Активный преобразователь ток-напряжение

 

1. АКТИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОК-НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий последовательно включенные транформатор тока и усилительный элемент, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона. усилительный элемент выполнен в виде инвертора нагрузочного импеданса. 2.Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что инвертор нагрузочного импеданса состоит из операционного усилителя с комбинированной обратной связью, причем отрицательная обратная связь выполнена включением первого резистора между выходом операционного усилителя и его инвертирукядим входом , а положительная обратная связь - включением второго резистора между выходом операционного усилителя и его неинвертирующим входом, соединенным с одной из клемм для (Л подключения нагрузки, другая подключающая клемма которой соединена с с заземленным выводом вторичной обмотки трансформатора тока.

СОЮЗ СОаЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) G 01 R 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (21) 3649448/24-21 (22) 20.06.83 (46) 30. 11..84. .Бюл. .Ф 44 (72) А,В.Булычев и В.К.Ванин (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им.M.И.Калинина (53) 621. 317. 7 (088. 8) (56) 1. Лейтман М.Б. и др. Компенсационные измерительные преобразователи электрических величин, M., "Энергия", 1978, с. 103, рис.4-9 б.

2. Патент США Ф 3815013, кл.

G 01 R 19/00, 1974. (54)(57)1. АКТИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ТОК-НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий последовательно включенные транформатор тока и усилительный элемент, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона, усилительный элемент выполнен в виде инвертора нагрузочного импеданса.

2.Преобразователь по п.l, о т— л и ч а ю шийся тем, что инвертор нагрузочного импеданса состоит из операционного усилителя с комбинированной обратной связью, причем отрицательная обратная связь выполнена включением первого резистора между выходом,операционного . усилителя и его инвертирующим входом, а положительная обратная связь — включением второго резистора между выходом операционного усилителя и его неинвертирующим входом, соединенным с одной из клемм для подключения нагрузки, другая подключающая клемма которой соединена с заземленным выводом вторичной рб» мотки трансформатора тока.

1126887

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования, например, в релейной защите и автоматике энергосистемм. 5

Известен активный преобразователь переменного тока в напряжение, содержащий трансформатор тока, включенный в цепь отрицательной обратной связи усилителя (11, 10

Недостатком известного устройства является необходимость применения трансформатора тока с тремя об- . мотками, что существенно усложняет конструкцию преобразователя. Кроме того, отсутствие в нем отрицательной обратной связи по постоянному току предопределяет возможность потери устойчивости и самовозбуждения.

Наиболее близким к изобретению

20 является активный преобразователь ток — напряжение, содержащий последовательно включенные трансформатор тока и усилительный элемент, выпол25 ненный в виде операционного усилителя с резистром в цепи отрицательной обратной .связи (21 .

В указанном устройстве иэ-за низкого входного сопротивления усилите30 ля вторичная обмотка трансформатора тока оказывается фактически замкнутой накоротко и погрешности преобразования определяются главным образом собственным сопротивлением вторичной обмотки. У малогабаритных трансфор- 35 маторов тока обмотки выполняются проводом малого сечения и при боль-шом количестве витков имеют большое сопротивление, что обуславливает узкий рабочий частотный диапазон, 10 ограниченный допустимыми погрешностями преобразования на низких и высоких частотах °

Цель изобретения — расширение частотного диапазона устроиства. 45

Поставленная цель достигается тем, что в активном преобразователе ток — напряжение, содержащем последовательно включенные трансформатор тока и усилительный элемент, послед- 50 ний выполнен в виде инвертора нагрузочного импеданса.

Инвертор нагрузочного импеданса состоит из операционного усилителя с комбинированной обратной связью, 55 причем отрицательная обратная связь выполнена включением первого резисто. ра между выходом операционного усилителя и его инвертирующим входом, а положительная обратная. связьвключением второго резистора между выходом операционного усилителя и

его неинвертирующим входом, соединенным с одной из клемм для подключения нагрузки, другая подключающая клемма которой соединена с заземленным выводом вторичной обмотки трансформатора тока.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 — его передаточная функция.

Устройство содержит последовательно включенные трансформатор 1 (фиг.1) тока и усилительный элемент, выполненный в виде инвертора 2 нагрузочного импеданса, и нагрузки 3., Инвертор

2 состоит из операционного усилителя

4 с комбинированной обратной связью.

Отрицательная обратная связь выполнена включением первого резистора 5

1 между выходом операционного усилителя 4 и его инвертирующим входом, а положительная обратная связь— включением второго резистора 6 между выходом операцион.ного усилителя 4 и его неинвертирующим входом, соединенным с одной иэ клемм для подключения нагрузки 3, другая подключающая клемма которой соединена с заземленным выводом вторичной обмотки трансформатора I тока.

Усилительный элемент с комбинированной (отрицательной и положительной) обратной связью имеет отрицательное входное сопротивление.

ВХ(Р) (5 6) 9(Р) где R — сопротивление резистора 5

5 в цепи отрицательной об- ратной связи;

R6 — сопротивление резистора 6 в цепи положительной обратной связи

Z>(p) — импеданс нагрузки 3.

При R5 = R6 входное сопротивление равно нагрузочному импедансу с противоположным знаком. 5Х(Р) З(р)

Включенное в цепь вторичной обмотки трансформатора 1 тока отрицательное сопротивление компенсирует паразитные параметры вторичной обмотки, Передаточная функция преобразователя (фиг.2) при этом описывается следующим выражением:

1126887 гз "з Р " gb

11. +

"м где U (р) — выходное напряжение

Qwx преобразователя;

Т (р) — ток первичной обмотки; 1О 1

М и У вЂ” количество витков перВ вичной и вторичной обмоток соответственно;

r — активное сопротивление

В вторичной обмотки; 15 — индуктивность рассеяния

ä6 вторичной обмотки;

L — индуктивность цепи намагничивания;

r u рТ. — активная и реактивная 2р

3 составляющие импеданса нагрузки 3;

P. — сопротивление потерь магнитопровода.

Как видно из приведенного выражения, подбором нагрузочного импеданса Е (р) можно добиться практичес3 ки полной компенсации активного сопротивления и индуктивности рассеяния вторичной обмотки трансформатора 1 тока,что приводит к значительному снижению погрешностей на заданной частоте, т. е. к расширению рабочего частотного диапазона.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

Первичный ток, протекающий по первичной обмотке трансформатора 1, трансформируется во вторичную обмотку40

На инвертирующем и неинвертирующем входах операционного усилителя 4, имеющего коэффициент усиления, стремящийся к бесконечности, в линейном режиме напряжения равны.

Резисторы 5 и 6 по потенциалам на их выводах оказываются включенными параллельно, поэтому протекающие в них токи направлены противоположно друг другу. Ток вторичной обмотки трансформатора 1, поступающий на инвертирующий вход усилителя 4, вызывает появление выходного тока в резисторах 5 и 6. Падение напряжения на импедансе нагрузки 3, вызван ное выходным током, выделяется в свою очередь и на инвертирующем входе операционного усилителя 4 вследствие того, что потенциалы обоих входов усилителя 4 равны.

При этом направления входного тока и напряжения на инвертирующем входе усилителя 4 оказываются противоположными, т.е. инвертор 2 ведет себя по отношению к источнику тока как отрицательное сопротивление.

Как известно, погрешности преобразования трансформатора 1 тока в области как низких,так и высоких частот обусловлены главным образом параэитными параметрами вторичной обмотки, поэтому параметры схемы подбираются так, чтобы отрицательное сопротивление было равно или близко по значению собственному сопротивлению вторичной обмотки трансформатора

i тока. Тогда при протекании тока во вторичной цепи падение напряжения на собственном сопротивлении вторичной обмотки, включающем в себя активное сопротивление и сопротивление цепи рассеяния обмотки, компенсируется противоположным по направлению падением напряжения на отрицательном сопротивлении. Таким образом, ток во вторичной цепи трансформатора

1 не ограничивается ее собственным сопротивлением и потери в этой

o6 отке значительно снижаются. Выходное напряжение, пропорциональное первичному току, снимается с импеданса нагрузки 3.

Предлагаемый активный преобразователь ток — напряжение по сравнению с известными имеет при малых габаритных размерах и массе магнитопровода весьма широкий рабочий частотный диапазон.

1126887 нЦ Д

08

Составитель Л.Морозов

Редактор М. Петрова Техред С. Легеза Корректор О.Луговая

Заказ 8686/34 Тираж 71 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4