Способ бесконтактного измерения электрического тока
Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит обмотки 1, 2, магнитопровод 3, датчик 4.магнитного потока, усилитель 5, шунт 6, сумматор 7 сигналов . 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (sl)s G 01 и 19/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
8б/Х (21) 4770609/21 (22) 18.12.89 (46) 07.04.92. Бюл. №13 (71) Особое конструкторско-технологическое бюро "Старт" (72) В.В.Долгих, А.В.Есаулов, Е.В.Кириевский и В.В.Михайлов (53) 621.317.31 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 292238, кл. Н 01 F40/06,,1971.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1320852, кл, Н .01 F 40/06, G 01 R 19/00, 1985, „„5U „„1725138 А1 (54) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛ ЕКТРИЧ ЕСКОГО ТОКА (57) Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит обмотки
1, 2, магнитопровод 3, датчик 4.магнитного потока, усилитель 5, шунт 6, сумматор 7 сигналов. 3 ил.
1725138
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении устройств для измерения по- стоянного, переменного и импульсного токов, в частности датчиков тока в системах 5 быстродействующей релейной защиты электроэнергетических объектов низкого напряжения до 1000 B.
Цель изобретения — повышение быстродействия, расширение частотного диапазо- 10 на и повышение точности за счет уменьшения фазовой погрешности, а также уменьшение высокочастотных составляющих выходного сигнала.
Способ предусматривает преобразова- 15 ние измеряемого электрического тока в магнитный поток, создание компенсирующего магнитного потока и вычитание его из магнитного потока измеряемого тока, формирование сигнала, пропорционального 20 полученной разности, и сигнала, пропорционального величине компенсирующего магнитного потока, изменение либо амплитуды высокочастотной составляющей сигнала, пропорционального компенсирующему 25 магнитному потоку, либо амплитуды сигнала, пропорционального разности магнитных потоков, до достижения равенства упомянутых амплитуд. 3а выходной сигнал принимают сумму сигнала, пропорциональ- 30 ного разности магнитных потоков, и сигнала, пропорционального компенсирующему потоку, полученных после изменения амплитуды соответствующего сигнала.
На фиг.1 приведена структурная схема 35 устройства, реализующего предлагаемый способ измерения; на фиг.2 — поясняющие работу устройства диаграммы изменения во времени магнитодвижущих сил, создаваемых измеряемым током (1.W<), компенсиру- 40 ющим током (l Устройство, реализующее способ бесконтактного измерения электрического тока, содержит первичную (Рlц1 и вторичную (Wк)2 обмотки, нанесенные на магнитопро- 50 вод 3 с зазором, датчик 4 магнитного потока, усилитель 5 с выходным каскадом, работающим в ключевом режиме, шунт 6 и сумматор 7 сигналов. Датчик 4 магнитного потока, нап ример датчик Холла, установлен в зазоре магнитопровода 3 и подключен к входу усилителя 5 с выходным каскадом, работающим в ключевом режиме и нагруженным на вторичную (компенсационную) обмотку И/к2. Последовательно с ней включен шунт 6. Входы блока 7 суммирования сигналов, выполненного, например, на базе операционного усилителя, подключены к шунту 6 и к одному из выводов датчика 4 магнитного потока, причем выход сумматора 7 сигналов подключен к выходу устройства. Усилитель 5 содержит(фиг.3) дифференциальный усилительный элемент 8, пороговый элемент 9 и аналоговые ключи 10 и 11, Инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилительного элемента 8 подключены соответственно к первому и второму входам усилителя 5. К выходу дифференциального усилительного элемента 8 подключен вход порогового элемента 9, к прямому и инверсному выходам которого присоединены соответственно входы управления первого 10 и второго 11 аналоговых ключей. Первые выходы аналоговых ключей 10 и 11 подключены соответственно к шинам 12 и 13 положительного и отрицательного напряжений, вторые выводы — к выходу усилителя 5. Устройство работает следующим образом. Измеряемый ток I<- протекающий по первичной обмотке W<, создает в магнитопроводе 3 магнитный поток Ф (I), который вызывает появление сигнала на выходедатчика 4 магнитного потока, Этот сигнал после усиления в усилителе 5 создает во вторичной (компенсационной) обмотке И42 и ток (к такого направления, что создаваемый им в магнитопроводе 3 магнитный поток Ф (I„) оказывается направленным встречно магнитному потоку Ф (1). Благодаря этому датчик 4 магнитного потока непрерывно измеряет результирующий магнитный поток Фд . Ф (!)- Ф ((к). Выходной каскад (аналоговые ключи 10 и 11) усилителя 5 работает в режиме переключения и создает на компенсационной обмотке 2 напряжение прямоугольной формы. Из-за влияния индуктивности обмотки 2 ток в ней, а следовательно, и магнитный поток Ф (I„) изменяются плавно около значения магнитного потока первичной обмотки 1 и имеют практически пилообразную форму. Результирующий магнитный поток Ф определяется разностью намагничивающих сил первичной 1 и вторичной 2 обмоток. Из-за влияния немагнитного зазора, в котором расположен датчик 4 магнитного потока, указанная зависимость практически линейна в широком диапазоне изменения значений магнитного потока 1725138 50 Фд " (11W„- I„W„), (1) где,иэкв — эквивалентная магнитная проницаемость магнитной системы: сердечник 3 с зазором; lap — длина средней магнитной силовой линии магнитопровода. Сигнал Ех, снимаемый с датчика 4 магнитного потока, равен Ex = Kx. ФД, (2) где Kx — коэффициент пропорциональности — постоянная Холла, В/Т. При протекании тока через резистор 6 на нем создается падение напряжения UR, равное 0а = Ix.R. (3) где R — сопротивление резистора 6. Подставляя (1) и (3) в (2), получают Выходное напряжение устройства Ueûx, формируемое сумматором 7, равно 0вых = UR+ K-,Ex, где К вЂ” коэффициент масштабирования сигнала датчика 4 магнитного потока, После подстановки выражения (4), получают 4 Рзкв UR Вых — UR + (I 1W1 - — .Wx). ср R ° к ° При выборе К— Кх Рэкв 4 получают после упрощения W1 0вых= !1 Й Wg В зависимости от того, какой из выходов (инвертирующий или неинвертирующий) усилителя 5 используется, сумматор 7 может быть выполнен соответственно по схеме вычитания или по схеме суммирования. Таким образом, выходное напряжение устройства, реализующего предлагаемый 5 способ, в любой момент времени пропорционально измеренному току и не содержит высокочастотных пульсаций. В результате этого снимаются ограничения, определяемые частотой коммутации напряжения на 10 компенсационной обмотке 2, и, как следствие, повышается быстродействие и точность измерения за-счет уменьшения фазовых погрешностей, а также расширяется частотный диапазон измеряемых токов, 15 Формула изобретения Способ бесконтактного измерения электрического тока, заключающийся в том, что преобразуют измеряемый электрический ток в магнитный поток, создают ком20 пенсирующий магнитный поток и вычитают его из магнитного потока измеряемого тока. формируют сигнал, пропорциональный полученной разности, и сигнал, пропорциональный компенсирующему магнитному 25 потоку, а также выходной сигнал, и ропорциональный силе измеряемого электрического тока, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, расширения частотного диапазона и повышения точно30 сти, изменяют либо амплитуду высокочастотной составляющей сигнала, пропорционального компенсирующему магнитному потоку, либо амплитуду сигнала, пропорционального .разности магнит35 ных потоков, до достижения равенства упомянутых амплитуд, а за выходной сигнал принимают сумму сигнала, пропорционального разности магнитных потоков, и сигнала, пропорционального, компенсирующему 40 магнитному потоку, полученных после изменения амплитуды соответствующего сигнала. 1725138 Составитель В.Долгих Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О.Ципле Редактор И.Шмакова Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 За каз. 1173 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
