Устройство для измерения тока

Устройство для измерения тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнх

Соцналнстнческнх

Реслублнк

<>789833 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 160577 (21) 2487349/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)М. Кл.3

G 01 R 19/22

Государственный комитет

СССР но деяам изобретений и открытий

Опубликовано 231280 Бюллетень М 47 (53) УДК 621 314 .224.8(088.8) Дата опубликования описания 231280 (72) Авторы изобретения

Л В Тимофеев Б Б Миронов В Н Бродовский

Е.С.Иванов, A.Ï.Ìoòûëü, Б.Б.Новик и В ° И.Роговой (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ TOKA

Изобретение относится к измерительным устройствам электрического тока и может быть применено для формирования сигналов обратной связи в сильноточных быстродействующих системах автоматического регулирования и для регистрации перегрузочных или аварийных токов электрических установок и сетей.

Известно устройство, содержащее 10 дроссель, в воздушном зазоре которого распбложен датчик Холла, обеспечивающее большой диапазон измеряемых токов (1).

Его недостатком является малая 15 крутизна датчика, а также наличие больших температурных погрешностей.

Известно также устройство, содержащее дроссель, охваченный шиной измеряемого тока и дополнительной об- 29 моткой, один из выводов которой соединен с общей шиной, а другой — с пер. вым входом сумматора, два источника переменного напряжения питания, два выпрямителя, выходы которых .подклю- 25 чены ко второму и третьему входам сумматора, выход которого через фильтр соединен с выходной клеммой (2) .

Недостатком устройства является узкий диапазон измеряемых токов, 30

Цель изобретения — расшнрение диапазона измеряемых токов.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем дроссель, сердечник которого охваченный шиной измеряемого тока и дополнительной обмотк ой, один из выводов которой соединен с общей шиной, а другой — с первым входом сумматора, два источника переменного напряжения питания, два выпрямителя, выходы которых подключены ко второму и третьему входам сумматора, выход которого через фильтр соединен с выходной клеммой, сердечник дросселя выполнен П-образным, в его вбздушном зазоре размещены два дросселя насыщения и соленоид, причем дроссели насыщения одними плоскостями установлены на одной из боковых сторон дросселя,а на противоположных плоскостях дросселей насыщения размещен соленоид, обмотка которого подключена к источнику постоянного тока, обмотка перемагничивания каждого иэ дросселей насыщения подключена к одному иэ источников переменного напряжения питания через один иэ выпрямителей.

На фиг. 1 приведена схема устройства для измерения тока; на фиг. 2

789833 со

) о т (г

S0 где t — изменение времени насыщения дросселей 10 и 11 относительно <о °

Среднее значение напряжения Uy . равно: и =u—

4gt, .

И Е 11 т

Мгновенные значения U< „Ug и U> при i > О показаны на фиг. Зб.

Зависимость д = f (Фр) выражается формулой д = ф

8Фсм схема пассивного RC фильтра, одновременно выполняющего и функции сумматора; на фиг. За, Зб — временные диаграммы входных и выходных напряжений сумматора.

Устройство содержит дроссель 1, сердечник которого охвачен шиной 2 ъ измеряемого тока и дополнительной обмоткой 3, один из выводов которой соединен с общей шиной, а другой — с первым входом сумматора 4, два источника 5 и 6 переменного напряжения питания, два выпрямителя 7 и 8, выходы кбторых подключены ко второму и третьему входам сумматора 4, выход которого через фильтр 9 соединен с выходной клевой, в воздушном зазоре дросселя 1 размещены два дросселя 10 и 11 насыщения и соленоид 12, причем дроссели 10 и 11 насыщения одними плоскостями установлены на одной из боковых сторон дросселя 1, а на противоположных плоскостях дросселей 10 и 11 насыщения размещен соленоид 12, обмотка 13 которого подключена к источнику 14 постоянного тока, обмотки

15 и 16 перемагничивания каждого из дрос.-.елей 10 и 11 насыщения подключены к одному из источников 5 и б переменного напряжения питания через один из выпрямителей 7 и 8.

Для правильной работы схемы необходимо, чтобы сечение соленоида 12 было равно боковым сечениям дросселей 10 и 11 насыщения и в четыре раза меньше сечения дросселя 1.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии измеряемого тока по обмотке 13. от источника 14 постоянного тока протекает ток смешения ( создающий поток смещения Фс, равйый потоку насыщения соленоида 12. Поток

Ф замыкается через нижнюю часть. см дросселя 1 и через боковые сечения дросселей насыщения 10 и 11, создавая в них индукцию, равную половине индукции насыщения. На обмотки перемагничивания 15 и 16 дросселей 10 и

11.через входные клеммы соответствующего выпрямителя 7 или 8 подаются пе ременные напряжения питания, создающие,переменные потоки перемагничивания Фп этих дросселей. Если амплитуда и частота напряжения питания выбирается такой, что при совместном де9ствии потоков Фсм и Фп насыщение дхюсселей 10 и 11 будет наступать червэ- четверть периода действия напряжений питания, то в тече-ние оставшейся части соответствующего полупериода это напряжение будет выделяться на выходе соответствующего выпрямителя. При таком включении выпрямителей 7 и 8, как показано на фиг. 1, на третий вход сумматора 4 будет поступать последовательность положительных импульсов напряжения (V ), а на второй вход — последовательность отрицательных импульсов напряжения (U ). Начальный коэффициент широтной модуляции обеих последовательностей напряжения равен где Т вЂ” период переменного напряжения питания;

10 t — время нахождения дросселей

О

10 и 11 в состоянии насыщения, равное Т(4.

Средние значения напряжений U и

Uz равны

$$ U

Тогда на выходе. сумматора 4 будем иметь нулевой уровень сигнала и "" ср c(2О Мгновеннйе значения П„и U> при

1 = 0 показаны на фиг. 3а.

При протекании измеряемого тока по шине 2 измеряемого тока в дросселе 1 возникает магнитный поток Ô, прямопропорциональный этому току, замыкающийся через боковые сечения обоих дросселей 10 и 11 насыщения.

При указанном на фиг. 1 направлении потоков Фс„, и Фр они будут суммиро3Q ваться в дросселе 10 и вычитаться в дросселе 11. При этом насыщение дросселя 10 будет наступать раньше, а дросселя 1 — позже чем через четверть периода действия пере35 менного. напряжения питания, то есть будет наблюдаться изменение коэффициентов широтной модуляции нап ряжений Щ и U . Другое направление тока i будет изменять коэффициенты широтной модуляции напряжений U и

U в противоположные стороны от расй смотренного случая. Тогда средние значения напряжений U< и U< определяются по формулам

t objet

О.р=и. н. к„j= и„.„г и = - ) to- t ср- ичко д ы1 u„т)г

Поток фр прямопропорционален току i по формуле 5Фо

q,, »

789833

Формула изобретения >ВИХ1Л (Pl< х „. 4 РТ

%() t ) ix Р1 =х

1 где S. — сечение дросселя 1;

W — количество витков обмотки 2;

4 — длина воздушного зазора; ,Юо- постоянная магнитная проницаемость.

Подставляя зти выражения в формулу для среднего значения напряжения

U, получаем 5, о ц =, =К., где = . "и "5 о, = " =сопЫ.

2 2Ф д см

Полярность напряжения U çàâHcHò от направления тока

Так как напряжение на выходе сумматора 4 содержит кроме постоянной составляющей еще и гармоники, кратные частоте переменного напряжения питания, то его подают на фильтр высоких частот 9, с выхода которого снимают напряжение выходного сигнала

U . Однако, фильтр 9 вносит в выходной сигнал устройства значител

lhW ° ьное запаздывание. Это запаздывание компенсируется тем, что на третий вход сумматора 4 в фазе с напряжением Ug подается напряжение П, пропорциональное скорости измерения рабочего магнитного потока Фр, которое снимается с обмотки 3, индуктивно связанной с шиной измеряемого тока.2

Рассмотрим условие компенсациизапаздывания, вносимого фильтром 9

Первоначально определим передаточную функцию устройства для суммы сигна:лов U< и U> где p — оператор;

Т вЂ” постоянная времени фильтра 9

Передаточн ая функция устрой ст ва для сигнала Ug равна где K р — отношение количества витТР ков обмотки 3 к количеству витков обмотки 2;

L — индуктивность обмотки 2.

Тогда передаточная функция всего устройства имеет вид

Если выполняется условие(к р (Ic)L =Т ) то предлагаемое устройство имеет пе- редаточную функцию безынерционного звена с коэффициентом передачи,равным К во всем диапазоне частот.

Использование в предлагаемом датчике мгновенного значения тока пассивного RC-фильтра, конденсатор которого подключен непосредственно к выходным клеммам, делает устройство хорошо помехозащищенным от внешних воздействий. На фиг. 2 показана электрическая схема пассивного RC-фильтра, который одновременно выполняет и функции сумматора.

Предлагаемое устройство имеет широкий диапазон измеряемых токов (от десятков Ампер до сотен килоАмпер).

Устройство для измерения тока, содержащее дроссель, сердечник которого охвачен шиной измеряемого тока и дополнительной обмоткой, один из выводов которой соединен с общей шиной, а другой — с первым входом сумматора, два источника переменного напряжения питания, два выпрямителя, выходы которых подключены ко второму и третьему входам сумматора, выход которого через фильтр соединен с выходной клеммой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых токов, сердечник дросселя выполнен .П-образным, в его воздушном зазоре размещены два дросселя насыщения и соленоид, причем дроссели насыщения одними плоскостями установлены на одной иэ боковых сторон дросселя, а на противополож—

40 ных плоскостях дросселей насыщения размещен соленоид, обмотка которого подключена к источнику постоянного тока, обмотка перемагничивания каждого из дросселей насыщения подключена

45 к одному из источников переменного напряжения питания через один из выпр ямит елей .

Источники информации, 50 принятые во внимание при экспертизе

1. Белицкая М.С. и Лиманов E.A

Трансформаторы постоянного тока и напряжения, М.-Л., Энергия,1964, с ° 225.

2 . Авторское свидет ел ьст во СССР

Р 194162, кл. G 05 В 5/01, 1967.

789833

LI<

Со ст авит ел ь Т, Кр асно в а

Редактор В.Данко Техред Н,БабуРка Корректор С.Шекмар

Закаэ 9029/42 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, F"35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4