Прецизионный трансформатор постоянного тока

 

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано в приборах для измерения постоянного тока. Цель изобретения - повьшение точности и стабильности. Для достижения поставленной цели в устройство , содержащее ферромагнитные сердечники 1 и 2, обмотки 3 и 4 возбуждения , обмотки 5 и 6 управления, входные шины 7 и 8, обмотки 9 и 10 обратной связи, генератор 11 переменного напряжения, токоограничивающие резисторы 12 и 13, потенциометрические резисторы 14 и 15, ключ 17, интегратор 22, резистор 23 обратной связи, общую шину 25 и выход 24 устройства , введены двухпороговьШ компаратор 16, ключ 18, запоминающие элементы 19 и 20, вычитающий блок 21, резисторы 12-15. Исключено влия (Л ние на процесс преобразования неидентичности уровней насыщения сердечника . 3 ил.

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (б0 4 С 01 R 19/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21! 3900706/24-21 (22) 22.05.85 (46) 07.12.86. Бюл. !!- 45 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Г.В.Суворов, А.Г,Суворов и О.И.Осипов (53) 621.317.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 737850, кл. G 01 R 19/20, 04.04.77.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1056068, кл. G 01 R 19/20, 01.03.82. (S4} ПРЕЦИЗИОННЫЙ ТРАНСФОРМАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано в приборах для измерения постоянного

„„SU„„275305 А 1 тока. Цель изобретения — повышение точности и стабильности. Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее ферромагнитные сердечники 1 и 2, обмотки 3 и 4 возбуждения, обмотки 5 и 6 управления, входные шины 7 и 8, обмотки 9 и 10 обратной связи, генератор 11 переменного напряжения, токоограничивающие резисторы 12 и 13 потенциометрические резисторы 14 и 15, ключ 17, интегратор 22, резистор 23 обратной связи, общую шину 25 и выход 24 устройства, введены двухпороговый компаратор 16, ключ !8, запоминающие элементы 19 и 20, вычитающий блок

2), резисторы 12-)5. Исключено влияние на процесс преобразования неидентичности уровней насыщения сердечника. 3 ил.

1 12

Изобретение относится к электроизмерениям, в частности к измерителям-преобразователям постоянного тока с гальванической развязкой, и может быть использовано в приборах для измерения постоянного тока.

Цель изобретения — повышение точности и стабильности путем исключения влияния на процесс преобразования неидентичности уровней насьпцеиия сердечника.

На фиг.l приведена электрическая схема прецизионного трансформатора постоянного тока; на фиг.2 — временные диаграммы его работы при отсутствии входного сигнала, на фиг.3то же, при наличии входного сигнала, Прецизионный трансформатор содержит первый 1 и второй 2 ферромагнитные.еердечники. На сердечниках 1 и 2 размещены первая обмотка 3 возбуждения — на первом, и вторая обмотка 4 возбуждения — на втором, первая обмотка 5 управления — на первом и вторая обмотка 6 управления — на втором, соединенные согласно-последовательно и подключенные .к входным шинам 7 и 8, первая обмотка 9 обратной связи на первом сердечнике 1, и вторая обмотка 10 обратной связи — на втором сердечнике 2, Первый выходной вывод генератора 11 переменного напряжения соединен с началом первой обмотки 3 возбуждения и концом второй обмотки 4 возбуждения.

Конец первой обмотки 3 возбуждения соединен через первый токоограничивающий резистор 12 с общей шиной, а начало опорной обмотки 4 возбуждения — через второй токоограничивающий резистор 13 с общей шиной и вторым выходным выводом генератора

11 переменного напряжения.

Конец первой обмотки 3 возбуждения соединен с началом второй обмотки 4 возбуждения через соединенные последовательно первый 14 и второй

15 потенциометрические резисторы, соединеннные выводы которых подключены к первому входному выводу двухпорогового компаратора 16, второй входной вывод подключен к общей шине, а выход — к управляющим входампервого 17 и второго 18 ключей. Конец первой обмотки 3 возбуждения и начало второй обмотки 4 возбуждения соединены соответственно через первый 17 и второй 18 ключи с входами

»

75 305,3 первого l9 и второго 20 запоминающих элементов, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входу вычитающего блока 21, Выход вычитающего блока 21 соединен через интегратор 22 с выходной шиной 24, которая через соединенные последовательно резистор 23 обратной связи, первую 10 и вторую 9 обмотки обрат10 ной связи подключена к общей шине

25. Обмотки 9 и 10 обратной связи включены встречно по отношению к соответствующим обмоткам 5 и 6 управления.

15 Прецизионный трансформатор посто-» янного така работает следующим образ ом.

Согласно соединенные обмотки 3 и

4 возбуждения ферромагнитных сердеч20 ников 1 и 2 совместно с токоограничивающими резисторами 12 и 13 образуют измерительный мост, одна диагональ которого получает питание от генератора 1 переменного напряжения, 25 например прямоугольного напряжения

U(t) (фиг. 2а и За), а с другой диагонали снимается измеряемый сигнал у4(с) 71(t) уе(t) (фиг 1)»

При отсутствии управляющего сигЗ0,нала X(t) и воздействии на обмотки

3 и 4 возбуждения через токоограничи вающие резисторы 12 и 13 прямоугольного переменного напряжения U(t) (фиг. 2а) индукция В (t) в сердечнике 1 и

35 индукция В (t). в сердечнике 2 иэме2 няются по линейному закону, достигая уровня насыщения сердечников + В э в моменты t t u t изменения поо лярности напряжения U(t) (фиг.2б).

Равенство темпов изменения В (с) и

В () может быть достигнуто соответствующим выбором параметров токоограничивающих резисторов 12 и 13, хотя не является строго обязательным.

° 45

В соответствии с равенствами текущих значений токов намагничивания, протекающих через обмотки 3 и 4 возбуждения и токоограничивающие резисторы 12 и 13, падения напряжения на

50 резисторах 12 и 13 равны между собой, т.е. Y,()=У (t) (фиг.2в). В результате напряжение на диагонали моста

Y„(t ) равно нулю.

Выбором параметров сопротивлений пцтенциометрических резисторов 14 и

15 добиваются наличия напряжения в

S общей их точке относительно общей шины (сигнал Y>(t) на фиг.l) такого уровня, чтобы он превышал уровни+а»

1275305 4

1О

45 0

3 порогов переключения компаратора 16 в области сигналов Y (с), 7 (t), 1 близких к насыщенному состоянию сердечников 1 и 2 (фиг.2г). Тогда в пр еделах вр емени t,, ..., с

° ° ° 7 (фиг.2г), когда (Уэ()(о а( компаратор 16 размыкает управляемые им ключи 17 и 18 (фиг.2д). В итоге на выходе запоминающих элементов

19 и 20, например, на основе апериодического RC-звена (фиг.1) в пределах с „ ..., с, tz,..., t, cox l раняются значения сигналов Y (С), Y<(t) имеющих место на выходе элементов 19 и 20 в момент размыкания ключей 1 7 и 18 (фиг. 2е) .

При равенстве сигналов Y (t) и

Y (г-) выходные сигнали Y (t) и

Y<(t) запоминающих элементов 19 и 20 также одинаковы (фиг.2е) и, вычитаясь на входе вычитающего блока

2!, обусловят на его выходе сигнал

У7 С)=У (t)-Y (t)=0 (фиг.2ж). B реэультате выходной сигнал Y (t) инВ тегратора и трансформатора постоянного тока будет равен нулю.

При наличии управляющего сигнала

X(t)4 0 (фиг. За) на входных шинах устройства характеристики намагничивания сердечников 1 и 2 под воздействием тока через последовательно и согласна включенные обмотки

5 и 6 управления смещаются в равной степени относительно нулевого уровня напряженности магнитного поля сердечников. При этом за счет встречного включения обмоток 3 -и 4 возбуждения относительно точек подклю.чения генератора 11 переменного напряжения перемагничивание сердечников 1 и 2 в различные полупериоды переменного напряжения U(t) отличается. При совпадении напряженностей магнитных полей, создаваемых токами обмоток управления и возбуждения, индукция в сердечнике изменяется во времени быстрее, чем при встречном направлении напряженностей магнитного поля, создаваемого укаэанными обмотками

Пусть в пределах положительного полупериода напряжения U(t) генератора 11 напряженности магнитных полей обмоток управления 5 и возбуждения 3 сердечника 1 совпадают по направлению воздействия. Тогда напряженности магнитных полей обмоток управления и возбуждения 4 сердечника 2 в указанный -полупериод напряо жения У(г.) будут направлены встречно, При этом индукция В (с) в сердечнике

1 будет изменяться во времени быстрее, чем индукция B 2(t) в сердечнике

2 (фиг. 3 б). В результате индукция

В,(t) достиг нет уровня насьпцения В

3 сердечника l в момент времени т, е, прежде, чем произойдет изменение полярности напряжения U(t) генератора 11. В сердечнике 2 индукция

В 2(с) за тот же полупериод напряжения U(t) уровня насыщения достигнуть не сможет (фиг. 3 б) .

В соответствии с изменениями индукции В, (t), В (t) в положительный полупериод напряжения U(t) .токи намагничивания, протекающие через токоограничивающие резисторы 12 и 13 обмоток 3 и 4 возбуждения, существенно отличаются между собой таким образом, что в пределах времени

t 2 ток намагничивания в обмотке 3 возбуждения меньше, чем в обмотке 4 возбуждения, а в пределах времени когда имеет место насыщение сердечника 1, ток намагничивания в обмотке 3 возбуждения больше, чем в обмотке 4 возбуждения. В результате в укаэанные пределы времени положительного полуперйода напряжения U(t) отличаются падения напряжений Y,(t) и У2(t) на токоограничивающих резисторах 12 и 13 (фиг. 3 в).

При этом напряжения на измерительной диагонали моста 71(t)=Yr (t)-Y2(t) отличаются от нуля как в пределах времени t с, так и в пределах вреа 2 мени t t

В пределах отрицательного полупериода напряжения U(t) генератора 11 напряженности магнитных полей обмоток управления 5 и возбуждения 3 сердечника 1 направляются встречно, а напряженности магнитный полей обмоток управления 6 и возбуждения

4 сердечника 2 складываются. Тогда индукция В©(t) в сердечнике 2 изменяется во времени быстрее, чем индукция B (t) в сердечнике (фиг.3 б).

В результате индукция В (с) достигнет уровня насыщения — В- сердечника

2 в момент времени t т ° е. прежде, чем произойдет изменение полярности напряжения U (t ) генератора 1 . В сердечнике 1 индукция В, (t) за тот же отрицательный полупериод напряжения

0(с) уровня насыщения — В достигS нуть не сможет (фиг.3 б).

5 12

В соответствии с изменениями индукции В (t), В (t) в отрицательный полупериод напряжения U(t) ток намагничивания в,обмотке 4 возбуждения в пределах времени с,...,с меньше, чем в обмотке 3 возбуждения, а в пределах времени t» ...,t когда имеет место насыщение сердечника. 2, будет больше тока намагничивания в обмотке 3. При этом отличаются и падения напряжений Y (t) У. (с) на токоограничивающих резисторах 12 и

13 (фиг.3 в),. Отличается от нуля и текущее значение напряжения на измерительной диагонали моста У (t) как

1 в пределах времени t t так и

5 времени с& --jtá

3а период t . .., t переменного напряжения U(t) генератора 11 среднее напряжение Yg,(t) на измерительной диагонали моста равно нулю. Однако за счет управляемых компаратором 16 ключей 17 и 18 и запоминающих элементов 19 и 20 происходит выделение постоянной составляющей на выходе вычитающего блока 21. Для положительного полупериода напряжения U(t) генератора 11 в момент времени с, предшествующий моменту времени с насыщения сердечника 1, когда сигнал У (с) на входе компаратора

16 превысит порог +g его переключения, ключи 17 и 18 отключат измери тельную диагональ моста от входов запоминающих элементов 19 и 20, При этор напряжения У5(С) и Y (t) в пределах времени t, ..., с - т.е, пока 2 сигнал Y>(t) на входе компаратора 16 превышает порог о его переключения, останутся на выходе запоминающих элементов 19 и 20 без изменения. В результате неравенство Ye(t)-Y (t) 0 (фиг.3 е) сохранится в пределах всего положительного полупериода напряжения U(t) генератора 11, а на выходе сумматора появится сигнал Ут(с) пропорционапьньй разности Y (t)Б (t) °

Б отрицательный полупериод напряжения 0(с) генератора 11 в момент времени t,ïðåäøåñòâóêíöèé моменту

5 времени t насыщения сердечника 2, 5 когда сигнал Y (r) на входе компаратора 16 превысит порог — а его переключения, ключи 17 и 18 вновь отключат измерительную диагональ моста от входов запоминающих элементов 19 и 20, При этом напряжения Y (t) и

У (с) в пределах времени tg, с, t

75305 6

30 появлении на входе интегратора сигнала Y (t)tO на его выходе возникает сигнал Y (с) О, под воздействием коВ торого в обмотках 9 и 10 обратной связи появляется ток намагничивания

3S сердечников 1 и 2, встречно направленный току намагничивания обмоток

5 и 6 управления и полностью компенсирующий его первоначальное воздействие на характеристики намагничи40 вания сердечников 1 и 2. В результате изменения индукций В (t) В (t)

2 в сердечнике 1 и сердечнике 2 в различных попупериодах напряжения

U(t) генератора 11 вновь будут соот45 ветствовать условию, аналогичному отсутствию управляющего сигнала

X(t) на входных шинах 7 и 8 устройства (фиг. 2 б), что вызовет появление на входе интегратора 22 сигнала

У,(i)=0, В итоге выходной сигнал интегратора Yg (t) перестанет. изменяться, оставаясь на уровне Y® (с)фО соответствующем компенсации токами намагничивания обмоток 9 и 1О обрат,5 ных связей, токов намагничивания обмоток 5 и 6 управления устройства (фиг.З к). Тем самым обеспечивается пропорциональная взаимосвязь между

1О

20 т,е. пока сигнал Y (t) на выходе

3 компаратора 16 превысит порог -cx его переключения, останутся на выходе запоминающих элементов 19 и 20 без изменения, В результате неравенство Y< {t)-Y,,(t)>0 (фиг.3 е) сохранит свой знак по отношению к общей шине устройства и останется неизменным в пределах всего отрицательно ro полу периода напряжения U { с ) генератора 11. Останется неизменным и сигнал Y (t) на выходе блока 21, При изменении полярности входного сигнала X(t) на входных шинах 7 и 8 устройства характеристики намагничивания сердечников 1 и 2 и изменения индукций в них меняются местами, что в итоге приводит к изменению полярности на выходе вычитающего блока 21.

Для повышения точно сти измерения входного сигнала X(t) выходной сигнал Y (с) блока 21 поступает на вход интегратора 22, а затем с его выхода

24 через резистор 23 обратной связи на обмотки 9 и.10 обратной связи, последовательно и согласно включенные между собой и встречно включенные обмоткам 5 и 6 управления. При

75 305 8

7 12 входным X(t) и выходным Y (e) сигВ налами устройства.

Любое отклонение магнитных характеристик. сердечников 1 и 2 от идеальности, а также их идентичности между собой вызовет изменение токов их намагничивания в различные полупериоды напряжения U(t) генератора 11 и в наибольшей степени — в периоды времени, когда индукции в сердечнике

1 и 2 будут приближаться к насыщению сердечников. Однако за счет отключения выходных сигналов Y,(t), 7 (t) в указанные периоды времени ключами

17 и 18 от входов запоминающих элементов 19 и 20, неидентичность сигналов Y,,(t) и Т (t) не будет проявляться на выходе вычитающего блока 21 и в результате на выходе интегратора

22. Отклонения же в сигналах Yz,(t), Y (t) в зонах намагничивания сердеч2 ников 1 и 2 могут быть скомпенсированы с помощью токоограничивающих резисторов 12 и 13, а также значительно ослабляются эа счет отрицательной обратной связи по обмоткам

9 и 10. Наличие запоминающих элементов 19 и 20 позволяет, в свою очередь, сохранить информационный сигнал, пропорциональный входному сигналу X(t) устройства в моменты размюкания ключей 17 и 18, дополнительно обеспечивая тем саум как статическую, так и динамическую . точность измерения устройства и его стабильность.

Формула изобретения

Прецизионный трансформатор постоянного тока, содержащий первый и второй сердечники, на каждом из которых размещены обмотка управления, обмотка возбуждения и обмотка обратной связи„ обмотки управления соединены согласно-последовательнои подключены к входным шинам, обмотки обратной связи соединены согласно-последова5

30 тельно, подключены к общей шине и через элемент обратной связи соединены с выходной шиной, генератор переменного напряжения, интегратор, первый управляемый ключ, выход которого соединен с входом первого sanoминающего элемента, обмотки обратной связи включены встречно по отношению к обмоткам управления, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности, в него введены второй управляемый ключ, второй запоминающий элемент, двухпороговый компаратор, вычитающий блок, первый, второй, третий и четвертый резисторы, при этом первый выходной вывод генератора переменного напряжения подключен к началу обмотки возбуждения первого сердечника и концу обмотки возбуждения второго сердечника, конец обмотки возбуждения первого сердечника соединен через первый резистор с вторым выходным выводом генератора переменного напряжения, первым входом компаратора и с общей шиной, через второй резистор — с вторым входом компаратора, начало обмотки возбуждения второго сердечника через третий резистор соединено с первым входом компаратора и через четвертый резистор — с вторым входом компаратора, выход которого подключен к управляющим входам ключей, вход первого ключа соединен с концом обмотки возбуждения первого сердечника, а вход второго ключа — с началом обмотки возбуждения второго сердечника, выход второго ключа соединен с входом второго запоминающего элемента, выходы запоминающих элементов соединены соответственно с первым и вторым входами вычитающего блока, выход которого через интегратор подключен к выходной шине, третий вход вычитающего блока, вторые входы интегратора и вычитающих блоков соединены с общей шиной.

1275305 а

+в

-в, +а г

-И

Составитель А, Пучковский

Редактор А.Козориз Техред Е.Еадар- Корректор С.Шекмар

Эаказ 6554/34 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, ° к,/ ф(g)

4 5) +а г

-а