fā)熱，并解決了檢測電路與功率電路不隔離的問題，但是同樣存在傳感器檢測精度和分辨率不高的問題，一般傳感器的精度只能達到0.5級，在空載情況下同樣容易發(fā)生誤報警。并且這種檢測方法必須采用精度和分辨率較高的電流傳感器，提高了設(shè)備的成本。
本發(fā)明的目的就是為了解決以上問題，提供一種三相電路的缺零檢測方法及裝置，成本低，易于實現(xiàn)，可靠性高。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種三相電路的缺零檢測方法及裝置。
所述三相電路的缺零檢測方法的特征是使零線從電流互感器中穿過，根據(jù)電流互感器的輸出對零線上的電流進行檢測，判斷是否缺零線或是否零線已斷路。
所述三相電路的缺零檢測裝置包括電流傳感器及檢測電路，其特征是所述電流傳感器是電流互感器，被測零線從所述電流互感器中穿過。
由于采用了以上的方案，采用電流互感器作為電流傳感器，成本低且易于實現(xiàn)。由于電流互感器是一種磁性元件，可利用其非線性工作區(qū)的特性，讓實際工作電流的檢測落入非線性區(qū)，大大增加了可靠性。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中在零線上串聯(lián)一個電阻進行檢測的示意圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中采用電流傳感器進行檢測的示意圖。
圖3是磁性元件的典型平均磁化曲線示意圖。
圖4是本發(fā)明中的電流互感器的特性曲線示意圖。
圖5是實際檢測電路方框圖。
圖6是一個具體電路示意圖。
下面通過具體的實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
從圖1、2可知，現(xiàn)有技術(shù)的缺零檢測方法都是建立在零線電流的線性檢測的基礎(chǔ)上的，存在檢測時既要考慮到滿載時的大電流檢測，同時又要解決設(shè)備空載時的小電流檢測的矛盾。針對這個問題，本發(fā)明提出一種新的缺零檢測方法，這種檢測方法是基于電流的非線性檢測的，可以很好地解決上述的矛盾。
本發(fā)明的基礎(chǔ)是利用了磁性元件的非線性特性。一般的磁性元件都有一個線性工作區(qū)，如果激磁磁勢超過該元件的線性工作范圍，該元件將進入飽和區(qū)(非線性區(qū))，圖3為磁性元件的典型平均磁化曲線，圖中H為磁場強度，B為磁通密度，a、b、c、d分別為曲線上的四個階段點。
一般在使用磁性元件時，都希望磁路工作在線性區(qū)(A-B段)，例如變壓器，電流傳感器等，否則器件的特性將變差，嚴重時將導致器件毀壞。
本發(fā)明的三相電路的缺零檢測方法和裝置中，電流傳感器是互感器，使零線從電流互感器中穿過，根據(jù)電流互感器的輸出對零線上的電流進行檢測，判斷是否缺零線或是否零線已斷路。
本發(fā)明為了實現(xiàn)缺零檢測，人為設(shè)計一個飽和的電流互感器，即利用了磁性元件的非線性工作區(qū)(C-D段)，將互感器的特性設(shè)計為深度飽和的，這樣可以將小電流區(qū)放大，即可實現(xiàn)缺零檢測的目的。
為了利用電流互感器的非線性特性(如圖3所示)，調(diào)節(jié)所述電流互感器的線圈匝數(shù)N、選擇磁芯的平均周長L和磁芯的相對磁導率μ，使得當零線上通過的電流為最小工作電流Imin時，互感器工作于非線性工作區(qū)。選擇缺零的判斷點Idet＜Imin，并且處于互感器的線性工作區(qū)，這樣，在零線上的電流為大電流時，所測得的信號電壓已經(jīng)飽和，不會太大，使得小電流的檢測準確而可靠。
具體的調(diào)節(jié)方法是調(diào)節(jié)所述電流互感器的線圈匝數(shù)N、磁芯的平均周長L和磁芯的相對磁導率μ，使得BmL/(Nμμ0)＜Imin，其中Bm為磁芯材料的飽和磁密，μ0為真空磁導率。即在正常工作時，互感器工作于非線性工作區(qū)。一般而言，一般可以將飽和點設(shè)計得較低，使零線電流為幾個安培時傳感器的輸出就出現(xiàn)飽和(與電路的實際容量有關(guān))。利用這個傳感器就可以將飽和點以內(nèi)的小電流區(qū)放大，提高了小電流區(qū)的檢測精度和分辨率。只要在這個小電流區(qū)(線性區(qū))內(nèi)設(shè)置一個合適的缺零檢測點Idet，就可以實現(xiàn)可靠的缺零檢測。例如，可以設(shè)定成當零線上的電流大于2Idet時，互感器進入非線性工作區(qū)。上式中，BmL/(Nμμ0)實際上是磁芯在不飽和時的最大零線電流，因此，只需使BmL/(μμ0)=2I det，即可滿足上述的條件。
作為一個例子，用下述方法可以制做一個合適的電流互感器用一個導磁率較高的磁環(huán)，將零線從磁環(huán)中孔穿過，在磁環(huán)上繞幾匝線圈，線圈的匝數(shù)可以根據(jù)磁環(huán)的尺寸和導磁率以及需要獲得的飽和點計算得出，一般匝數(shù)為3～10匝即可，這樣就得到深飽和特性的電流傳感器，其特性曲線如圖4所示，圖中U為輸出信號電壓，I為被測電流(零線電流)。
由于傳感器的輸出是一個交流電壓，所以要對這個交流電壓信號進行整流、濾波處理，得到一個相對穩(wěn)定的直流電壓，濾波參數(shù)的選取要合適，如果濾波參數(shù)太大，會使檢測的響應(yīng)速度較慢，使檢測的效果變差或起不到缺零檢測的目的；如果濾波參數(shù)太小，又會使設(shè)備容易發(fā)生誤報警。由于三相系統(tǒng)中的零線電流一般為3n次諧波(n為電網(wǎng)的基波頻率)或更高次的諧波，選擇濾波時間常數(shù)為10ms左右即可以達到較好的濾波效果，圖5是一個實際檢測電路方框圖，圖6是其具體檢測電路示意圖。
用圖6所示電路配合上述非線性的電流互感器進行三相UPS的零線檢測實驗，得到了較好的效果。
本發(fā)明所公開的方法和裝置可廣泛用于所有的三相四線制系統(tǒng)中，具有很大的實用價值
權(quán)利要求
1.三相電路的缺零檢測方法，其特征是使零線從電流互感器中穿過，利用互感器的非線性特性，根據(jù)電流互感器的輸出對零線上的電流進行非線性檢測，判斷是否缺零線或是否零線已斷路。
2.如權(quán)利要求1所述的三相電路的缺零檢測方法，其特征是調(diào)節(jié)所述電流互感器的線圈匝數(shù)N、選擇磁芯的平均周長L和磁芯的相對磁導率μ，使得當零線上通過的電流為最小工作電流Imin時，互感器已經(jīng)工作于非線性工作區(qū)。
3.如權(quán)利要求2所述的三相電路的缺零檢測方法，其特征是調(diào)節(jié)所述電流互感器的線圈匝數(shù)N、選擇磁芯的平均周長L和磁芯的相對磁導率μ，使得BmL/(Nμμ0)＜Imin，其中Bm為磁芯材料的飽和磁密，μ0為真空磁導率。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的三相電路的缺零檢測方法，其特征是將互感器的輸出信號經(jīng)整流、濾波后進行檢測，根據(jù)檢測的結(jié)果判斷是否缺零線或是否零線已斷路。
5.三相電路的缺零檢測裝置，包括電流傳感器及檢測電路，其特征是所述電流傳感器是電流互感器，被測零線從所述電流互感器中穿過。
6.如權(quán)利要求5所述的三相電路的缺零檢測裝置，其特征是當零線上通過的電流為最小工作電流Imin時，互感器已經(jīng)工作于非線性工作區(qū)。
7.如權(quán)利要求6所述的三相電路的缺零檢測裝置，其特征是所述電流互感器的線圈匝數(shù)N、磁芯的平均周長L和磁芯的相對磁導率μ之間滿足BmL/(Nμμ0)＜Imin，其中Bm為磁芯材料的飽和磁密，μ0為真空磁導率。
8.如權(quán)利要求1或2或3所述的三相電路的缺零檢測裝置，其特征是還包括整流裝置、濾波裝置，互感器的輸出端依次接整流、濾波裝置，然后接檢測裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開一種三相電路的缺零檢測方法及裝置，三相電路的缺零檢測方法，其特征是使零線從電流互感器中穿過，根據(jù)電流互感器的輸出對零線上的電流進行檢測，判斷是否缺零線或是否零線已斷路。其中互感器在三相電路正常工作時處于非線性區(qū)。本發(fā)明具有成本低，易于實現(xiàn)，可靠性高等優(yōu)點，是一種很好的缺零檢測方法。
文檔編號G01R31/00GK1317697SQ0111890
公開日2001年10月17日 申請日期2001年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月15日
發(fā)明者鄭大鵬, 楊戈戈 申請人:深圳市安圣電氣有限公司