Измеритель мгновенного значения тока

 

Изобретение относится к устройствам измерения электрического ; тока. Может использоваться для формирования сигналов обратной связи по току в быстродействующих системах автоматического регулирования. Цель изобретения - повьшение надежности устройства - достигается введением в него блока 9 управления, который выполнен на последовательно соединенных элементе дифференцирования 14 и пороговом элементе 15. Устройство, кроме того, содержит ключевые элементы 1 и 2, диоды 3 и 4, источник 5 постоянного напряжения, трансформатор тока 6, дроссель 7, нагрузочный резистор 8, первичную 10, вторич ную 11 и выходную 12 обмотки трансформатора 6, обмотку 13 дросселя 7. В описании изобретения приводится структурная схема второго варианта выполнения измерителя. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. W N9 ND О О СП иг, 1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

i19) (11) (51) 4 G 01 R 19 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

8blX

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA (21) 3007624/18-21 (22) 20.11.80 (46) 30.03.86. Бюл. № 12 (72) P.Ä.Hàé, В.Н.Бродовский, В.К.Гробов,А.С.Жилин,Е.С.Иванов, А.А.Канеп,В.С.Рылач,А.В«Фельдман и А.И.Чабанов (53) 621.317.7 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР № 194162, кл. H 03 F 9/00, 1965.

2.Авторское свидетельство СССР № 706789, кл. G 01 R 19/00, 1976. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ МГНОВЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ

ТОКА (57) Изобретение относится к устройствам измерения электрического тока. Может использоваться для формирования сигналов обратной связи по току в быстродействующих системах автоматического регулирования. Цель изобретения — повышение надежности устройства — достигается введением в него блока 9 управления, который выполнен на последовательно соединенных элементе дифференцирования 14 и пороговом элементе 15. Устройство, кроме того, содержит ключевые элементы 1 и 2, диоды 3 и 4, источник

5 постоянного напряжения, трансформатор тока 6, дроссель 7, нагрузочный резистор 8, первичную 10 вторич. ную 11 и выходную 12 обмотки трансформатора 6, обмотку 13 дросселя 7.

В описании изобретения приводится структурная схема второго варианта выполнения измерителя. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1221605 1

1О

20

30

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам измерения электрического тока, и может быть использовано для формирования сигналов обратной связи по току в быстродействующих системах авто. матического регулирования.

Известен измеритель мгновенного значения тока, содержащий двухтактный дроссельный магнитный усилитель, измерительный трансформатор с воздушным зазором, RC-фильтры и выходную балансную схему C13 °

Недостаток указанного измерителя — большие потери мощности в цепях подмагничивания магнитного усилителя и в балансной схеме.

Наиболее близким к изобретению является измеритель мгновенного значения тока, содержащий два последовательно включенных управляемых ключевых элемента, каждый из которых зашунтирован соответствующим диодом, трансформатор тока с первичной, вторичными и выходной обмотками, выходной RC-фильтр и дроссель, первичная обмотка которого включена в цепь измеряемого тока последовательно с первичной обмоткой трансформатора тока, а вторичная подключена к выходу RC-фильтра L 2 3.

RC-фильтр данного устройства имеет большое время запаздывания, которое компенсируется выходным сигналом дросселя, пропорциональным скорости изменения измеряемого тока. При больших скоростях изменения измеряемого тока во вторичной обмотке дросселя возникают большие напряжения и возможен пробой изоляции данной обмотки.

Это обстоятельство снижает надежность устройства. цель изобретения — повьппение надежности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в измеритель мгновенного значения тока, содержащий два последовательно соединенных управляемых ключевых элемента, каждый из которых зашунтирован соответствующим диодом, дроссель, трансформатор тока с первичной, вторичной и выходной обмотками и нагрузочный резистор, включенный между одним из выводов выходной обмотки и корпусом устройства, введен блок управления, причем вторичная обмотка трансформатора тока подключена к входу блока управления, выход которого соединен с управляющими входами ключевых элементов, а дроссель включен между общей клеммой управляемых ключевых элементов и вторым выводом выходной обмотки трансформатора тока.

Кроме того, блок управления выполнен в виде последовательно соединенных элемента дифференцирования и порогового элемента.

На фиг. 1 представлена структурная схема измерителя мгновенного значения тока; на фиг. 2 — структурная схема измерителя мгновенного значения тока, у которого дроссель содержит дополнительную обмотку.

Устройство содержит управляемые ключевые элементы 1 и 2, диоды 3 и

4, источник 5 постоянного напряжения, трансформатор 6 тока, дроссель

7, нагрузочный резистор 8, блок управления 9, первичную 10, вторичную 11 и выходную 12 обмотки трансформатора тока 6, обмотку 13 дросселя, элемент дифференцирования 14, пороговый элемент 15.

Устройство по фиг. 2 содержит те же элементы, а дроссель 7 снабжен дополнительной обмоткой 16.

Работа измерителя мгновенного значения тока происходит следующим образом.

Измеряемый ток i протекает по первичной обмотке 10 трансформатора 6 тока.

Управляемые ключевые элементы 1 и 2 совместно с трансформатором 6 тока и дросселем 7 образуют своеобразный мультивибратор, в котором режим работы ключевых элементов 1 и 2 поддерживается за счет обратной связи по току компенсации i к через дроссель 7 обмотки 11 и 12 трансформатора 6 тока и блок управления 9.

Ток компенсации i протекает по нагрузочному резистору 8 и определяет выходной сигнал измерителя тока Us,„

С помощью укаэанной обратной связи компенсирующий ток i регулируется для получения требуемого соответствия его измеряемому току

Компенсирующий ток i задается к с помощью источника 5 постоянного напряжения, который подключается к дросселю 7 ключевыми элементами 1 и 2 и диодами 3 и 4. При этом при направлении тока i, указанном на чертеже, при положительном напря1221605 женин на обмотке 12 ток i» протекает по ключевому элементу 1. При отрицательном напряжении на обмотке

12 ток i» протекает по диоду 4, шунтирующему ключевой элемент 2.

При другом направлении тока i» он протекает соответственно по ключевому элементу 2 и диоду 3.

Для того, чтобы компенсирующий ток i» формировался независимо от параметров трансформатора 6 тока и величины резистора 8, индуктивное сопротивление дросселя 7 выбирают таким, чтобы напряжение источника 5 выделялось в основном на дросселе 7.

Таким образом, дроссель 7 по отношению к обмотке 12 и резистору 8 играет роль источника тока i». Магнитопровод трансформатора 6 .тока выполняет функции нелинейного элемента сравнения измеряемого и компенсационного i токов. В установившем ся режиме работы измерителя тока компенсирующий ток i содержит основную "гладкую" составляющую, которая полностью соответствует измеряемому току i, и пульсирующую составляющую, величина которой определяется шириной петли гистерезиса магнитопровода трансформатора

6 тока. Как только разность токов и i» достигает значения тока намагничивания магнитопровода трансформатора 6 тока, резко изменяется индуктивное сопротивление обмотки

12 и на ней возра:тает падение напряжения. Нри этом первая гармоника напряжения на обмотке 12 совпадает по фазе с первой гармоникой пульсирующей составляющей тока i». На вто- ричной обмотке 11 возникает напряжение, которое по форме совпадает с напряжением на обмотке 12 и является сигналом рассогласования контура обратной связи — контура регулирования компенсирующего тока

К

Напряжение обмотки 11 поступает на обмотку 13, элемент дифференцирования 14, на выходе которого формирует г ся сигнал, фаза которого отличается от фазы напряжения на обмотке 11 на о

90 . Пороговый элемент 15 формирует прямоугольные сигналы для управления ключами, при этом фаза этих сигналов отличается от фазы напряжения обмотки 11, а следовательно, и от фазы пульсирующей составляющей компенсирующего тока i» на 90

Именно такая фаза напряжения, формируемого ключевыми элементами 1 и 2, необходима для нормального функционирования измерителя тока, так как компенсирующий ток (его пульк сирующая составляющая) формируется с помощью дросселя 7, вносящего фазовый сдвиг 90 . В измерителе тока обеспечивается малый уровень пульса10 ций выходного сигнала U, так бых как амплитуда этих пульсаций определяется током намагничивания — шириной петли гистерезиса магнитопровода трансформатора 6 тока. Именно это.

15 обстоятельство позволяет применять в трансформаторе 6 тока недорогие сердечники с непрямоугольной петлей гистерезиса (ферриты) .

Момент коммутации ключевых эле20 ментов 1 и 2 в устройстве по фиг.2 определяется моментом насыщения сердечника с прямоугольной петлей гистерезиса трансформатора 6 тока. После открывания, например, ключевого

25 элемента 1 под действием напряжения начинают перемагничиваться сердечники трансформатора 6 тока и дросселя

7. Пока идет перемагничивание сердечников, на вторичной обмотке 11

З0 трансформатора б тока формируется напряжение, которое управляет ключевыми элементами 1 и 2.

Параметры дросселя 7 и трансформатора 6 тока выбираются различными

35 (магнитопров оды имеют различные ин» дукции насыщения) и это приводит к тому, что первым насыщается сердечник трансформатора 6 тока. При этом напряжение на обмотке 11 уменьшается до нуля и ключевой элемент 1 закрывается. Если рассматривать установившийся режим работы, когда идет непрерывное переключение элементов 1 и

2, то в этом режиме фаза напряжения

45 на обмотке 11 трансформатора 6 тока совпадает с фазой напряжения на выходе ключевых элементов 1 и 2. Это объясняется тем, что дроссель 7 выполнен с дополнительной обмоткой 16, которая как бы шунтирует обмотку 13

50 и делает сопротивление дросселя 7 небольшим. При этом напряжение U

h источника питания практически целиком поступает на обмотку 12 трансформатора 6 тока и соответственно

55 ему формируется напряжение на обмотке 11; В этих условиях блок 9 управления выполняется в виде инерционного либо пассивного, либо активно122 1605

ВНИИПИ Заказ 1609/52 Тираж 728 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,,4

ro звена в отличие от блока 9 на фиг. 1. Следовательно, при насыщении трансформатора 6 тока увеличения тока 1„ не происходит, так как дроссель 7 еще ненасыщенн. Таким образом,. в выходном сигнале U>b,„ амплитуда пульсирующей составляющей будет определяться током намагничивания дросселя 7 и нет необходимости применять RC-фильтр с большой постоянной времени и дроссель с многовитковой вторичной обмоткой, подключаемой к RC-фильтру, как в известном измерителе тока.

Кроме того, конструктивно трансформатор б тока и дроссель 7 выполняются в виде одного узла, в котором тороидальный ..сердечник трансформатора 6 тока (материал с прямоугольной петлей гистерезиса 79 HM) с намотанной обмоткой 11 вложен внутрь тороидального сердечника дросселя

7 (материал ХВП). Обмотки 10 и 16 выполняются в виде общей шины, а обмотки 12 и 13 — в виде общей многовитковой обмотки.Все указанные особенности выполнения отдельных узлов и их соединений улучшают технико-эксплуатационные характеристики измерителя тока (фиг.2) и--повышают надежность его работы по сравнению с известными.

В

Малый. уровень пульсаций в сигнале П,щ делает нецелесообразным применение на выходе RC-фильтра с большой постоянной времени и дросселя с многовитковой вторичной обмоткой, первичная обмотка которого включена в цепь измеряемого тока, что повышает его надежность.

Формула изобретения

1. Измеритель мгновенного значения тока, содержащий два последовательно соединенных управляемых ключевых элемента, каждый из которых зашунтирован соответствующим диодом, дроссель, трансформатор тока с первичной, вторичной и выходной обмотками и нагрузочный резистор, включенный между одним из выводов выход20 ной обмотки трансформатора тока и корпусом устройства, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введен блок управления, причем вторичная обмотка

25 трансформатора тока подключена к входу блока управления, выход которого соединен с управляющими входами ключевых элементов, а дроссель включен между общей клеммой управляемых ключевых элементов и вторым выводом выходной обмо ки трансформатора тока.

° 2. Измеритель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок управления выполнен в виде последовательно соединенных элемента дифференцирования и порогового элемента.