Преобразователь тока с расширенным диапазоном частот

 

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано при контроле режимов электрических цепей переменного тока. Преобразователь тока с расширенным диапазоном частот содержит ферромагнитный сердечник, первичную обмотку и вторичную обмотку отрицательной обратной связи, усилитель, а ферромагнитный сердечник выполнен с зазором, в котором размещен датчик Холла, входные зажимы которого присоединены к источнику постоянного тока, один выходной зажим датчика Холла присоединен к входу усилителя, второй выходной зажим датчика Холла - к нулевой шине. Достигаемый технический результат - увеличение точности преобразования несинусоидальных токов при слабой зависимости коэффициента передачи от частоты. 1 ил.

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к измерениям переменных токов, и может быть использовано при контроле режимов электрических цепей переменного тока.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении точности измерения переменных несинусоидальных токов.

Известны устройства трансформаторы тока, которые преобразуют большие переменные токи (десятки и тысячи) в стандартные вторичные токи до 1 или 5А.

Однако точность преобразования таких устройств, во многих случаях недостаточна, особенно, когда трансформаторы перегружены. Кроме того, значение выходных токов не согласовываются с входными параметрами современных измерительных электронных устройств, в которых требуются аналоговые сигналы до 5-10 мА или до 10 мВ.

Наиболее близким устройством к заявляемому изобретению по совокупности признаков является трансформатор тока с обратной связью.

Это устройство принято за прототип.

В структуру этого устройства входит ферромагнитный сердечник, первичная обмотка W1, к которой подключается преобразуемый сигнал в виде тока, усилитель, две вторичные обмотки W2 и W3, причем обмотка W3 является обмоткой отрицательной обратной связи. Первый зажим вторичной обмотки W2 подключен ко входу усилителя, а второй зажим вторичной обмотки W2 - к нулевой шине. Выход усилителя подключен к первому зажиму вторичной обмотки отрицательной обратной связи W3, а второй зажим обмотки отрицательной обратной связи W3 является выходным. Измеряемый аналоговый сигнал пропорциональный преобразуемому току может быть в виде тока и напряжения.

К причинам, препятствующим достижению указанные ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за протoтип, относится то, что в известном устройстве ограничен диапазон измеряемых частот.

Вo-первых, при снижении частот точность преобразования снижается, а при частоте, равной нулю (постоянном токе), коэффициент преобразования равен нулю, что меняет форму кривой выходного сигнала по сравнению с преобразуемым.

Во-вторых, в известном устройстве довольно узкий диапазон частот устойчивой работы, что отмечается в указанном источнике. Технический результат-увеличение точности преобразования несинусоидальных токов, что достигается улучшением частотной характеристики устройства, т.e. достижением слабой зависимости коэффициента передачи от частоты (от постоянного тока до предельной частоты).

Указанный технический результат изобретения достигается тем, что в преобразователе тока с расширенным диапазоном частот содержится ферромагнитный сердечник, первичная обмотка, которая подключена последовательно в цепь измеряемого тока, усилитель, вторичная обмотка отрицательной обратной связи, причем выход усилителя подключен к первому зажиму вторичной обмотки отрицательной обратной связи, а второй зажим обмотки отрицательной обратной связи подключен к нагрузке.

Вторичная обмотка отрицательной обратной связи необходима для сведения результирующего магнитного потока в ферромагнитном сердечнике к минимуму и возможности применения датчика Холла. Отрицательная обратная связь осуществляется между обмотками преобразователя посредством магнитного потока.

Существенным отличием заявляемого устройства от прототипа является то, что в ферромагнитном сердечнике имеется зазор, куда помещается датчик Холла, входные зажимы которого соединены с источником постоянного тока, а один выходной зажим датчика Холла присоединен ко входу усилителя, второй же выходной зажим датчика Холла - к нулевой шине.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно - техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "НОВИЗНА".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования: - Дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений; - Замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены, - Исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности и пр.); - Увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов; - Выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала; - Создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связи между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новое значение этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены, исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ".

Признаки данного изобретения могут быть многократно использованы в измерительной технике с получением технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ".

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема устройства, которое содержит ферромагнитный сердечник 1, первичную обмотку 2, вторичную обмотку отрицательной обратной связи 3, датчик Холла 4 расположенный в зазоре сердечника, источник тока 5, усилитель 6, нагрузку 7.

Устройство работает следующим образом. Обмотка 2 с количеством витков W1 включается в цепь измеряемого тока. В ферромагнитном сердечнике 1 создается магнитный поток, которым пронизывается датчик Холла, возбуждает в нем ЭДС на выходных зажимах. Эта ЭДС подается на усилитель с коэффициентом усиления К. К выходу усилителя подключается вторичная обмотка отрицательной обратной связи 3. Ко второму зажиму вторичной обмотки отрицательной обратной связи подключается нагрузка 7. Ток обратной связи, он же является выходным информативным аналоговым сигналом. Информативным аналоговым сигналом могут служишь и напряжения с сопротивления нагрузки R2 или с выхода усилителя, так как напряжение на вторичной обмотке отрицательной обратной связи практически будет очень мало (только падение напряжения па активном сопротивлении и индуктивности рассеивания).

Мгновенное значение тока нагрузки устанавливается пропорциональным измеряемому току. Это следует из следующих выводов.

Из закона полного тока следует или
где l1 и l2-длина средней линии ферромагнитного сердечника и величина зазора сердечника соответственное;
μ, μ0 - абсолютная магнитная проницаемость сердечника и магнитная постоянная соответственно.

Учитывая что B = η·Ex, а также ток нагрузки

Получим

где E_x- ЭДС Холла;
R2 - сопротивление нагрузки.

При большом коэффициенте усиления К соотношение токов определяется уравнением:

Представленный вывод показывает, что коэффициент преобразования определяется по мгновенным значениям токов, а следовательно, не зависит от частоты. Система срабатывает так, что магнитный поток сердечника должен быть близок к нулю.

Литература:
См. Андреев Ю.А., Абрамзон Г.В. Преобразователи тока для измерений без разрыва цепи.- Л.: Энергия. Ленингр.отд-ние, 1979, с.48.

Формула изобретения

Преобразователь тока с расширенным диапазоном частот, содержащий ферромагнитный сердечник, первичную обмотку, которая подключена последовательно в цепь измеряемого тока, усилитель, вторичную обмотку отрицательной обратной связи, причем выход усилителя подключен к первому зажиму вторичной обмотки отрицательной обратной связи, а второй зажим обмотки отрицательной обратной связи является выходным, отличающийся тем, что в ферромагнитном сердечнике имеется зазор, где размещается датчик Холла, входные зажимы которого присоединены к источнику постоянного тока, а один выходной зажим датчика Холла присоединен ко входу усилителя, второй же выходной зажим датчика Холла - к нулевой шине.

РИСУНКИ

Рисунок 1