Устройство для масштабного преобразования тока



Устройство для масштабного преобразования тока
Устройство для масштабного преобразования тока

 


Владельцы патента RU 2510030:

Косолапов Александр Михайлович (RU)
Косолапов Михаил Александрович (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах и устройствах для измерения электрических величин тока, мощности, энергии, а также в системах защиты и автоматики. Техническим результатом заявленного изобретения является высокая точность, небольшие вес и габариты, расширенный диапазон выходной мощности устройства, соответствующие разным типам нагрузок и режимам эксплуатации, что позволяет широко применить такое устройство в измерительных системах и системах автоматики. Технический результат достигается благодаря тому, что в устройство для масштабного преобразования тока последовательно с третьей выходной обмоткой второго трансформатора и выходной обмоткой первого трансформатора введено дополнительное сопротивление нагрузки. При этом возможно, что в устройстве для масштабного преобразования тока дополнительное сопротивление нагрузки выполнено в виде последовательно включенных гальванически разделяемого от основной нагрузки дополнительного сопротивления нагрузки и третьего трансформатора, так что его первичная обмотка подключена последовательно с выходной обмоткой первого трансформатора и они имеют одну общую клемму, а к вторичной обмотке подключается дополнительное гальванически разделяемое от основного сопротивление нагрузки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах и устройствах для измерения электрических величин тока, мощности, энергии, а также в системах защиты и автоматики.

Известны устройства для масштабного преобразования тока, содержащие усилитель, трансформатор тока с входной и выходной обмотками, нагрузку (см. а.с. №918868. БИ №13, и др.).

Недостатком таких устройств является низкая точность из-за невозможности компенсации сопротивлений нагрузки и обмотки трансформатора точнее, т.к. возможен разброс и отклонение параметров трансформатора и усилителя от номинального значения из-за влияния температуры и со временем.

Другим недостатком является необходимость применения усилителей большой мощности и с большим выходным током, т.к. через усилитель течет полный ток нагрузки. Следствием этого является необходимость применять большие радиаторы мощный источник питания для усилителя.

Следующим близким по техническому решению к предложенному устройству является устройство (по а.с. №1045136 БИ №36, 1983), содержащее первый трансформатор с входной и двумя выходными обмотками, усилитель, выход которого последовательно соединен с первой выходной обмоткой, первого трансформатора, второй трансформатор и блок опорного напряжения, вход которого подключен к входной обмотке первого трансформаторе, а выход - последовательно со второй выходной обмоткой первого трансформатора, выходная обмотка которого подключена ко входу усилителя, а обмотка обратной связи к его выходу.

Недостатком такого устройства является сложность конструкции применяемого усилителя при больших токе и мощности в нагрузке и, как следствие этого, практическая невозможность применения устройства при токах нагрузки порядка 5 А.

Наиболее близким по техническому решению является устройство по а.с. №1582137. БИ №28, 1990 г., содержащее первый трансформатор с входной и выходной обмотками, усилитель, второй трансформатор с входной и тремя выходными обмотками первая из которых соединена с входом усилителя, сопротивление нагрузки, третья выходная обмотка второго трансформатора включена последовательно с выходной обмоткой первого трансформатора и сопротивлением нагрузки, параллельно которому подключается цепь, состоящая из последовательно соединенных выходной цепи усилителя и второй выходной обмотки второго трансформатора, входные обмотки обоих трансформаторов соединяются последовательно.

Недостатком такого решения является, ограничение типов нагрузок, одновременно подключаемых к выходу устройства, и режимов их эксплуатации.

Целью изобретения является расширение диапазона выходной мощности, для одних видов нагрузок, например, систем защиты, автоматики и высокой точности для систем измерений подключаемых одновременно.

Цель достигается тем, что последовательно с третьей выходной обмоткой второго трансформатора и выходной обмоткой первого трансформатора, введено дополнительное сопротивление нагрузки. Сущность изобретения заключается в следующем.

1. Устройство для масштабного преобразования тока содержит первый трансформатор с входной и выходной обмотками, усилитель, второй трансформатор с входной и тремя выходными обмотками, первая из которых соединена с входом усилителя, сопротивление нагрузки, третья выходная обмотка второго трансформатора включена последовательно с выходной обмоткой первого трансформатора и сопротивлением нагрузки, параллельно которому подключается цепь, состоящая из последовательно соединенных выходной цепи усилителя и второй выходной обмотки второго трансформатора, входные обмотки обоих трансформаторов соединяются последовательно, отличающееся тем, что последовательно с третьей выходной обмоткой второго трансформатора и выходной обмоткой первого трансформатора, введено дополнительное сопротивление нагрузки.

2. Устройство для масштабного преобразования тока по п.1, отличающееся тем, что дополнительное сопротивление нагрузки выполнено в виде последовательно включенных гальванически разделяемого от основной нагрузки дополнительного сопротивления нагрузки и третьего трансформатора, так что его первичная обмотка подключена последовательно с выходной обмоткой первого трансформатора и они имеют одну общую клемму, а к вторичной обмотке подключается дополнительное гальванически разделяемое от основного сопротивление нагрузки.

На чертеже фигура 1, фигура 2, представлены варианты выполнения предложенного устройства для масштабного преобразования тока.

Устройство на фигуре 1 содержит первый трансформатор 1 и второй трансформатор 2, усилитель 3, входные обмотки 4 и 5, выходные обмотки 6 и 7, 8, 9 первого 1 и второго 2 трансформаторов соответственно, сопротивления основной 10 и дополнительной 11 нагрузок.

Устройство на фигуре 2 содержит первый трансформатор 1 и второй трансформатор 2, усилитель 3, входные обмотки 4 и 5, выходные обмотки 6 и 7, 8, 9 первого 1 и второго 2 трансформаторов соответственно, сопротивлений основной 10 и дополнительной нагрузок, причем в качестве дополнительной нагрузки используется первичная обмотка 11 третьего трансформатора 12, к вторичной обмотке 13, которого подключаются гальванически разделяемое от основной дополнительное сопротивления нагрузки 14.

Принцип действия предложенного устройства по фигуре 1 следующий.

Входной ток, проходя через обмотки 4 и 5, намагничивает сердечники трансформаторов 1 и 2. Во вторичных обмотках трансформаторов I и 2 вследствие этого действуют напряжения и протекают токи.

Ток I10 нагрузки 10 обеспечивается в основном за счет напряжения, наводящегося на обмотке 6. Под действием этого напряжения через обмотки 6, 7 и нагрузку 10 течет ток I6.

Сердечник трансформатора 2 практически размагничен за счет действия компенсирующих потоков создаваемых токами в обмотках и 7 и 9.

При коэффициенте петлевого усиления 10-100, который обеспечивается за счет выбора коэффициента усиления усилителя 3 и числа витков обмоток 8, 9 трансформатора 2, магнитный поток в сердечнике трансформатора 2 может быть сделан очень малым. Поэтому с достаточной точностью справедливо для трансформатора 2 соотношение

I 1 W 5 I 6 W 7 I 9 W 9 = 0, ( 1 )

где I1 - входной ток трансформаторов 1 и 2;

I6 - ток обмотки 6;

I9 - ток через обмотку 9;

W5, W7, W9 - числа витков обмоток 5, 7, 9.

Током обмотки 8 пренебрегаем, т.к. при большом входном сопротивлении усилителя его влияние ничтожно мало. Из (1) имеем:

I 9 = I 1 ( W 5 / W 9 ) I 6 ( W 7 / W 9 ) ( 2 )

Так как сопротивление нагрузки 10 выбирается достаточно малым по сравнению с эквивалентными сопротивлениями источников токов I6 и I9 (сопротивлениями обмотки 6, даже без учета дополнительного сопротивления 11, и усилителя 3), то полный ток нагрузки I10 практически определяются как сумма токов I6 и I9

I 10 = I 6 + I 9 . ( 3 )

С учетом (2) имеем

I 10 = I 1 ( W 5 / W 9 ) + I 6 ( 1 W 7 / W 9 ) ( 4 )

Если W7=W9, то независимо от искажений, вносимых трансформатором 1 результат преобразования пропорционален величине I1. Число витков обмотки 6 практически выбирают так, чтобы выполнялось соотношение W6=W4(I1/I10ном),

Где I10ном - номинальное значение тока нагрузки 10 при заданном значении тока I1.

При этом основная мощность передается в нагрузки 10 и 11 через трансформатор 1 и лишь часть мощности, рассеиваемой нагрузкой 10, формируется усилителем 3.

При этом, несмотря на то, что нагрузка первого 1 трансформатора из-за дополнительной нагрузки 11 от систем защиты и автоматики в несколько раз возрастает, по сравнению с нагрузкой 10 от измерительных систем, мощность усилителя 3 для обеспечения точности в нагрузке 10 увеличится незначительно, так как она пропорциональна не мощности трансформатора 1, а его погрешности. Так при погрешности трансформатора 1 равной 0,5% и мощности нагрузки 10 от измерительных систем 1,0 Вт составит доли процента от усилителя 3 потребуется мощность равная 0,5% от выделяемой на нагрузке 10, т.е. равная 0,05 Вт.

Таким образом, в отличие от прототипа обеспечивается возможность подключения к устройству как систем защиты и автоматики, требующих большой мощности при умеренной погрешности порядка 0,5%, так и точных измерительных цепей требующих небольшой мощности, но малой погрешности порядка 0,1%.

Принцип действия устройства по фигуре 2, отличается от предыдущего тем, что гальванически разделяемое сопротивление нагрузки 14 приводится дополнительным третьим трансформатором 12 к его первичной обмотке с коэффициентом пропорциональности (W13/W11)2. Такое решение обеспечивает необходимое соотношение токов в нагрузках 10 и 14, а также их гальваническое разделение. Некоторое увеличение погрешности тока в нагрузке 14, за счет погрешности трансформатора 12, не имеет особого значения, если учесть, что точность для измерительной нагрузки 10 остается практически неизменной, т.е. не более 0,1%, тогда как ток в сопротивлении нагрузки 14 соответствует системе защиты и автоматики, где требования к точности не столь высоки.

Высокая точность, небольшие вес и габариты, расширенный диапазон выходной мощности устройства, соответствующие разным типам нагрузок и режимов эксплуатации, позволят широко применить такое устройство в измерительных системах и системах автоматики.

1. Устройство для масштабного преобразования тока содержит первый трансформатор с входной и выходной обмотками, усилитель, второй трансформатор с входной и тремя выходными обмотками, первая из которых соединена с входом усилителя, сопротивление нагрузки, третья выходная обмотка второго трансформатора включена последовательно с выходной обмоткой первого трансформатора и сопротивлением нагрузки, параллельно которому подключается цепь, состоящая из последовательно соединенных выходной цепи усилителя и второй выходной обмотки второго трансформатора, входные обмотки обоих трансформаторов соединяются последовательно, отличающееся тем, что последовательно с третьей выходной обмоткой второго трансформатора и выходной обмоткой первого трансформатора, введено дополнительное сопротивление нагрузки.

2. Устройство для масштабного преобразования тока по п.1, отличающееся тем, что дополнительное сопротивление нагрузки выполнено в виде последовательно включенных гальванически разделяемого от основной нагрузки дополнительного сопротивления нагрузки и третьего трансформатора, так что его первичная обмотка подключена последовательно с выходной обмоткой первого трансформатора и они имеют одну общую клемму, а к вторичной обмотке подключается дополнительное гальванически разделяемое от основного сопротивление нагрузки.



 

Похожие патенты:

Заявленное изобретение относится к комбинированным измерительным устройствам для измерения тока и/или напряжения электрического проводника. Техническим результатом заявленного изобретения является создание усовершенствованного измерительного устройства.

Изобретение относится к устройствам измерения тока. Техническим результатом заявленного устройства является обеспечение устройства измерения тока, имеющего широкий динамический диапазон измерения, низкое входное полное сопротивление и простую и надежную конструкцию, а также обеспечение блока обработки.

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к измерениям больших постоянных токов, более конкретно к способам поверки и градуировки измерителей больших постоянных токов, в частности при поверке и градуировке волоконно-оптических датчиков тока - ВОДТ, применяемых в химической и металлургической промышленности.

Изобретение относится к области электротехники. Сущность: последовательно проводят испытания исходного и высоковольтного устройств.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к цифровым приборам измерения переменного и постоянного напряжения, преимущественно в электроэнергетических сетях 6 (10) кВ и выше.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к цифровым приборам измерения переменного и постоянного тока, преимущественно при напряжениях от 6(10) кВ.

Изобретение относится к частотно-широтно-импульсным преобразователям аналоговых сигналов. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля состояния заземляющих устройств, а также при экспериментальных исследованиях молнии и электромагнитной обстановки на объектах электроэнергетики.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения тока в различных системах космических аппаратов. Датчик постоянного тока с развязкой включает в себя измерительный шунт, операционный усилитель (ОУ), четырехобмоточный трансформатор, два резистивных делителя напряжения с равными коэффициентами деления; конденсатор, p-n-р-транзистор, RC-фильтр, блокинг-генератор, собранный с использованием третьей и четвертой обмотки трансформатора, диода, двух резисторов, конденсатора и второго транзистора, и другие элементы, показанные на фиг. 1. Результатом применения изобретения является упрощение устройства, снижение количества элементов, повышение надежности и помехоустойчивости. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии, в частности для измерения поляризованного и суммарного потенциалов. Техническим результатом заявленного изобретения является уменьшение погрешности измерения, в первую очередь поляризационного потенциала подземного сооружения, и упрощение процесса измерения суммарного и поляризационного потенциалов. Технический результат достигается благодаря тому, что в устройство для измерения потенциалов подземного сооружения введены второй блок преобразования отрицательного напряжения, второй аналого-цифровой преобразователь, формирователь цикла измерения с двумя выходами и одним входом, блок выделения сигнала помехи, блок программирования. Выходы формирователя цикла измерения соединены с управляющими входами электронного коммутатора. Вход блока выделения сигнала помехи подключен через последовательно соединенные между собой второй аналого-цифровой преобразователь и второй блок преобразования отрицательного напряжения к выходу буферного усилителя суммарного потенциала. Выход блока выделения сигнала помехи, вход формирователя цикла измерения и вход блока программирования подключены к портам процессора. Первый блок преобразования отрицательного напряжения включен между выходом буферного усилителя поляризационного потенциала и входом первого аналого-цифрового преобразователя. Изобретение позволяет уменьшить погрешность измерения, в первую очередь поляризационного потенциала подземного сооружения, и упростить процесс измерения потенциалов - поляризационного и суммарного. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 пр.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к конструкциям измерительных шунтов, предназначенных для измерения токов, и может быть применено для измерения импульсных токов. Сущность изобретения заключается в следующем: параллельно потенциальным выводам измерительного шунта присоединяется последовательная RC-цепочка с постоянной времени, равной постоянной времени шунта, при этом напряжение U вых, снимаемое с конденсатора C, является пропорциональным измеряемому току J. Применение RC-цепочки позволяет уменьшить влияние паразитной собственной индуктивности L ш на сигнал, снимаемый с шунта. Технический результат изобретения состоит в расширении частотного диапазона и увеличении точности при измерении тока. 2 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения переменных токов высокого уровня и определения момента перехода тока через нулевое значение в сильноточных цепях сетей промышленной частоты. В устройство для измерения тока, содержащее два коаксиально расположенных металлических цилиндра, соединенных на одном торце с помощью фланцев, а на другом торце имеющих каждый свой токоподвод, высокочастотный разъем, закрепленный на фланце одного из цилиндров, с коаксиально расположенным центральным электродом и по крайней мере одну токовую отпайку, расположенную в пространстве между внутренним и внешним цилиндрами и соединенную одним концом с внутренним цилиндром в начале его рабочей части, а другим - через отверстие в стенке внутреннего цилиндра и интегрирующую RC-цепочку с центральным электродом высокочастотного разъема, введен, по крайней мере, один дополнительный резистор, включенный между выводом центрального электрода высокочастотного разъема и корпусом внутреннего цилиндра последовательно с конденсатором RC-цепочки, а величины длин токовой отпайки и рабочей части внутреннего цилиндра выбраны в соответствии с соотношением: где l - длина отпайки; H - длина рабочей части внутреннего цилиндра. Токовая отпайка может быть выполнена в виде трубки с продольным разрезом охватывающей внутренний цилиндр. Конденсатор RC-цепочки и дополнительный резистор могут быть установлены в электронном усилительном блоке, соединенном с устройством с помощью высокочастотного кабеля. RC-цепочка и дополнительный резистор могут быть установлены в электронном усилительном блоке, соединенном с устройством с помощью высокочастотного кабеля. Результатом применения изобретения является повышение точности измерений за счет уменьшения неравномерности амплитудно-частотной характеристики устройства, а также уменьшения сдвига фазы между напряжением, наводимым на отпайке и током, протекающим по устройству. 4 ил., 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям физических параметров, преобразуемых в электрическую форму, и может быть использовано в системах телеметрии. Способ заключается в том, что измерение сигнала на выходе измерительного преобразователя производят в произвольно задаваемый момент времени после включения питания. При этом производят дополнительное измерение в момент времени, равный удвоенному значению первого момента времени, а установившееся значение сигнала на выходе измерительного преобразователя определяют по формуле: Y в ы х = y 2 в ы х 1 2 у в ы х 1 − у в ы х 2 , где Yвых - установившееся значение сигнала на выходе измерительного преобразователя, увых1 и увых2 - соответственно значения выходного сигнала в первый и второй моменты времени. Технический результат заключается в уменьшении времени измерения. 2 ил.

Изобретение относится к области измерения электрических величин, в частности для измерения активной составляющей тока в трехфазных сетях. Технический результат заявленного изобретения выражается в снижении материалоемкости за счет замены двух трансформаторов тока, обладающих высокой массой и стоимостью, двумя дифференцирующими индукционными преобразователями тока и упрощении конструкции и, как следствие, снижении трудоемкости изготовления за счет того, что устройство имеет два, а не четыре выходных зажима, к которым подводится пропорциональная активному току источника напряжения разность напряжений первого и второго мостовых выпрямителей. При этом в устройстве для измерения активного тока трехфазного источника напряжения в качестве измерительных преобразователей переменного тока применены первый и второй дифференцирующие индукционные преобразователи тока, катушки которых индуктивно связаны с одним и тем же токопроводом тока нагрузки, который подключен ко второму зажиму трехфазного источника напряжения, а также вторые выходные зажимы первого и второго мостовых выпрямителей объединены в один общий узел, к которому подключены вторые крайние зажимы первого и второго переменных резисторов. Начала катушек первого и второго дифференцирующих индукционных преобразователей тока подключены соответственно ко вторым входным зажимам первого и второго мостовых выпрямителей, а выводы подвижных контактов первого и второго переменных резисторов являются выходными зажимами устройства. 2ил.

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, а именно к системам мониторинга режимов потребления электроэнергии. Способ основан на определении степени корреляции (статистической взаимосвязанности), разности амплитуд и разности фаз токов потребления на интервале времени анализа. По результатам анализа токов потребления принимается решение о принадлежности сигналов с датчиков токов потребления по анализируемым присоединениям к классу, соответствующему несанкционированному запараллеливанию фидеров, или к классу, соответствующему отсутствию факта запараллеливания. Устройство осуществления данного способа содержит датчики тока потребления, аналого-цифровые преобразователи, амплитудные и фазовые детекторы, коррелятор, блок вычисления невязки, пороговые устройства, блок формирования порогов, решающее устройство, устройство индикации. Технический результат заключается в возможности выявления факта несанкционированного запараллеливания фидеров распределительных подстанций на стороне потребителя. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано, например, для контроля напряжения гальванически развязанного аккумулятора. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. Для этого заявленное устройство содержит автоколебательный блокинг-генератор с нагрузочной обмоткой, пиковый детектор, первую и вторую клеммы для подключения приемника сигнала, первый конденсатор, диодно-резистивный делитель, первую и вторую клеммы для подключения источника сигнала, резистор, второй и третий конденсаторы, резистивный делитель, первый и второй n-канальные полевые транзисторы с изолированным затвором, дополнительный выход. 1 ил.

Изобретение относится к сенсорному устройству для монтирования на вал электрической машины с регистрирующим устройством для регистрации тока подшипника электрической машины. Технический результат заключается в создании компактного сенсорного устройства, независимого от внешнего электроснабжения. Сенсорное устройство для монтирования на валу электрической машины содержит регистрирующее устройство для регистрации тока подшипника электрической машины. Сенсорное устройство содержит, кроме того, устройство преобразования энергии, которое смонтировано с регистрирующим устройством в сменный модуль, для преобразования механической энергии вала в электрическую энергию для регистрирующего устройства. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники. Датчик постоянного тока с развязкой содержит измерительный шунт, первый вывод которого подключен к общей шине питания, а второй к нагрузке, операционный усилитель (ОУ), четырехобмоточный трансформатор, первая обмотка которого через первый диод подключена к входу первого фильтра, выход которого является выходом устройства, вторая обмотка трансформатора через второй диод подключена к входу второго фильтра, положительный вывод питания ОУ подключен к плюсовой шине питания, а отрицательный - к общей шине питания. Датчик также содержит два резистивных делителя напряжения с равными коэффициентами деления; первый делитель включен между плюсовой шиной питания и вторым выводом шунта, а второй - между плюсовой шиной питания и общей шиной; инвертирующий вход ОУ подключен к выходу первого делителя, а неинвертирующий - к выходу второго делителя; положительный выход второго фильтра через введенный резистор подключен к неинвертирующему входу ОУ, а отрицательный - к инвертирующему входу ОУ. В устройство введен конденсатор, который включен между выходом и инвертирующим входом ОУ; введен p-n-p- транзистор, эмиттер которого подключен к первому выводу шунта, база через резистор - к выходу ОУ, а коллектор - к входу введенного RC-фильтра; выход RC-фильтра подключен к шинам питания блокинг-генератора, и вновь введенных диода, двух резисторов, конденсатора и транзистора. Технический результат - повышение надежности, помехоустойчивости. 1 ил.
Наверх