Датчик тока

 

Изобретение касается измерений токов. Сущность изобретения: устройство содержит четыре трансформатора (1, 4, 12, 13), пять дифференциальных усилителей (2, 6, 9, 15,18), одиннадцать резисторов(3,5,7, 8,10, 11, 14, 17, 16, 19,20). бил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 R 19 /00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ

Isa (21) 4833107/21 (22) 24.04.90 (46) 15.05.92.Бюл,N 18 (71) Московский энергетический институт (72) А.П.Габов и С.Н,Рыжов (53) 621.317.31(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР N.

1160325, кл. G 01 R 19/20, 1985.

Авторское свидетельство СССР М

1265628, кл. G 01 R 19/00, 1986.

„„Я2„„1734028 А1 (54) ДАТЧ И К ТОКА (57) Изобретение касается измерений токов.

Сущность изобретения: устройство содержит четыре трансформатора (1, 4, 12, 13), пять дифференциальных усилителей (2, 6, 9, 15, 18), одиннадцать резисторов(3, 5,7, 8, 10, 11, 14, 17, 16, 19, 20). 6 ил.

1734028

10

30

40

55

Изобретение относится к злектроизмерениям и может быть использовано для преобразования сигналов, пропорциональных постоянному и переменному току, с гальванической развязкой.

Цель изобретения — повышение точности преобразования и расширениедиапазона измерений, На фиг.1 изображена электрическая схема датчика тока; на фиг.2 — первый вариант соединения первичных обмоток трансформаторов; на фиг.3 — второй вариант соединения первичных обмоток трансформаторов; на фиг.4 — третий вариант соединения первичных обмоток трансформаторов; на фиг.5 временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг,6 — изображены; частный симметричный цикл перемагничивания сердечников(кривая А), предельная петля намагничивания сердечников (кривая Б), частные несимметричные циклы перемагничивания сердечников (кривые В,Г), Устройство содержит трансформатор 1, начало вторичной обмотки которого соединено с выходом дифференциального усилителя 2 и одним выводом резистора 3, а конец — с началом вторичной обмотки трансформатора 4 и одновременно — с инвертирующим входом дифференциального усилителя

2 и с одним выводом резистора 5. Второй вывод резистора 3 соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 2, неинвертирующим входом дифференциального усилителя 6, одним выводом резистора 7, одним выводом резистора 8. Вторые выводы резисторов 8 и 5 соединены с общей шиной. Конец вторичной обмотки трансформатора 4 соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 9 и одним выводом резистора

10. Второй вывод резистора 10 соединен с выходом дифференциального усилителя 9, Одновременно выход дифференциального усилителя 9 соединен с одним выводом резистора 11. Неинвертирующий вход дифференциального усилителя 9 соединен с общей шиной, Конец вторичной обмотки трансформатора 12 соединен с вторым выводом резистора 7 и выходом дифференциального усилителя 6. Начало вторичной обмотки трансформатора 12 соединено с инвертирующим входом дифференциального усилителя 6, концом вторичной обмотки трансформатора 13 и одним выводом резистора 14. Второй вывод резистора 14 соединен с общей шиной. Начало вторичной обмотки трансформатора 13 соединено с инвертирующим входом дифференциального усилителя 15 и одним выводом резистора

16. Второй вывод резистора 16 соединен с выходом дифференциального усилителя 15 и одним выводом резистора 17. Неинвертирующий вход дифференциального усилителя 15 соединен с общей шиной. Второй вывод резистора 11 соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 18 и одним выводом резистора 19. Второй вывод резистора

19 соединен с выходом дифференциального усилителя 18. Второй вывод резистора 17 соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 18 и одним выводом резистора 20, Второй вывод резистора 20 соединен с общей шиной. Выход дифференциального усилителя 18 является выходом датчика, Первичные обмотки трансформатора 1, 4, 12, 13 могут соединяться различными вариантами, Первый вариант соединения первичных обмоток трансформаторов показан на фиг.2. Конец первичной обмотки 21 трансформатора 1 соединен с началом первичной обмотки 22 трансформатора 4, конец первичной обмотки 23 трансформатора 4 — с началом первичной обмотки 24 трансформатора 12, конец первичной обмотки 25 трансформатора 12 — с началом первичной обмотки 26 трансформатора 13. Для измерения тока используются точки 27, 28.

Второй вариант соединения первичных обмоток трансформаторов показан на фиг.3. Первичные выводы резисторов 29, 30, 31, 32 обьединены, Второй вывод резистора

29 соединен с началом первичной обмотки

27 трансформатора 1, второй вывод резистора 30 — с началом первичной обмотки 22 трансформатора 4, второй вывод резистора

31 — с началом первичной обмотки 24 трансформатора 12, второй выход резистора 32— с началом первичной обмотки 26 трансформатора 13. Концы первичных обмоток 21, 23, 25, 28 соответствующих трансформаторов 1, 4, 12, 13 обьединены между собой, Для.измерения тока используются общие точки резисторов и общая точка концов первичных обмоток, Третий вариант соединения первичных обмоток трансформаторов показан на фиг,4, Начало первичной обмотки 27 трансформатора 1 соединено с одним выводом резистора 33, Конец первичной обмотки 21 трансформатора 1 соединен с началом первичной обмотки 22 трансформатора 4, Конец первичной обмотки 23 трансформатора

4 соединен с концом первичной обмотки 28 трансформатора 13, Начало первичной обмотки 26 трансформатора 13 соединено с концом первичной обмотки 25 трансформатора 12, Начало первичной обмотки 24 трансформатора 12 соединено с одним вы1734028 водом резистора 34. Вторые выводы резисторов 33, 34 соединены вместе. Для измерения тока используются общие точки двух резисторов и двух концов первичных обмоток трансформаторов.

Датчик тока работает следующим образом, При отсутствии измеряемого тока в первичных обмотках трансформаторов 1, 4, 12, 13 напряжение на выходе датчика отсутствует. Генераторы, образованные дифференциальными усилителями 2,6 вторичным обмотками трансформаторов 1,12 и резисторами 3,7.8,5,14 создают синхронизированные одинаковые колебания прямоугольной формы Огенер (фиг.1,5) за счет соединения их неинвертирующих входов с резистором 8, Резисторы попарно 3,7 и 5,14 имеют одинаковые номиналы, а также имеют одинаковые параметры вторичные обмотки трансформаторов 1,12. На резисторах 5,14 создаются одинаковые колебания UQ5, UR14 (фиг.5). Сердечники трансформаторов 1,12 перемагничиваются по частному симметричному циклу (фиг.б, кривая 35), находящемуся внутри предельной петли намагничивания (кривая 36). Первая часть токов от генераторов замыкается на общую шину через резисторы 5, 14. Вторая часть токов генераторов протекает через вторичные обмотки трансформаторов 4,13, сердечники которых не насыщены. В результате на выходах усилителей 9 и 15 присутствуют синфазные колебания, представленные на диаграммах фиг.5 (08ых.1 UBIIX2) на отрезке времени ti..ë2, т.е. до появления входного тока. Эти колебания несущей частоты имеют одинаковую амплитуду, если резисторы

10 и 16 одного номинала, а вторичные обмотки трансформаторов 4 и 13 имеют одинаковые параметры. Выходные сигналы усилителей 9 и 15 поступают на входы вычитателя, образованного дифференциальным усилителем 18 и резисторами 11, 17, 19, 20.

Если номиналы резисторов 11,17 и 19, 20 выбраны попарно одинаковыми, то происходит вычитание сигналов с усилителей 9, 15 и подавление несущих колебаний на дифференциальном усилителе 18. На выходе датчика будет присутствовать сигнал с нулевым уровнем напряжения, соответствующим отсутствию входного измеряемого тока (ДиагРаммы 18ход 08ых в пРомежУтке вРЕмЕни Ñ1...12.

При появлении на входе датчика постоянного тока или переменного тока частотой существенно меньше частоты несущих колебаний сердечники трансформаторов 1,12 начинают перемагничиваться по частным

55 несимметричным циклам со смещением динамической петли гистерезиса (фиг.6, кривые В,Г). Один и тот же входной ток осуществляет положительное подмагничивание сердечников трансформаторов 1,4 и отрицательное подмагничивание сердечников трансформаторов 12, 13,так как первичные и вторичные обмотки трансформаторов

1,4 включены согласно,а первичные и вторичные обмотки трансформаторов 12,13— встречно. За счет несимметричности динамических петель гистереэиса и индуктивностей вторичных обмоток трансформаторов 4 и 13 возникают и поддерживаются в течение всего периода несущих колебаний равные постоянные составляющие во вторичных цепях трансформаторов 1,4 и 12,13, пропорциональные входному току. Указанные постоянные составляющие тока имеют противоположные знаки и накладываются на переменные колебания тока во вторичных цепях трансформаторов. Токи, протекающие через резисторы 5,14 на общую шину, не зависят от величины входного тока датчика,-так как составляющие токов трансформаторов 1,4,12,13 во вторичных цепях, наводимые входным током датчика, взаимно уничтожаются на резисторах 5,14. Поэтому частота колебаний генераторов остается стабильной и независимой от измеряемого тока. На выходе дифференциального усилителя 9 появляются колебания несущей частоты с отрицательным смещением, пропорциональным входному току (фиг.5 Uablx), промежуток времени 12...тз), а на выходе дифференциального усилителя 15 появляются колебания несущей частоты с положительным смещением, пропорциональным входному току (фиг.5, U8blx.2 промежуток времени t2 лз), На дифференциальном усилителе 18 происходит сложение постоянных составляющих, что увеличивает чувствительность датчика, и вычитание несущих колебаний. B результате на выходе датчика (фиг.5iUBblx) появится сигнал, пропорциональный входному току

iBxoq (промежуток времени t2..ëç), Датчик обеспечивает линейность зависимого между входным током и выходным сигналом.

Для увеличения максимального измеряемого входного тока могут применяться различные схемы включения первичных обмоток трансформаторов (фиг.3,4). На фиг.

2 схема обеспечивает измерение тока в границах 1 MMH 1 МВКс На фиг.3 схема обеспечивает измерение тока в границах 4I мин."4IMBKc в результате равного разделения токов по четырем ветвям с помощью прецизионных резисторов. На фиг,4 схема обеспечивает измерение тока в границах 2!мин."2IMBKc е ре1734028

40!

55 зультате равного измерения токов по двум ветвям, Формула изобретения

Датчик тока, содержащий канал преобразования сигнала, состоящий из двух трансформаторов, первичные обмотки которых соединены согласно между собой, первый и второй дифференциальные усилители, выход первого из которых соединен с первым выводом вторичной обмотки первого трансформатора и через первый резистор подключен к неинвертирующему входу первого дифференциального усилителя, второй вывод вторичной обмотки первого трансформатора соединен с первым выводом вторичной обмотки второго трансформатора, с инвертирующим входом первого дифференциального усилителя и первым выводом второго резистора, второй вывод вторичной обмотки второго трансформатора соединен с первым выводом третьего резистора и инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, второй вывод третьего резистора соединен с выходом второго дифференциального усилителя, неинвертирующий вход первого дифференциального усилителя соединен с одним выводом четвертого резистора, а вторые выводы четвертого и второго резисторов соединены с общей шиной, отличающийся т ем, что, с целью повышения точности преобразования и расширения диапазона измерений, в него введены второй канал преобразования сигнала.содержащий третий и четвертый трансформаторы, с коэффициентами трансформации, равными коэффициентам трансформации первого и второго трансформаторов, третий, четвертый и пятый дифференциальные усилители, семь резисторов, причем вторичные обмотки третьего и четвертого трансформаторов включены встречно по отношению к своим первичным обмоткам, пятый резистор одним выводом соединен с неинверти5 рующим ВХОДОМ третьего дифференциального усилителя, другим выводом — с выходом третьего дифференциального усилителя и одним из выводов вторичной обмотки третьего трансформато10 ра, второй вывод вторичной обмотки третьего трансформатора соединен с первым выводом вторичной обмотки четвертого трансформатора, инвертирующим входом третьего дифференциального усилителя и первым

15 выводом шестого резистора, второй вывод шестого резистора соединен с общей шиной, второй вывод вторичной обмотки четвертого трансформатора соединен с первым выводом седьмого резистора и инвертирующим вхо20 дом четвертого дифференциального усилителя, второй вывод седьмого резистора соединен с выходом четвертого дифференциального усилителя, неинвертирующие входы первого и четвертого дифференциальных уси25 лителей объединены, выход второго дифференциального усилителя соединен с инвертирующим входом пятого дифференциального усилителя через восьмой резистор, выход четвертого дифференциального

30 усилителя соединен с неинвертирующим входом пятогодифференциального усилителя через девятый резистор, десятый резистор включен между неинвертирующим входом пятого дифференциального усилите35 ля и общей шиной, одиннадцатый резистор включен между инвертирующим входом пятого дифференциального усилителя и его выходом, 1734028

1734028 вхад.

1734028

Составитель В.Степанкин

Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишенец

Редактор М.Товтин

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

Заказ 1667 Тираж Подписное

БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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