專利名稱：剩余電流設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及剩余電流設(shè)備(RCD)。更具體地說，本發(fā)明涉及具有測 試裝置的RCD，當(dāng)該裝置被激勵時會引起設(shè)備解扣。
背景技術(shù)：
安裝RCD是為了防止在電源設(shè)備中出現(xiàn)某些潛在的危險情況。如圖1 所示，電源設(shè)備10具有一些導(dǎo)線11 (典型地，對于單相交流電源為零線 和火線，而對于三相交流電源則為三才艮火線或者三豐艮火線再加一祁摩線。) 導(dǎo)線11與負(fù)載電路12連接(例如，連接了家用電器的家用環(huán)路)。當(dāng)在 導(dǎo)線ll中流動的電流中檢測到不平衡時，已知的RCD13將電源與負(fù)栽電 路12斷開。此不平衡歸因于電流流入地，表示存在絕緣不良或者有人觸電.RCD13具有電流互感器4，其由環(huán)繞導(dǎo)線11的環(huán)形磁芯組成。傳感 器線圈(未示出)纏繞著磁芯，從而，導(dǎo)線ll中的電流流動中的任何不平 衡都會導(dǎo)致傳感器線圏中感應(yīng)生成傳感器信號電流5，此感應(yīng)電流正比于 所述電流不平衡。電子信號處理電路6分析此傳感器信號電流5，以確定 電流不平衡是否達(dá)到或者超過預(yù)先設(shè)定的、指示電源電路中的潛在危險情 況的解扣閾值。此設(shè)備然后通過向激勵器17供電，激勵開關(guān)18以將電源 與負(fù)載電路12斷開，從而使電路解扣。RCD設(shè)備需要與測試按^目適配。按下此按鈕使設(shè)備解扣，從而使得 人們可以測試設(shè)備的正常工作。按下測試按鈕閉合觸點，使得測試電路引 入信號以對剩余電流進(jìn)行仿真，從而將從傳感器到開關(guān)的整個信號通路都 包含在測試中。這可以通過圖2中所示的電路來實現(xiàn)。當(dāng)測試^fe^皮按下 以閉合觸點24時，火線和零線21a、 21b中的一才艮導(dǎo)線21a內(nèi)的部分電流 經(jīng)由電阻器22流過從而繞過了電流互感器4。此^L法有不少缺陷。首先，需要將測試電路與主導(dǎo)線21a、 21b連接，這在RCD設(shè)備內(nèi)《艮難在機(jī)械上 實現(xiàn)。第二，所生成的視在剩余電流(apparent residual current)與電壓 相關(guān)，也取決于電阻器22的容限和穩(wěn)定性。在實際中，可能會感應(yīng)產(chǎn)生遠(yuǎn) 高于解扣閾值的電流以確保解扣(典型地，為額定解扣值的兩倍半，在有些情況下，可以為其五倍)。這能測試出設(shè)備可以正常工作，但并不是說 設(shè)備必須在此額定解扣值下才能正常工作。笫三，沒有計入任何已經(jīng)存在 于電路中的駐留剩余電流(standing residual current)。在測試中，此設(shè) 備只是簡單地將此測試剩余電流加給已經(jīng)存在的駐留剩余電流。這同樣意 味著，測試并沒有在額定解扣值下進(jìn)行。還可能發(fā)生如下更多的問題。當(dāng)按鈕被按下時，如果設(shè)備因為某些原 因未能解扣，而g^^住，電阻器22將很快變得很熱甚至燒壞。此設(shè)備 可能受電源中的電壓變化的影響。不但影響測試的準(zhǔn)確度，可能在火線和 零線21a、 21b之間出現(xiàn)的高電壓脈沖還會在觸點24處引發(fā)電弧。各RCD 被制造具有不同的解扣閾值額定值，這樣，必須改變電阻器22以與此閾值 適配，這給生產(chǎn)帶來了不便。另一種已知的實現(xiàn)測試功能的方法如圖3所示。在電流互感器4的磁 芯33中引入磁場。在互感器磁芯33處配置了笫二繞組31。此繞組與電阻 器35串聯(lián)凈M置于在火線21a和零線21b之間的測試電路中。當(dāng)測試按鈕 23被按下，觸點34閉合電路，并且測試信號電流流過此第二繞組31。這 將在傳感線圏32中感應(yīng)生成電流。典型地，由于互感器4中的電流增益， 此測試信號電流遠(yuǎn)小于解扣此設(shè)備所需的傳感器信號電流。100匪的繞組 意味著僅需要1/100的解扣閾值電流來生成足以使得電路解扣的視在剩余 電流。此方法減少了電阻器發(fā)熱的問題，但是沒有克服前述方法的大部分 缺點，例如，電源電壓連接，駐留剩余電流帶來的不準(zhǔn)確性，高電壓觸點 額定值以及電阻器的容限和穩(wěn)定性。與電流互感器相關(guān)的另 一個問題是剩磁。這是形成互感器磁芯的磁性 材料被磁化的效果。這顯著地降低了其導(dǎo)磁率，并防止其傳送更多的磁通 量。從而，互感器的耦合效應(yīng)顯著地降低甚至消失，此設(shè)備變得不靈敏。當(dāng)嚴(yán)重的故障電流流過時，發(fā)生磁化，并且其在峰值時被解扣機(jī)制切斷， 留下剩余磁化。當(dāng)此現(xiàn)象發(fā)生并且該i殳備l^-故復(fù)位時，剩磁導(dǎo)致的不靈 敏意味著該設(shè)備可以在電源電路仍存在故障時被重啟。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能基本上減輕這些問題的RCD。 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種剩余電流設(shè)備(RCD)，其旨在解扣，此RCD包括感應(yīng)裝置，用于生成表示所述電路中剩余電流不平衡的不平衡信號； 解扣裝置，用于當(dāng)所述不平衡信號超出所述預(yù)定閾值額定值時，解扣 所述剩余電流設(shè)備，以將所述電源與所述電路斷開連接；以及測試裝置，用于將所述不平衡信號增加到基本對應(yīng)于預(yù)定閾值額定值 的水平，由此，在所述額定值的解扣表明成功的測試。該裝置的優(yōu)點在于，可以對此設(shè)備進(jìn)行測試，以確定RCD是否在額 定值或者其附近解扣。換言之，成功的測試表明此i殳備可以在所希望的閾 值額定值有效解扣。而不成功的測試可以是當(dāng)不平衡信號低于或高于閾值 時該設(shè)備解扣，這種情況表明此設(shè)備沒有在其額定值下工作。從而，此測 試比現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中所進(jìn)行的測試P格、更準(zhǔn)確。感應(yīng)裝置可以有效測量電路中任何剩余電流不平衡的量。 測試裝置可以有效計算與測量的剩余電流不平衡和預(yù)定閾值額定值之 間的差別相對應(yīng)的差值。可以應(yīng)用此差值，使得不平衡信號的增長基本上 是瞬時的?；蛘?，測試裝置可以有效使得不平衡信號從較低值或零值斜線 上升或逐漸增加至預(yù)定閾值。此種可選方案可以確定使得此設(shè)備解扣的電 流不平衡的水平。這對于測試所述設(shè)備是否在低于預(yù)定閾值的水平下解扣 M利。在本發(fā)明的實施例中，所述測試裝置為所述設(shè)備有效地引入了仿真剩 余電流不平衡，使得所述感應(yīng)裝置可以感應(yīng)任何被保護(hù)的電路中的剩余電流不平衡與仿真的剩余電流之和。在優(yōu)選實施例中，所述傳感器裝置包括具有感應(yīng)線圏的電流互感器， 在該感應(yīng)線圏中感應(yīng)生成的不平衡感應(yīng)電流作為所述不平衡信號。用于增 加不平衡信號的裝置可以包括測試線圏，其中，施加到該測試線圏的測試 電流可以以互感器中磁場的形式引入仿真電流不平衡，從而感應(yīng)增加感應(yīng) 線圏中的不平衡感應(yīng)電流。所述測試裝置可以與處理器連接，以監(jiān)控不平衡信號，并確定將不平 衡信號增加到與額定值對應(yīng)的水平所需要的仿真電流不平衡。其優(yōu)勢在于， 如果處理器檢測到電流不平衡低于額定解扣值(駐留電流不平衡)，則其 隨即確定使不平詢二信號增加多少才可以達(dá)到與額定解扣值相對應(yīng)的水平， 從而提供了 一種比現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備更準(zhǔn)確的測試。此處理器還可以包括 轉(zhuǎn)換器(ADC),用于將電流不平衡信號轉(zhuǎn) 換為數(shù)字形式，樣支控制器單元(MCU)，用于處理此數(shù)字信號并提供數(shù)字 輸出信號，以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，用于將數(shù)字輸出信號轉(zhuǎn)換為模擬測 試信號。此數(shù)字處理能夠生成具有適用于提供所需的和的波形和相位輪廓 (phase profile)的測試電:J充。直接從處理器合成仿真電流不平衡的波形的優(yōu)勢在于，其獨立于電源 及其中的任何變化。進(jìn)一步的優(yōu)勢在于，此波形可由處理器基于從不平衡 信號確定的駐留剩余電流來合成。這意味著，不論該駐留剩余電流具有何 種波形、相位角或者頻率，處理器都能合成仿真電流不平衡波形，當(dāng)將其 加到駐留剩余電流波形時，可以確保此設(shè)備在額定值下得到測試。更優(yōu)選地，此處理器為RCD中的集成電路。集成電路為高效、低成 本、節(jié)省空間的處理器，其易于裝配在RCD中。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種剩余電流設(shè)備(RCD)，其包括:電流互感器，用于響應(yīng)于電源中的電流不平衡，在感應(yīng)線圏中生成不 平衡感應(yīng)電流；以及消磁線圏，用于通過對該消磁線圈施加消磁信號，基本上將電流互感 器中的剩磁消除。此消磁線圈可與測試線圈相結(jié)合，該測試線圏形成了根據(jù)前述定義的 本發(fā)明第一方面的設(shè)備中的測試裝置的一部分。
消磁是通過利用在數(shù)個周期內(nèi)振幅減小的交變場來驅(qū)動互感器磁心而 消除剩余磁場的方法。消除剩磁意味著，可以敏化由于互感器磁芯中的剩 余磁場而導(dǎo)致靈敏度下降的設(shè)備，從而恢復(fù)其靈敏度，使其可以以需要的 方式繼續(xù)工作。通過消磁去除剩磁后，只要能確保如果電路仍然存在故障 此設(shè)備將在非常短的時間內(nèi)再次解扣，此設(shè)備可以在解扣后被復(fù)位。
消磁信號可在處理器的控制下被施加于消磁線圈。處理器可以被配置
為在高頻下應(yīng)用此衰減交變場(decaying alternating field )，從而，此消 磁信號不會被RCD的剩余電流檢測系統(tǒng)檢測到。這保證了可以在非常短 的時間內(nèi)實現(xiàn)消磁，并且當(dāng)復(fù)位RCD時可以快速消除剩磁。RCD必須能 夠在交流電源的確定數(shù)目的周期內(nèi)解扣，因而高頻消磁信號應(yīng)確保在少于 此確定數(shù)目的周期的時間內(nèi)消除剩磁。這種高頻消磁還能夠?qū)⑻幚砥髋渲?為在正常工作中控制消磁。


下面將參照如下附圖描述
具體實施例方式
圖l為前述具有已知RCD的已知電氣i殳備的電路原理圖； 圖2為前述已知的RCD測試電路的電路原理圖； 圖3為前迷另一種已知的RCD測試電路的電路原理圖； 圖4為依照本發(fā)明的RCD測試和消磁電路的電路原理圖； 圖5, 6， 7為曲線圖，示出了在根據(jù)本發(fā)明的RCD中可能出現(xiàn)的電 流波形；以及
圖8為曲線圖，示出了在根據(jù)本發(fā)明的RCD中使用的消磁電流波形。
具體實施例方式
參照圖4,電源設(shè)備具有火線40和零線42，用于從電源向負(fù)栽電路 44提供電流。RCD46包括環(huán)形互感器48，此互感器具有環(huán)繞火線和零線40、 42的磁芯50。感應(yīng)線圖52和測試線圖54纏繞在磁芯50上。在感應(yīng) 線圏52中感應(yīng)生成的電流作為輸入提供給電子處理器56。開關(guān)機(jī)構(gòu)58， 其在處理器56的控制下由激勵器60激勵，當(dāng)檢測到剩余電流的預(yù)定水平 時，斷開火線和零線40、 42。
在電子處理器56中，輸入電流從感應(yīng)線圏52流到互阻放大器59，其 具有與該輸入電流線性相關(guān)的電壓輸出。互阻放大器59的輸出電壓然后經(jīng) 由低通濾波器61 (以防止假頻)注入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC ) 62，此模數(shù)轉(zhuǎn)換 器輸出作為數(shù)字電子信號的電壓。此數(shù)字信號經(jīng)由數(shù)字總線66，注入微控 制器單元(MCU) 64。 MCU 64具有用于控制開關(guān)激勵器60的工作的輸 出端68。
RCD46具有測試按鈕70，用于閉合觸點72，以啟動在MCU64控制 下的測試。MCU 64所提供的數(shù)字測試信號經(jīng)由總線66注入數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)76，其向測試線圏54輸出模擬測試電流。
在使用中，火線和零線40、 42間的電流不平衡產(chǎn)生磁場，其在感應(yīng)線 圈52中感應(yīng)生成感應(yīng)電流。此感應(yīng)電流被互阻放大器59放大，并由ADC 62轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由MCU 64讀取。如果MCU 64確定電流不平衡超過 預(yù)定額定解扣值，則施加解扣信號于MCU輸出端68,使開關(guān)激勵器60 激勵開關(guān)58以斷開火線和零線40、 42，并從而將電源與負(fù)栽電路44中斷。
此設(shè)備可在工作于未解扣情況時被測試。按下測試按鈕70，閉合觸點 72，啟動測試。MCU64確定由感應(yīng)線圏52感應(yīng)的電流不平衡的水平，并 計算為使RCD 46在其額定解扣值解扣所需的來自感應(yīng)線圏52的電流的增 加量。計算得出的增加由測試線圉54提供。測試電流4皮提供給該測試線圏， 其在互感器48的磁芯50中產(chǎn)生磁場。此產(chǎn)生的磁場使得感應(yīng)線圏52中 的感應(yīng)電流增加。由MCU計算用于測試RCD是否在額定值解扣的測試電 流。
感應(yīng)線圈52典型地為1000臣電線，測試線圈54典型地為100匪。 感應(yīng)線圏52中的電流與剩余電流線性相關(guān)，此相關(guān)因子由電路導(dǎo)線40、 41 (互感器主線圏)與感應(yīng)線團(tuán)52之間的匝數(shù)比確定。因此，在匝數(shù)比為1: 1000時，10mA RMS剩余電流在感應(yīng)線圏52中感應(yīng)生成10微安 的RMS電流。從20Hz到2kHz的工作帶寬可輕易實現(xiàn)，并足夠RCD使 用。互阻放大器59的特征為，其具有很低(幾乎為零)的輸入阻抗，這是 確保此感應(yīng)電流在該工作帶寬上以1: 1000的固定比與剩余電流直接相關(guān) 所必需的。這種放大器的輸出為與輸入電流線性相關(guān)的電壓，具有 10000V/A的典型增益。
ADC 62周期性地對此電壓進(jìn)行采樣，并且每次輸出典型地為10比特 的數(shù)字電子值。ADC 62可以被時分復(fù)用，從而還經(jīng)由允許監(jiān)控電源頻率 的分壓器網(wǎng)絡(luò)74對電源的線電壓進(jìn)行采樣。處理器56測量剩余電流波形 的頻率，并調(diào)整采樣頻率使得每個周期進(jìn)行固定個數(shù)的采樣。對剩余電流 每周期64次采樣的速率，在50Hz,可得到3200Hz的采樣速率，而在60Hz， 采樣速率為3840Hz。在MCU 64上執(zhí)行的算法可以確定剩余電流的頻率， 但在其不能#1確定的情況下(例如，振幅為零，或者信號隨機(jī)，或者信號 在值的預(yù)期范圍以外)，可測量和使用線電壓頻率。
利用以數(shù)字值精確表示的剩余電流波形，可以采用數(shù)字信號處理技術(shù) 來確定此信號的各個參數(shù)，更確切地說，計算其RMS值，以在此值超過 設(shè)定的闊值額定值時引起解扣。該數(shù)字處理由MCU64進(jìn)行，其包括控制 電路，運算電路，用于變量值存儲的讀/寫存儲器，以及用于存儲整個 MCU64遵循的可執(zhí)行軟件程序的非易失性只讀存儲器。未示出的其它外 圍設(shè)備包括電源、時鐘電路以JOn電復(fù)位電路。
剩余電流RMS的計算在整數(shù)周期上進(jìn)行，以保證準(zhǔn)確度。十個剩余 電流波形周期的期間就足以進(jìn)行此計算，并且由于采樣頻率被調(diào)整為在每 個周期進(jìn)行固定次數(shù)的采樣(比如64)，總的計算需要640次采樣。對于 50Hz的剩余電流頻率，需要用200mS處理640個采樣，而對于60Hz，需 要167mS。在這兩種情況下，解扣均發(fā)生在由公布的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的時間以內(nèi)。 在制造時就利用非易失性存儲器將軟件寫入MCU64。此非易失性存儲器 還包含相關(guān)的配置數(shù)據(jù)，例如，解扣電流閾值和制造時測量得到的校準(zhǔn)數(shù) 據(jù)。DAC76或者直接輸出電流，或者輸出電壓，該電壓可以由線性電流-電壓放大器(跨導(dǎo)放大器)或更簡單地利用固定電阻器轉(zhuǎn)換為電流。由系 統(tǒng)生成的電流信號的波形和振幅由軟件控制下的MCU64控制。
大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備利用50Hz或60Hz正弦信號的電源電壓來驅(qū)動電 流，使其達(dá)到設(shè)備解扣閾值的2.5倍。這將確保不論存在什么樣的駐留剩 余電流，測試電流可以將其淹沒以保證設(shè)備解扣。這可有效地引起解扣， 但不能真正地測試系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。由于測試電路與低電壓的MCU輸入端 相連，通過驅(qū)動合成的波形i^測試線圈54，測試電流可以獨立于電源電 壓，并且無需高電壓開關(guān)。
然而，為4吏測試線圏54在感應(yīng)線圏52中感應(yīng)正確的RMS電流以引 起解扣，需要確定任何駐留剩余電流的波形。通常由于電動機(jī)中經(jīng)常存在 的絕緣不良或者電容性抑制網(wǎng)絡(luò)(capacitive suppressor network)而引起 駐留剩余電流。此波形常為與電源電壓同相的正弦波，但是，如果泄漏為 無功的，相位差可能達(dá)到90度，如果負(fù)載電路中存在發(fā)電設(shè)備，也可能達(dá) 到180度。并且，非正弦剩余電流波形也很普遍，但是，其幾乎總是在電 源頻率上重復(fù)。為i兌明這點，考慮由處理器56測量的20mARMS的駐留 剩余電流，然后可用下式計算由測試電路感應(yīng)的額外視在剩余電流
<formula>formula see original document page 11</formula>(公式l)
其中，s是測量得到的駐留RMS剩余電流，是RMS解扣闊值，而x是 為使測量結(jié)果等于/ 所需的由測試電路感應(yīng)的額外視在剩余RMS。對于 閾值A(chǔ)為30mA的i史備而言，需要驅(qū)動測試線圏以產(chǎn)生額外的22.4mA RMS測試所得剩余電流來引起解扣。然而，以上等式(其基于這個事實， 即兩個相加的信號的結(jié)果RMS等于各RMS值平方和的平方根)假設(shè)了如 下糾
a) 駐留剩余電流與測試電流具有不同的頻率
b) 在很長的期間內(nèi)計算兩個信號之和的結(jié)果RMS，以得到準(zhǔn)確的 結(jié)果。
條件"a，，可用圖5說明，其中同頻同相的兩個正弦波相加， 一個峰值振幅為1單位(0.7單位RMS )，另 一個為2單位(1.4RMS )。根據(jù)以上 等式得到的結(jié)果為1.6RMS或2.2"^值。然而，4艮明顯，圖5中的結(jié)果為 峰值振幅3.0，所以，其RMS值為2.1。實際上該等式僅當(dāng)這兩個信號如 圖6所示相位差為90度時才成立?？梢詼y量駐留剩余電流的相位，并加上 具有合適相位的測試電流，以生成所需要的結(jié)果，但是這會增加相當(dāng)?shù)膹?fù) 雜性，并且不適用于所有波形。因此，顯然，RMS的計算依賴于這兩個相 加信號之間的相位，并且僅當(dāng)RMS在所有可能的相位差上平均時，才能 得到準(zhǔn)確的結(jié)果。
一種簡單的解決方案"格遵循條件"a"，并驅(qū)動具有不同頻率的測 試信號頻率到任何駐留剩余電流。如上所述，MCU 64能夠測量此頻率， 或者在某些環(huán)境下，假設(shè)其與測量得到的電源頻率相同。然后可以在高于 或低于測量的剩余電流頻率20%的頻率上(例如，當(dāng)測量的頻率為50Hz, 其為40Hz)驅(qū)動測試線圖54。此結(jié)果如圖8所示。如前述等式1所預(yù)測 的，此結(jié)果的RMS被認(rèn)為是正確的，并且在實際中適用于駐留剩余電流 的任何波形。也可以使用測試信號的任何波形，并且與正弦波相比使用方 波測試信號合成更簡單。從另一個角度來看，由于兩個信號隨時間在所有 相位組合上相加，使用不同的頻率意味著失去了作為結(jié)果的RMS在相位 上的相關(guān)性。
上述條件"b"，需要在很長的時間內(nèi)對駐留和感應(yīng)測試電流信號的結(jié) 果進(jìn)行測量，以實現(xiàn)準(zhǔn)確度，大多數(shù)RCD在額定閾值的解扣時間^皮i殳置 為300 ms，為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的最大值。因此，當(dāng)測試按鈕70被按下時，此設(shè) 備有大約14個電源周期(280 mS)來啟動解扣。該周期數(shù)能夠提供合理 的準(zhǔn)確度，但通過某些考慮還可以獲得改進(jìn)的準(zhǔn)確度和解扣時間。參照圖 7,很明顯，存在著與駐留剩余電流和測試電流間的頻率差相等的拍頻，這 種情況下，對于50Hz的剩余電流，則為10Hz。在示出的十個周期的期間 (50Hz時為200mS)內(nèi)，存在兩個拍頻，并可注意到，三個軌跡的相對 相位在所示期間的起點和終點均相同。因為兩個信號之間的可能相位的所 有組合均已在計算中使用了剛好兩次，這意味著任何初始相位都不相關(guān)，并且也失去了相位相關(guān)性，所以，此結(jié)果是準(zhǔn)確的。由于一些相位組合比其它的出現(xiàn)更多次，并因此初始相位成為在作為結(jié)果的計算所得的RMS 中的因子，因此如果測量期間不是多個拍頻期間，將得到較低準(zhǔn)確度的結(jié) 果。測試信號被計算為駐留剩余電流頻率的固定百分比，從而在使用固定 數(shù)目的采樣計算結(jié)果RMS的期間內(nèi)，將會有在駐留剩余電流頻率和測試 信號頻率之間產(chǎn)生的拍頻的整數(shù)多個周期。測試電流計算必須考慮感應(yīng)線圈和測試線圈的匝數(shù)比，以使得感應(yīng)電 流比，以及測試信號所用波形正確。并且，可利用制造時存儲在存儲器中 的校準(zhǔn)值對系統(tǒng)的初始容限進(jìn)行計算，以修正測試電流振幅。 一旦以上述 方式確定了剩余電流頻率，操作測試按鈕70啟動測試，具有計算所得的振 幅的測試信號以不同于剩余電流的頻率被注入測試線圏54。通過在固定數(shù) 目的電源電壓周期內(nèi)連續(xù)地測量在感應(yīng)線圈52中檢測到的視在RMS值， 并在需要時引起解扣，使得測量系統(tǒng)正常工作。本設(shè)備的另一個特點為，其能夠有效解決上述的剩磁問題。為解決此 問題，可以通過利用在數(shù)個周期內(nèi)振幅減小的交變場來驅(qū)動磁心50,從而 消除互感器磁芯50中的剩磁磁場。此技術(shù)被稱為消磁。此信號可被注入測 試線圏54，以允許在軟件控制下進(jìn)行消磁。在設(shè)備啟動時進(jìn)行消磁將特別 有用，這是因為當(dāng)磁芯50已被磁化后會出現(xiàn)導(dǎo)致解扣的故障。然而，如果 需要，可在正常工作中進(jìn)行定期消磁，只要其可以被很快完成且不影響設(shè) 備正常工作。如果消磁信號頻率遠(yuǎn)高于剩余電流感應(yīng)電路敏感的工作帶寬， 則此高頻消磁信號將不能被測量系統(tǒng)直接可見。圖8示出了一種合適的波 形類型。其由初始振幅足夠高以使磁芯磁飽和(即，其不能被更強(qiáng)烈地磁 化)的衰減波形組成。此波形具有對應(yīng)測試線圈54匝數(shù)的約2A的峰值振 幅，這意味著，對于100匝的測試線圏54來說，需要20mA峰值的電流。 隨后的衰減波形使得磁芯的磁化在每個周期后越來越弱。大約為lOKHz 的高頻波形是合適的，且在兩毫秒期間內(nèi)以每毫秒80%的衰減速率在短時 間內(nèi)實現(xiàn)消磁。然而，此波形的最佳參數(shù)非常依賴于環(huán)形磁芯的尺寸和材 料。因為圖4中測試電路的建議的組件能夠產(chǎn)生所需要的信號，所以并不需要額外的組件來進(jìn)行消磁。由MCU 64在軟件控制下承擔(dān)波形的合成。 所使用的波形并不一定是所建議的正弦波，諸如矩形波的其它形狀同樣有 效，并且更易于合成。
權(quán)利要求
1.一種剩余電流設(shè)備(RCD)，包括電流互感器，用于響應(yīng)于電源中的電流不平衡在感應(yīng)線圈中生成不平衡感應(yīng)電流；以及消磁線圈，用于通過對該消磁線圈施加消磁信號，消除所述電流互感器中的剩磁。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述消磁信號在處理器的控制下被 施加于所述消磁線圏。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其中，所述處理器被配置以施加所述消磁 信號，從而利用在數(shù)個周期內(nèi)振幅減小的交變磁場來驅(qū)動所述電流互感器 磁芯。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的設(shè)備，其中，所述處理器被配置以在高頻下施加 衰減交變場，從而使得所述消磁信號不會被所述剩余電流設(shè)備(RCD)的 剩余電力緣測系統(tǒng)檢測到。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或者權(quán)利要求4的設(shè)備，其中，所述消磁信號為正 弦波或者矩形波。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述剩余電流設(shè)備(RCD )被配置 為通過響應(yīng)于表示電路中剩余電流不平衡的不平衡信號解扣，來保護(hù)所述 電路，當(dāng)所述不平衡信號超過預(yù)定閾值額定值時，所述剩余電流設(shè)備(RCD)解扣所述電路，且其中，所述消磁線圏與構(gòu)成測試裝置的一部分 的測試線圈相結(jié)合，以便增加所述不平衡信號，從而測試所述剩余電流設(shè) 備(RCD)在所述預(yù)定閾值額定值下的工作。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其中，所述測試裝置計算與所述測量的剩 余電流不平衡和所述預(yù)定閾值額定值之間的差對應(yīng)的差值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其中，應(yīng)用所述差值，使得所述不平衡信 號的增加是瞬時的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其中，所述測試裝置使得所述不平衡信號從較低值或零值斜線上升或逐漸增加至所述預(yù)定閾值額定值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6至9中任意一項的設(shè)備，其中，通過將測試電流 施加到所述測試線圏以便在所述電流互感器中引入磁場，所述測試裝置在 所述設(shè)備中引入了仿真剩余電流不平衡，由此使所述感應(yīng)線圏中的所述不 平衡感應(yīng)電流感應(yīng)增加，從而使得所述感應(yīng)裝置感應(yīng)被保護(hù)電路中的任何 剩余電流不平衡與所述仿真剩余電流不平衡之和。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中，所述測試裝置與處理器連接，所 述處理器監(jiān)視所述不平衡^f言號，并確定將所述不平衡信號增大到與所述預(yù) 定閾值額定值對應(yīng)的水平所需要的所述仿真剩余電流不平衡。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其中，所述處理器包含模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，其用于將所述電流不平衡信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；微控制器單元 (MCU)，其用于處理此數(shù)字信號和提供數(shù)字輸出信號；數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)，其用于將所述數(shù)字輸出信號轉(zhuǎn)換為模擬測試信號。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll的設(shè)備，其中，所述處理器生成具有適合于提供 所需的和的波形與相位輪廓的測試電流。
14. 根據(jù)權(quán)利要求ll的設(shè)備，其中，所述處理器為所述剩余電流設(shè)備 (RCD)中的集成電路。
全文摘要
一方面，本發(fā)明提供了一種剩余電流設(shè)備(RCD)，其用于通過響應(yīng)于表示電路中的剩余電流不平衡的不平衡信號解扣，來保護(hù)該電路。當(dāng)不平衡信號超過預(yù)定閾值額定值時，此RCD解扣電路。此RCD包括測試裝置，其用于增加不平衡信號以測試RCD在額定值下的工作。另一種方面，該RCD包括電流互感器，用于響應(yīng)于電源中的電流不平衡在感應(yīng)線圈中產(chǎn)生不平衡感應(yīng)電流；以及消磁線圈，用于通過對該消磁線圈施加消磁信號，基本上消除電流互感器中的剩磁。
文檔編號H02H3/33GK101282035SQ200810085848
公開日2008年10月8日 申請日期2003年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月8日
發(fā)明者A·威廉姆斯, J·K·杰克遜 申請人:伊頓電氣有限公司