一种闭环型漏电流传感器

专利摘要:
本实用新型涉及磁感应领域，具体涉及一种闭环型漏电流传感器，包括：磁芯，包括外磁芯和内磁芯，所述外磁芯包括层叠设置的多片磁芯片，所述外磁芯开有气隙和第一通道，所述第一通道用于放置导线，所述内磁芯缠绕有激励线圈，所述内磁芯位于所述气隙内；骨架，缠绕有感应线圈，所述骨架包裹所述磁芯具有气隙的部分；信号处理模块，与所述感应线圈连接，用于对来自所述感应线圈的信号进行处理。外磁芯由多片磁芯片层叠制成，在需要更改闭环型漏电流传感器的抗干扰能力时，可通过更换外磁芯的磁芯片数量来调整闭环型漏电流传感器的抗干扰能力。
公开号:CN214335173U
申请号:CN202023254268.8U
申请日:2020-12-29
公开日:2021-10-01
发明作者:朱海华；吴越；王建国；周耀
申请人:Bengbu Ximag Technology Co ltd；
IPC主号:G01R31-52

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及磁感应领域，具体涉及一种闭环型漏电流传感器。
[n0002] 在新能源的应用中，太阳能、风能等清洁能源得到了广泛应用，而这些新能源在应用过程中也存在一些安全性问题，例如太阳能的光伏并网发电系统。传统的光伏并网发电系统是在光伏板与电网之间用工频变压器隔离，从而实现电气隔离，以保证系统及人身安全。
[n0003] 近年来为提高系统效率、降低系统成本，光伏板与电网之间的工频变压器被省掉，但随之而来的就是系统可能会产生漏电流，如果不加以检测及抑制，势必会产生系统安全问题。
[n0004] 根据相关规定，在逆变器接入交流电网时，交流断路器闭合的任何情况下，逆变器都应具有漏电流检测装置。漏电流检测装置应能检测总的(包括直流和交流部分)有效值电流、连续残余电流，如果连续残余电流超过限制，逆变器应该在0.3s内断开并发出故障信号。
[n0005] 光伏发电、风能发电等逆变之后的漏电流检测从传统的线圈检测发展到板载电路检测，再到现在的独立模块化漏电流传感器检测。现阶段漏电流传感器主要分为开环和闭环方式，并存在基于磁通门结构、hall(霍尔)和MR(磁电阻)结构等。
[n0006] 目前很多闭环型的漏电流传感器的抗干扰能力都是固定的，而应用于不同的使用场景时，所需要的漏电流传感器抗干扰能力则不同，因此为了在不同使用场景下应用漏电流传感器，则需要更换不同抗干扰能力的漏电流传感器。
[n0007] 因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中不能自由的改变漏电流传感器抗干扰能力的缺陷，从而提供一种闭环型漏电流传感器，包括：
[n0008] 磁芯，包括外磁芯和内磁芯，所述外磁芯包括层叠设置的多片磁芯片，所述外磁芯开有气隙和第一通道，所述第一通道用于放置导线，所述内磁芯缠绕有激励线圈，所述内磁芯位于所述气隙内；
[n0009] 骨架，缠绕有感应线圈，所述骨架包裹所述磁芯具有气隙的部分；
[n0010] 信号处理模块，与所述感应线圈连接，用于对来自所述感应线圈的信号进行处理。
[n0011] 优选地，层叠设置的多片所述磁芯片为一侧具有开口的矩形，两对层叠设置的磁芯片对插形成外磁芯，所述外磁芯呈“口”字型。
[n0012] 优选地，所述外磁芯内设有固定架，将所述外磁芯分割为两个区域，其一区域为所述气隙，另一区域为所述第一通道。
[n0013] 优选地，所述骨架包括外骨架和内骨架，所述内磁芯位于所述内骨架内且被所述感应线圈包裹，所述内骨架位于所述气隙内；
[n0014] 所述外骨架包裹所述磁芯具有气隙的部分。
[n0015] 优选地，还包括自检电路，所述自检电路包括自检绕组，所述自检绕组缠绕在所述骨架上，用于检测所述闭环型漏电流传感器是否存在故障。
[n0016] 优选地，还包括消磁电路，用于消除所述磁芯在外界磁场干扰下产生的磁滞。
[n0017] 优选地，所述消磁电路包括消磁绕组，所述消磁绕组缠绕在所述骨架上，用于消除所述磁芯在外界磁场干扰下产生的磁滞。
[n0018] 优选地，还包括：
[n0019] 磁屏蔽装置，其具有第二通道，所述磁屏蔽装置的第二通道位于所述磁芯的第一通道内，所述电流线通过所述第二通道放置在所述第一通道内，所述磁屏蔽装置包裹所述磁芯和所述骨架，以屏蔽外磁场对漏电流传感器的干扰。
[n0020] 优选地，所述磁屏蔽装置包括屏蔽环、屏蔽框、第一屏蔽板和第二屏蔽板，所述屏蔽环上具有第二通道，所述第一屏蔽板和第二屏蔽板设置在所述屏蔽框两相对开口侧，所述屏蔽环一端连接所述第一屏蔽板，另一端连接所述第二屏蔽板。
[n0021] 优选地，所述外磁芯为坡莫合金，所述内磁芯为非晶磁芯。
[n0022] 本实用新型技术方案，具有如下优点：
[n0023] 1.在本实用新型提供的闭环型漏电流传感器中，外磁芯由多片磁芯片层叠制成，在需要更改闭环型漏电流传感器的抗干扰能力时，可通过更换外磁芯的磁芯片数量来调整闭环型漏电流传感器的抗干扰能力。当面对不同的使用环境时，不需要预备多种不同抗干扰能力的闭环型漏电流传感器，只需要改变外磁芯中磁芯片的数量即可，增加了闭环型漏电流传感器的适用性。
[n0024] 为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。
[n0025] 图1为本实用新型实施例1中闭环型漏电流传感器的爆炸图；
[n0026] 图2为本实用新型实施例1中闭环型漏电流传感器的结构示意图；
[n0027] 图3为图2去掉导线支架的结构示意图；
[n0028] 图4为图2去掉导线支架的爆炸图；
[n0029] 图5为图3去掉壳体的爆炸图；
[n0030] 图6为图5去掉磁屏蔽装置的爆炸图；
[n0031] 图7为本实用新型实施例1中磁芯的爆炸图；
[n0032] 图8为本实用新型实施例1中闭环型漏电流传感器的电路模块图。
[n0033] 附图标记说明：
[n0034] 10、闭环型漏电流传感器；11、导线支架母头；12导线支架公头；13、外壳；14、上盖；15、第一屏蔽板；16、第二屏蔽板；17、屏蔽环；18、屏蔽框；19、PCB板；191、引脚；20、导线；21、内磁芯；22、胶带；23、内骨架；231、内磁芯容纳腔；24、外骨架；25、外磁芯；251、第一外磁芯；252、第二外磁芯；253、外磁芯支架；254、气隙；255、第一通道；26、消磁电路；27、定时、错误检测与电源控制模块；28、基准电压；29、感应线圈；30、激励线圈；31、取样电阻；32、放大电路；33、探头接口；34、RC滤波电路；35、H桥。
[n0035] 下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[n0036] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[n0037] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[n0038] 此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[n0039] 在光伏发电、风能发电等新能源发电系统内，逆变器逆变后可能会有漏电流的产生，为了及时发现漏电流，需要在逆变器上设置漏电流传感器。而很多闭环型漏电流传感器的抗干扰能力在出厂时即已固定，而当需要在不同的使用场景下工作时，则需要准备多种不同抗干扰能力的闭环型漏电流传感器，这将导致闭环型漏电流传感器的适用性差。
[n0040] 实施例1
[n0041] 本实施例提供了一种闭环型漏电流传感器10，如图1、图2、图6和图7所示，闭环型漏电流传感器10包括磁芯、骨架和信号处理模块，磁芯包括外磁芯25和内磁芯21，外磁芯25为多片磁芯片层叠而成，且外磁芯25上开有气隙254和第一通道255，第一通道255用于放置导线20，导线20具有裸露在闭环型漏电流传感器10外的输出端和输入端，输出端和输入端连接发电系统中逆变器的电线。内磁芯21上缠绕有激励线圈，缠绕有激励线圈的内磁芯21位于气隙253内。
[n0042] 骨架上缠绕有感应线圈，骨架包裹在磁芯具有气隙253的部分，即骨架包裹外磁芯上的气隙253和内磁芯21。
[n0043] 信号处理模块与感应线圈连接，当感应线圈检测到导线20上具有电流流过时，感应线圈将所检测到的信号传给信号处理模块，信号处理模块对来自感应线圈的信号进行处理。
[n0044] 在上述实施例中，外磁芯25由多片磁芯片层叠制成，在需要更改闭环型漏电流传感器10的抗干扰能力时，可通过更换外磁芯25的磁芯片数量来调整闭环型漏电流传感器10的抗干扰能力。当面对不同的使用环境时，不需要预备多种不同抗干扰能力的闭环型漏电流传感器10，只需要改变外磁芯25中磁芯片的数量即可，增加了闭环型漏电流传感器10的适用性。
[n0045] 如图7所示，外磁芯25中层叠的磁芯片为一侧具有开口的矩形结构，第一外磁芯251和第二外磁芯252具有多片磁芯片层叠而成，第一外磁芯251和第二外磁芯252对插形成外磁芯25，外磁芯25呈“口字型”，外磁芯支架253用于支撑第一外磁芯251和第二外磁芯252。在一些实施例中，外磁芯25也可以由具有气隙的矩形层叠而成，而不需要一侧设有开口，且外磁芯25也可以为圆形、多边形。
[n0046] 磁芯片的数量越多，闭环型漏电流传感器10的抗干扰能力越强。在本实施例中，为了权衡结构及成本，闭环型漏电流传感器10中第一外磁芯251和第二外磁芯252的磁芯片的数量均为6片。在一些实施例中，为了改变闭环型漏电流传感器10的抗干扰能力，可以增加或者减少第一外磁芯251和第二外磁芯252的磁芯片数量。
[n0047] 如图6和图7所示，外磁芯25内设置有固定架，固定架将外磁芯25的内部分割成两个区域，其一区域为气隙254，另一区域为第一通道255。在本实施例中，由于第一通道255需要穿设导线，则第一通道255的面积大于气隙254的面积。
[n0048] 如图1和图6所示，骨架包括外骨架24和内骨架23，内骨架23上具有内磁芯容纳腔231，内磁芯21位于内磁芯容纳腔231内，并由胶带22将内磁芯21固定内骨架23上，且内骨架23外缠绕有感应线圈以将内磁芯21包裹。由于闭环型漏电流传感器10工作时周围环境温度较高，胶带22采用高温胶带。内骨架23位于气隙254内，外骨架24包裹外磁芯具有气隙254的部分。为了适应所增加或减少的磁芯片，外骨架24内部的可以预留有一定的空间，且可以设置限位结构，以将外磁芯25固定。
[n0049] 如图1和图6所示，闭环型漏电流传感器10还可包括PCB板19，信号处理模块集成在PCB板19上。PCB板19上设有引脚191且其内部开设有通孔，引脚191可用于连接外部设备。PCB板19可拆卸的固定在外骨架24上，可以使用销钉、双面胶、螺钉定方式可拆卸地固定在外骨架24上。并且，可以使用端子将烧线的结点和PCB板的电路到导通。
[n0050] 本实施例提供的闭环型漏电流传感器10其本质为磁敏传感器，所以该闭环型漏电流传感器10会受到外部磁场(如地磁)的干扰，因此闭环型漏电流传感器10还包括有磁屏蔽装置，该磁屏蔽装置具有第二通道，磁屏蔽装置的第二通道位于外磁芯25的第一通道254内，导线20通过第二通道位于第一通道254内，磁屏蔽装置包裹外磁芯25、内磁芯21、骨架和PCB板19，以屏蔽外磁场(如地磁)对闭环型漏电流传感器10的干扰。
[n0051] 如图1和图5所示，在本实施例中，磁屏蔽装置包括屏蔽框18、屏蔽环17、第一屏蔽板15和第二屏蔽板16，第二通道设置在屏蔽环17上，第一屏蔽板15和第二屏蔽板16设置在屏蔽框18的两相对开口侧，屏蔽环17的一端连接第一屏蔽板15，另一端连接第二屏蔽板16，PCB板19和外磁芯25套设在屏蔽环17上，屏蔽框18、第一屏蔽板15和第二屏蔽板16位于PCB板19和外磁芯25的四周，以此完全将外磁芯25、内磁芯21、PCB板19和骨架包裹在磁屏蔽装置内，且该磁屏蔽装置为由硅钢制成的防锈磁屏蔽壳。在一些实施例中，屏蔽框18、屏蔽环17和第一屏蔽板15可以一体成型设置。
[n0052] 为了保护、固定磁屏蔽装置及其包裹的部件，如图1、图3和图4所示，闭环型漏电流传感器10还设置有壳体，壳体包括外壳13和上盖14，外壳13和上盖14内均设置有空心圆柱，其一空心圆柱的外径小于另一空心圆柱的内径，外壳13和上盖14通过空心圆柱插入到磁屏蔽装置的第二通道内，以此保护并固定磁屏蔽装置及其包裹的部件。外壳13和上盖14可通过销钉、卡扣以及螺钉等方式可拆卸的连接，在本实施例中，外壳13和上盖14采用卡扣的方式可拆卸连接。
[n0053] 为了将导线20固定，闭环型漏电流传感器10还设置有导线支架，导线支架包括导线支架母头11和导线支架公头12，导线支架母头11和导线支架公头12内均设置有导线容纳腔，以容纳并将导线20固定在壳体上。导线支架母头11和导线支架公头12可通过卡扣、销钉等方式可拆卸地固定在壳体上，在本实施例中，导线支架母头11侧具有多个凸出的卡接部，导线支架公头12侧也具有多个凸出的卡接部，导线支架母头11和导线支架公头12通过卡接部卡接固定。在本实施例中，导线20为2～4相紫铜电流线，以承载原边通过的大电流，该大电流一般为逆变器逆变后的三相电流，导线支架采用注塑成型、3D打印等成型工艺。
[n0054] 当闭环型漏电流传感器10中的磁芯被暴露在外界磁场时，磁芯将会产生磁滞，而该磁滞的存在将会影响到闭环型漏电流传感器10的检测。因此，如图8所示，闭环型漏电流传感器10还包括独立的消磁电路26，在本实施例中，该消磁电路26为一颗单片机加桥式电路，且该消磁电路26包括缠绕在磁芯上的消磁绕组(未示出)，当闭环型漏电流传感器10接通电流时，消磁绕组上产生一频率逐渐加快的消磁震荡，以消除磁芯在外界大磁场干扰下产生的磁滞，以维持闭环型漏电流传感器10的检测精度。
[n0055] 闭环型漏电流传感器10如果存在故障，将会导致该闭环型漏电流传感器10不能正常工作，为了及时发现闭环型漏电流传感器10存在故障，漏电流传感器10还包括独立的自检电路(未示出)，自检电路包括缠绕在磁芯上的自检绕组(未示出)，自检电路可在高电平触发下产生在自检绕组内流动的固定直流电流，用于在导线20不工作的情况下检测闭环型漏电流传感器10是否正常工作。
[n0056] 在一些实施例中，为了保证当闭环型漏电流传感器10存在故障时，操作人员能够及时发现，还可设置报警模块(未示出)，报警模块可在发现闭环型漏电流传感器10存在故障时，及时发出报警提醒以避免意外的发生。
[n0057] 如图8所示，感应线圈29缠绕在外骨架24上，激励线圈30均匀缠绕在内磁芯21上作为磁场探头，并与探头接口33连接，探头接口33、RC滤波电路34和H桥35依次连接。闭环型漏电流传感器10还配置有定时、错误检测与电源控制模块27、独立的基准电压28，取样电阻31和放大电路32。为调整该闭环型漏电流传感器10的最大量程，可以通过调整取样电阻31和/或感应线圈29的匝数。
[n0058] 本实施例提供的闭环型漏电流传感器10基于闭环磁通门设计，闭环型漏电流传感器10在工作时，探头接口33为激励线圈30提供固定频率、固定波形的交变电流进行激励，使磁芯往复达到饱和。在不存在导线20经过电流时产生的被测磁场时，感应线圈29输出的感应电动势只含有激励波形的奇次谐波，波形正负上下对称。当存在导线20经过电流时产生的被测磁场时，则磁芯中同时存在直流磁场和激励交变磁场，直流被测磁场在前半周期内促使激励交变磁场使磁芯提前达到饱和，而在另外半个周期内使磁芯延迟饱和。因此，造成激励周期内正负半周不对称，从而使输出电压曲线出现振幅差，该振幅差与流过导线20的被测电流所产生的磁场成正比，因此可以利用振幅差来检测流过导线20的电流。
[n0059] 在本实施例中，外磁芯25为坡莫合金，内磁芯21为非晶磁芯，使用叠片带气隙坡莫合金磁芯，可增大磁芯饱和场扩大产品最大量程，可制作量程为10A的闭环型漏电流传感器10。
[n0060] 此实施例使用带气隙的感应磁芯，使其感应磁场不因饱和衰减。气隙处应用了可饱和电感作为探头来识别气隙处的磁通量，它是由磁芯与线圈组成的电感探头。
[n0061] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

权利要求:
Claims (10)
[0001] 1.一种闭环型漏电流传感器，其特征在于，包括：
磁芯，包括外磁芯和内磁芯，所述外磁芯包括层叠设置的多片磁芯片，所述外磁芯开有气隙和第一通道，所述第一通道用于放置导线，所述内磁芯缠绕有激励线圈，所述内磁芯位于所述气隙内；
骨架，缠绕有感应线圈，所述骨架包裹所述磁芯具有气隙的部分；
信号处理模块，与所述感应线圈连接，用于对来自所述感应线圈的信号进行处理。
[0002] 2.如权利要求1所述的闭环型漏电流传感器，其特征在于，层叠设置的多片所述磁芯片为一侧具有开口的矩形，两对层叠设置的磁芯片对插形成外磁芯，所述外磁芯呈“口”字型。
[0003] 3.如权利要求2所述的闭环型漏电流传感器，其特征在于，所述外磁芯内设有固定架，将所述外磁芯分割为两个区域，其一区域为所述气隙，另一区域为所述第一通道。
[0004] 4.如权利要求1所述的闭环型漏电流传感器，其特征在于，所述骨架包括外骨架和内骨架，所述内磁芯位于所述内骨架内且被所述感应线圈包裹，所述内骨架位于所述气隙内；
所述外骨架包裹所述磁芯具有气隙的部分。
[0005] 5.如权利要求1-3任一所述的闭环型漏电流传感器，其特征在于，还包括自检电路，所述自检电路包括自检绕组，所述自检绕组缠绕在所述骨架上，用于检测所述闭环型漏电流传感器是否存在故障。
[0006] 6.如权利要求1-3任一所述的闭环型漏电流传感器，其特征在于，还包括消磁电路，用于消除所述磁芯在外界磁场干扰下产生的磁滞。
[0007] 7.如权利要求6所述的闭环型漏电流传感器，其特征在于，所述消磁电路包括消磁绕组，所述消磁绕组缠绕在所述骨架上，用于消除所述磁芯在外界磁场干扰下产生的磁滞。
[0008] 8.如权利要求1-4任一所述的闭环型漏电流传感器，其特征在于，还包括：
磁屏蔽装置，其具有第二通道，所述磁屏蔽装置的第二通道位于所述磁芯的第一通道内，电流线通过所述第二通道放置在所述第一通道内，所述磁屏蔽装置包裹所述磁芯和所述骨架，以屏蔽外磁场对漏电流传感器的干扰。
[0009] 9.如权利要求8所述的闭环型漏电流传感器，其特征在于，所述磁屏蔽装置包括屏蔽环、屏蔽框、第一屏蔽板和第二屏蔽板，所述屏蔽环上具有第二通道，所述第一屏蔽板和第二屏蔽板设置在所述屏蔽框两相对开口侧，所述屏蔽环一端连接所述第一屏蔽板，另一端连接所述第二屏蔽板。
[0010] 10.如权利要求1-4任一所述的闭环型漏电流传感器，其特征在于，所述外磁芯为坡莫合金，所述内磁芯为非晶磁芯。

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202023254268.8U|CN214335173U|2020-12-29|2020-12-29|一种闭环型漏电流传感器|CN202023254268.8U| CN214335173U|2020-12-29|2020-12-29|一种闭环型漏电流传感器|