磁通门B型剩余电流传感器设计

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2026.07.009

摘要/Abstract

摘要：

随着智能电网与新能源系统的演进及电动汽车充电设施的广泛部署,传统剩余电流传感器在复杂电气环境下的适用性日益受限。设计了一款磁通门B型剩余电流传感器,采用磁通门电流互感器采集剩余电流信号,通过单片机对信号进行识别与判断。依据GB/T 22794—2017《家用和类似用途的不带和带过电流保护的F型和B型剩余电流动作断路器》,可实现对1 kHz及以下频率的正弦交流、平滑直流、两相或三相整流电路产生的脉动直流、滞后角为0°、90°和135°的脉动直流及复合波等剩余电流波形的识别。经试验测试,该样机能够有效检测和识别交直流剩余电流信号,在测试精度和响应速度等性能指标上均满足国家标准的相关要求。

关键词: B型剩余电流传感器, 磁通门电流传感器, 单片机, 波形识别

Abstract:

With the evolution of smart grids and new energy systems,as well as the widespread deployment of electric vehicle charging infrastructure,the applicability of traditional residual current sensors in complex electrical environments is increasingly limited.A fluxgate type B residual current sensor is designed,which uses a fluxgate current transformer to collect residual current signals and an MCU to identify and judge the signals.According to the requirements of GB/T 22794—2017 standard,the fluxgate type B residual current sensor can detect sinusoidal AC residual current of 1kHz and below 1kHz,smooth DC,pulsating DC residual current generated by two-phase or three-phase rectifier circuits,pulsating DC residual current with hysteresis angles of 0°,90°,and 135°,and composite wave residual current among others.Experimental testing shows that the prototype can effectively detect and identify AC and DC residual current signals,and meet the relevant requirements of national standards in terms of test accuracy and response speed.

Key words: type B residual current sensor, fluxgate current sensor, MCU, waveform recognition

中图分类号:

TM933.1

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Lin Weijian, Bao Guanghai. Design of Fluxgate Type B Residual Current Sensor[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2026, 0(7): 64-73.

图/表 17

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参考文献 21

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参数	数值
外径/mm	27.9
内径/mm	24.8
高度/mm	3.2
质量/g	2.3
层叠系数	0.76
有效横截面积/mm²	3.8
有效磁路长度/mm	82.7
饱和磁通密度/T	1.1
矫顽力/(A·m^-1)	0.4
矩形比	≥0.85

剩余电流波形	动作电流值
平滑直流	0.50I_Δn~2.00I_Δn
两相或三相整流电路产生的脉动直流	0.50I_Δn~2.00I_Δn
滞后角为0°的脉动直流	0.35I_Δn~1.40I_Δn
滞后角为90°的脉动直流	0.25I_Δn~1.40I_Δn
滞后角为135°的脉动直流	0.11I_Δn~1.40I_Δn
50 Hz正弦交流	0.50I_Δn~I_Δn
150 Hz正弦交流	0.50I_Δn~2.40I_Δn
400 Hz正弦交流	0.50I_Δn~6.00I_Δn
1 000 Hz正弦交流	I_Δn~14I_Δn
50 Hz交流叠加0.40I_Δn	0~I_Δn
脉动直流叠加0.40I_Δn	0~1.40I_Δn
复合波	0.50I_Δn~1.40I_Δn

频率	测试值/mA	精度/%
DC	30.028 8	99.904
50 Hz	30.064 9	99.784
150 Hz	29.839 1	99.464
400 Hz	29.357 7	97.859
1 000 Hz	29.124 7	97.082