Электронный трансформатор тока


 


Владельцы патента RU 2555524:

Рожнов Евгений Иванович (RU)

Предлагаемое техническое решение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерительным преобразователям тока (ИПТ) и предназначено для прецизионного измерения широкого диапазона токов, особенно удобно для применения в высоковольтных сетях и энергосистемах. Электронный трансформатор тока (ЭТТ) содержит входной измерительный трансформатор тока 2 с первичной 3, измерительной 4 и обратной связи 5 обмотками, а также предварительный усилитель 6, фазовращатель 7, регулируемый усилитель 8, усилитель мощности 9, токоограничительный резистор 10, выходной согласующий трансформатор 11 с первичной 12 и вторичной 13 обмотками. При этом в устройство введены токозадающий резистор 14, операционный усилитель 15, эталонный усилитель 16, измерительный резистор 17 и схему сравнения 18. Техническим результатом является значительное снижение токовой и угловой погрешностей; уменьшение массы, габаритов и стоимости применяемых ИТТ; расширение диапазона измеряемых токов; инвариантность ЭТТ к изменению сопротивления нагрузки; повышение температурной и временной стабильности. 1 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к электроизмерительной технике и предназначено для прецизионных измерений широкого диапазона токов, особенно в высоковольтных сетях и энергосистемах.

Из широкого ряда измерительных преобразователей тока (ИПТ) выделен ряд ИПТ, получивший название электронные трансформаторы тока (ЭТТ), отличительным признаком которых является наличие в них промежуточного преобразования измеряемого тока с помощью электронных схем [1].

Широкое применение получили компенсационные ИПТ на основе измерительных трансформаторов тока (ИТТ), в которых первичный магнитный поток, создаваемый измеряемым током, компенсируется магнитным потоком противоположенного направления, создаваемого током, протекающим через обмотку обратной связи ИТТ [2].

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению по технической сущности являются ИПТ, в которых для снижения массы, габаритов и стоимости ток первичных обмоток, используемых в них малогабаритных ИТТ, снижается в сотни раз путем параллельного подключения их к участкам цепи измеряемого тока вдоль оси их протекания [3, 4, 5, 6].

Для работы с приборами, имеющими токовые входы, например счетчики электроэнергии и мощности, в таких ИПТ используются выходные согласующие трансформаторы (ВСТ).

Недостатком таких ИПТ является то, что миниатюризация применяемых в них трансформаторов значительно ухудшает линейность их магнитных характеристик, а это приводит к значительному увеличению токовой и угловой погрешности ИПТ, что не позволяет использовать такие ИПТ в качестве прецизионных и образцовых измерителей тока.

Выявленные недостатки ИПТ устраняются или сводятся к минимуму в предлагаемой реализации ЭТТ.

Целью предлагаемого технического решения является значительное снижение токовой и угловой погрешностей ЭТТ путем линеаризации и стабилизации магнитных характеристик входящих в их состав малогабаритных трансформаторов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение следующих характеристик ЭТТ:

- значительное снижение токовой и угловой погрешностей;

- уменьшение массы, габаритов и стоимости применяемых ИТТ;

- расширение диапазона измеряемых токов;

- инвариантность ЭТТ к изменению сопротивления нагрузки;

- повышение температурной и временной стабильности.

Технический результат достигается тем, что в электронном трансформаторе тока, содержащем входной измерительный трансформатор тока, первичная обмотка которого соединена с участком цепи измеряемого тока по оси его протекания, а измерительная обмотка соединена с дифференциальными входами предварительного усилителя, выход которого через последовательную цепь, состоящую из фазовращателя, регулируемого усилителя, усилителя мощности, ограничительного резистора и первичной обмотки выходного согласующего трансформатора, соединен с земляной шиной, при этом вторичная обмотка выходного трансформатора является токовым выходом устройства, кроме этого операционный усилитель прямым входом соединен с выходом предварительного усилителя, а его инвертирующий вход соединен с одним из концов обмотки обратной связи входного трансформатора и через токозадающий резистор с земляной шиной, второй конец этой обмотки соединен с выходом операционного усилителя, кроме того, выход регулируемого усилителя соединен с входом эталонного усилителя, выход которого через измерительный резистор соединен с земляной шиной и с одним из входов нового элемента схемы сравнения, второй вход которой соединен с точкой соединения ограничительного резистора и первичной обмотки выходного трансформатора, при этом выход схемы сравнения соединен с управляющим входом упомянутого регулируемого усилителя.

Проведенный анализ существующего уровня электроизмерительной техники не выявил наличия аналога с признаками, тождественными всем признакам заявленного изобретения, а также показал наличие новой совокупности признаков, которые, дополняя известные признаки, позволяют реализовать поставленную цель.

На чертеже приведена структурная схема ЭТТ.

ЭТТ содержит токопровод 1, входной измерительный трансформатор тока 2 с первичной 3, измерительной 4 и обратной связи 5 обмотками, а также предварительный усилитель 6, фазовращатель 7, регулируемый усилитель 8, усилитель мощности 9, токоограничительный резистор 10, выходной согласующий трансформатор 11 с первичной 12 и вторичной 13 обмотками, токозадающий резистор 14, операционный усилитель 15, эталонный усилитель 16, измерительный резистор 17 и схему сравнения 18.

Для снижения веса, габаритов и стоимости ЭТТ в них применяются малогабаритные измерительные трансформаторы тока (ИТТ). Это полезная и необходимая мера, но она значительно ухудшает магнитные характеристики и параметры ИТТ.

Значительное улучшение магнитных характеристик ИТТ и эффективная стабилизация параметров ЭТТ в целом осуществляется данным техническим решением, превращает ЭТТ в прецизионное средство измерения и осуществляется это следующим образом.

Через токопровод 1 протекает измеряемый ток Iн сетевой нагрузки. Параллельно точкам «a» и «b», расположенным вдоль оси протекания тока Iн, подсоединена первичная обмотка 3 ИТТ 2, таким образом токопровод становится эквивалентом шунта, многократно ослабляющим (до сотен раз) ток Iп первичной обмотки.

При этом ток Iп, проходя через индуктивное сопротивление первичной обмотки, сдвигается по фазе относительно тока Iн на величину, достигающую нескольких десятков градусов, и наводит в измерительной обмотке 4 напряжение Uвх, которое усиливается предварительным усилителем (ПУ) 6, выходное напряжение Uпу которого поступает на вход фазовращателя 7, обеспечивающего компенсацию фазового сдвига напряжения первичной обмотки 3 ИТТ 2.

Затем напряжение Uпу подается на прямой вход операционного усилителя (ОУ) 15, выход и инверсный вход которого соединены с обмоткой обратной связи (ОС) 5. Такое включение ОУ 15 позволяет ему одновременно выполнять три очень важные функции, а именно:

- преобразование напряжение-ток;

- стабилизацию параметров и характеристик ИТТ 2;

- эффективную отрицательную обратную связь.

ОУ 15 включен по схеме преобразователя напряжение-ток (ПНТ), токовой нагрузкой которого является обмотка ОС 5, ток которой зависит только от вариации двух величин, а именно напряжения Uпу и номинала токозадающего резистора 14 и практически не зависит от вариации нестабильности характеристик самой обмотки ОС 5.

Благодаря этому уникальному свойству созданное обмоткой ОС 5 магнитное поле, воздействуя на магнитное поле, созданное первичной обмоткой 3, создает результирующее магнитное поле, линеаризующее и стабилизирующее параметры и характеристики ИТТ 2 и подавляющее (даже не учтенные) погрешности преобразования.

Известно, что стабильность параметров и характеристик любого устройства повышается с ростом глубины охватывающей его отрицательной ОС (ООС), поэтому ИТТ 2, ПУ 7 и обмотка ОС 5 включены таким образом, что образуют петлю глубокой ООС, в которой ОУ выполняет роль эффективного регулятора следящей ООС, иначе говоря, выполняет функцию дополнительного стабилизатора параметров и характеристик ИТТ 2.

Далее работа ЭТТ происходит следующим образом. Напряжение Uф с выхода фазовращателя 7 поступает на сигнальный вход регулируемого усилителя (РУ) 8, выходное напряжение Upy которого поступает на вход усилителя мощности 9, выход которого через токоограничительный резистор 10 поступает на первичную обмотку 12 выходного согласующего трансформатора (ВСТ) 11, вторичная обмотка 13 которого является токовым выходом ЭТТ.

Значительное снижение погрешностей и повышение стабильности характеристик и параметров ВСТ 11 может быть реализовано только включением его в петлю глубокой ООС, а для этого необходимо произвести оценку уровня погрешности ВСТ 11.

Эта оценка производится дифференциально-нулевым методом, для этого напряжение Uвых (точка «с») первичной обмотки ВСТ 11 поступает на один из входов схемы сравнения (СС) 18, а на другой ее вход поступает эталонное (образцовое) напряжение Uэ, формируемое эталонным усилителем (ЭУ) 16 на его нагрузке измерительном резисторе 17 (точка d).

Выходное напряжение СС 18, несущее информацию об отклонении напряжения Uвых от напряжения Uэ, поступает на управляющий вход РУ 8 и, тем самым, объединяет в петлю глубокой ООС РУ 8, УМ 9, ВСТ 11 и СС 18.

Действие этой петли ООС линеаризует и повышает стабильность характеристик и параметров ВСТ 11. Таким образом, оба трансформатора (ИТТ 2 и ВСТ 11) охвачены глубокой ООС.

Во всех приборах измерения тока токовая и угловая (фазовая) погрешности, входящих в их состав ИТТ и других трансформаторов, имеют максимальные значения на начальном участке измеряемых токов.

Именно на этом участке в ЭТТ эффективно работает введенная в него жесткая ООС, благодаря которой токовая и угловая (фазовая) погрешности снижаются в 3÷5 раз, и во всем диапазоне благодаря действию ООС улучшается температурная и долговременная стабильность параметров ЭТТ.

Эти доступные и недорогие меры позволяют реализовать поставленную цель и превратить ЭТТ в малогабаритное прецизионное средство измерения широкого диапазона токов с высокой точностью (минимизация токовой и угловой погрешностей) и стабильностью результатов измерений.

Литература

1. ГОСТ Р МЭК 60044-8-2010. Электронные трансформаторы тока (часть 8).

2. Лейтман М.Б. Нормирующие измерительные преобразователи электрических сигналов. М.: Энергоатомиздат, 1986.

3. Рожнов Е.И. Патент РФ №2176088. Измерительный преобразователь.

4. Рожнов Е.И. Патент РФ №2224262. Измерительный преобразователь тока.

5 Рожнов Е.И. Патент РФ №2224266. Измеритель метрологических характеристик трансформаторов тока.

6. Рожнов Е.И. Патент РФ №2300774. Измерительный преобразователь.

Электронный трансформатор тока, содержащий измерительный трансформатор тока, первичная обмотка которого соединена с участком цепи измеряемого тока по оси его протекания, а измерительная обмотка соединена с дифференциальными входами предварительного усилителя, выход которого через последовательную цепь, состоящую из фазовращателя, регулируемого усилителя, усилителя мощности, ограничительного резистора и первичной обмотки выходного трансформатора, соединен с земляной шиной, при этом вторичная обмотка выходного трансформатора является токовым выходом устройства, отличающийся тем, что выход предварительного усилителя соединен с прямым входом операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с одним из концов обмотки обратной связи измерительного трансформатора тока и через токозадающий резистор с земляной шиной, второй конец этой обмотки соединен с выходом операционного усилителя, кроме того, выход регулируемого усилителя соединен с входом эталонного усилителя, выход которого через измерительный резистор соединен с земляной шиной и с одним из входов схемы сравнения, второй вход которой соединен с точкой соединения ограничительного резистора и первичной обмотки выходного согласующего трансформатора, при этом выход схемы сравнения соединен с управляющим входом регулируемого усилителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение представляет схему для обнаружения напряжения. Схема содержит усилитель, который имеет инвертирующий и неинвертирующий входы и выполнен с возможностью усиления разности напряжений первого входного сигнала и второго входного сигнала.

Изобретение относится к метрологии и может быть использовано для контроля качества энергии. Устройство содержит трансформатор напряжения, согласователи уровня сигнала по фазам А, В и С, АЦП фаз А, В и С; регистры временного хранения, регистр хранения эталонных значений, схемы сравнения результата измерения с эталонным значением, задатчик интервалов выборки, формирователь опорного напряжения для аналого-цифровых преобразователей.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при бесконтактном контроле технического состояния электрооборудования переменного тока.

Изобретение относится к метрологии, в частности к датчикам тока. Экранированный датчик тока содержит магнитопровод чувствительного элемента с обмотками, помещенный в магнитный экран, представляющий собой контейнер из сочлененных между собой стенки, основания и крышки с отверстиями, внутренней стенки.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения неисправности датчика температуры, используемого в устройстве формирования изображения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных системах космических аппаратов. Датчик содержит измерительный шунт, включенный последовательно с нагрузкой, операционный усилитель (ОУ), трансформатор, четыре перепаиваемых переключающих перемычки, интегратор, регулирующий транзистор p-n-p типа.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения токов в электроустановках. Способ измерения тока в проводнике с помощью герконов заключается в том, что два геркона с нормально разомкнутыми контактами устанавливают вблизи проводника.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в контрольно-сигнальной аппаратуре для измерения вибрации. Измеритель вибрации содержит вибропреобразователь, параллельную RC-цепь, первый операционный усилитель, первый и второй резистивные делители.

Изобретение относится к электроэнергетике. Согласно способу получают информацию о рабочем состоянии электроэнергетического оборудования.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности, предназначено для применения в регулируемом электроприводе, системах защиты и автоматики электрических станций и подстанций, а также других сложных электротехнических комплексов.

Реле тока // 2563959
Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к электронным реле тока. Реле тока содержит промежуточный трансформатор тока, выпрямитель, исполнительный элемент, четыре пороговых блока, два элемента И, реверсивный счетчик, счетчик импульсов, одновибратор, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, блок вычитания, сумматор, двухсторонний ограничитель, нерекурсивный фильтр, формирователь коротких импульсов, RS-триггер, два ключа, блок элементов ИЛИ. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при исследованиях однократных быстропротекающих физических процессов, сопровождаемых многоканальными измерениями интервалов времени между электрическими сигналами, формируемыми при замыкании электроконтактных датчиков (ЭКД) в ходе развития физического процесса. Техническим результатом изобретения является включение устройств измерения интервалов времени в число контролируемых устройств при проверке функционирования измерительных каналов перед проведением измерений, а также уменьшение продолжительности проведения проверки функционирования измерительных каналов. Технический результат достигается тем, что в способе формирования электрических сигналов, имитирующих одновременное срабатывание группы электроконтактных датчиков, заключающемся в том, что электрические сигналы получают путем кратковременного замыкания в измерительных каналах жил кабельных линий, заряженных до заданного отрицательного потенциала, с оплетками кабельных линий, соединенными с общей шиной (землей), сигналы, имитирующие срабатывание электроконтактных датчиков, формируют одновременно по всем каналам путем кратковременного замыкания двух групп проводников, одна из которых состоит из соединенных между собой жил кабельных линий измерительных каналов, заряженных отрицательным напряжением, вторая - из оплеток кабельных линий измерительных каналов, соединенных с общей шиной (землей), замыкание осуществляют с помощью электронного коммутатора с задержкой относительно сигнала, инициирующего исследуемый процесс и являющегося пусковым для устройств регистрации интервалов времени, величину задержки выбирают равной расчетному времени развития исследуемого процесса, электрические сигналы с выходов устройств формирования подают на соответствующие информационные входы устройств измерения интервалов времени и по всем измерительным каналам определяют интервал времени между пусковым сигналом и сигналами, имитирующими одновременное срабатывание электроконтактных датчиков. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрооборудованию, установленному на электрических станциях и подстанциях в системах производства, передачи и потребления электроэнергии, и может быть использовано во всех электроустановках, использующих цифровую обработку данных. Способ определения угла сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами путем измерения, фиксации и оцифровки мгновенных значений a ( t j ) сигналов и b(t)=Bm·sin(ωt+φb) в одни и те же моменты времени tj=t1, t2, …, tN, где Ν - количество измерений в течение периода T, причем tj+1=tj+Δt, где Δt=T/Ν - шаг дискретизации сигнала по времени. При этом при каждом измерении сигналов a ( t ) и b(t) осуществляют отбор значений сигналов b(tj-2Δt), j=3, 4, …, Ν+2, полученных два шага дискретизации назад, вычисление и фиксацию для сигнала a ( t ) текущего значения и вычисление и фиксацию для сигнала b(t) текущего значения Sj=b(tj-2Δt)+b(tj), а значение φ a b - угла сдвига фаз между сигналами a ( t ) и b(t) определяют после измерения, фиксации и оцифровки всех N мгновенных значений по следующему математическому выражению где суммирование ведется по j=3, …, N+2, ; Sj=b(tj-2Δt)+b(tj). Технический результат заключается в упрощении способа определения сдвига фаз. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к линиям электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспорта, а именно к способу определения сопротивления контактной и рельсовой сетей. Способ заключается в том, что производят измерения на экспериментальном участке железной дороги значений напряжения между рельсом и «удаленной» землей, напряжения контактной сети на границах экспериментального участка и тягового тока. Одновременно снимают показания с измерительных приборов в момент прохождения электроподвижным составом поста секционирования в режиме тяги. При этом напряжение на рельсе принимают отличным от нуля и измеряют относительно «удаленной» земли. Технический результат изобретения заключается в возможности определения значений сопротивлений контактной и рельсовой сети. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и информационно-измерительной, вычислительной техники. Устройство содержит микроконтроллер, радиомодем, питающий трансформатор тока, первичной обмоткой которого является прямолинейный фазный провод высоковольтной линии электропередач, который вторичной обмоткой соединен с диодным выпрямительным мостом, стабилитроном, диодом и ионистором. Для определения искомых параметров применяется два высоковольтных делителя напряжения, состоящие из общего высоковольтного плеча, в качестве которого выступает линейный подвесной изолятор воздушной линии электропередач, и из двух разных низковольтных плеч, в качестве которых могут выступать резистор, конденсатор или катушка индуктивности. При этом один конец низковольтного плеча соединен последовательно с высоковольтным плечом, а другой конец соединен с фазным проводом через быстродействующий ключ, который при подаче управляющего сигнала каждый период переключает делитель напряжения с одного низковольтного плеча на другой. Линейный подвесной изолятор соединен с заземленной арматурой высоковольтной опоры линии электропередач. Осциллограммы выходных напряжений высоковольтного делителя напряжения регистрируются блоком измерения устройства. Технический результат заключается в возможности измерения поверхностного сопротивления и тока утечки линейного подвесного изолятора в реальном времени и в любом месте воздушной линии электропередач. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники. Способ может быть применен в средствах измерений пассивных и активных, в том числе комплексных, величин переменного тока, например, в мостах и компенсаторах переменного тока или в измерителях (анализаторах) параметров электрических цепей, а также в векторных вольтметрах и спектроанализаторах. Сущность изобретения состоит в том, что путем неравномерной частотозависимой дискретизации участвующих в измерительном процессе сигналов и эффективной обработки значений их дискретных отсчетов, реализованных с учетом их специфики, одновременно достигают и инвариантности измерительной процедуры по отношению к множеству гармонических помех с постоянной составляющей, а также к времени ее начала, и предельной простоты ее реализации путем суммирования дискретных отсчетов указанных сигналов по мере их получения при исключительно малом времени обработки измерительной информации, равном времени выполнения операции умножения или деления полученной суммы дискретных отсчетов на постоянный коэффициент, а также времени получения измерительной информации, равном половине суммы периодов сигналов помех. Технический результат изобретения заключается в обеспечении инвариантности измерения вектора гармонического сигнала по отношению к множеству гармонических помех с постоянной составляющей и моменту начала измерительной процедуры, а также ее упрощение до выполнения элементарных операций суммирования значений дискретных отсчетов суммы участвующих в измерительном процессе сигналов и одной операции умножения этой суммы на постоянный коэффициент при минимальном времени получения измерительной информации, равном половине суммы периодов сигналов гармонических помех.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к приборам для измерения токов и может быть использовано для контроля и определения формы тока, протекающего в цепях высоковольтных линий передачи. Устройство для измерения больших токов содержит токосъемную штангу, включенную непосредственно в измерительную цепь, на которой смонтированы бесконтактный трансформатор тока и измерительный токовый шунт. Бесконтактный трансформатор тока связан с первым аналого-цифровым преобразователем, а измерительный токовый шунт соединен со вторым аналого-цифровым преобразователем. К первому аналого-цифровому преобразователю подключен первый блок быстрого преобразования Фурье. Ко второму аналого-цифровому преобразователю подключены блок сравнения и второй блок быстрого преобразования Фурье, к выходу которого подключен уровневый детектор, соединенный с первым блоком умножения, вход которого связан с выходом первого блока быстрого преобразования Фурье. Выход первого блока умножения подключен к блоку обратного преобразования Фурье, который соединен с первым входом второго блока умножения, второй вход которого подключен к выходу блока сравнения. Второй блок умножения соединен с блоком сравнения и с дисплеем. Технический результат заключается в том, что устраняются источники импульсных помех, минимизируются паразитные спектральные компоненты, в том числе высокочастотные и расширяется спектральный диапазон измеряемых токов. 2 ил.

Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и может быть использовано при построении цифровых измерителей среднеквадратического, средневыпрямленного и амплитудного значений синусоидальных сигналов. Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в обеспечении возможности реализации относительно простых цифровых устройств с широким диапазоном измеряемых значений. Особенностью устройства является определение необходимого параметра синусоидального напряжения путем измерения только его мгновенного значения, выбранного строго в определенный момент времени, который зависит как от частоты исследуемого напряжения, так и от измеряемого параметра. Измеритель состоит из формирователя импульсов, двух формирователей временных интервалов, элемента ИЛИ, аналого-цифрового преобразователя и блока усреднения. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия. Технический результат - повышение точности контроля токораспределения. Устройство содержит электромагнитный датчик, нормализатор входных сигналов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и микропроцессор. Причем датчик установлен на одном конце шеста, выполненного из непроводящего ток материала и длина которого достаточна для свободного доступа к проводнику с током, а его выход подключен через последовательно соединенные нормализатор входных сигналов и АЦП к микропроцессору. Выход микропроцессора оснащен USB разъемом для считывания накопленной информации об измеренных значениях тока. Устройство снабжено вторым электромагнитным датчиком, установленным напротив первого датчика относительно центра проводника с током, при этом электромагнитные датчики соединены последовательно и зафиксированы с помощью ограничителя, а их общий выход подключен витой парой к входу нормализатора входных сигналов. 2 ил.
Наверх