Устройство для измерения постоянноготока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 14.06.76 (21) 2372540/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 07.0781.Бюллетень ¹ 25

Дата опубликования описания 100781 (51)М. Кл.з

G 01 R 19/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317. ..3111088.8) I

1 (72) Авторы изобретения

A. Ф. Березовский н Е. Н. Мишин (71) заявители

1 54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к устройствам для измерения постоянного тока, предназначено для измерения относительно малых токов.

Известны измерители постоянного тока с использованием магнитных уси.лителей-модуляторов 11, P2).

Их недостатком является наличие цепи смещения, нарушение работы ко- торой приводит к ложному сигналу да.тчика максимального и обратного постоянных токов.

Наиболее близок к предлагаемому устройству измеритель, содержащий источник питания переменного тока, магнитный модулятор, промежуточные трансформаторы, источник питания постоянного тока, измерительный элемент и индикатор Г2J.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, .что при наличии второй гармоники в источнике питания переменного напряжения на выходе появляется ложный сигнал (первый вид погрешности) . Изменение величины неискаженного гармониками напряжения в источнике питания рабочих обмоток магнитного модулятора изменяет вели- чину сигнала на выходе модулятора при неизменном входном сигнале постоянного тока. в обмотке управления (второй вид погрешности) .

Цель изобретения — уменьшение погрешности измерения путем устранения ложных сигналов при наличии гармоник в напряжении питания и от изменения амплитуды напряжения питания.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения постоянного тока, содержащем источник питания переменного тока, магнитный модулятор, промежуточные трансформаторы, источник питания постоянного тока, 15 измерительный элемент и индикатор, измерительный элемент выполнен в виде схемы сравнения по знаку мгновенных значений напряжений двух полупериодов, два входа схемы сравнения под20 сбединены разнополярно ко вторичным обмоткам промежуточных трансформаторов, первичные обмотки которых включены последовательно с рабочими обмотками магнитного модулятора.

2з На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема измерительного элемента; на фиг. За, б. с — графики мгно30 венных значений напряжений на входе 845107 схемы сравнения, когда: а) создавшие их токи рабочих обмоток магнитного модулятора искажены входным сигналом постоянного тока в обмотке управления; б, в) создавшие их токи рабочих обмоток магнитного модулятора искажены только наличием гармоник в источнике питания переменного тока.

Устройство для измерения постоянного тока содержит зажимы 1 и 2 источника питания постоянного тока, дроссель 3, обмотку управления 4 магнитного модулятора 5. Рабочие обмотки

6 и 7 модулятора подсоединены к зажимам 8 и 9 источника питания переменного тока и последовательно с первичными обмотками промежуточных трансформаторов 10 и 11, вторичные обмотки

12, 13 которого разнополярно подключены, ко входным зажимам 14-16 схемы сравнения, которая состоит из входных диодов 17. и 18, усилительного элемента 19, зажимов 20 стабилизированного источника питания, резистора 21 и обмотки 22 индикатора.

Обмотка 22 индикатора и резистор

21 подсоединены параллельно конденсатору 23, а вся группа элементов через разрядный резистор 24 подключена параллельно промежутку коллектор-эммитер транзистора 25. Коллектор транзистора через ограничительный резистор 26 подсоединен к плюсовому зажиму 20 стабилизированного источника питания, а эмиттер — к минусу. Отвод потенциометра 27 соединен с входным зажимом 14.

Устройство работает следующим образом. При наличии сигнала постоянного тока на зажимах 1 и 2 источника питания постоянного тока форма кривой тока в рабочих обмотках магнитного модулятора 5, а также напряжение на вторичных обмотках 12, 13 промежуточного трансформатора искажаются, как показано на фиг. За. С целью упрощения на фиг. 3 показаны пропорциональные токам напряжения при условии, что в токах рабочих обмоток магнитного модулятора 5 учитываются только наибольшие по величине первая и вторая гармоники, причем амплитуда второй гармоники вдвое меньше, чем первой.

Когда напряжения 0„ и(-0, )(фиr. 3) не совпадают по знаку и одно из них, например U, как показано на фиг. 2 направлено по стрелке от зажима 15 к зажиму 14, создавая положительный по- тенциал на зажиме 15, транзистор 25 открыт, потому что напряжение 0„, co" действует току стабилизированного ис.точника, направленному от отвода потенциометра 27 .через базу и эмиттер к минусу этого источника. При открытом транзисторе ток через обмотку 22 индикатора равен нулю. На фнг. 2 показано, что напряжение U1< создает положительный потенциал на зажиме 15. а напряжение(-01 ) на зажиме 16 — отрицательный; это соответствует моменту, когда на фиг. 3 мгновенное зна— чение напряжения 01 положительно, а напряжение (-019 ) отрицательно.

При совпадении по отрицательному .знаку напряжений 01 и (-UI9 ) (вертикально заштрихованййе участки на фиг. 3), если каждое из них превышает порог чувствительности схемы сравнения, транзистор закрывается, и возникает ток через обмотку 22 индикатораа.

С наступлением нового несовпадения Ilo знаку мгновенных значений сравниваемых напряжений 01 и i-0 3 ) в

15 схеме сравнения транзистор снова открывается.

Испытания показали, что угол совпадения Сс по отрицательному знаку мгновенных значений у напряжений U1

Щ и i-01 ) достаточно большой, причем почти пропорционален относительной величине второй гармоники (в пределах 0 а (0,5).

Угол совпадения ь вычислялся по уравнению для момента прохождения через нулевЬе значение напряже0и

91П ь„-аСО9 Г,=О; Ь =2

Зависимость угла совпадения ьс, от измеряемой величины тока д) приведена в таблице. Величина а — относительная и определяется коэффициентом усиления магнитного усилителя-подулятора 5. Напряжение, фиксируемое

5 индикатором, пропорционально углу совпадения.

t,c Ь 46 11 10 21 26 30 37 43 60

При перемене знака входного сиг4 нала постоянного тока возможно совпадение мгновенных значений сравниваемых напряжений 0„ и 01 только по положительному знаку, а схема сравнения настроена на совпадение по отрицательному знаку (обладает направленностью) вследствие чего необходимо переключение контактов реле, которое подключает вторичные обмотки 12, 13 к схеме сравнения.

Это переключение может производить ся вручную выключателем в цепи обмотки этого реле или автоматически.

Когда на зажимах 1 и 2 источника отсутствует сигнал постоянного тока, но в напряжении сети на зажимах 8 и

9 источника питания переменного тока имеется вторая гармоника, соответствующие напряжения 011 и 01Ъ, поступакщие на вход схемой сравнения, под казаны на фиг. Зб (максимушки у пер845107 вой и второй гармоник кривой О д сОвпадают в положительный полупериод первой гармоники) и на фиг. 3в (упомянутые положительные максимумы сдвинуты на 90 второй гармоники или на 45О первой гармоники), Как видно из фиг. 36, в в таком режиме нет совпадения напряжений 0 и 0„ по отрицательному знаку и по положительному знаку после переключения цепей контактами реле. Не будет вышеупомянутых совпадений в устройстве и если, например, вследствие разных длин сердечников магнитного модулятора 5, будет отличаться от единицы соотношение модулей соответствующих мгновенных значений у кривых U < и U„> на 15 фиг.. Зб, в, тогда как в подобных условиях у магнитного модулятора. 5 с удвоением частоты на выходе появится вторая гармоника, т. е. ложный сигнал.

Расчеты показали, что если не учитывать эффект усилителей на выходе, мера чувствительности известного магнитного модулятора, определяемая как среднее значение (при двухполупериодном выпрямлении ) второй гармоники напряженности магнитного.поля в сердечнике, в среднем \ в зависимости от режимов ) вдвое больше меры чув ствительности предлагаемого устройства, определяемой как половина дополни.тельнои постоянной .составляющей напряженности магнитного поля, возникающей при появлении магнитного насыщения. Устройство обеспечивает также 35 уменьшение второго вида погрешности, появляющейся при изменении амплитуды напряжения питания на рабочих обмотках магнитного модулятора-усилителя.

Испытания показали,. что: 40

1) При сохранении 50% меры чувствительности при появлении гармоник в напряжении питания на рабочих обмотках модулятора отсутствуют ложные сигналы.

2) Уменьшается погрешность, возникающая при изменении амплитуды напряжения питания на рабочих обмотках модулятора.

3) Устройство реагирует на изменениее направления постоянного тока, не требуя цепи смещения, что повышает надежность его работы в качестве реле максимального и обратного токов.

Формула изобретения

Устройство для измерения постоянного тока, содержащее источник питания переменного тока, магнитный модулятор, промежуточные трансформаторы, источник питания постоянного тока, измерительный элемент и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения путем устранения ложных сигналов при наличии гармоник в.напряжении питания и при изменении амплитуды этого напряжения, измерительный элемент выполнен в виде схема сравнения по знаку мгновенных значений напряжений двух полупериодов, два входа схемы сравнения подсоединены разнополярно ко вторичным обмот кам промежуточных трансформаторов, первичные обмотки которых включены последовательно с рабочими обмотками магнитного модулятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Глух Е. М., Зеленов В. Z. Защита полупроводниковых преобразователей. М., Энергия, 1970, с. 115-118.

2. Розенблат М. A. Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники. М., Наука, 1966, с. 302-314 прототип).