Способ бесконтактного измерения электрического тока
Изобретение может быть использовано , при построении устройств для измерения посто янного, переменного и импульсного токов, в частности датчиков тока в система быстродействующей релейной защиты электроэнергетических объектов низкого напряжения до 1000 В. Цель изоёретения - расширение функциональных возможностей бесконтактного определения электрическог о тока путем получения наряду с информацией об измеряемом токе дополнительной информации о производной и о знаке производной измеряемого тока. Способ предусматривает вьтолнение ряда математических операций по определению величины и знака производной. Устройство, реализующее способ, может быть использовано в качестве многофункционального измерителя и датчика тока, обеспечивающих синхронное измерение и контроль тока в аналоговой форме и первой производной этого тока в аналоговой и цифровой форме, в частности в сверхбыстродействующих системах релейной защиты от коротких замыканий, использующих вычислительн то управляющую , в частности микропроцессорную технику. 7 ил. ч. (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) 20852 А1
51) 4 Н 01 F 40/06, G 01 R 19/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ тения — расширение функциональных возможностей бесконтактного определения электрического тока путем получения наряду с информацией об измеряемом токе дополнительной информации о производной и о знаке производной измеряемого тока. Способ предусматривает выполнение ряда математических операций по определению величины и знака производной.
Устройство, реализующее способ, может быть использовано в качестве многофункционального измерителя и датчика тока, обеспечивающих синхронное измерение и контроль тока в аналоговой форме и первой производной этого тока в аналоговой и цифровой форме, в частности в сверхбыстродействующих системах релейной защиты от коротких замыканий, использующих вычислительную управляющую, в частности микропроцессорную технику. 7 ил. (21) 3852912/24-21 (22) 06.02.85 (46) 30.06.87. Бюл. Ф 24 (72) Е.В.Кириевский, Б.В.Образцов и А.С.Ханжиев (53) 621.317.7(088.8) (56) Патент США 1(- 3573616, кл. 324-117, 1971.
Авторское свидетельство СССР
11- 1030867, кл. Н 01 F 40/06, 1981 (54) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА (57) Изобретение может быть использовано, при построении устройств для измерения постоянного, переменного и импульсного токов, в частности датчиков тока в системах быстро действующей релейной защиты электроэнергетических объектов низкого напряжения до 1000 В. Цель изобреi!
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ЩЬА: . : ."м
1 13
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении устройств для измерения постоянного, переменного и импульсного электрических. токов, в частности датчиков тока в системах быстродействующей релейной защиты электроэнергетических объектов низкого (до 1000 В) напряжения.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа путем получения наряду с информацией об измеряемом токе дополнительной информации о производНоН и о знаке производной измеряемого тока.
На фиг. 1 приведены геометрические построения, поясняющие принцип формирования компенсационного и результирующего магнитных потоков на примере измеряемого тока I линейно нарастающей формы, т.е. для одного вполне определенного значения про 1 х изводной " измеряемого тока; на с11 фиг. 2 — структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 3-7 — диаграммы, поясняющие работу устройства.
Для пояснения предлагаемого способа измерения электрического тока допустим, что измеряемый ток I имеет линейно нарастающую форму (прямая. LMNPRS).Ïîñêîëüêó компенсационный способ измерения всегда обеспечивает нахождение рабочей точки на линейном участке кривой намагничивания, используемого для измерения магнитопровода, то создаваемый измеряемым током I магнитный поток изменяется по аналогичному зах кону. Согласно данному способу в про.цессе измерения формируют компенсирующий магнитный поток У,, направленный встречно потоку Р . Положим, что при любом законе изменения I (9g ) поток Р„ изменяется (нарастах ет или спадает) по линейному закону. Очевидно, что допущение справедливо, если максимально возможное значение компенсирующего магнитного потока Р„,„ удовлетворяет условию
>. 9>„ . На фиг. 1 видно, что с момента t компенсирующий поток начинает нарастать (прямая ALB), стремясь достигнуть по величине поток Р „ (прямая ЬЬПЧРКЯ). Когда это произойдет (точка L), результирую20852 2
5
40 щий магнитный поток Р станет равГ ным нулю, так как потоки Р и Р„ к направлены встречно, т.е. имеют противоположные знаки. Далее в соответствии с данным способом продолжают обеспечивать нарастание потока Р„ в течение постоянного строго определенного времени после наступления момента равенства нулю значения потока Р, т.е. после сиены полярности потока Ф, Действительно, до момента t (точка Ь) выполнялось условие Р > 9„ а после момента t выполняется условие g Ук . к
Далее принудительно изменяют направление изменения магнитного потока на противоположное, т.е. поток У„
r начинает спадать, по-прежнему стремясь достигнуть по величине поток
При этом результирующий поток Р, достигнув своего пика в точке В (о), начинает уменьшаться и в момент (точка M (m), когда опять наступит равенство потоков Р „ и 9 „, поток Р снова станет равным нулю.
Далее процесс будет повторяться: на интервале времени t+-t< полярность результирующего потока будет противоположной той, какая была на предыдущем интервале -t<, и спустя тот же постоянный интервал времени t„ опять изменяют направление потока Р„ на противоположное. 3атем процесс повторяется. При построении фиг. 1 учтено условие равенства постоянных времени нарастания („) и спадания (ь ) потока P,т.е. л с Кэ ь = ь„= ь, причем параметр „выбирается из условия
Ск ((ь
Графическая интерпретация процесса сводится к построению равнобедренных треугольников АВС, CDQ, EGZ следующим образом.
Зафиксируем момент tq равенства потоков Ф „ „ @„ (точка М). Отсчитаем с момента t. время tk и сделаем соответствующую засечку в точке С на отрезке ВИС (на фиг. 1 случайно совпало попадание точки С на ось времени t в момент t ).Далее процесс повторяется: поток Р„ начинает снова нарастать с той же постоянной времени, поэтому прямую CND проводим параллельно прямой ALÂ. момент t (точка N) опять совпадут по величине потоки Рк и У и опять к спустя время „ в момент (точка В ) 13208 (2) р, 2С к кт ф
Ь (4) t P„= Ф, (1 — е " ). производят очередное изменение направления потока Рк .(при схемной реализации — тока в компенсационной обмотке).
Спадание потока 9„, начиная с ..момента t,будет происходить с той же постоянной времени, поэтому проводим отрезок прямой Dg таким образом, чтобы он образовывал с отрезком DC на оси t вовкой равно- 10 бедренный (так как о „ = ь ) треугольник CD/. Далее откладываем с момента
ts пересечения отрезка D(} с прямой потока У (тока I ) — точка р " интервал времени с„ (момент t ) и дела- 15 ем засечку на отрезке IX} (точка Е).
Эта точка будет соответствовать очередному принудительному изменению направления пдтока Ф„ (точка I ).Да-. лее процесс повторяется, поэтому по- 20 строение отрезков EPG, GSK осуществляется аналогично.
Таким образом, на прямую магнитного цотока Ф оказывается наложенI 25 ной пилообразная кривая потока Р, .
Для того, чтобы получить результирующий магнитный поток Р, надо спроектировать кривую У„ на ось t, т.е. выделить пилообразную составляющую в потоке Рк . При этом получим (фиг. 1) пилообразную кривую результирующего магнитного потока У
alb-bmc-end-dpi, 1rg, gsk. На фиг. 1 видно, что в данном случае размах
BoJIoxHTBJIbHblx амплитуд пилообразного потока P меньше, чем размах отрицательных амплитуд этого потока.
Это обусловлено тем, что длительность одного элементарного шага процесса компенсации постоянна и равна
Но в случае, когда скорости нарастания потоков Ф и Р положительк ны (участок LB на фиг. 1), компенсация осуществляется в большей степени, чем в случае, когда скорость нарастания Ф поменяет знак (участок ВМС на фиг. 1), т.е. компенсирующий поток при выходе из отрицательной полуволны должен дополнитель-50 но скомпенсировать возникающее за счет увеличившейся разницы величин потоков 1Р и Р„ (причем Ф
) О) дополнительное отставание.
Аналогично длительность положительных полуволн (l-ш, п-р, r-s) оказывается в данном случае меньше длительности отрицательных полуволн (m-п, р-r). Если провести такие
52 4 же построения для слуая не нараста- ющего, а спадающего потока Ф к (точка I,), т.е. когда производная этого тока отрицательна, можно убедиться, что картина получается обратная, длительность положительных полувалн потока Ф„ оказывается большей, чем длительность отрицательных полуволн, а амплитуда положительных полуволн большей,чем амплитуда отрицательных полуволн.
Для определения соответствующих математических зависимостей запишем в виде уравнений в соответствии с геометрическими построениями на фиг. 1 закон изменения во времени t измеряемого тока I„, т.е. создаваемого им магнитного потока а также законы изменения во времени компенсирующего магнитного по ока на участке его нарастания (отрезок BMC на фиг ° 1) и на участке его спадания (отрезок
ВМС на фиг. 1) При выводе выражений (3) и (4) были приняты следующие допущения.
Рассмотрению подлежит только установившийся режим "пилы" Р„ (с мо" мента t ), т.е. начало координат выбрано в точке L. Постоянная времени „ нарастания потока Р„ на участке LB и постоянная времени С спадания этого потока на участке ВУС равны по величине между собой и обозначены . Магнитный поток нарастая, стремится достигнуть своего максимального значения к„, по экспоненте, т.е. по закону
Скорость нарастания потока Р„ значительно больше, чем скорость нарастания потока @ от:измеряе-: к мого тока, одновременно с этим
Р„ ъ Р причем расхождение меж< макс r
5 1320852 6 ду значением производной и абсолют- + ной величиной потока P„ на этом получим после преобразований выражеучастке пренебрежимо мало, следовательно, отрезок LB изображает ние
Р участок совпадения самой величины и ее производной. Ф, (!
Определим значение Ф„ в точке В к 4! (момент t ), подставив в (Э) или (4)
) д »
1+1 dt () 10 (5) Определим значение потока Р в
l! момент (р ) Ф н км (e ) йФ»
>!! 7 d(PD dt (6) Тогда, вычитая (6) из (5), полуДалее определим разность АР Рp — PP H3 (1 1) H (7) . После несложных преобразований получим, что . чим с1Ф »!! ) (7) dt ьФ=2с — - э (12) Для определения амплитуды тока отрицательной полувопны результиру- 35 ющего магнитного потока Р (ординаР та сй на нижнем графике фиг. 1) не. обходимо сначала определить величину потока (Р) в момент t, под!! 5 ставив в уравнение (4) значение .. = 40 I — 2 и „+ g t, где At — интервал времени между точками В и M, D и P, G и S и т.д. на фиг. 1. Приравняв выражения (2) и (4) для точки М (момент t„ + b t ) и произведя несложные преобразования, можно определить длительность положительной полуволны пилы" !t Отсюда с1Ф» „ dt ьФ, 2 (13) Перейдем от потока Р к соэдаюх щему его току I вводя коэффициент пропорциональности k, определяемый передаточной функцией датчика магнитного потока (датчика Холла, измерительной обмоткой и др.) I, = k Pg (14) тогда из (13) с учетом (14) получаем 2 t» 50 1 + Р„dt сП„kn@p dt 2 tK (15) Тогда, подставив в (4) выражение Выражение (15) свидетельствует о наличии прямой зависимости между производной измеряемого тока и разностью амплитуд отрицательной и положительной полуволн "пилы" результй2 tk+ At й!»„ /„ 1 + Ф. Для определения амплитуды пика положительной полуволны результирующего магнитного потока Ф (ордина-. та bt на нижнем графике фиг. 17 P необходимо найти значение магнитного потока Ф> в момент t, для чего подставим в выражение (2) условие 1- к Теперь можно найти @ = (!р ) — 5 -- (Ч „), решая совместно (9) и 10), 20 1320852 + 5t p(16) и Й з» @кт = k 1 — 4ft <, к 20 (21) 2 <, . dÓ x с Фк», 2 ск dP>„„г Ф, (17) 1 (18) d 9 Рк„: 35 (22) 1 40 йР» Р,„ dt o 50 55 рующего магнитного потока. Далее определим выражение для интервала вреИ мени t„ + g t между точками С и N Е и К на фиг. 1 аналогично тому, как мы получили. выражение 1 (8) для интервала времени t„ + g t представляющего собой длительность отрицательной полуволны "пилы". Опуская промежуточные вычисления, получим вычитая (8) из (16), имеем сРФд Разрешая (17) относительно dt путем решения квадратного уравнения, после преобразований получим С учетом (14) из (18) имеем Выражение (19) свидетельствует о возможности определения значения производной измеряемого тока путем измерения разности временных интервалов . Однако, анализируя (19) заметим, что gt входит в выражение (19) в квадрате, т.е. независимо от знака разности gt знак dIx производной " остается одним 1е и тем же. Другими словами, по формуле (19) определяется -,îëüêî модуль dIx производной . С другой стороны, с1t из (17) следует, что с изменением 1 знака (вЂ, изменяется энах с1t дt Это означает, что, определяя знак (sign) разности интервалов мы фактически определяем знак производной измеряемого тока. И,наконец, определим зависимость между измеряемым током и частотой f результирующего потока. Для этого в соответствии с фиг. 1 представим f. в виде f (20) 2 t„+ d t + 4t"! Подставляя в (20) выражения (16) и (18) и вводя коэффициент k, после несложных преобразований получим Выражение (21) не несет информации о знаке производной измеряемого тока, в этом случае можно по (17) определить знак разности интервалов g t, являющийся знаком производной измеряемого тока. Из (21) легко ondI„ ределить значение (f при " :=0) dt частоты "пилы в счучае измерения постоянного тока, т.е. соответствующее нулевой производной измеряемого тока. Для этого положим, что в с1Т» (21) " = О, тогда получим с1t Таким образом, измеряя частоту "пилы" результирующего магнитного потока и разность длительностей отрицательной и положительной полуволн этой "пилы, можно определить вели-, чину и знак производной измеряемого тока, причем максимальное значение частоты соответствует постоянному току и определяется только . параметром с . Из выражении (15),(19) и (21) видно, что с увеличением производной измеряемого тока частота результирующего магнитного потока уменьшается, а разность временных интервалов и разность амплитуд отрицательного и положительного полупериодов этого потока увеличиваются. Это доказывает возможность получения одновременно информации о производной измеряемого тока в раэлич13?0852 ных формах: в форме частоты, н форме временного интервала, н аналоговой форме. Анализ графических зависимостей на фиг. 1 показывает также, что исполЬзуя предложенный способ, можно и другим образом получить информацию о знаке производной измеряемого тока. Для этого необходимо проинтегрировать результирующий магнитный поток (см. нижнюю часть фиг. 1) например, с помощью интегрирующей электрической цепи и фиксировать относительно нулевого уровня (временной оси t) знак полученно л аналоговой величины, который и соответствует знаку производной измеряемого тока. Пример реализации предлагаемого способа иллюстрируется на фиг. 2, 20 где показаны прямая 1 и обратная 2 токоведущие шины с измеряемым током I (на примере сети постоянного тока). Одна из токоведущих шин (1) охвачена магнитопроводом 3 с нанесенной на него компенсационной обмоткой 4. В зазоре магнитопровода 3 установлен датчик 5 магнитного потока, например датчик Холла. К компенсационной обмотке 4 через измери- -3О тельный шунт 6 подключен выход коммутатора 7, коммутирующие входы которого подсоединены к шинам 1 и 2 сети с измеряемым током. Управляемый вход коммутатора 7 соединен 35 с выходом нуль-органа 8. Измерительный шунт 6 нагружен на фильтр 9,выход которого является аналогoBblM выходом канала измерения тока устройства. К выходу нуль-органа 8 через общий диод 10 подключены, кроме того, первые входы первого 11 и второго 12 элементов И а также входы счетного триггера 13 и инвертора 14. Выход последнего соединен с вторым 45 входом третьего элемента И 15, к первому входу которого подключен прямой ньгход счетного триггера 13, который соединен также с вторым входом первого элемента И l1 и управляющим входом управляемого ключа 16. К информационному входу управляемого ключа 16 подсоединен выход генератора 17 образцовой частоты, а выход управляемого ключа 16 подключен к 55 входу реверсивного счетчика 18. К шине суммирования (+), шине вычитания (-) и шине сброса (сб) подсоедииены выходы соответственно первого элемента И 11, третьего элемента И 15 и второго элемента И 12, причем второй вход последнего подключен к инверсному выходу счетного триггера 13. Вьгходные шины ренерсивного счетчика 18 предназначены для подключе-. ния устройства к микропроцессору для вычисления по формуле (19) значения производной измеряемого тока г 1-х (г1 ), no измеРенной Разности г1 а1 временных интервалов. К микропроцессору подключается также через преобразователь (частота — код) 19 выход нуль-органа 8 для вычисления микропроцессором по формуле (21) значения производной измеряемого тока по измеренной частоте результируюdIx щего магнитного потока () . К вы<1t ходу нуль-органа 8 подключен также интегрирующий усилитель 20, выходная шина которого является выходом Знак dI производной тока (sign ) устройdt ства для измерения тока. И, наконец, к выходу нуль-органа 8 подсоединен усилитель 21, к выходу которого через разнополярно включенные диоды 22 и 23 подсоединены входы пиковых детекторов 24 и 25, выходы которых подключены к входам сумматора 26. Выходная шина сумматора 26 является аналоговым выходом канала измерения dI производной тока (г, ) устройства. йt д Между шинами 1 и 2 включен накопи— тельный конденсатор 27 для сглаживания пульсаций и провалов напряжения сети. Устройство функционирует следующим образом. Напряжение сети будучи приложено к активно-индуктивной нагрузке (обмотке 4) через коммутатор 7, создает нарастающий по экспоненте ток в цепи компенсационной обмотки 4, а сле-, довательно, в магнитопроводе 3 создается магнитный поток Ф„, направленный встречно магнитному потоку Р от измеряемого тока I . Резуль"х У тирующий магнитный поток = Р„ Р1 создает на выходе датчика 5 магнитного потока напряжение И„ определенной полярности. В зависимости от полярности напряжения П„ нульорган 8 имеет на выходе соответст1320852 12 венно сигнал положительной или отрицательной полярности..В моменты, когда компенсирующий поток Ф,,нарастая по экспоненте, достигает и чуть превышает (за счет регулируемой инерционности коммутатора) снизу поток Р, .на выходе нуль-органа 8 изменяется на противоположную полярность сигнала, срабатывает коммутатор 7 и перекоммутирует выводы ком- 10 пенсационной обмотки 4 с напряжением сети (а точнее, с шинами 1, 2). После перекоммутации выводов обмотки 4 ток в ней (и, соответственно, поток в магнитопроводе 3) начинает по экс поненте спадать (нарастать) в противоположном направлении. Как только поток Рк, спадая, достигает по величине поток Ф, но уже сверху", осуществляется .обратная перекомму- 20 тация выводов обмотки 4, поток 9 в магнитопроводе 3 опять стремится сравняться с потоками Уэ„, и процесс повторяется. Как уже отмечалось, за счет регулируемого запаздывания срабатывания коммутатора 7 переключение выводов обмотки 4 происходит не точно в момент равенства потоков „ и Р, а с определенным запаздыванием, к т.е. уже при превышении потоком Ф„ потока(Р „ . Таким образом, в компенсационной обмотке 4 протекает ток I„, представляющий собой пилообразную кривую высокой (по сравнению с частотой измеряемого тока) частоты, 35 наложенную на кривую измеряемого тока, а на выходе датчика магнитного потока 5 присутствует напряжение, форма которого представляет собой проекцию упомянутой пилообразной кривой тока I и на ось t и имеет вид колеблющейся вокруг.оси пило-. образной периодической кривой. Это объясняется тем, что напряжение на выходе датчика 5 пропорционально 45 разности Ч = Р„ — Р . С помощью х фильтра 9 отфильтровывается высокочастотная составляющая ("пила") тока I и на выходе фильтра напряжек ние оказывается пропорциональным измеряемому току I„. На фиг. 3-6 для наглядности приведены графики зависимости I„(t) для трех различных наклонов кривой нарастающего тока; I — большой наклон (большая положительная производная измеряемого тока) — кривая 28 на фиг. 3; малый наклон (малая положительная производная измеряемого тока) — кривая 31 на фиг . 4; нулевой наклон (производная измеряемого тока равна нулю) — кривая 34 на фиг. 5; отрицательная производная измеряемого тока — кривая 37 на фиг. 6. Кроме этого, на фиг. 3— 6 приведены графики V„(t) соответственно 29, 32, 35, 38 и графики напряжений 0, на выходе нуль-органа 8 соответственно 30,33, 36, 39. Из сопротивления графиков на фиг. 3-6 видно, что — с уменьшением наклона (первой производной) зависимости I„(t) (кривые 28 и 3 1 на фиг. 3, 4) уменьшается разность длительностей положительной Т1 и отрицательной полуволн периода пилообразной кривой напряжения Б„ (кривая 29, 3? на фиг. 3, 4) и соответственно полуволн напряжения У (кривые 30, 33 на фиг. 3, 4), а при ну 14 левом наклоне (= О, зависимость dt 34 на фиг. 5) эта разность становится равной нулю, так как Т = Т (зависимость 36 на фиг. 5). Кроме того в зависимости от знака производной измеряемого тока меняется знак разности Т, — Т, что видно из сопоставления кривых 37, 38 и 39 на фиг. 6 и кривых 28, 29 и 30 на фиг. 3. Таким образом, по разности положительной Т, и отрицательной Т полуволн периода напряжения U èëè выходного напряжения нуль-органа 8 можно судить о величине и знаке производной измеряемого тока I .Выделение этой разности осуществляет вторая часть схемы устройства (элементы 11 — 20) на фиг. 2. Работа этой части устройства иллюстрируется диаграммами на фиг. 7. В момент t (см. фиг . 7),соответствующий началу формирования положительной полуволны Т, передним фрон-,. том сигнала на выходе диода 10 (фиг. 2) переключается триггер 13, прямым выходом которого подготавливается к работе элемент И 15 и открывается ключ 16, а на выходе элемента И 11 вырабатывается сигнал, разрешающий суммирование реверсивным счетчиком 18 имульсов, формируемых генератором 17 образцовой частоты и прошедших через ключ 16. Реверсивным счетчиком 18 подсчитывается количество импульФ сов, равное N и прошедшее через 1320852 10 ключ 16 в интервале от t до г .В момент гг, соответствующий окончанию формирования положительной полуволны Т, и началу формирования отрицательной полуволны Т, на выходе элемента И 11 исчезает сигнал, разрешающий суммирование счетных импульсо.в, а на выходе элемента И 15 вырабатывается сигнал, разрешающий вычитание импульсов, проходящих че;рез ключ 16. Реверсивный счетчик 18 вычитает импульсы М, прошедшие через ключ 16 в период от t. до В момент г, соответствующий окончанию <рормйрования отрицательной полуволны Т, очередным передним фронтом сигнала на выходе диода 10 переключается триггер 13, который закрывает ключ 16 в период от г., до В момент времени, соответствующий окончанию формирования отрицательной полуволны Т, очередным фронтом сигнала на выходе диода 10 переключается триггер 13, который закрывает ключ 16, после чего фиксация импульсов реверсивным счетчиком 18 прекращается„ Количество импульсов N + — N — - N ocT IIIDeecII a реверсивном счетчике 18 в этот момент времени, пропорционально разности длительностей положительной Т и отрицательной Т полуволн. В течение времени At информацию о оставшимся а) количестве импульсов можно считыватb в виде параллельного кода с прямым или инверсных выходов реверсивного счетчика 18. Временная диаграмма, поясняющая алгоритм работы реверсивного счетчика 18 в соответствии с сигналом нуль-органа 8 изображена на позиции фиг. 7. В момент t эл"..— 4 мент И 13 вырабатывает сигнал установки счетчика в нулевое состояние. В течение времени b,t „а „ осущес твляется подготовка работы устройства к очередному циклу измерения ра=-ности длительностей полуволн напряжения L ),. Начиная с момента г, соответствующего началу формирования очередной положительной полуволны, цикл определения разности длительнсстей положительной и отрицательной полволн и ее считывания аналогичнь!).; образом повторяется. Таким образом, в течение периопа Т аг, = Т„+ Тг о! у)цест)зляется !)ь)де ление разности г!))ител) ))остей положительной и отри)га тел! ))ой полуволн, 15 Z5 55 а в течение времени Т,„„, = Т, + Т следующего периода — считывание циф1 рового результата длительностей полуволн и подготовка устройства к очередному циклу работы. Поскольку между считанным цифровым кодом, соответствующим значению Г, и производной измеряемого тока имеется вполне определенная функциональная связь, определяемая выражением (19) то перевод цикла в величину dIN легко осуществить с помощью ! 1с микропроцессора, запрограммированного на вычисление по формуле (19). Аналогично можно использовать микроdI, процессор для определения по де формуле (21) перевода величины измеренной частоты f напряжения на выходе нуль-органа 8 в строго соответdI ствующее ей значение " . Для ввоdt да f. в микропроцес< ор в устройстве на фиг. 2 используется преобразователь "частота — код" 19, подключенный к выходу нуль органа 8. Знак производной измеряемого тока с помощью данного устройства можно определить несколькими путями. Во-первых, усиливая и интегрируя напряжение У„ с помощью интегрирующего усилителя 20 по знаку полученного напряжения г1Тх можно судить о знаке ". Справедс1t ливость этого очевидна при сравнении зависимостей 31, 32 на фиг. 4 с зависимостями 37, 38 на фиг. 6.Видно, что при положительной проиэвод— ной измеряемого тока (нарастающий характер прямой тока 31 на фиг. 3) амплитуда отрицател.,ной полволны напряжения U„ 32) больше амплитуды положительной полуволны этого напряжения. А при отрицательной производной измеряемого тока (спадающий характер прямой тока 37 на фиг. 6) амплитуда. отрицательной полуволны напряжения П (кривая 38) меньше амплитуды положительной полуволны этого напряжения. При нулевом значении производной измеряемого тока (I„= const), как видно на фиг. 5 (зависимости 34, 35,), имеет место равенство амплитуд положительной и отрицательной полуволн напряжения 0н Знак производной измеряемого тока может быть определен в они<.ываемом 16 ляющая имеет место только в течение первого периода пилообразного тока (пока ток I„ первый раз не дос-, тигнет уровня тока Е„), можно рассматривать ее как источник некоторой погрешности, величина которой . незначительна вследствие использования в процессе измерения большого числа периодов пилообразного тока. В принципе возможно устранение указанной методической погрешности принятием специальных мер, например введением синхронизации отсчета пилообразного напряжения Б„ после первой смены его полярности. Описанное устройство, реализующее предложенный способ, может быть использовано в качестве многофункционального измерителя и датчика тока, обеспечивающих синхронное измерение и контроль тока в аналоговой форме и первой производной этого тока в аналоговой и цифровой форме, в частности в сверхбыстродействующих системах .релейной защиты от коротких замыканий, использующих вычислительную управляющую, в частности микропроцессорную технику. изобретения Формула Способ бесконтактного измерения электрического тока, заключающийся в том, что создают результирующий магнитный поток, образованный посредством взаимодействия основного магнитного потока от измеряемого тока и компенсирующего линейно-изменяющегося магнитного потока от тока компенсации, изменяют направление компенсирующего магнитного потока относительно магнитного потока от измеряемого тока через постоянный интервал времени t после каждого изменения полярности реэультирующего магнитного потока, разделяют ток компенсации на высокочастотную и низкочастотную составляющие и измеряют низкочастотную составляющую по которой судят. о пропорциональной ей величине измеряемого тока, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет получения дополнительной информации о производной измеряемого тока, измеряют или разность амплитуд — Ь Р отрицательной и положительной полуволн каждого периода результирующего магнитного по! 5 1320852 устройстве и по знаку разности интервалов отрицательной и положительной полуволн периода кривой U предусмотрев в реверсивном счетчике 18 один знаковый разряд. Наличие соответствия знака производной измеряемого тока и знака разности интервалов разнополярных полуволн периода хорошо иллюстрируется зависимостями 31, 33 на фиг. 4 и 37, 39 на фиг. 6. 1О При положительном знаке производной (прямая. 31 на фиг. 4) Т > Т,, а при отрицательном знаке производной (прямая 37 на фиг. 6) Т, > Т .Кроме того, в устройстве предусмотрена 15 еще одна возможность определения знака производной измеряемого тока,как знака разности амплитуд разнополярных полуволн периода кривой Uö одновременно с получением информации 2п о производной измеряемого тока в аналоговой форме. Для этото служит цепь, состоящая из усилителя 21 сигнала датчика 5 результирующего магнитного потока Р, подключенных к 25 выходу усилителя 21 через разнополярно включенные диоды 22, 23 двух пиковых детекторов 24, 25, нагруженных на сумматор 26. Сигнал с датчика 5 усиливается усилителем 21 и 30 . разделяется с помощью диодов 22 и 23 на положительную и отрицательную составляющие. При этом положительные полуволны пилообразного напряжения U поступают на пиковый детектор 24, а отрицательные полуволны этого же напряжения — пиковый детектор 25. На выходе 27 сумматора 26 появляется разность разнопаляпных напряжений (положительной и отрица- 4О тельной полуволны "пилы" U„), пропорциональная производной измеряемого тока, причем знак этой разности соответствует знаку производной измеряемого тока. В устройстве соглас- 45 но фиг. 2 введены все каналы измерения параметров тока, реализующие предлагаемый способ. В реальных устройствах могут использоваться те . или иные измерительные каналы в зависимости от необходимости.На фиг. 4 видно, что при измерении постоянного тока (I„ = const) имеет место апериодическая составляющая на начальном (нестационарном) участке измерения. Этот участок не используется в процессе измерения, так как он не несет, полезной информации. Учитывая, что апериодическая состав17 1320852 тока, по которой судят о величине и знаке производной () измеряdI!! dt емого тока I из выражения 5 (dI!! ) dt a 2 2 (аС t„ -1 20! л 1 или разность длительностей временных интервалов отрицательной и положиf0 тельной полуволн каждого периода результирующего магнитного потока дt по которой судят о величине и знаке.производной () измеряемого тоdIx 15 61 ка I из выражения или частоту f результирующего магнитного потока, по которой судят о dI величине производной (") иэмеряйс емого тока I „из выражения а о знаке производной () eydIx йе дят или по знаку предварительно проинтегрированного результирующего магнитного потока относительно его нулевого уровня, или по знаку dt, или по знаку разности d Ð, где k — коэффициент передачи между изме" ряемым током и создаваемым им магнитным потоком; Р„„ — максимально \ возможное значениекомпенсирующего магнитного потока," о -постоянная времени цепи тока компенсации. 1320852 Ii ФУ8 5 1320852 Составитель В.Скоморохов Те. ;ред В. Кадар Корректор В.Бутяга Редактор M.Êåëåìeø 2664/54 Тираж 698 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Заказ Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород. ул. Проектная, 4
