Датчик силового постоянного тока

 

Использование: измерение тока тяговых двигателей электрического транспорта, Сущность изобретения: выполнение датчика на трехстержневом ферромагнитном сердечнике в двумя окнами и воздушными зазорами в каждом сгер жне, размещение силового провода с измеряемым током и обмотки обратной связи в разных окнах сердечника , использование калибровочной ферромагнитной прокладки в воздушном зазоре бокового стержня, прилежащего к окну, в котором проходит силовой провод. Датчик тока содержит трехстержневой ферромагнитный сердечник 1, калибровочную прокладку 3 в воздушном зазоре бокового стержня сердечника, обмотку 4 обратной связи, размещенную на другом боковом стержне сердечника, в воздушном зазоре которого размещен элемент Холла 5. Выход элемента Холла 5 через операционный усилитель 6, источник тока 7 и калиброванный резистор 8 соединен с обмоткой 4 обратной связи. 1 з,п. ф-лы, 1 ил.

CCIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 R 19/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4883282/11 (22) 16.11,90 (46) 23.12,92. Бюл, ¹ 47 (71) Московский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) А,И.Хоменко, Г.Г,Рябцев, В,П.Касаткин и С.С,Бойцов (56) Литовченко В.В, и др. Датчик тока на основе полупроводникового преобразователя магнитного поля до подвижного состава. — Известия вузов. Серия:

Электротехника, 1989, N 9, с.80 — 82, Модуль фирмы LEM для измерения тока и. магнитного поля. — Проспект фирмы LEM (Ш вейцария). (54) ДАТЧИК СИЛОВОГО ПОСТОЯННОГО

ТОКА (57) Использование: измерение тока тяговых двигателей электрического транспорта.

Сущность изобретения: выполнение датчиИзобретение относится к электроизмерительному оборудованию, в частности к датчикам силового постоянного тока.

; Известно устройство для измерения силового постоянного тока, содержащее ферромагнитный сердечник с воздушным зазором, в котором размещен элемент Холла, операционные усилители, калиброванный резистор, стабилизирующие элементы, Устройство работает па принципу прямого преобразования измеряемой величины в выходной сигнал, Это является существенным недостатком устройства, так как при прямом преобразовании погрешности всех составных элементов устройства входят в общую погрешность устройства. в реэульта» Ы 1783449 Al

2 ка йа трехстержневом ферромагнитйом сердечнике в двумя окнами и воздушными зазорами в каждом" стержне, размещение силового провода с измеряемым током и

Обмотки обратной связи в разных окнах сердечника, использование калибровочной ферромагнитной прокладки в воздушном зазоре бокового стержня, прилежащего к окну; в котором проходит силовой провод.

Датчик тока содержит трехстержневой ферромагнитный сердечник 1, калибровочную прокладку 3 в воздушном зазоре бокового стержня сердечника, обмотку 4 обратной связи, размещенную йа другом боковом стержне сердечника, в воздушном зазоре которого размещен элемент Холла 5. Выход элемента Холла 5 через операциоййый усилитель 6, источник тока 7 и калиброванный резистор 8 соединен с обмоткой 4 обратной связи. 1 з,п, ф-лы, 1 ил.

4 те чего необходимо использовать высокоточйые и высокостабил ьные элементы и обеспечивать их защиту от влияния внешних факторов, Указанное обстоятельство Ф» приводит к повышению сложньСти и сто- Q имости устройства, в противном случае устройство имеет низкую точность.

Прототипом предлагаемого датчика тока является устройство, содержащее ферромагнитный сердечник с размещенным в его окне силовым проводом, по которому протекает измеряемый ток, элемент Холла в воздушном зазоре сердечника, выход которого соединен через операционный усилитель, источника тока, и калиброванный резистор с обмоткой обратной связи, размещенной

1783419 на ферромагнитном сердечнике, Устройство работает по принципу уравновешивающего (компенсационного) преобразования измеряемой величины в выходной сигнал, Это обеспечивает высокую точность устройства, так как его погрешность обусловлена

Выход операционного усилителя 6 соединен с входом источника 7 тока, который выполнен по схеме эмиттерного повторителя.

К вйходу источника 7 тока через калибровочный резйстор 8 подключена обмотка 4 обратной связи, Устройство содержит ферромагнитный трехстержневой сердечник 1 с двумя окнами и воздушными зазорами б1, б> и бз в где Кпр = Kex Koy Кит — коэффициент передачи цепи прямого преобразования, в которую входят элемент Холла 5, операционный усилитель 6, источник тока 7 (K»<, Koy, KNT коэффициенты передачи указанных элементов); ÎÑ

Кос Кос = — — коэффициент пере дос дачи цепи обратной связи, в которую входят обмотка 4 обратной связи с числом витков Wo< и сопротивление

Ro.o< воздушных зазоров сердечника

1 магнитному потоку cDoc обратной связи; стержнях.. Через окно сердечника, прилежащее к боковому стержню с воздушным зазором б3, пропущен силовой провод 2, ток в

50 котором требуется измерять, В воздушном зазоре б размещена калибровочная ферромагнитная прокладка 3. На другом боковом стержне сердечника 1 размещена обмотка 4 обратной связи. а в воздушном зазоре бз этого стержня размещен элемент Холла 5 (цепь питания элемента Холла на чертеже не показана). Выход элемента Холла подключен к входу операционного усилителя 6 (цепи питания усилителя на чертеже не показаны, т.к, они являются стандартными). только погрешностью цепи обратной связи, Устройство работает следующим обрав которую включают образцовые"элементы, зом. г Jf

Измеряемый ток 1« силового провода 2

Недостатками устроиства являются 10 создает:в боковом стержне c воздушным большие масса, габарйты Й Стоимость" йри . зазором б1 магнитный поток cD«1,.который изготовлени>и "его для измерения больших разйетвляется в среднем и другом боковом токов, высокий расход меди на обмотку об- стержнях сердечйика на составляющие Ф„2 ратной связи; невозможность изменеййя и cD«g . От потока Ф«з в элементе Холла 5 верхнего предела измерения, т.е. отсутст- "5 генерируется ЭДС, которая усиливается вие унификации, .. ..: . ойерационным усилйтелем 6. Выходное наЦелью изобретения" является снйжение пря>кение усилителя 6 -управляет источнимассогабаритных показателей и унифика- кОм 7 тока, который вырабатывает ток Io< ция,. ::: .....,...,. . ., обратной связи. Этот ток через резистор 8

Указансйая цель достигается тем, что в 20 поступает в обмОтку 4 обратной связи. Лод датчике силового постоянного тока, содер- действием тока 4с, протекающего по обмотжащем ферромэгйитный сердечник, снаб- ке 4, наводится магнитный поток Фо, обрат>кенный обмбткой обратной связи, элемент ной связи. Обмотка 4 включена таким

Холла, вйход которого подклячен "к входу образом, чтО магнитный поток Фос направусилителя, управляемый источник тока, 25 лен встречно магнитному потоку Ф «3, В вход которого соединен с усилителем, а вы- . результате этого поток Фо, начинает ком ход подключен к обмотке обратной связи пенсировать действие потока Ф «з на элечерез калибровочный резистор с выводами, мент Холла 5, и "выходная ЭДС элемента предназначенными для подключения изме- Холла 5 начинает уменьшаться;. что приворительного прибора, ферромагйитный сер- 0 дитксни>кению выходного напря>кенияуси д е ч н и к выполнен т р е х с те р ж н е в ы м с лител я 6, а затем и тока Ipg обратной связи воздушными зазорами в каждом стержне, на выходе источника 7. Такое уменьшение причем обмотка обратной связи нанесена " идет до тех пор, пока не наступит динамичена первый из боковых"стержней, в воздуш- ское равновесие между магнйтным потоком ном зазоре которого установлен элемент 5 Ф «з, который создается йзмеряемым током

Холла, а окно сердечника, прилегающее к 1«, и током 4с обратной связи на выходе второмубоковомустержню, предназначено источника 7; Это состояние, согласно теодля пропускания провода с измеряемым то- рии систем уравновешивающего (компенком, при этом в воздушном зазоре второго сационного) преобразования, бокового стержня размещена ферромагнит- 40 описывается следующей зависимостью: ная калибровочная прокладка.

На чертеже показана схема устройства, . Кпр ос cDx3 1 y K . К е (1) пр ос

1783449 редь линейно зависит от величины б1 этого зазора:

Вдт В,Ь Rdi R++Rj, . R +Rp R@ ". д +вй = d + Й

Ral

5 д1=., с;

Я д 1, R @, R дз — соп роти вл ение в озДУшных зазоРов д 1е д 2, д з - гДе,и, - магнитнаЯ пРойисЦаемость возДУ4wi в RA ., . ":" Ха; aа aа::::, S — сечение воздушного зазора.

Надденнав зависимость длв козффици.>- и .,:: . ента передачи Кдт датчика тока показывает, ЧтО, ИЗМЕНяя ВЕЛИЧИсНу б1 ВаадуШНОГО ЭазаW1 = 1 — число витков силового провода ра с помощью калибровочной ферромагнит2; . " .::,;;,.-;:;. ::::: :.. ной йсрокладки 3, можно изменять

Коэффициент передачи Клр цейи прямо- . 15 коэффициент передачи датчика тока. Следого преобразования выбйрают из услосвия вательно, имея набор калибровочных плаКлр Kpc > 1, Тогда формулу (1) можно упро- стйн, можно один и тот же датчик

cTMTb. . .." - использовать для измерения токов с различными их предельными значениями.

Ф>< . !х R д2 2О... ""т Выходным сигйалом датчика тока являКо, W Rд1+ д2 .. ется падение напряжения О„,хна резисторе

8. Сопротивление резистора 8 строго калибровано, и падение напряжения на нем от

Погрешность от такого допущения не пре- тока lpc будет с высокой степенью точности вышает 1%, что для практики вполне опусоответствовать измеряемому току 4, стим о, - зави Испольгзсованйе в устройстве рехс ержНа основании прсеобразоваенной зависимости определяется коэффициент перейевого сердечника с воздушными зазорами в каждом стержне снижает величину действующего на "элемент Холла 5 магнитного подачи датчика тока в целом

" тока от измеряемого тоска 4. Это позволяет сущгественйо снизйть число витков обмотки

4 обратной связи, а; следовательно, массогабаритные показателй датчика. Кроме того, Согласно найденному соотношению, возможность измерения предела измерекоэффициент передачи датчика тока нахо- 35 ния датчика обеспечивает его унификацию, ДИтСЯ В ЛИНЕйНОй ЗаВИСИМОСтИ OT COtlPOTHB- . "т.е. конструкция, расход материалов и техления воздушного зазора первого бокового нология изготовления единые для датчиков стержня сердечника 1. Которое в свою.оче- тока с различными пределами измерения. х 1 ос д1

КД = 1, И1 (1 + Р а ) 40

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я вым с воэдушгнымги заэорасми в каждом стер1. Датчик силового постоянного тока, жне, причем обмотка обратной связи нане- . содержащий ферромагнитный сердечник, сена на первый из боковых стержней, в снабженный обмоткой обратной связи, эле- воздушном зазоре кот6рого установлен элемент Холла, выход которого подключен к-: . мент Холла, а окно сердечника, прилегаювходууСилителя,управляемый источникто- щее к второму боковому стержню. ка, вход которого соединен с выходом уси- предназначено для пропусканйя провода с лителя, а выход подключен к обмотке измеряемымтоком. обратной связи через калибровочный рези-.: 2. Датчик по п.1, отличающийся стор с выводами, предназначенными для тем, что, с целью унификации путем изменеподключения измерительного прибора, отл и- " ния верхнего предела измерения, в воздушч а ю шийся тем, что, с целью улучшения . ном зазоре второго бокового, стержня массогабаритных показателей, ферромаг- сердечникаразмещенаферромагнитнаяканитный сердечник выполнен трехстержне- либровочная прокладка.

1783449

Составитель Л.Морозов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор З.Лончакова

Редактор

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

Заказ 698 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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