Преобразователь тока в напряжение

 

Союз CoeeTcNNx

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ

«в789776 (61) Дополнмтельное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 27. 02. 78 (21} 2584197/18-21 (51) М. К,.

G 01 R 19/00

H 01 F 40/06 с присоединением заявим ¹ (23) Приоритет

Государственимй комитет

ССС Р по делам изобретений и открытий

Опубликовано 231280, Бюллетень Й9 47 (53) УДК 621. 314

224 ° 316 937 (088.8) Дата опубликования описания 251280 (72) Авторы изобретем мя

В. К. Ванин и A. И. Мухин

Ленинградский ордена Ленина политехнический ййСтятут — - — : — ----. им. М. И. Калинина (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОКА В НАПРЯЖЕНИЕ

Изобретение относится к электроизмерительной технике, и предназна-: чено для использования в устройствах релейной защиты и автоматики энергосистем.

Известен преобразователь тока в напряжение, выполненный на основе трансформатора тока с корректирующим усилителем g1) .

Однако известное устройство харак- 10 теризуется значительной сложностью и требует применения дополнительных мощных усилителей.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является 15 преобразователь тока в напряжение, содеражщий два охваченных общей первичной обмоткой магнитопровода, на каждом из которых размещена вторичная обмотка с нагрузочным реэисто- 20 ром $2).

Недостаток этого устройства связан с искажениями информации при нагрузках, близким к режиму КЗ, в области малых первичных токов, соответствующих начальной части кривой намагничивания трансформатора тока, а также .в моменты перехода тока через нуль. Кроме этого, наличие во вторичных цепях диодов обусловливает по- 30 явление перенапряжений в моменты создания благоприятной индукции в магнитопроводах.

Цель изобретения — расширение линейного диапазона преобразования.

Укаэанная цель достигается тем, что в преобразователь тока в напряжение, содержащий два охваченных общей первичной обмоткой магнитопровода, на каждом из которых размещена вторичная обмотка с нагрузочным резистором, введены амплитудный дискриминатор и два промежуточных развязывающих преобразователя, причем входы амплитудного дискриминатора соединены с прямым выходом одного и инверсным выходом другого промежутЬчного раэвяэывающего преобразователя,, входы которых подключены к соответствующим нагруэочным резисторам.

Достижение цели обеспечивается также тем, что амплитудный дискриминатор содержит три формирователя модуля и сумматор, причем одни из входов формирователей модуля соединены с прямым выходом одного иэ промежуточных развязывающих преобразователей, другой вход первого формирователя модуля подключен к инвер789776 сному выходу другого промежуточного развязынающего преобразователя, другие входы второго и третьего формирователей модуля соединены с выходами соответственно положительной и отрицательной полярности первого

Формирователя модуля, а выходы отрицательной полярности второго и положительной полярности третьего формирователей модуля подключены ко входам сумматора.

Известно, что наиболее точное преобразование первичного тока соответствует области кривой намагничивания магиитопронода трансформатора тока

В = У (Н) с максимальной магнитной проницаемостью, которая является ре- 35 зультатом совместного действия на магнитопровод магнитодвижущей силы (МДС) первичной обмотки i x и МДС вторичной обмотки и и пропорциональна их сумме (1„ х„ =1 õ„.+ Ig Ng). Иэ щ внешних факторов основное влияние на значение индукции в магнитопроноде трансформатора тока оказывают величина первичного тока и сопротивление нагрузки. При изменении сопротив— ления нагрузки вторичной цепи трансформатора от нуля до бесконечности (соответствует размыканию вторичной цепи) результирующая намагничивающая сила,ы изменяется в пределах от некоторой очень небольшой величины 30 до i w (при постоянном значении первичного тока). При постоянной нагрузке вторичной цепи, а также при изменении первичного тока, происходит передвижение точек режима работы по 35 кривой намагничивания.

Перечисленные выше свойства позволяют расширить линейный диапазон с помощью двух трансформаторов тока, каждый иэ которых обеспечивает точность преобразования в заданном диапазоне изменения первичного тока.

Для создания условий сравнения вторичных сигналов .во всем диапазоне преобразования, необходимо эти сиг- 45 налы привести к одному уровню при первичном токе, соответствующем максимальной магнитной проницаемости обоих магнитопроводов. Приведение сигналов к одному уровню осущестнля- 5Î ется с помощью резисторов нагрузки, включенных по схеме регулируемого потенциометра. Амплитудный дискриминатор, подключенный к выходам обоих трансформаторов тока, позволяет вы- 55 делить из двух сравниваемых сигналов .; любой полярности максимальный по амплитуде во всем диапазоне преобразования.

На фиг. 1 изображена принципиаль- Щ ная электрическая схема предлагаемого преобразователя тока в напряжение; на фиг. 2 — приведены осциллограммы, полученные при испытаниях преобразователя н переходном режиме. 65

Преобразователь содержит дна трансформатора тока 1 и 2, магнитопроводы которых охвачены первичной обмоткой

3. К вторичным обмоткам 4 и 5 обоих трансформаторон тока подключены нагрузочные резисторы (или активные шунты) соответственно б и 7. Эти резисторы соединены с промежуточными развязывающими преобразователями 8 и 9, каждый из которых имеет прямой

11 (13) и инверсный 10 (12) выходы.

Устройство содержит также амплитудный дискриминатор (АД) 14, состоящий из трех формирователей модуля (ФМ)

15, 16 и 17, и сумматор 18. Прямой ныход 11 преобразонателя 8 подключен к входам ФМ 15, 16 и 17, а инверсный выход 12 преобразователя 8 подсоединен к другому входу ФМ 15.

Кроме этого, выход положительной полярности ФМ 15 подключен к входу

ФМ 16, а выход отрицательной полярности ФМ 15 соединен с другим входом ФМ 17. Выход отрицательной полярности ФМ 16 и выход положительной полярности ФМ 17 подклкчены к нходам сумматора 18, выход которого одновременно янляется выходом всего устройства.

Параметры резисторов и диодов

19-24 в схеме АД определяются техническими характеристиками операционных усилителей. Входные сопротивления, а также сопротивления обратной связи операционных усилителсй имеют одинаковую величину. Диоды 19-24 однотипны.

Величина сопротивления резис:"ора 6 может находиться в пределах

0,5-1,5 номинального значения для данного типа трансформаторов тока, а резистор 7 может принимать значения сопротивления в пределах 0,005-0,0125 номинального значения.

Работа всей схемы преобразователя заключается в следующем.

При снижении первичного тока, например ниже 0,1-1 ном. режим работы трансформатора тока 1 будет соответствовать точке начальной части кривой намагничивания магнитопровода

В = f (Н), находящейся ближе к уровню максимальной магнитной проницаемости чем точка намагничивания второго магнитопровода. Поэтому вторичный сигнал первого трансформатора тока ,U будет иметь меньшую погрешность и, следовательно, большую величину.

При большом первичном токе, соответcòâóþùåì, например, насыщению магнитопровода первого трансформатора тока, сигнал U может резко снизиться до нуля. Сигнал 0 на выходе второго трансформатора тока синусоидален и имеет значительно меньшую погрешность.

С резисторов б и 7 через промежуточные развяэывающие преобразователи 8 и 9 сигналы обоих трансформаторов тока передаются для сравнения на, 789776 схему АД. На ФМ 15 эти сигналы поступают с противоположными энаками.

На его выходе происходит разделение результирующего сигнала по знаку полупериода. При отрицательной входной разности открыт диод 19, а при голожительной — диод 20. Через диоды 19 и 20 сигналы проходят на входы ФМ 16 и 17. Совместная работ- ФМ 15 и 16 соответствует операции выделения максимального по величине сигнала н течение положительного полупериода.

ФМ 15 и 17 производят операцию выделения минимального па величине сигнала н течение отрицательного полупериода.

Рассмотрим работу АЦ н течение положительногс полупериода вторичных напряжений трансформаторов ток- при условии, что вторичны»; с- U трансформатора тска 1 больше по амплитуде выходного сигнала U2 трансформатора тока 2. Разность входим сигналов на ФМ 15 имеет при этом положительный знак, поэтому диод 19 закрыт, а открыт диод 20, через который разность сигналон отрицательной полярности поступает на один иэ входов ФМ 17. На дру-ой нхсд ФМ 17 одновременно подается Ug положитель— ного знака. Результирующий сигнал

Ug 17 на входе ФМ 17, равный U, будет иметь положительный сигнал, при этом диод 23 будет закрыт. В то же время на вход ФМ 16 подается сигнал положительного знака 08„ 16, равный

U . Диод 22 будет открыт и сигнал

U через сумчатор 18 поступит на выход преобразователя.

При отрицательном знаке и том же соотношении вторичных напряжений U и U< схема АД работает аналогично с той лишь разницей, что диод 22

ФМ 16 будет закрыт и не пропустит сигнал Uq, а диод 23 ФМ 17 будет открыт и сигнал 0 „,17, ранный U< через сумматор 18 поступит на выход устройства.

На выходе сумматора 18 эти сигналы образуют непрерывный энакопеременный сигнал Н форма и величина которсго н каждый момент времени совпадает с наибольшей амплитудой одного иэ двух сравниваемых напряжений.

На фиг. 2 приведены осциллограммы, полученные при лабораторных испытаниях модели предложенного преобразонателя. Опыты проводились в переходном режиме работы трансформаторов тока типа ТПФ-10 при первичном токе равном 12-кратному номинальному току трансформаторов (фиг. 2а) . Кз осциллограмм видно, что сигнал на.

50 выходе первого трансформатора тока

U искажен вследствие насыщения сердечника (фиг. 2б), а сигнал на выходе второго трансформатора тока 0 повторяет форму первичного тока . На выходе преобразователя выделяется сигнал О щненасыщенного трансформато ра тока (фиг. 2в).

Предложенный преобразователь может передавать без искажения ток любой полярности и формы. Причем, нижний диапазон линейного преобра.зования достигает 0,03-0,05 номинального тока, а верхний — 15,0-20;0 номинального тока. Погрешность преобразования при этом не превышает 10%.

Формул а изобретения

1. Преобразователь тока в напряжение, содержащий два охваченных общей первичной обмоткой магнитопровода, на каждом из которых размещена вторичная обмотка с нагрузочным резистором, отличающийся тем, что, с целью расширения линейного диапазона преобразования, в него введены амплитудный дискриминатор и дна промежуточных развязывающих преобразователя, причем входы амплитудного дискриминатора соединены с прямым выходом одного и инверсным выходом другого промежуточного раэняэывающего преобразователя, входы которых подключены к соответствующим нагруэочным резисторам.

2. Преобразователь тока в напряжение по и. 1, отличающийся тем, что амплитудный дискриминатор содержит три формирователя модуля и сумматор, причем один из входов формирователей модуля соединены с прямым выходом одного иэ промежуточных развязывающих преобразователей, другой вход первого формирователя модуля подключен к инверсному выходу другого промежуточного раэвязывающего преобраэонателя, другие входы второго и третьего формирователей модуля соединены с выходами соответственно положительной и отрицательной полярности первого формирователя модуля, а выходы отрицательной полярности второго и положительной полярности третьего формирователей модуля подключены ко входам сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 9 3815013, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 280620, кл. Н 02 Н 7/00, 1969.

789776

Составитель Л. Морозов

Редактор А. Шандор Техред М Кузьма Корректор Н. Швыдкая

Заказ 9128/75 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4