Бесконтактный преобразователь тока

 

Изобретение относится к технике измерения электрических величин, в частности силы тока. Целью изобретения является повышение точности и упрощение конструкции преобразователя. Цель изобретения достигается тем, что в бесконтактном преобразователе тока магнитопровод состоит из двух частей, лежащих в одной плоскости и расположенных по обе стороны от проводника с измеряемым током Каждая из частей магнитопровода состоит из двух соосно расположенных стержней разной длины, между которыми в узком воздушном зазоре расположен датчик Холла. Оси обеих частей параллельны друг другу, а их концы лежат на двух прямых, перпендикулярных осям, центрально симметрично относительно оси симметрии, параллельной плоскостям датчиков Холла, ограничивающим область положений проводника с измеряемым током. Расстояние между частями магнитопровода равно (0,6-1) - , где L JL магнитопровода.2 ил полудлина части Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gI)z G 01 R 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4449191 /21 (22) 27.06.88 (46) 28.02.91, Бюл. ¹ 8 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) B,В,Брайко, М.Ф,Горбатюк, Н.П.Тарасенко и Г.И.Шувалов (53) 621.317.31(088.8) (56) Андреев Ю.А., Абрамзон Г,В. Преобразователи тока для измерений без разрыва цепи. Л.: Энергия, 1979, с.27, 28, рис, 1 — 14.

Кобус А., Тушинский Я. Датчик Холла и магниторезисторы, М.: Энергия, 1971, с. 240, рис, 16-1. (54) БЕСКОНТАКТНЫЙ ПPEO6PAЗOBAТЕЛЬ ТОКА (57) Изобретение относится к технике измерения электрических величин, в частности силы тока, Целью изобретения является повышение точности и упрощение конструкции преобразователя. Цель изобретения

Изобретение относится к измерению электрических величин, в частности к технике измерения силы тока, и может быть использовано в измерителях постоянных, переменных и импульсных токов без разрыва цепи их протекания.

Цель изобретения — повышение точности и упрощение конструкции преобразователя.

На фиг.1 представлено устройство бесконтактного преобразователя тока; на фиг.2— взаимное расположение токоп ровода и частей магнитопровода и используемые контуры обхода.

Бесконтактный преобразователь тока содержит магнитопровод, состоящий из двух частей, лежащих в одной плоскости, „„5Ц „„1631450 А1 достигается тем, что в бесконтактном преобразователе тока магнитопровод состоит из двух частей, лежащих в одной плоскости и расположенных по обе стороны от проводника с измеряемым током. Каждая из частей магнитопровода состоит из двух соосно расположенных стержней разной длины, между которыми в узком воздушном зазоре расположен датчик Холла. Оси обеих частей параллельны друг другу, а их концы лежат на двух прямых, перпендикулярных осям, центрально симметрично относительно оси симметрии, параллельной плоскостям датчиков Холла, ограничивающим область положений проводника с измеряемым током.

Расстояние между частями магнитопровода

L равно (0,6-1) —, где L — полудлина части

Л магнитопровода. 2 ил. одна из которых состоит из двух стержней разной длины 1 и 2, расположенных соосно. и датчика Холла 5, помещенного в узкий воздушный зазор между ними, другая также состоит из двух стержней разной длины 3 и

4, расположенных соосно, и датчика Холла . 6, помещенного в узкий воздушный зазор между ними. Выходным сигналом преобразователя является сумма напряжений Холла, снимаемых с датчиков Холла.

При анализе работы преобразователя используются упрощающие допущения, При размещении токопровода 7 в точке В (фиг.2) в силу симметрии взаимного расположения токопровода и частей магнитопровода индукция в зазорах, где расположены датчики Холла, будет одинаковой. При этом

1631450 на основании закона полного тока, с учетом малой протяженности воздушного зазора, в котором расположен датчик Холла 5, для контура 1 (С1Д1ЕД2С2ВС1) можно записать:

2 Нм1-+ X гср Не = $/2, {1) где L — полудлина части магнитопровода;

Нм — усредненная напряженность магнитного поля в магнитопроводе;

Н, — усредненная напряженность магнитного поля нэ дуге Д1ЕД2, I — величина тока в токопроводе;

rcр — величина расстояния от частей магнитопровода до оси симметрии.

В (1) учтено, что на отрезке контура CzC> вектор напряженности магнитного поля перпендикулярен этому отрезку, т.е. составляющая вектора вдоль С2С1 равна нулю.

Максимальную напряженность поля (Нд) на дуге Д1ЕД в точках Д1 и Д можно связать с усредненной напряженностью следующим соотношением:

Но = kyHe (2) где ky — коэффициент усреднения.

Кроме того, исходя из граничных условий в точке Д!, можем записать

Нд=,и Н.. (3) где,и — магнитная проницаемость материала магнитопровода.

С учетом (2) и (3) выражение (1) принимает вид

2 HM L+Ëгсрp Нм/ky = 1/2. (4)

Индукция в зазоре при его малой протяженности равна индукции s магнитопроводе, т.е. выходные сигналы датчиков Холла пропорциональны Нм, При смещении токопровода в точку В, 1 выполнив обход по контуру 2 (С1 Д ЕД2С2 BC)), получим

2 Н м (— I) + л гср Не = I/2, (5) где Нм и Не — усредненные напряженно1 I сти, аналогичные использованным в выражении (1), но при токопроводе в точке В;

I, 1 — смещение токопровода.

В (5) учтено, что составляющая вектора напряженности магнитного поля, параллельная отрезку С2 С1, пренебрежимо мала ! 1 в каждой точке этого отрезка. Дальнейшие преобразования выражения (5) выполним при допущении, что смещение токопровода практически не изменяет функции распределения Не и по дуге Д1ЕД2, поскольку она в основном определяется конструкцией магнитопровода, а не влиянием относительно удаленного токопровода. Иначе говоря, Нв и Не не отличаются, но значение коэф1 фициента усреднения не зависит от смещения токопровода, тогда выражение (5) примет вид

2 HM (1 — !) + Г гср,й Нм /ky = I/2. (6) Таким образом для контура 3 (C1 F1NFzCz В1 C1) при условии неизменно1 1 I 1 сти коэффициента усреднения по дуге

F1NF2 получим

5 2 Нм (L+!)+л rcp и Нм /ky = 11/2. (7)

Относительно изменения напряженностей магнитного поля в магнитопроводе (д1 и д2), обусловленные смещением токопровода в контурах 2 и 3, определяются

10 следующими выражениями, соответственно:

I I

Нм Нм Нм 1 (8)

Нм Нм

1I д, Н 1

HM (9) Н м

Н- 1

Нм

II (12) 40 где а= —L !ср

Оценим величину дробного слагаемого в знаменателе выражений (11) и (12). Величина коэффициента а отражает взаимосвязь

45 длины частей магнитопровода прототипа и заявляемого преобразователя (так, если эти длины одинаковы. то а = 1), целесообразно выбирать а =2-3.

50 Очевидно, что смещение токопровода 1 не должно превышать L, т.е. соблюдается условие

I/гср <,еа . (13)

Порядок величины ky оценим, записав закон полного тока для контура Д1ЕД2Д

2 Нд rcp = Нд т rcp/ky.

Полагая, впервом приближении,,Нд = Нд, получим

ky --л /2.

20 Поскольку выходной сигнал преобразователя определяется суммой выходных сигналов датчиков Холла, то погрешность преобразователя от смещения токопровода определяется суммой указанных относительных изменений д, =.д +А .. (10)

Приравнивая левые части (1) и (5), а также (1) и (7), после несложных преобразований получим

1631450

2 дпмакс + 8 (18) Таким образом, при,и» 1 справедливо неравенство

t/Г<

« 1 (14) На основании (14) воспользуемся разложением выражений (11), (12) и в ряд и, ограничиваясь тремя членами ряда, получим

)»

Нм I/rcð /гс

Н а л+л,и/2ky а л+л,и/2ky

/, /„

II г

HM ад +лр/2ky à R+л,и/2ky (16) Подставив (15) и (16) соответственно в (8) и (9),согласно (10) получим 20 дп = (17) (а к+ лр/2ky)

Учитывая (13) и принимая во внимание справедливость неравенства а «,и/2МУ, имеющего место при и» 1, получим следующее выражение для оценки макси-мальной погрешности преобразователя от смещения токопровода: 30

Так, при а = 2,5; ky = 2; c = 500 получим дпмакс < 8 10

Формула изобретения

Бесконтактный преобразователь тока, содержащий расположенный по обе стороны от проводника с измеряемым током магнитопровод, состоящий из двух частей, лежащих в одной плоскости, и два датчика

Холла, расположенных в узких воздушных зазорах магнитопровода, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияя точности и уп рощения конструкции, каждая из частей магнитопровода состоит из двух соосно расположенных стержней разной длины, между которыми расположен датчик Холла, оси обеих частей параллельны одна другой, а их концы лежат на двух прямых, перпендикулярных осям, центрально-симметрично оси симметрии, параллельной плоскостям датчиков Холла, ограничивающим область положений проводника с измеряемым током, а расстояние между частями магнитопровоL да равно (0,6-1) —, где L — полудлина одной

Л из частей магнитопровода.

Составитель Ю,Перепелкин

Редактор М,Товтин Техред М,Моргентал Корректор Л.Пилипенко

Заказ 542 Тираж 414 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, 101