[发明专利]一种剩余电流保护断路器的电流非线性补偿方法

说明书

本发明属于剩余电流保护断路器领域，特别涉及一种剩余电流保护断路器的电流非线性补偿方法，所述的方法包括以下步骤：电流互感器将一次侧交流大电流转换成二次侧小电流，通过整流输出直流电流，再经过电流电压转换和信号调理输入至ADC进行数字采样，最后由微处理器对ADC数字采样的数据进行分段线性拟合处理，通过修正每个分段区间的比值系数K值，实现对电流互感器非线性区间的线性补偿，满足全电流输入范围的电流检测精度要求。本发明技术方案无需电路元件搭建，成本低，调试验证以及生产更加方便，也更容易达到更高的精度；由于采用的微处理器进行软件分段，可以将分段实现得更为细致，实现也更加方便灵活。

技术领域

本发明属于剩余电流保护断路器领域，特别涉及一种剩余电流保护断路器的电流非线性补偿方法。

技术背景

电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流。剩余电流保护断路器通过电流互感器来检测负载电流大小，并进行相应的过载长延时、短路短延时、短路瞬动保护。由于电流互感器铁芯饱和、涡流、磁滞以及励磁电流的存在，使得电流互感器的输入输出传变特性呈现非线性，大大影响电流测量精度。

针对非线性变换问题，主要思路是对电流互感器信号进行分段处理，针对不同的量程进行不同的非线性补偿处理。根据磁化曲线的特性，铁芯的磁化曲线分三个阶段，起始阶段、中间阶段、饱和阶段；起始阶段的小电流部分，剩余电流保护断路器对测量误差的容许度较高，可以不用补偿，而中间阶段呈线性，所以只需考虑大电流饱和阶段的非线性。目前常用的是采用硬件模拟电路进行分段处理，通过运算放大器对输出信号进行采样后，判断输出信号大小选通不同的量程，不同的量程的反馈系数各不相同，从而达到不同量程拥有不同增益的信号处理效果。在大电流阶段，电流互感器趋于饱和，当电流再增大时，电流互感器输出信号增大幅度变小，这时硬件电路选通运算放大系数高的运放，提高信号幅度，补偿由于互感器趋于饱和带来的非线性问题。

由于通过硬件电路解决，需要增加相应的电路和元器件，带来相应的成本增加；若要提升线性精度要求，需要选通更多不同增益的运算放大器，硬件复杂度就会大大增加，同时电路元器件的温漂具有不确定因素，会延长研发设计及调试测试周期；电路元器件的增加，会占用PCB布线面积，导致PCB线路板的成本增加，也加大了生产风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结合微处理器，通过软件实现分段补偿，弥补电流互感器非线性所带来的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种剩余电流保护断路器的电流非线性补偿方法，所述的方法包括以下步骤：电流互感器将一次侧交流大电流转换成二次侧小电流，通过整流输出直流电流，再经过电流电压转换和信号调理输入至ADC进行数字采样，最后由微处理器对ADC数字采样的数据进行分段线性拟合处理，通过修正每个分段区间的比值系数K值，实现对电流互感器非线性区间的线性补偿，满足全电流输入范围的电流检测精度要求；所述的分段线性拟合处理包括样机额定电流校准、样机补偿系数计算、生产额定电流校准三部分组成；

所述的样机额定电流校准：选一台剩余电流保护断路器样机，在电流延时测试台输入额定电流In，执行电流校准程序，对负载电流实时ADC数字采样得到给定额定电流In条件下的采样值An，根据公式(1)，计算出比值系数Kn；

K＝A×8192÷I (1)

式中，K为给定电流条件下的比值系数，A为给定电流条件下对应的ADC采样值，I为输入给定电流值；