Устройство для измерения больших токов

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 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.

Известно устройство для измерения больших токов [RU 2229137 С2, МПК 7 G01R 19/00, опубл. 20.05.2004], содержащее три разветвителя тока, представляющие собой калиброванные проводники, включенные через трансформатор. Проводники расположены в ″окне″ трансформатора тока встречно-параллельно, образуя первичную обмотку трансформатора тока, и создают результирующий магнитный поток, пропорциональный разности магнитных потоков, индуцируемых токами ветвей разветвителя. Проводники имеют одинаковое сечение и посредством линейных зажимов закреплены неразборно, что исключает влияние переходных сопротивлений при присоединениях.

Недостатки данного устройства заключаются в значительных весогабаритных параметрах разветвителя, необходимого для измерения больших токов, низкой временной стабильности, обусловленной коррозией контактов разветвителя, а также в необходимости использования магнитопроводов большего диаметра.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для компенсации погрешности трансформатора тока [RU 2449296 С1, МПК G01R 19/00 (2006.01), опубл. 27.04.2012], содержащее трансформатор тока, измерительный шунт, включенный в цепь вторичной обмотки трансформатора тока, и интегратор, первый вход которого подключен параллельно измерительному шунту. Вход двухполярного релейного органа подключен к выходу интегратора, первый вход детектора разнополярности сигналов подключен параллельно измерительному шунту, а второй вход подключен к выходу интегратора. Первый вход логического элемента И-НЕ которого подключен к выходу двухполярного релейного элемента, а второй вход подключен к выходу детектора разнополярности сигналов. Вход блока добавочного напряжения соединен с выходом логического элемента И-НЕ. Блок добавочного напряжения включен последовательно с измерительным шунтом и подключен к выводу вторичной обмотки трансформатора тока. Интегратор реализован с входным умножителем-сумматором, и его второй вход подключен к выводу вторичной обмотки трансформатора тока.

В этом устройстве блок добавочного напряжения функционирует в импульсном режиме, что приводит к появлению в сигнале паразитных спектральных компонент и ограничивает частотный диапазон измеряемых токов.

Задача изобретения - расширение арсенала средств аналогичного назначения.

Поставленная задача решена за счет того, что устройство для измерения больших токов, также как в прототипе, содержит трансформатор тока и измерительный шунт.

Согласно изобретению токосъемная штанга включена 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.

Предложенное устройство позволяет измерять большие токи за счет оцифровки сигналов с выходов бесконтактного трансформатора тока и измерительного токового шунта (а) на фиг. 1) и применения быстрого преобразования Фурье к этим сигналам (б) на фиг. 1). Последующее сравнение спектров позволяет минимизировать искажения, вносимые насыщением сердечника бесконтактного трансформатора тока. Далее выполняется восстановление сигнала по его спектру, его масштабное преобразование и визуализация (в) на фиг. 1). Тем самым по сравнению с прототипом устраняются источники импульсных помех, минимизируются паразитные спектральные компоненты, в том числе высокочастотные, и расширяется спектральный диапазон измеряемых токов.

Преимуществом предлагаемого устройства при его реализации является возможность использования распространенных моделей бесконтактных трансформаторов тока, нелинейные искажения выходных сигналов которых компенсируются за счет использования линейных измерительных токовых шунтов.

На фиг. 1 приведены временные диаграммы основных сигналов, где а) - нелинейно искаженный сигнал с выхода трансформатора тока и линейно искаженный сигнал с выхода измерительного токового шунта; б) - спектр нелинейно искаженного сигнала с выхода трансформатора тока и спектр линейно искаженного сигнала с выхода измерительного токового шунта; в) - результирующий скорректированный выходной сигнал.

На фиг. 2 приведена структурная схема устройства для измерения больших токов.

Устройство для измерения больших токов содержит токосъемную штангу 1, включенную непосредственно в измерительную цепь, на которой смонтированы бесконтактный трансформатор тока 2 и измерительный токовый шунт 3. Блок регистрации и обработки сигнала 4 (БРОС) содержит первый аналого-цифровой преобразователь 5 (АЦП1), к которому подключен первый блок быстрого преобразования Фурье 6 (БПФ1), второй аналого-цифровой преобразователь 7 (АЦП2), к которому подключены второй блок быстрого преобразования Фурье 8 (БПФ2) и блок сравнения 9 (БС). Уровневый детектор 10 (УД) подключен к выходу второго блока быстрого преобразования Фурье 8 (БПФ2), к первому блоку умножения 11 (БУ1), вход которого подключен к выходу первого блока быстрого преобразования Фурье 6 (БПФ1). Выход первого блока умножения 11 (БУ1) подключен к блоку обратного преобразования Фурье 12 (БОПФ), который подключен к первому входу второго блока умножения 13 (БУ2), второй вход которого подключен к выходу блока сравнения 9 (БС). Второй блок умножения 13 (БУ2) соединен с дисплеем 14 (Д) и с блоком сравнения 9 (БС). Бесконтактный трансформатор тока 2 связан с первым аналого-цифровым преобразователем 5 (АЦП1), а измерительный токовый шунт 3 соединен со вторым аналого-цифровым преобразователем 7 (АЦП2).

Первый и второй аналого-цифровые преобразователи 5 (АЦП1) и 7 (АЦП2) выполнены с помощью аналого-цифровых преобразователей AD7693. Блоки быстрого преобразования Фурье 6 (БПФ1), 8 (БПФ2), а также обратного преобразования Фурье 12 (БОПФ) выполнены с помощью цифровых сигнальных процессоров ADSP-21991. Блоки умножения 11 (БУ1), 10 (БУ2), сравнения 9 (БС) и уровневый детектор 13 (УД) выполнены с помощью микроконтроллеров ADSP-TS201S. В качестве измерительного шунта 3 использован токовый шунт Fluke А40В. В качестве трансформатора тока 2 использован трансформатор тока Lilco 13 W0100.

Измеряемый ток i, протекающий по токосъемной штанге 1, преобразуют трансформатором тока 2 в напряжение UТ, а измерительным шунтом 3 - в напряжение UШ. Напряжение UТ претерпевает нелинейные искажения, вызванные насыщением магнитопровода трансформатора тока 2, а напряжение UШ может претерпеть линейные искажения, вызванные частотной зависимостью импеданса шунта 3. Затем напряжения UТ и UШ, оцифровывают с помощью аналого-цифровых преобразователей 5 (АЦП1) и 7 (АЦП2) соответственно. Полученные выборки тока {UТ, i} и {UШ, i}, где i - номер числа в выборке, с помощью блоков быстрого преобразования Фурье 6 (БПФ1) и 8 (БПФ2) соответственно подвергают процедуре преобразования Фурье. В результате получают массивы спектральных компонент сигнала трансформатора тока 2 {SТ, j} и измерительного шунта 3 {SШ, j}, где j - номер спектральной компоненты в выборке. После чего спектральные компоненты сигнала измерительного токового шунта поступают на вход уровневого детектора 10 (УД), где каждую ненулевую компоненту приводят к единичному уровню:

{S2Ш, j}=0, если {SШ, j}=0 и {SШ, j}=1, если { | S Ш , j | } > 0.

Полученные массивы чисел {SТ, j} и {S2Ш, j} перемножают в блоке умножения 11 (БУ1) и результат этой операции {S2T, j} подвергают обратному преобразованию Фурье в соответствующем блоке 12 (БОПФ). Восстановленный сигнал с выхода блока умножения 13 (БУ2) поступает на вход блока сравнения 9 (БС), на второй вход которого поступает сигнал с выхода второго аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП2). При различии этих сигналов блок сравнения 9 (БС) формирует управляющее воздействие на блок умножения (БУ2), который выполняет масштабное преобразование сигнала. При совпадении этих сигналов блок умножения (БУ2) прекращает масштабное преобразование сигнала и восстановленный сигнал отображают на дисплее 14 (Д).

Таким образом, минимизируют нелинейные искажения, вносимые в измеряемый сигнал насыщением магнитопровода трансформатора тока 2.

Путем пошаговых приближений производят линейное выравнивание уровней сигнала с выхода блока обратного преобразования Фурье 12 (БОПФ) и аналого-цифрового преобразования 7 (АЦП2). Для этого задействуют блоки сравнения 9 (БС) и умножения 13 (БУ).

В итоге получают результирующий выходной сигнал с минимизированными нелинейными искажениями, прямопропорциональный измеряемому току i.

Устройство для измерения больших токов, содержащее трансформатор тока и измерительный шунт, отличающееся тем, что токосъемная штанга включена непосредственно в измерительную цепь, на которой смонтированы бесконтактный трансформатор тока и измерительный токовый шунт, причем 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, а 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, причем второй блок умножения соединен с блоком сравнения и с дисплеем.



 

Похожие патенты:

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.

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.

Изобретение относится к линиям электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспорта, а именно к способу определения сопротивления контактной и рельсовой сетей.

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.

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.

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.

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.

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 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