Универсальный бесконтактный измерительный преобразователь тока

 

Использование: бесконтактное 10 устройство содержит две Г-образные половины , 5 магнитопровода с . выступами, помещенные в корпус 1. Полуобмотки компенсации размещены поверх изолирующих контейнеров 8, 9. В верхней части преобразователя на контейнере 8 закреплены датчики Холла 13. Вывод датчиков Холла подключен к входу блока 18 усиления и компенсации, а компенсационные обмотки 10 - к его выходу. Изобретение позволяет измерять постоянные , переменные и импульсные токи., ил. (Л ь Од СО оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 R 19/00

71 5!) 3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПЮ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4833413/21 (22) 30.05.90 (46) 07.06.92. Бюл. М 21 (71) Особое конструкторско-техно" логическое бюро "Старт" (72) B.С.Перцев, А,Н.Хрипков и А.С.Лордий (53) 621.377.530(088..0) (56) Шваб А. Измерения на высоком ! напряжении.- И.: Энергоатомиздат, L1983е с. 170 171 (54) УНИОЕРСАЛЬНИЙ БЕСКОНТАКТНИЙ ИЗ"

ИЕРИТЕЛЬНЙЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОКА (57) Использование: бесконтактное..30„„ 1739307 А 1

2 устройство содержит две Г-образные половины 4, 5 магнитопровода с выступами, помещенные в корпус .1.

Долуобмотки компенсации размещены поверх изолирующих контейнеров

8, 9. В верхней части преобразователя на контейнере 8 закреплены датчики Холла 13. Вывод датчиков

Холла подключен к входу блока 18 уси. ления и компенсации, а компенсационные обмотки 10 - к его выходу. Изобретение позволяет измерять постоянные, переменные и импульсные токи., . 4 ил.

173

Изобретение относится к устройствам измерительной техники и может быть использовано для бесконтактного измерения электрического тока бе разрыва цепи.

Известен бесконтактный измерительный преобразователь тока, предназначенный для измерения постоянных, переменных до 100 кГц и импульсных токов. В зависимости от величины измеряемого тока и потенциала относительно земли преобразователи различны по габаритам и исполнению. Преобразователь тока содержит монолитный корпус, в котором размещена обмотка компенсации, нанесенная на магнито" провод с воздушным зазором, где установлен гальваномагнитный преобразователь (датчик Холла). В корпусе также размещен предварительный усилитель напряжения Холла, усилитель тока, В зависимости от. исполнения в корпусе в месте установки магнитопровода выполнено либо отверстие для прохода первичной шины или кабеля, либо вмонтирован отрезок шины. Преобразователь может крепиться неподвижно на плоскости или на самой первичной шине. На корпусе закреплены клеммы для подачи питающего напряжения и клеммы для съема информации от .преобразователя тока.

Недостатком указанных измеритель ных преобразователей тока является неразъемность конструкции, это не позволяет устанавливать их на действующие объекты беэ. демонтажа o6ppy- ., дования.

Наиболее близкими по технической, сущности к предлагаемому объекту яв- ляются токоиэмерительные клещи с по. лосой пропускания 0-50 мГц (фирма

Tektronix) . Токоиэмерительные клещи типа Р6042 содержат разъемный сердечник, верхняя часть которого, выполненная .в виде параллелепипеда, может перемещаться относительно нижней части, образуя замкнутую магнитную цепь после установки проводника с измеряемым током в окне клещей.

Нижняя часть состоит из двух Г"об" разных половин магнитопроводов, образующих воздушный зазор для установки датчика Холла. На одной из половин магнитопровода нанесена Вто» ричная обмотка трансформатора тока, которая выполняет также функцию ком« пенсационной обмотки. Кроме того, 9307

4 клещи содержат операционный усили" тель, устройство изменения диапазона измерений, предварительный усиS . литель.

Известные клещи (преобразователь тока) имеют следующие недостатки °

Положение проводника в окне клещей не контролируется,. что приводит к

1О дополнительной погрешности измерения, которая возникает при смещении проводника с язмеряемым током относительно центра преобразователя тока.

Наличие двух нерабочих воздушных зазоров, обусловленных требованием разъемности клещей и образующихся между их верхней и нижней частями, приводит к увеличению погрешности измерения тока, так как датчиком Холод ла контролируется только индукция в рабочем зазоре, тогда как известно, что измеряемый ток пропорционален (при ненасыщенном магнитопроводе) суммарной индукции во всех зазорах, а при наличии рядом расположенного токопровода (соседнего фидера) как . раз и происходит перераспределение индукции во всех зазорах, что обусловливает названную погрешность. На- несение вторичной обмотки трансфор" матора известного устройства только на один .стержень магнитопровода приводит к неравномерному распределению индукции магнитного поля этой обмотки вдоль всей длины магнитопровода, 3$ что приводит к увеличению погрешности измерения преобразователя тока в целом.

Цель изобретения - снижение погрешности измерений, удобство монта«6 жа и наладки. лля лостииеиия этой цели я уииеер-l сальном бесконтактнои измерительном преобразователе тока, содержащем разъемный магнйтопровод, компенсаци1

«э онную обмотку, датчики Холла, схемы 1 усиления и компенсации, корпус, магнитопровод выполнен в виде двух Г-об- разных частей с выступом на конце, помещенных в изолирующие контейнеры, поверх которых размещены полуобмот: ки компенсации. Корпус выполнен в;. виде двух электроизоляционных герме" тичных частей, в каждой из которых размещены части магнитопровода. Обе

И части корпуса имеют по два окна в местах стыковки магнитопровода,. на которых закреплена герметизирующие прокладки, причем в одной из. частей

S в окнах на контейнере при помощи накладок иэ магнитомягкого материала закреплены датчики Холла и я этой же части корпуса установлены блок усиления и компенсации и выходной разъем.

Корпус выполнен в виде двух электроизоляционных герметичных частей.

Каждая часть состоит из собственно корпуса и крышки. Корпуса в каждой части одинаковы, что позволяет сни-. зить номенклатуру выпускаемых дета- лей и при переходе к серийному производству изготавливать Одну пресс" форму для корпусов, -которые могут быть выполнены, например, из прессовочного материала АГ-4В.

Каждая Г-образная половина магнитойровода выполнена с выступом на конце, что позволяет при сочленении преобразователя тока ослабить влияние краевых эфФектов в рабочих зазо.рах, вызванных переходом магнитного потока из Одной половины преобра-зователя в другую и, следовательно, добиться более равномерного распре- деления магнитной индукции в месте расположения чувствительной зоны датчика Холла.

Выполнение магнитопровода составным позволяет использовать преобразователь для бесконтактного измерения электрического тока без разрыва цепи.

Установка каждой Г-образной. половины магнитопровода в изолирующий контейнер необходима для того, чтобы предохранить сердечник от действия механических нагрузок при креплении его в корпусе, демпфирояать от тряски, одиночных ударов, вибраций . (для этого в контейнере предусМотрены демпфирующие прокладки, которые не показаны) а для предотвращения от перемещенйй контейнер зафиксиро" ван вкладышами.

Герметизирующие прокладки предохраняют внутреннюю полость преобразователя от попадания пыли, влаги., которые приводят к ухудшению era,õàрактеристик и выходу из строя.

Датчики Холла закреплены на контейнере накладками иэ мдгнитомягко го сплава, например пермаллоя 79НИ, которые предохраняют датчики Холла от разрушения при эксплуатации, и, кроме того, накладки уменьшают ширину немагнитного Зазора. Таким образом, в предлагаемой конструкции

739307 6 суммарная ширина немагнитного зазора определяется только толщиной активной части датчика Холла и шириной немагнитных зазоров, образующихся в результате непараллельности и отклонения от плоскостности накладок, а также полюсов маг нитопровода .

Выполнение элементов крепления

1 датчиков ХОлла из магнитомягкого материала позволяет наряду с обеспечением разъемности преобразователя избежать введения в конструкцию немагнитных нерабочих зазоров и, следовательно, снизить погрешность измерения при наличии вблизи преобра° зователя соседних фидеров с протекающими по ним токами.

Закрепление датчиков, Холла на рр .одной из частей корпуса там,. где установлена печатная плата и выходной раэъем, позволяет максимально приблизить датчики Холла к печатной плате, где происходит съем информации от датчиков Холла и их гитание, а также избежать наличия соединительных проводов из одной части в другую в случае расположения датчиков Холла на другой части корпуса.

При сочленении обе части корпуса образуют окно прямоугольного сечения для установки на шину измеряемо- го тока. Преобразователь относительно шины закрепляется неподвижно, при этом не происходит смещение провод25 ника (шины) с измеряемым током при градуировке преобразователя и при установке на первичную аину на объекте измерения и дальнейшей эксплуата- ., ции. Перемещение преобразователя

4© вдоль шины также исключено, и его фиксация может быть осуществлена известными способами, например уплотнительными прокладками (не показаны).

Все это в конечном итоге позволяет

" свести до минимума методическую по-, грешность преобразователя.

Увеличение числа гальваномагнитных преобразователей (я нашем случае два датчика Холла) также ведет к

:O уменьшению погрешности измерения тока . преобразователем, а именно. к снижению погрешности от нелинейности ха рактеристики преобразователя.

На фиг.1 изображен измерительный преобразователь тока,, разрез; на фиг.2 - то же,. вид сверху, на фиг.3 узел Т на Фиг.); на фиг.4 - узел II на фиг,1.

Универсальный бесконтактный иэ" мерительный преобразователь тока выполнен в корпусе, состоящем из двух электроизоляционных герметичных частей. Каждая часть состоит из собственно.корпуса 2, закрытого крышкой 2 или 3 (фиг.1). В каждом корпусе 1 размещена Г-образная половина магнитопровода 4(5) с выступом

6(7) на конце (фиг.3 и 4), установленная в изолирующий контейнер 8(9), на котором расположена полуобмотка

10 компенсации. Контейнеры 8 и 9 зафиксированы одинаковыми вкладышами 11. Каждый корпус 1 имеет два . окна в местах стыковки по плоскостям

А (фиг.1), в которых закреплены герметизирующие прокладки 12. В верхней . части преобразователя на контейнере

8 закреплены датчики l3 Холла на. кладками l4 и 15 из магнитомягкого сплава, например иэ пермаллоя 79НИ.

Накладки 16 и 17 (фиг.3 и 4) также выполнены из этого сплава и предназначены для устранения от перемещений

Г-образных половин 5 магнитопровода.

Накладки 14, 16 и 15, 17 образуют плоскости Б для стыковки двух Г-образных половин магнитопроводов. На крышке 2 установлена печатная плата 18 со схемой усиления и компенсации и выходной разъем 19, который предназначен для подачи питания и вывода информации от преобразователя тока. Полуобмотки 10 образуют компенсационную обмотку. При сочленении оба корпуса 1 стягиваются винтами

20 (фиг,2) на шине 21 прямоугольного сечения (фиг .1 и 2). с измеряемым током, при этом оба корпуса образуют окно такого же сечения, в котором расположена эта шина.

Измерительный преобразователь тока работает следующим образом.

При протекании измеряемого тока

I< по шине 21 в рабочих зазорах магнитной системы, в которых расположены датчики 13 Холла, возникает магнитное поле. При этом на холловских выводах датчиков 13 Холла появляется ЭДС, пропорциональная среднему значению магнитной индукции в чув" ствительной зоне датчика Холла. Эти

ЭДС с датчиков 13 Холла усиливаются усилителем мощности, к выходу которого подключена компенсационная обмотка !0, при этом в данной обмотке создается ток I, значение которого

739307 8 определяется суммой магнитных индук- ций в рабочих зазорах магнитной системы, а направление тока I xaxcl. во, что созданная им составляющая

- магнитного поля в рабочем зазоре направлена встречно составляющей магнитного поля, обусловленной протекание.л измеряемого тока I по шине 21. Благодаря образованной таким образом отрицательной обратной связи по магнитному потоку и высокому петлевому коэффициенту передачи усилительного тракта равновесие в системе наступает при практически нулевом значении суммарной магнитной индукции в рабочих зазорах преобразователя тока, при этом магнитоI провод не насьпцается. и, следова29 тельно, между измеряемым током и током в обмотке компенсации устанавливается пропорциональная связь, которая следует из закона полного тока:

IФ = nI y где n — коэффициент передачи преобразователя тока.

В выходной разъем 19 поступает

ЗО сигнал, пропорциональный измеряемо" му току I1.

Иагнитопровод целесообразно вы" полнять из магнитомягких<материалов с узкой петлей гистерезиса и высо35 кой магнитной проницаемостью, напри-: мер из пермаллоя 79 НМ, для снижения аддитивной погрешности.

Предлагаемый .преобразователь тока удобен в монтаже и наладке. При установке на шину с измеряемым током не требуется демонтаж последней и, пре": образователь тока, состоящий из двух половин, стягивается четырьмя не» выпадающими винтами 20, при этом со4% храняется неизменность длины воздушных зазоров, т.е. при установке на объект преобразователь не требует дополнительной наладки и регулировки.

Предпочтительно испольэовать пред" лагаемый преобразователь тока в автономных энергосистемах, где ограничены расстояния между соседними винами и где предъявляются жесткие требования к массогабаритным показателям.

И

Предлагаемый преобразователь тока универсален, так как он об спечивает измерение постоянных, медленно. меняю щихся, переменных и импульсных токов беэ разрыва цепи. !

9 1

Формула изобретения

Универсальный бесконтактный измерительный преобразователь тока, содержащий разъемный магнитопровод, компенсационную обмотку, датчики

Холла, схемы усиления и компенсации, корпус, отличающийся тем, что, с целью снижения погреюности измерений, удобства монтажа и наладки, магнитопровод выполнен в виде двух Г-образных частей с выступом на конце, помещенных в изолирующиЬ контейнеры, поверх которых размещены полуобмотки компенсации, корпус выполнен в яиде двух злек739307 троизоляционных герметичных частей, в каждой иэ которых размещены части маг нитопровода, обе, части корпуса

5 имеют по два. окна в местах стыковки магнитопровода, на которых закреплены герметизирующие прокладки, причем в одной иэ частей в окнах на контейнере при помощи накладок из магнитомягкого материала закреплены датчики Холла и в этой же. части корпуса установлен блок усиления и компенсации и выходной разъем, вывод датчиков Холла подключен к входу блока усиления и компенсации, а компенсационные обмотки к его выходу.

1739307

Составитель В.Перцев

Техред А,Кравчук

Корректор Я, Пилипейко

Редактор И.Горная! е °

Заказ 2000 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ио изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

313035, Москва, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5 ЮВЮ ФВЮЮВЮ

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. У@город, ул. Гагарина, 103