胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

【摘要】：對含有充電樁的充電系統漏電原理、特征和保護安裝位置進(jìn)行了分析，并提出用于充電樁的B型剩余電流保護器的一種設計方案，通過(guò)雙磁芯及對應的拓撲結構實(shí)現剩余電流的檢測。分析了不同拓撲結構對應類(lèi)型的剩余電流實(shí)現脫扣的機理，對直流剩余電流的檢測采用磁調制技術(shù)，對其余類(lèi)型剩余電流提出不進(jìn)行波形識別、直接整流的電流檢測方案。根據不同拓撲結構檢測的電流類(lèi)型，提出上方磁芯選擇磁滯回線(xiàn)扁平、高磁導率的材料，下方磁芯選擇具有高剩磁的非晶或納米晶材料。通過(guò)Multisim仿真軟件對直流剩余電流進(jìn)行檢測，結果表明基于高剩磁材料的磁調制技術(shù)能夠反映直流剩余電流。

【關(guān)鍵詞】:充電樁；剩余電流；磁調制技術(shù)；磁芯材料；電動(dòng)汽車(chē)；充電樁；分散式充電樁；充電系統；剩余電流保護器

一、引言

在全球氣候變化和能源問(wèn)題日漸突出的背景下，電動(dòng)汽車(chē)由于能夠在節能減排方面做出突出貢獻而受到世界各國的大力支持。我國也正處于電動(dòng)汽車(chē)快速成長(cháng)的關(guān)鍵時(shí)期，充電設施行業(yè)也在進(jìn)行快速擴張。截止2020年末，全國預計新增集中式充/換電站1.2萬(wàn)座，分散式充電樁480萬(wàn)個(gè)。在現有充電模式下，電路均含有直流環(huán)節，當漏電發(fā)生時(shí)，需要采用剩余電流保護器對充電樁進(jìn)行保護。傳統的AC/A型剩余電流保護器無(wú)法動(dòng)作，而B(niǎo)型剩余電流保護器不僅能夠對工頻交流和脈動(dòng)直流剩余電流提供保護，而且能夠對1000Hz及以下的正弦交流、平滑直流和復合剩余電流提供保護，因此，用于充電樁的剩余電流保護器宜采用B型。

目前B型剩余電流保護器相關(guān)技術(shù)長(cháng)期被國外壟斷，根據發(fā)表的相關(guān)技術(shù)論文可知，其研制的220V用戶(hù)側剩余電流保護器售價(jià)與10kV斷路器相當，增加了充電樁建設的成本，對充電樁的普及造成了較大的阻礙。因此，開(kāi)展B型剩余電流保護器的研發(fā)具有重要意義。B型剩余電流保護器設計的關(guān)鍵在于復合電流的檢測和磁芯材料的選擇。在檢測機制方面，文獻［9］給出了一種檢測復雜波形的方案，利用磁調制技術(shù)，將原邊的剩余電流反映到副邊以后，運用全相位傅里葉變換對全部波形進(jìn)行識別，但實(shí)驗結果在識別脈動(dòng)直流時(shí)誤差較大。文獻［10］詳細介紹了在磁滯回線(xiàn)分段線(xiàn)性化條件下磁調制的原理，但仿真時(shí)為了接近磁芯材料的性質(zhì)，采用的是反正切函數的磁滯回線(xiàn)，仿真模型與原理不對應，且僅定性描述了仿真結果，對非線(xiàn)性電流識別的準確程度未進(jìn)行評價(jià)。文獻［11］對B型剩余電流保護器進(jìn)行了建模設計，指出B型剩余電流保護器是雙磁芯拓撲結構，不同拓撲結構對應檢測不同的波形，下面磁芯的拓撲結構采用恒定頻率的方波激勵源進(jìn)行磁調制，無(wú)法反映出原邊剩余電流。但該文獻提出了一種分功能檢測波形的思想，為本文B型剩余電流保護器的設計提供了思路。文獻［12］提出B型剩余電流保護器上磁芯的拓撲結構是零序電流互感器，下磁芯的拓撲結構采用磁調制技術(shù)，對感應到副邊的電流進(jìn)行測頻以實(shí)現剩余電流的檢測，但由于某些復合剩余電流不存在周期，測頻環(huán)節測得的頻率沒(méi)有意義，會(huì )直接影響到剩余電流保護器的性能，其借鑒意義不大。在磁芯材料的選擇方面，國內外可參考的文獻較少，文獻［13］-文獻［14］僅提及檢測直流的磁芯需采用非晶與納米晶材料，沒(méi)有對該種材料的選型做進(jìn)一步說(shuō)明。

基于此，本文提出了用于充電的B型剩余電流保護器的設計方案。首先，闡述了含有充電樁的供電系統剩余電流的產(chǎn)生機理，對剩余電流的波形和B型剩余電流保護器的選用原因及安裝位置進(jìn)行了分析；其次，對B型剩余電流保護器的工作原理進(jìn)行研究，包括各磁芯拓撲結構及波形檢測的分工，重點(diǎn)介紹了直流電流的檢測方法；再次，根據對應拓撲結構的分工，選擇滿(mǎn)足波形檢測要求的磁芯材料，進(jìn)而采用磁調制技術(shù)，利用選擇磁芯的磁飽和特性對直流電流的檢測進(jìn)行仿真，檢驗設計的合理性。

1充電系統漏電的相關(guān)分析

充電樁由電網(wǎng)供電的同時(shí)對電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電，整體構成一個(gè)充電系統［15-16］，系統內產(chǎn)生的剩余電流特征可能會(huì )隨漏電地點(diǎn)的不同而改變。下文將對剩余電流的波形和B型剩余電流保護器的選用原因及安裝位置進(jìn)行具體分析。

1.1剩余電流產(chǎn)生的機理

根據充電樁的不同，充電系統的構成可分為兩種形式，如圖1所示，公共電網(wǎng)采用TT或者TN接線(xiàn)形式，它們的中性點(diǎn)均接地。充電樁分為交流充電樁與直流充電樁，它們的主要區別在于輸出電壓的形式以及充電機的位置。交流充電樁輸出交流電壓，充電功率較小，可以通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)自帶的車(chē)載充電機進(jìn)行整流充電；直流充電樁直接輸出直流電壓，充電功率較大，因此充電機安裝于直流充電樁中。

圖1

充電系統的構成

充電樁產(chǎn)生剩余電流的情況一般有兩種：一種是汽車(chē)絕緣擊穿，充電系統通過(guò)汽車(chē)、人體以及大地形成回路，產(chǎn)生剩余電流；另一種是充電樁絕緣擊穿網(wǎng)通過(guò)充電樁、人體、大地以及中性線(xiàn)形成回路，公共電，產(chǎn)生剩余電流。人體對直流和工頻交流的耐受值為30mA，隨著(zhù)交流頻率的增加，人體對電流的耐受值有所提升［17］，但是值仍然較小，故需要安裝剩余電流保護器切斷回路以保證人員安全［18］。

1.2剩余電流的特征與保護的安裝

情況如圖交流充電樁充電時(shí)某相線(xiàn)路將充電樁絕緣擊穿的2所示，此時(shí)通過(guò)人體的剩余電流沒(méi)有經(jīng)過(guò)有源濾波器，是含有大量的（6k±1）次諧波分量的復雜電流［19-20］，而其余兩相電流經(jīng)過(guò)了有源濾波器濾波。無(wú)論剩余電流保護器放在充電系統的任何位置，通過(guò)其磁芯的電流相量之和不為零，可表示為：（1）式（1）中分別為三相電流，為剩余電流。

圖2某相電壓將充電樁絕緣擊穿的情況

通過(guò)磁芯的磁通量也不為零，同理可表示為：?a+?b+?c=?p（2）式（2）中，?a、?b、?c分別為通過(guò)三相的磁通量，?p為剩余磁通量。

由于通過(guò)磁芯的剩余磁通量不為零且不斷變化，磁芯上的二次側將感應出電動(dòng)勢，使操作機構執行跳閘，但正常情況下由于穿過(guò)磁芯的磁通量恒為零，操作機構不會(huì )動(dòng)作。

當交流充電樁的絕緣被擊穿時(shí)，通過(guò)人體的剩余電流為含有基頻分量疊加高頻諧波分量的復合電流；當直流充電樁的絕緣被擊穿時(shí)，通過(guò)人體的剩余電流為直流；當汽車(chē)的絕緣被擊穿時(shí)，無(wú)論是直流充電樁還是交流充電樁，通過(guò)人體的剩余電流均為直流。對于上述剩余電流，傳統AC/A型剩余電流保護器都無(wú)法正確動(dòng)作，因此，選擇能檢測復合剩余電流與直流剩余電流的B型剩余電流保護器。

B型剩余電流保護器應安裝在充電樁處，而不是在充電電纜或者車(chē)載充電機處，這樣在充電樁以及其后方的位置發(fā)生人員觸電時(shí)，剩余電流保護器均能夠及時(shí)動(dòng)作；反之如果B型剩余電流保護器安裝在充電樁后的位置，則該位置之前發(fā)生人員觸電的情況，保護將不會(huì )動(dòng)作。

2 B型剩余電流保護器的工作原理

2.1直流波形檢測技術(shù)

采用磁調制［21-22］的方法檢測直流波形，利用磁芯在飽和區的特性，通過(guò)高頻方波激勵源讓磁芯反復飽和，將原邊的直流剩余電流反映到副邊，磁調制技術(shù)的工作原理如圖3所示。每當采樣電阻兩端電壓的絕對值達到設定閾值時(shí)，容易得出，滯回比較器輸出電壓將突變至相反值，其值為：（3）式（3）中，Vr是設定閾值，Uexc是滯回比較器輸出電壓，稱(chēng)作“激磁電壓"，顯然激磁電壓是方波。

圖3磁調制的工作原理

為了實(shí)現檢測直流的效果，當采樣電阻兩端電壓達到Vr時(shí)，對應通過(guò)的電流早已使磁芯進(jìn)入飽和狀態(tài)，不妨設此時(shí)的電流為±IH。

為了簡(jiǎn)化分析，認為磁滯曲線(xiàn)是正切曲線(xiàn)，為了便于描述電流與磁通密度之間的關(guān)系，在電流與磁場(chǎng)強度成正比的前提下，繪制電流與磁通密度之間的曲線(xiàn)，如圖4所示。在曲線(xiàn)開(kāi)始變得平緩時(shí)，可以認為磁芯已經(jīng)進(jìn)入飽和狀態(tài)，記此時(shí)對應的磁通密度與電流分別為±Bs、±Is。

圖4電流與磁通密度之間的關(guān)系

當原邊有直流剩余電流通過(guò)時(shí)，可以用圖5描述原副邊之間的關(guān)系。設原邊電流為ip，該電流使得磁芯的磁通密度有一個(gè)偏置，不妨認為該偏置是副邊造成的，將原邊電流等效到副邊，記副邊等效電流為Ip。

圖5原副邊之間的等效電路

原副邊電流產(chǎn)生的磁勢相同，而原邊匝數為1，故副邊等效電流為Ip=ip/N2根據基爾霍夫電壓定律，建立副邊激磁回路方程如式（4）。（4）式（4）中，i（t）是副邊的激磁電流。設開(kāi)始時(shí)刻t0磁芯恰好達到負向磁飽和狀態(tài)，由磁勢方程中電流與磁場(chǎng)強度之間的關(guān)系，可以得到：（5）式（5）中，Hs是磁芯剛進(jìn)入飽和時(shí)對應的磁場(chǎng)強度，i(t0)是副邊激磁電流的初始值。

取激磁電流的一個(gè)周期進(jìn)行分析，由于進(jìn)入飽和區后曲線(xiàn)平緩，故經(jīng)過(guò)可以忽略的極短時(shí)間后，采樣電阻電壓達到閾值，激磁電壓開(kāi)始反向，設磁芯下一次達到飽和的時(shí)間為t1，再次達到反向飽和的時(shí)間為t1+t2。同理，t1時(shí)刻，有：（6）聯(lián)立方程式（4）-式（6），解得激磁電流在1個(gè)周期內的表達式為：

i(t)=（7）式（7）中，τ為時(shí)間常數，t1、t2分別為式（8）。（8）認為Ip<Is?IH，現對1個(gè)周期內i（t）的直流分量進(jìn)行求解，則：（9）式（9）中，d0為每個(gè)周期內i（t）的直流分量。

可以得到，副邊激磁電流的直流分量與原邊直流等效到副邊電流的相反數相同。

2.2.B型剩余電流保護器的拓撲結構

B型剩余電流保護器的拓撲結構如圖6所示，上磁芯對應電路能夠對脈動(dòng)直流及1000Hz以下正弦交流剩余電流做出反應并正確動(dòng)作。對于原邊的脈動(dòng)直流剩余電流，不通過(guò)特殊手段，其直流部分是無(wú)法反映到副邊的，因此實(shí)際上副邊電流得到的波形僅為脈動(dòng)的。對于1000Hz以下的正弦交流剩余電流，隨著(zhù)交流頻率的增加，由于磁滯損耗、渦流損耗、執行機構動(dòng)作所需磁力的增長(cháng)以及濾波器作用，執行機構的動(dòng)作電流會(huì )相應上升［23-27］，增加了整定的復雜性。

圖6B型剩余電流保護器的拓撲結構

考慮到上磁芯檢測到的波形較為復雜，且存在剩余電流是脈動(dòng)直流與1000Hz以下交流的復合電流的情況，實(shí)時(shí)識別波形類(lèi)型的難度大出一種基于整流器的檢測動(dòng)作機制。

3 磁芯的材料

原邊直流、脈動(dòng)剩余直流和副邊高頻激磁電流對磁芯材料提出了較高的要求，磁芯材料的選擇將直接影響B(tài)型剩余電流保護器的性能。根據拓撲結構對應檢測的剩余電流特征不同，磁芯的材料將有所區別。

3.1上磁芯的材料

上磁芯能夠對脈動(dòng)直流和1000Hz以下交流剩余電流做出反應，即使原邊電流含有直流成分，和脈動(dòng)直流的脈動(dòng)部分也能正確反映到副邊正弦交流，因此上磁芯材料是抗直流的。當原邊電流含有直流成分時(shí)，磁芯的磁通密度與原邊電流關(guān)系曲線(xiàn)如圖7所示。在t0時(shí)刻，電流從0瞬間變到I0，磁芯的磁通密度由于此直流部分的偏置，從-Br直接變?yōu)?em style="margin: 0px; padding: 0px; list-style-type: none; box-sizing: border-box;">B0，脫離了線(xiàn)性區；t0到t1時(shí)間內，電流從I0增加到Imax，對應的磁通密度從非線(xiàn)性區的B0直接進(jìn)入飽和區的Bmax，脈動(dòng)部分電流反映到副邊的波形會(huì )明顯失真。

圖7磁芯的磁通密度與原邊電流關(guān)系曲線(xiàn)

為了避免上述情況的發(fā)生，對于上磁芯材料的選擇，首先，磁芯材料的磁滯回線(xiàn)扁平，在原邊剩余電流含有直流成分時(shí)，磁芯材料仍能保持在線(xiàn)性區，便于原邊疊加的交流剩余電流成分能完整地反映到副邊；其次，磁芯材料要同時(shí)保持高磁導率，由于直流成分的偏置，對交流剩余電流成分，磁通密度的變化較沒(méi)有偏置時(shí)小，副邊驅動(dòng)能力變弱，故要選擇高磁導率的材料來(lái)維持驅動(dòng)能力。

3.2下磁芯的材料

B型剩余電流保護器的下磁芯材料需選用納米晶或非晶材料，它們均具有極低的磁滯、渦流損耗和較高的磁導率，常用于高頻變壓器中。由于副邊激磁電流頻率很高，故主要研究在高頻條件下不同非晶與納米晶材料的特性。

在外磁場(chǎng)的作用下，非晶與納米晶材料在特定條件下磁致伸縮現象明顯，其長(cháng)度尺寸及體積大小均要發(fā)生變化，此現象發(fā)生時(shí)會(huì )進(jìn)一步引發(fā)鐵磁共振［28］現象，這是由磁芯材料和幾何力學(xué)相互之間復雜作用的結果，具體表現為隨著(zhù)激磁電流頻率的增加，磁芯材料的磁滯回線(xiàn)出現不對稱(chēng)、變形扭曲與磁滯、渦流損耗極不穩定的波動(dòng)等反?，F象。由于磁調制檢測直流的機理是建立在磁滯回線(xiàn)正常的條件下，故選擇下磁芯的材料時(shí)要盡可能抑制磁致伸縮現象的產(chǎn)生。大量實(shí)驗表明［29］，非晶與納米晶材料在磁滯回線(xiàn)拐點(diǎn)處之后磁致伸縮現象較為明顯，而一般磁滯回線(xiàn)拐點(diǎn)處距離剩磁Br較近，故可以認為在超過(guò)剩磁之后磁致伸縮現象不可忽略。當剩磁處距離磁飽和區域高點(diǎn)較近，即剩磁較高時(shí)，實(shí)際在高頻下發(fā)生磁致伸縮現象的范圍極其有限，從而這種材料的磁滯回線(xiàn)能夠應用于磁調制原理當中；同時(shí)在高頻下高剩磁的材料磁芯損耗密度比低剩磁的材料要低［30-38］，故下磁芯宜選擇具有高剩磁的非晶或者納米晶材料。

4仿真分析

由于上磁芯及其拓撲結構需要大量實(shí)驗進(jìn)行重疊區的整定，且原邊波形種類(lèi)復雜，不便于進(jìn)行仿真，這里僅對下磁芯及其拓撲結構的直流波形檢測做仿真分析。選取具有高剩磁的非晶材料日立Matglas-2605S3A，并做如下簡(jiǎn)化：

1）非晶材料的磁滯回線(xiàn)選擇頻率為10kHz、大磁通密度為0.65T，用反正切函數做近似，用小二乘法擬合，得到簡(jiǎn)化磁滯回線(xiàn)表達式為B=0.4138arctan（0.0135H）。

與仿真相關(guān)的具體參數如表1所示。

在Multisim平臺上進(jìn)行仿真，磁芯用可編輯磁滯回線(xiàn)的非線(xiàn)性變壓器代替，當原邊沒(méi)有剩余電流通過(guò)與原邊出現0.5A的直流剩余電流時(shí)，激磁電流的波形分別如圖8、圖9所示。

圖8沒(méi)有剩余電流時(shí)激磁電流的波形圖

圖9有0.5A剩余直流時(shí)激磁電流的波形圖

當原邊沒(méi)有剩余電流產(chǎn)生時(shí)，激磁電流波形在每個(gè)周期內大于零與小于零的時(shí)間相同，故直流分量為0；當原邊出現剩余電流時(shí)，激磁電流在每個(gè)周期內大于零的時(shí)間少于小于零的時(shí)間，整體電流波形較原邊沒(méi)有剩余電流時(shí)有明顯下傾趨勢，說(shuō)明直流分量小于0，與原邊直流符號相反，符合磁調制的結果?，F進(jìn)一步對該波形的直流分量進(jìn)行計算，由于采樣點(diǎn)是離散的，可用離散點(diǎn)表示的復化梯形公式計算積分。

當原邊沒(méi)有剩余電流產(chǎn)生時(shí)，激磁電流波形在每個(gè)周期內大于零與小于零的時(shí)間相同，故直流分量為0；當原邊出現剩余電流時(shí)，激磁電流在每個(gè)周期內大于零的時(shí)間少于小于零的時(shí)間，整體電流波形較原邊沒(méi)有剩余電流時(shí)有明顯下傾趨勢，說(shuō)明直流分量小于0，與原邊直流符號相反，符合磁調制的結果?，F進(jìn)一步對該波形的直流分量進(jìn)行計算。由于采樣點(diǎn)是離散的，可用離散點(diǎn)表示的復化梯形公式計算積分。

（10）式（10）中，i（t）是激磁電流在t時(shí)刻對應電流大小，T是每次進(jìn)行計算采用的時(shí)間間隔，h是采樣間隔，xk是采樣的時(shí)刻，它與時(shí)間間隔的關(guān)系為xk=kh。

這種計算方法的計算誤差與采樣間隔的平方成正比，故誤差很小。時(shí)間間隔取2.5ms，采樣間隔為1μs，對所有采樣點(diǎn)進(jìn)行計算，得到激磁電流的周期分量d0=-4.98mA，其值與原邊剩余直流轉化到副邊值Ip=5.0mA的相反數相近，說(shuō)明基于磁調制的直流檢測技術(shù)能正確反映原邊的剩余直流。對激磁電流的頻率進(jìn)行分析，無(wú)論原邊是否有剩余電流，激磁電流的頻率都在4kHz左右，故下磁芯在該頻率下具有較小的磁滯、渦流損耗，選擇高剩磁的非晶與納米晶材料剛好符合此要求。

二、解決方案

圖1平臺結構圖

充電運營(yíng)管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數據技術(shù)的充電設施管理系統，可以實(shí)現對充電樁的監控、調度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶(hù)的充電體驗和服務(wù)質(zhì)量。用戶(hù)可以通過(guò)APP或小程序提前預約充電，避免在充電站排隊等待的情況，同時(shí)也能為充電站提供更準確的充電需求數據，方便后續的調度和管理。通過(guò)平臺可對充電樁的功率、電壓、電流等參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，及時(shí)發(fā)現和處理充電樁故障和異常情況對充電樁的功率進(jìn)行控制和管理，確保充電樁在合理的功率范圍內充電，避免對電網(wǎng)造成過(guò)大的負荷。

三、安科瑞充電樁云平臺具體的功能

平臺除了對充電樁的監控外，還對充電站的光伏發(fā)電系統、儲能系統以及供電系統進(jìn)行集中監控和統一協(xié)調管理，提高充電站的運行可靠性，降低運營(yíng)成本，平臺系統架構如圖3所示。

圖2充電樁運營(yíng)管理平臺系統架構

大屏顯示：展示充電站設備統計、使用率排行、運營(yíng)統計圖表、節碳量統計等數據。

圖3大屏展示界面

站點(diǎn)監控：顯示設備實(shí)時(shí)狀態(tài)、設備列表、設備日志、設備狀態(tài)統計等功能。

圖4站點(diǎn)監控界面

設備監控：顯示設備實(shí)時(shí)信息、配套設備狀態(tài)、設備實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、關(guān)聯(lián)訂單信息、充電功率曲線(xiàn)等。

圖5設備監控界面

運營(yíng)趨勢統計：顯示運營(yíng)信息查詢(xún)、站點(diǎn)對比曲線(xiàn)、日月年報表、站點(diǎn)對比列表等功能。

圖6運營(yíng)趨勢界面

收益查詢(xún)：提供收益匯總、實(shí)際收益報表、收益變化曲線(xiàn)、支付方式占比等功能。

圖7收益查詢(xún)界面

故障分析：提供故障匯總、故障狀態(tài)餅圖、故障趨勢分析、故障類(lèi)型餅圖等功能。

圖8故障分析界面

訂單記錄：提供實(shí)時(shí)/歷史訂單查詢(xún)、訂單終止、訂單詳情、訂單導出、運營(yíng)商應收信息、充電明細、交易流水查詢(xún)、充值余額明細等功能。

圖9訂單查詢(xún)界面

三、產(chǎn)品選型

安科瑞為廣大用戶(hù)提供慢充和快充兩種充電方式，便攜式、壁掛式、落地式等多種類(lèi)型的充電樁，包含智能7kw/21kw交流充電樁，30kw直流充電樁，60kw/80kw/120kw/180kw直流一體式充電樁來(lái)滿(mǎn)足新能源汽車(chē)行業(yè)快速、經(jīng)濟、智能運營(yíng)管理的市場(chǎng)需求。實(shí)現對動(dòng)力電池快速、高效、安全、合理的電量補給，同時(shí)為提高公共充電樁的效率和實(shí)用性，具有有智能監測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能；智能計量：輸出配置智能電能表，進(jìn)行充電計量，具備完善的通信功能；云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實(shí)現實(shí)時(shí)監控，財務(wù)報表分析等等；遠程升級：具備完善的通訊功能，可遠程對設備軟件進(jìn)行升級；保護功能：具備防雷保護、過(guò)載保護、短路保護，漏電保護和接地保護等功能；適配車(chē)型：滿(mǎn)足國標充電接口，適配所有符合國標的電動(dòng)汽車(chē)，適應不同車(chē)型的不同功率。下面是具體產(chǎn)品的型號和技術(shù)參數。

四、現場(chǎng)圖片

五、結論

本文給出了用于汽車(chē)充電樁的B型剩余電流保護器的一種設計方案，對其原理與磁芯材料進(jìn)行了分析，結合仿真結果，得到了以下結論：

1）B型剩余電流保護器是雙磁芯結構，上磁芯及其拓撲結構僅對1000Hz以下正弦交流剩余電流、脈動(dòng)直流剩余電流的脈動(dòng)部分以及它們的復合電流作出反應，磁芯在原邊剩余電流有直流成分時(shí)不能飽和，宜選擇磁滯回線(xiàn)扁平、高磁導率的材料；下磁芯及其拓撲結構僅對直流剩余電流作出反應，磁芯宜選擇具有高剩磁的非晶或納米晶材料，它們發(fā)出的脫扣命令之間是“或"的邏輯關(guān)系。

2）對于反映具有復雜波形的剩余電流，采用整流的方法，避免了對波形的實(shí)時(shí)識別，通過(guò)判斷整流后的電流是否在重疊區內，確定是否發(fā)出脫扣信號。

3）直流剩余電流的檢測采用磁調制技術(shù)，將原邊的直流以直流分量的形式反映到副邊激磁電流當中。仿真結果表明，采用高剩磁的非晶磁芯材料，能正確檢測原邊直流剩余電流，提取激磁電流的直流分量與原邊電流換算到副邊的相反數數值相近。

綜上所述，用于汽車(chē)充電樁的B型剩余電流保護器的設計就現有技術(shù)手段可以實(shí)現，但是由于我國在材料研究上稍落后于國際水平，加之部分材料限制對我國的出口，相應的磁芯材料的獲取成為B型剩余電流保護器國產(chǎn)自主化的瓶頸；其次，對磁芯的布線(xiàn)與磁屏蔽方案對B型剩余電流保護器性能的影響也待進(jìn)一步探究。

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