Устройство для бесконтактного измерения тока

Устройство для бесконтактного измерения тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Соеа Соввтсиин

Социаиистичесиин

Рвспубпии

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ >901920 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 09. 06. 80 (21) 2937378/18-21 с присоединением заявки М (51)M. Кл.

6 01 R 13/40

9мударетввннцВ квинтет

СССР ав данаи наабрвтвнн11 н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.01.82. бюллетень № 4

Дата опубликования описания 30. Ol 82 . (53) УДК 621. .317.71 (088.8) С.Ф. Глаголев, В.П. Зубков, Т.П. Корол и Л.А. Кузнецова (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Научно-исследовательский институт пост (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА

Изобретение относится к электро:измерительной технике и предназначено для использования при контроле тока высоковольтных линий электропередач постоянного и переменного напряжений.

Известно устройство для бесконтактного измерения тока, содержащее источник поляризованного света, оптически связанный с преобразователем силы первичного тока в угол поворота плоскости поляризации, компенсатор, 10 азимутальный модулятор, анализатор, на выходе которого установлен фотоприемник, селективный усилитель, вход которого соединен с выходом фо15 топриемника, а выход - с первым входом синхронного детектора, генератор сигналов, выход которого подключен к управляющему входу азимутального модулятора и ко второму входу синхронного детектора, усилитель вторичного тока и регистрирующий прибор, входы которых соединены с выходом синхрон ного детектора 1.13 .

Недостаток известного устройства связан с использованием в его схеме преобразователя силы вторичного тока в угол поворота плоскости поляризации, выполняющего функции компенсатора угла поворота, обеспечиваемого преобразователем силы первичного тока. Устройству свойственны мультипликативная погрешность от температурных изменений постоянной Верде материала рабочих тел обоих преобразователей и от недокомпенсации угла поворота плоскости поляризации, вызванного действием первичного тока, аддитивная погрешность, обусловленная наличием и изменениями в процессе эксплуатации двупреломления луча в рабочих телах, а также погрешности обо" их видов, связанные с воздействием посторонних магнитных полей и магнитного поля от контролируемого тока.

Кроме того, известное устройство характеризуется громоздкостью и сложностью конструкции.

3 90192

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для бесконтактного измерения тока, содержащее источник поляризованного тока, оптически связанный с преобразователем силы тока в угол поворота плоскости поляризации, двухлучевую поляризационную призму, установленную на пути следования оптического луча между преобразователем силы тока в угол поворота плос" кости поляризации и двумя фотоприемниками, выходы которых подключены к сигнальным входам соответствующих усилителей фототока с регулируемым коэффициентом усиления, блоки суммирования и вычитания, входы которых соединены с выходами усилителей фо тотока, а выходы - с первыми входами синхронных детекторов, генератор

20 сигналов, выход которого подключен ко вторым входам синхронных детекторов, дифференциальный усилитель, один из входов которого соединен с выходом- источника опорного напряжения, другой вход — с выходной цепью блока суммирования, а выход — с управляющими входами обоих усилителей фототока, регистрирующий прибор, вход которого через один из синхрон ных детекторов подключен к выходу блока вычитания (23 .

Существенный недостаток известного устройства заключается в том, что при его практическом использовании имеют место аддитивная и мультипликативная погрешность измерения, обусловленные неодинаковыми чувствительностями фотоприемников.

Цель изобретения повышение точ40 ности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для бесконтактного измерения тока, содержащее источник поляризованного света, оптически связанный с преобразователем силы тока в угол поворота плоскости поляризации, двухлучевую поляризационную призму, установленную перед двумя фотоприемниками, выходы которых подклю" чены к сигнальным входам соответствующих усилителей фототока, блоки суммирования и вычитания, входы которых соединены с выходами усилителей фототока, дифференциальный усилитель, входы которого подключены к выходам блока суммирования и источника опорного напряжения, а выход — к управляю.щему входу первого усилителя фототока, генератор сигналов, выход которого соединен с одним из входов синхронного детектора, регистрирующий прибор, введены азимутальный модулятор, селективный усилитель, дополнительный дифференциальный усилитель и заграждающий фильтр, причем азимутальный модулятор установлен, на пути следования оптического луча между преобразователем силы тока в угол поворота плоскости поляризации и двухлучевой поляризационной призмой, управляющий вход азимутального модулятора подключен к выходу генератора сигналов, вход селективного усилителя соединен с выходом блока суммирования, а выход - с другим входом синхронного детектора, один из входов дополнительного дифференциального усилителя подключен к выходу синхронного детектора, другой вход - к шине нулевого потенциала, а выход — к управляющему входу второго усилителя фототока, вход заграждающего фильтра соединен с выходом блока вычитания, а выход— со входом регистрирующего прибора.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для бесконтактного измерения тока.

В состав устройства входят источник поляризованного света, преобразователь 2 силы тока в угол поворота плоскости поляризации, азимутальный модулятор 3, генератор 4 сигналов, двухлучевая .поляризационная призма 5, фотоприемники 6 и 7, усилители 8 и 9 Фототока, блок 10 суммирования, блок 11 вычитания, дифференциальный усилитель 12, источник 1.3 опорного напряжения, селективный усилитель I4, синхронный детектор 15, дифференциальный усилитель l6, эаграждающий фильтр 17 и регистрирующий прибор l8.

Преобразователь силы тока в угол поворота плоскости поляризации находится на высоком потенциале, остальные функциональные узлы устройства расположены на потенциале земли.

Устройство работает следующим - образом.

Поляризованный свет от источника 1 света по воздушному каналу связи проходит на преобразователь 2 силы тока в угол поворота плоскости поляризации. В качестве источника 1 поляриэационного света может использоваться лазер или источник неполяризован0 6 ного сигнала становится застабилизированной на уровне выходного напряжения источника 13. Можно показать, что для выравнивания чувствительностей по двум каналам с фотоприемниками 6 и 7 необходимо добиваться исключения переменной составляющей сигнала частоты модуляции после блока 10 суммирования, усиливается селективным усилителем 1ч и детектируется синхронным детектором 15, на опорный вход которого поступает напряжение с генератора сигналов 4.

Выходное напряжение детектора 15 поступает на один из входов дифференциального усилителя 16 другой вход которого соединен с шиной нулевого потенциала. С выхода дифференциального усилителя 16 напряжение поступает на управляющий вход усилителя 9 фототока с регулируемым, коэффициентом усиления. Последний в результате изменяется так, что переменная составЛяющая частоты азимутальной модуляции на выходе блока 10 суммирования исключается.

Одновременная работа двух петель обратной связи позволяет устранить ,аддитивную и мультипликативную погрешности, возникающие из-за различной чувствительности фотоприемников 6 и 7, от изменения потока излу- чения источника 1, от изменения коэффициента пропускания оптической схемы. С выхода блока 11 вычитания напряжение, пропорциональное мгновенным значениям измеряемого тока, поступает через заграждающий фильтр 17, настроенный на частоту модуляции, на вход регистрирующего прибора 18, в качестве которого может использоваться цифровой вольтметр постоянного или переменного тока, осциллограф для наблюдения формы измеряемого тока, анализатор спектра, измеритель нелинейных искажений и т.п, Предлагаемое устройство для бесконтактного измерения тока позволяет приводить измерения в линиях высокого постоянного и переменного напряжения без разрыва цепи и без отбора мощности из линии, при этом устройство обладает повышенной точностью по сравнению с известными оптико-электронными трансформаторами тока, выполненными на основе эффекта Фарадея. ,Формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения тока, содержащее источник no-

5 90192 ного света в сочетании с поляризатором. В последнем случае для формирования узкого луча, передаваемого на расстояние в несколько метров, необходимо применять коллиматор.

Измерительный преобразователь 2 (магнитооптическая ячейка Фарадея) включает шину с измеряемым током Зщя, стержень из стекла, находящийся в магнитном поле тока, два зеркала, щ направляющие входящий поток излучения вдоль оси стержня, а выходящий из стержня поток - в сторону приемников излучения.

Поток, прошедший преобразователь 2 15 и испытавший поворот плоскости поляризации, прямо пропорциональный 3<ум, направляется к азимутальному модулятору 3, представляющему собой магнитооптическую ячейку Фарадея, по обмотке 0 которой пропущен модуляционный переменный ток от генератора ц сигналов.Модуляционный ток, например, может иметь синусоидальную или прямоугольную форму. Далее модулированный по г5 азимуту плоскости поляризации и испытавший поворот плоскости поляризации в преобразователе 2 поток излучения разделяется анализатором (двух- . лучевой поляризационной призмой 5, у становленной под углом — по от7 ношению к поляризатору) на два потока, которые промодулированы уже по интенсивности (мощности) излучения.

Фотоприемники 6 и,7 преобразуют

35 изменения интенсивности светового потока в электрические сигналы. Электрические сигналы с выхода каждого фотоприемника проходят через усилители 8 и 9 фототока с регулируемыми коэффициентами усиления и поступают на входы. блока 10 суммирования и блока 11 вычитания.

Управление коэффициентами усиления усилителей 8 и 9 фототока осуществля45 ется таким образом, что разностный сигнал оказывается пропорциональным углу поворота плоскости поляризации, а следовательно, и силе измеряемого тока. С этой целью постоянная со50 ставляющая суммарного сигнала поступает на один из входов дифференциального усилителя 12, а на другой его вход подается опорное постоянное напряжение от источника 13 опорного

55 напряжения.

Коэффициент усиления усилителя 8 фототока в результате изменяется так, что постоянная составляющая суммар7 9019 ляризованного света, оптически связанный с преобразователем силы тока в угол поворота плоскости поляризации, двухлучевую поляризационную призму, установленную перед двумя фотоприемниками, выходц которых подключены к сигнальным входам соответствующих усилителей фототока, блоки суммирования и вычитания, входы которых соединены с выходами усилителей 10 фототока, дифференциальный усилитель, входы которого прдключены к выходам блока суммирования и источника опорного напряжения, а выход - к управпяющему входу первого усилителя фото- тока, генератор сигналов, выход которого соединен с одним из входов синхронного детектора, регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ .й:. с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены азимутальный модулятор, селективный усилитель, дополнительный дифференциальный усилитель и заграждающий фильтр, причем азимутальный модулятор установлен на пути следования оптического луча меж20 8 ду преобразователем силы тока в угол поворота плоскости поляризации и двухлучевой поляризационной призмой, управляющий вход азимутального модулятора подключен к выходу генератора сйгналов, вход селективного усилителя соединен с выходом блока суммирования; а выход - с другим входом синхронного детектора, один из входов дополнительного дефференциального усилителя подключен к выходу синхронного детектора, другой вход к шине нулевого потенциала, а выход - к управляющему входу второго усилителя фототока, вход заграждающего фильтра соединен с выходом блока вычитания, а выход - со входом регистрирующего прибора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Патент Франции N 1555799, 1967.

2. Сида Мукахико. Беспроводный трансформатор тока. — "Дэнки гидзюцу", 1967, т. 11, и 8, с. 25, .рис. 6.

901920 озн

ВНИИПИ Заказ 12371/54 Тираж 718 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4!

I

I