Устройство для измерения тока

 

Изобретение предназначено для преобразования аналоговых и формирования цифровых сигналов обратной связи по току в системах регулирования с полупроводниковыми.преобразователями . Цель из обретения - снижение динамической погрешности измерения.Устройство содержит широтно-импульсный ; модулятор 3 с гальванической развязкой и шунт 1 в цепи измеряемого тока. Введение блока 2 интегрирования, блока 4 преобразования временного интервала в КОД)включающего генератор 14 импульсов, элемент 2И-2ИЛИ-НЕ 15, счетчик 16 и регистр 17 памяти,формирователей 5 и 6 коротких импульсов, элемента 7 гальванической разврзки, генератора 8 эталонной частоты увеличивает быстродействие, уменьшает паразитные емкости измерительных цепей и повьшает помехозащищенность устройства. 3 з.п. ф-лы, 2 ил. с Jff

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (51) 4 G 01 R 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3829627/24-21 (22) 27.12.84 (46) 07.09.86. Бюл. Ф 33 (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени институт точной механики и оптики (72) Т.А.Глазенко, А.И.Игнатченко и А.Н.Пискарев (53) 621.317.31(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 875287, кл. G 01 R 19/00, 1980.

Суворов Г.В. и др. Частотно-широтно-импульсный датчик тока, "Электротехническая промышленность, сер.

Электропривод". 1981, вып. 4 (93). (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА (57) Изобретение предназначено для преобразования аналоговых и формирования цифровых сигналов обратной свяэи по току в системах регулирования с полупроводниковыми.преобразователями. Цель изобретения — снижение динамической погрешности измерения.Устройство содержит широтно-импульсный модулятор 3 с гальванической развязкой и шунт 1 в цепи измеряемого тока.

Введение блока 2 интегрирования, блока 4 преобразования временного интервала в код,включающего генератор 14 импульсов, элемент "И-2ИЛИ-НЕ 15, счетчик 16 и регистр 17 памяти,формирователей 5 и 6 коротких импульсов, элемента 7 гальванической развязки, генератора 8 эталонной частоты увеличивает быстродействие, уменьшает паразитные емкости измерительных цепей и повышает помехозащищенность устройства. 3 э.п. ф-лы, 2 ил.

1255944

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для преобразования аналоговых и формирования цифровых сигналов обратной связи по току в системах регули- 5 рования с полупроводниковыми преобразователями, преимущественна в тех случаях, когда необходимо иметь гальваническую развязку между силовыми цепями и цепями управления, и может быть использовано в цифровых и цифроаналоговых системах регулирования скорости вращения и угла поворота двигателя постоянного тока, управляемого от широтно-импульсного преобра- 15 зователя мостового типа.

Целью изобретения является снижение динамической погрешности измерения путем повышения быстродействия и уменьшения паразитных емкостей измерительных цепей и повышение помехозащищенности.

На фиг. 1 показана функциональная ,схема устройства для измерения тока„ на фиг. 2 — временные диаграммы ос- 25 новных элементов устройства для измерения тока.

Устройство содержит шунт 1 в цепи измеряемого тока, блок 2 интегрирования, представляющий собой интегратор

30 с ключом обнуления интегрирующей емкости и запоминающей емкостью.,подключаемой к входу интегратора с помощью аналогового ключа, широтно-импульсный модулятор 3, блок 4 преобразова- З ния временного интервала в код, два формирователя 5 и 6 коротких импул»сов, элемент 7 гальванической развязки (oIITpoH) генератор 8 эталонной частоты, причем выводы шунта 1 соединены с входами блока 2 интегрирования,выход которого соединен с входом широтно-импульсного моцулятора 3„ первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами 4- блока 4 преобразования временного интервала в код,выходы которого соединены с выходами устройства, первый выход первого формирователя 5 коротких импульсон соединен с тактовым входом ши- 5б ратно-импульсного модулятора 3 и Вхо,дом управления памятью блока 2 интегрирОвания В тараи Выход с ВхОдОм Оо нуления блока 2 интегрирования,а Вход соединен черс з элемент 7 гальвавичес- 5"1 кой развязки с выходом енератора 8 эталонной частотьг и входом Второго формирователя 6 коротких импульсоя, первый и второй выходы которого соединены соответственна с третьим и четвертым входами блока 4 преобразования временного интервала в код.

ШирОтно-импульсный МОДулятОр 3 содержит компаратор 9 однополярных сигналов, компаратср 10 разнополярных сигналов, синхронизируемый генератор 11 пилообразного напряжения и дна элемента 12 и 13 гальванической развязки (оптроны) причем первые входы обоих компараторов 9 и 10 соединены с входом широтно-импульсного модулятора 3, вторые входы с выходом синхронизируемого генератора 11 пилообразного напряжения, а выходы через элементы 12 и 13 гальванической развязки соответственно с первым и вторым выходами широтно-импульсного модулятора 3, тактовый вход которого соединен с входом синхронизируемого генератора 11 пилообразного напряжения.

Блок 4 преобразования временного интервала в код содержит генератор

14 импульсов, логический элемент

2И-2ИЛИ-НЕ.15, счетчик 16, регистр

17 памяти, причем первые входы обоих

И логического элемента 2И-2ИЛИ-НЕ

15 соединены с выходом генератора 14 импульсов, второй вход первого И логического элемента 2И-2ИЛИ-НЕ 15 соединен с первым входом блока 4 преобразования временного интервала в код. второй его вход соединен с вторым входом второго,И логического элемента 2И-2ИЛИ-НЕ 15 и знаковым входом регистра 17 памяти, выход логи-.",еского элемента 2И-2ИЛИ-НЕ 15 соединен со счетным входом счетчика 16, вход Обнуления которого соединен с третьим входом блока 4 преобразования временного интервала в код, а выходы и разрядов соединены соответственно с входами и разрядов регистра 17 памяти, вход записи в память которого соединен с четвертым входом блока 4 преобразования временного интервала в код, а выходы— с выходами блока 4 преобразования временного интервала в код.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 8 эталонной частоты вырабатывает прямоугольные импульсы

18, которые синхронизируют работу предлагаемого устройства. Импульсы

18 с выхода генератора 8 эталонной

1255944 частоты поступают на вход формирователя 6 и через элемент 7 на вход формирователя 5 коротких импульсов.

На первых выходах формирователей 5 и

6 коротких импульсов формируются короткие импульсы 19 одинаковой длительности с периодом следования Т в моменты времени, соответствующие фронтам нарастания импульсов 18, вырабатываемых генератором 8. На вто- 10 рых выходах формирователей 5 и 6 коротких импульсов формируются по спаду импульсов 19 короткие импульсы 20.

В моменты поступления импульсов

19 на вход управления памятью блока

2 интегрирования происходит подключение запоминающей емкости к выходу интегратора блока 2 интегрирования с помощью аналогового транзисторного 20 ключа, входящего в состав блока 2 интегрирования. После окончания действия импульса 19 аналоговый ключ памяти блока 2 интегрирования размыкается и на запоминающей емкости до 25 конца периода Т сохраняется записанная информация. Импульсы 19 поступают также и на вход синхронизируемого генератора 11 пилообразного напряжения. После окончания процесса записи 30 формируются короткие импульсы 20, которые замыкают ключи обнуления интегрирующей емкости блока 2 интегрирования, в результате чего. напряжение на выходе блока 2 интегрирования стано35 вится равным нулю.

Начиная с момента времени t, к

1якорю электродвигателя прикладывает:ся импульсное напряжение 21 с периодом следования Т. Длительность им- 40 пульсов задается широтно-импульсным модулятором, входящим в состав системы регулирования электропривода (не показано). Под действием импульсов 21 в якорной обмотке электродви- 45 гателя возникает пульсирующий ток

22. Протекая через шунт 1, ток 22 создает на шунте 1 пацение напряжения, которое поступает на входы блока 2 интегрирования. Спустя 1-2 мкс 50 необходимых для переписи информации и обнуления, на выходе интегратора блока 2 интегрирования появляется напряжение 23, соответствующее интегралу тока, протекающему через 55 шунт 1. К концу периода Т в момент времени t на выходе интегратора бло-. ка 2 интегрирования будет напряжение

23, соответствующее среднему sa период Т значению тока, протекающего через шунт 1. В момент времени импульс 19, замыкая аналоговый ключ, подключает к выходу интегратора блока 2 интегрирования запоминающую емкость. После окончания действия импульса 19 на запоминающей емкости и на выходе блока 2 интегрирования сохраняется напряжение U„„ в течение следующего периода.

По окончании импульса 19 формируется импульс 20, который производит обнуление блока 2 интегрирования,после чего начинается процесс интегрирования. Напряжение с выхода запоминающей емкости блока 2 интегрирования подается на входы компараторов 9 и

10, на другие входы которых с выхода синхронизируемого генератора 11 пилообразного напряжения подается напряжение U H

При изображенной i а фиг. 2 полярности напряжения на выходе блока 2 интегрирования работает компаратор

9 однополярных сигналов,при этом напряжение на .выходе компаратора 10 раэнополярных сигналов равно нулю. При противоположной полярности напряжения на выходе блока 2 интегрирования, т.е. при противоположном направлении тока, протекающего через шунт 1, работает компаратор 10 разнополярных сигна- лов. В момент на вход компаратора 9 од: ополярных сигналов начинает поступать напряжение П„ .превышающее пилообразное напряжение синхронизируемого генератора 11 пилообраз ного напряжения. В этот же момент (диаграмма 24) на выходе компаратора

;.9 однополярных сигналов появляется импульс 25, длительность которого определяется моментом t, когда напряжение U,ö„ становится равным напряже;нию У„„,- . При этом длительность импульса 25 пропорциональна среднему значению измеряемого тока за период Т.

Импульс с выхода компаратора 9 однополярных сигналов через элемент

12 гальванической развязки поступает на один вход, а "0" с выхода элемента 13 гальванической развязки поступает на другой вход логического элемента 2И-2ИЛИ-НЕ.15. При наличии импульса на выходе элемента 12 гальванической развязки или на выходе элемента 13 гальванической развязки с г

944

3 1255 выхода генератора 14 импульсов поступают импульсы 26 через логический элемент 2И-2ИЛИ-НЕ 15 на счетный вход счетчика 16.

По окончании действия импульса, поступающего с элементов 12 или 13 гальванической развязки, логический элемент 15 запрещает прохождение импульсов 26 от генератора 14 импульсов на счетный вход счетчика 16. К 10 этому моменту времени на выходе счетчика 16 образуется кодовая комбинация, пропорциональная длительности импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора 3, а следовательно, 15 и среднему значению измеряемого тока.

Импульсы 19 с выхода формирователя

6 коротких импульсов поступают на вход Ь "Разрешение" записи регистра

17 памяти и осуществляют перепись 20 информации с выхода счетчика 16 в регистр 17 памяти (диаграмма 27).

После переписи информации импульсы 20, поступая на вход счетчика 16, осуществляют его обнуление. Разряд 25

n + 1 регистра 17 памяти является знаковым. При отсутствии импульсов на выходе элемента 13 гальванической развязки на выходе n + 1- разряда регистра 17 памяти присутствует логи- 30 ческий ноль, что соответствует знаку плюс, когда кодовая комбинация на выходе регистра 17 памяти соответст-, вует положительному числу. При наличии импульсов на выходе элемента

7 гальванической развязки на выходе и + 1: разряда регистра 17 памяти присутствует логическая единица, соответствующая числу со знаком минус.

Таким образом, устройство произво-40 дит измерение среднего за период значения.тока, осуществляя при этом галь. ваническую развязку между блоком управления и силовым каскадом преобразователя, а также преобразование ана-45 логовоч информации о токе в код.

Устройство обладает более высокой динамической точностью измерения,достигаемой за счет использования интегратора с обнулением на входе и более широкого диапазона изменения относительной длительности с постоянным периодом следования; более широкими функциональными возможностями.за счет того, что оно может работать в импуль сных преобразователях с различными законами управления ключами в режиме

У прерывистых и непрерывных токов,более высокой помехозащищенностью и отсутствием биений в системе, достигаемых за счет установки интегратора на входе, синхронизации интегратора, счетчика и регистра памяти, а также синхронизации широтно-импульсного модулятора предлагаемого устройства с широтно-импульсным модулятором системы; более высокой технологичностью изготовления и возможностью интегрального исполнения устройства в целом. формула изобретения

1. Устройство для измерения тока, содержащее широтно-импульсный модулятор с гальванической развязкой и шунт, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения динамической погрешности измерения путем повышения быстродействия, в него введены .блок интегрирования, блок преобразования временного интервала в код, элемент гальванической развязки, генератор эталонной частоты и два формировате-, ля коротких импульсов, причем вход первого формирователя коротких импульсов подключен через элемент гальванической развязки, а вход второго — непосредственно к выходу генератора эталонной частоты, первый выход первого формирователя подключен к тактовому входу широтно-импульсного модулятора и к входу управления памятью блока интегрирования, второй выход первого формирователя подключен к входу управления обнулением блока интег-. рирования, входы которого подключены к входам устройства через шунт, а выход — к входу широтно-импульсного модулятора, один иэ выходов которого подключен к первому входу, а другой— к второму входу блока преобразования временного интервала в код, вход запи си в память которого подключен к первому выходу, а вход обнуления — к второму выходу второго формирователя коротких импульсов, а выходы — к выходам устройства.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок преобразования временного интервала в код содержит генератор импульсов, счетчик, регистр памяти и логический эпемент

2И-2ИЛИ-НЕ, первые входы обоих И которого подключены к выходу генерато ра импульсов, второй вход первого И

1255944

I / Ч

Составитель В.Быков

ТехредЛ.Сердюкова! Корректор А ° Обручар

Редактор P ..Цицика

Заказ 4817/44

Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 подключен к первому входу блока преобразования временного интервала в код, а второй вход второго И подключен к второму входу блока преобразования временного интервала в код 5 и знаковому входу регистра памяти, выход логического элемента 2И-2ИЛИНЕ подключен к счетному входу счетчика, вход обнуления которого подключен к третьему входу блока преобраэо- 10 вания временного интервала в код,а выходы и разрядов подключены соответственно к входам и разрядов регистра памяти, вход записи в память которого подключен к четвертому входу блока 1 преобразования временногоинтервала в код а выходы — к выходам блока преобразования временного интервала в коде

3. Устройство по п. 1 о т л и- 20 ч а ю щ е е с я тем, что широтно-импульсный модулятор содержит компаратор однополярных сигналов, компаратор разнополярных сигналов, синхронизируемый генератор пилообразного напряжения и два элемента гальванической развязки, причем первые входы обоих компараторов соединены с входом широтно-импульсного модулятора, вторые входы — с выходом синхронизируемого генератора пилообразного напряжения, а выходы через элементы гальванической развязки . — с первым и вторым выходами широтно-импульсного модулятора, тактовый вход которого соединен с входом синхронизируемого генератора пилообразного напряжения.

4. Устройство по п. 3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехозащенности путем уменьшения паразитных емкостей, элементы гальванической развязки выполнены на оптронах.