Гальваномагнитный амплитудночастотный измерительный преобразователь непрерывного действия

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (11868602

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву р )м. к. (22) Заявлено 1101.80 (21) 2871696/18-21 с присоединением заявки МЗ— (23) ПриоритетG 01 R 19/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 3009.81,Бюллетень ет9 36 (53) УАК 621.3П.

1,088. 8) Дата опубликования описания 3009.81 (72) Авторы изобретения

Ю. А. Леньков и Н. И. Овчаренко

Павлодарский индустриальный и титут (71) Заявитель (54) ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЙ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫЙ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НЕПРЕРЫВНОГО

ДЕЙСТВИЯ

Настоящее изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в аналоговых регуляторах возбуждения синхронных электрических машин сильного действия.

Известен время-импульсный амплитудно-частотный измерительный преобразователь, используемый в аналогоцифровом автоматическом регуляторе возбуждения синхронного генератора сильного действия, содержащий трансформатор и последовательный резонансный контур LС, свяэанкяе с источником преобразуемого напряжения, выпрямители, подключенные один ко входу преобразователя, а другой — к конденсатору резонансного контура, резистор, подключенный к выходам вы-. прямителей, источник напряжения постоянного тока и блок сравнения, вхо-. ды которого связаны с резистором и источником постоянного напряжения, а выход - с нуль-индикатором, формирующим прямоугольные импульсы, причем длительность импульсов зависит как от амплитуды, так и частоты преобразуемого напряжения f13, Дискретизированный ко времени аналоговый выходной сигнал время-импульс З0 ного амплитудно-частотного измерительного преобразователя при использовании преобразователя в аналоговом ре- гуляторе возбуждения сильного действия требует предварительного сглаживания дополнительным фильтром, что снижает быстродействие преобразователя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является гальваномагнитный амплитудно-частотный измерительный преобразователь непрерывного действия, содержащий подключенные к входным клеммам преобразователя два идентичных перемножителя Холла, имеющих каждый источник магнитного поля с первичной и вторичной обмотками, размещенными на магнитопроводе с воздушным зазором, и полупроводниковый элемент Холла, помещенный в воздушный зазор магнитопровода, резонансный контур RLC в цепи первичной обмотки источника маг- нитного поля первого перемножителя, последовательно соединенные резистор и конденсатор в цепи первичной обмотки источника магнитного поля второго перемножителя, вторичные обмотки источника магнитного поля, подключенные через балластные резисторы к токовым

86 8602 электродам элементов Холла противоположных перемножителей, и выходной . усилитель-вычитатель с источником стабилизированного опорного напряже.ния постоянного тока, связанный с последовательно соединенными электродами Холла элементов ХолЛа перемножителей (2g.

Недостатком известного гальваномагнитного измерительного преобразователя является низкая чуствительность к изменению амплитуды и частоты преобразуемого напряжения и ïîâûшенное содержание гармонических со- . .ставляющих в выходной ЭДС Холла, обусловленные малым значением угла сдвига фаз токов в первичных обмот- 15 ках источников магнитного поля перемножителей Холла и относительно слабой его зависимостью от частоты.

Другим недостатком известного гальваномагнитного измерительного Щ преобразователя является его сложность, связанная с наличием выходно,го усилителя-вычитателя с источником стабилизированного опорного напряжения. .25

Цель изобретения — упрощение и по- вышение чувствительности преобразователя и снижение значения гармонических составляющих в выходной ЭДС

Холла путем создания оптимального режима работы перемножителей Холла, обеспечивающего дискретное изменение угла сдвига фаз между токами в первичных обмотках источников магнитного поля перемножителей при переходе частоты преобразуемого напряжение через номинальное значение и повышенное значение этого угла, близкое к предельному (+ ) при снижении

У и повышении частоты соответственно.

Указанная цель достигается тем, 40 что в гальваномагнитном амплитудно.частотном измерительном преобразователе напрерывного действия, содержащем подключенные к входным клеммам преобразователя два идентичных 45 перемножителя Холла, имеющих каждый источник магнитного поля с первичной и вторичной обмотками, размещенными на магнитопроводе с воздушным зазором, и полУпроводниковый элемент Хол- go ла, помещенный в воздушный зазор магнитопровода, резонансный контур

RLC в цепи первичной обмотки источника магнитного поля первого перемножителя, последовательно соединенные резистор и конденсатор в цепи первичной обмотки источника магнитного поля второго перемножителя, вторичные обмотки источников магнитного поля, подключенные через vбалластные резисто-. ры к токовым электродам элементов 6О

Холла противоположных перемножителей, соединенные последовательно электроды Холла элементов Холла, источник магнитного поля первого перемножителя дополнительно снабжен цепочкой иэ 65 последовательно соединенных резистора и второй первичной обмотки, подключенной к входным клеммам преобразователя встречно с его основной первичной обмоткой, а последовательно соединенные электроды Холла элементов Холла подключены к выходным клеммам преобразователя.

На фиг, 1 изображена принципиальная электрическая схема гальваномагнитного амплитудно-частотного измерительного преобразователя непрерывного действия, на фиг.2 и 3-векторные диаграммы, показывающие фазные соотношения между электрическими и магнитными величинами в преобразователе соответственно при частоте преобразуемого напряжения меньшей и большей номинальности; на фиг. 4 векторная диаграмма электрических величин и магнитной индуктивности второго перемножителя преобразователя.

Гальваномагнитный амплитудно-частотный измерительный преобразователь содержит два идентичных перемножителя 1 и 2 Холла, связанных с входными клеммами преобразователя, состоящие из источников 3 и 4 магнитного поля и полупроводниковых элементов

5 и б Холла, параллельный резонансный контур RLC 7 и балластные резисторы 8 и 9 в первом перемножителе, балластный резистор 10 и последовательно соединенные резистор 11 и конденсатор 12 во.втором перемножителе.

Источники 3 и 4 магнитного поля перемножителей 1 и 2 выполнены на одинаковых магнитопроводах с воздушными зазорами (не показаны), в которых установлены полупроводниковые элементы Холла 5 и б, и имеют первичные и вторичные обмотки, связанные соответственно с входными клеммами преобразователя и токовыми электродами элементов Холла 5 и б.

Источник 3 магнитного поля перемножителя 1 снабжен двумя первичными обмотками: основной первичной обмоткой 13 и дополнительной первичной обмоткой 14 с одинаковым числом витков, включенными по отношению друг к другу встречно, и вторичной обмоткой 15, а источник 4 магнитного поля

:перемножителя 2 - первичной обмоткой ,17. Перемножитель Холла 1 подключен к входным клеммам преобразователя разноименными выводами первичных обмоток 13 и 14 источника 3 магнитного поля, причем в цепи основной первичной обмотки 13 установлен параллельный резонансный контур RLC .7,который осуществляет преобразование изменений частоты входного .напряжения преобразователя в изменения амплитуды и фазы, а в цепь дополнительной . первичной обмотки 14 включен балластный. резистор 8, который предназначен для создания условий взаимной компенсации в

868602 источнике 3 магнитного поля действия тока 3q в дополнительной первичной обмотке 14 и активной составляющей

За„ тока 3 . Резонансного контУРа RLC

7 в основной первичной обмотке 13.

Перемножитель Холла 2 подключен к входным клеммам преобразователя первичной обмоткой 16 источника 4 магнитного поля через последовательно соединенные резистор 11 и конденсатор 12,предназначенные для получения соответствующего угла сдвига фаз между током 3 у первичной обмотки 16 и результирующим током 3 = 3 в первичных обмотках 13 и 14 источника 3 магнитного поля перемножителя

Холла l. Полупроводниковый элемент 15

Холла 5, расположенный в воздушном зазоре магнитопровода источника 3 магнитного пбля перемножителя 1, через балластный резистор 9 подключен токовыми электродами к вторичной 2О ..обмотке 17 источника 4 магнитного поля перемножителя 2,а полупроводниковый элемент Холла 6, расположенный в воздушном зазоре магнитопровода источника 4 магнитного поля перемножителя 2, через балластный резистор

10 подключен токовыми электродами к вторичной обмотке 15 источника 3 магнитного поля перемножителя 1.

Полупроводниковые элементы Холла

5 и б электродами Холла включены последовательно для суммирования ЭДС

Холла обоих перемножителей 1 и 2 и подключены к выходным клеммам преоб» разователя.

Гальваномагнитный амплитудно-частотный измерительный преобразователь работает следующим образом.

Преобразователь входными клеммами подключают к источнику напряжения U с изменяющимися амплитудой и частотой40

Перемножитель Холла 1 осуществляет перемножение магнитной индукции б., источника 3 магнитного поля и тока

З „, протекающего через элемент Холла 5. 45

Магнитная индукция В„ создается результирующим током 3« равным разности между током Э„ основной первичной первичной обмотки 14 источни.ка 3. магнитного поля . Ток в элементе Холла 5 возбуждается

ЭДС Е, во вторичной обмотке 17 источника 4 магнитного поля перемножителя Холла 2 и пропорционален току 3< в его первичной обмотке 16. При этом

ЭДС Е и ток 3> „ сдвинуты по фазе 1

Х относительно тока 3 на угол -д

Л

С и угол -с/"+ф соответственно, Перемножитель Холла 2 осуществляет перемножение магнитной индукции

В источника 4 магнитного поля и тонар»

3, протекающего через элемент Холла 6.

Магнитная индукция В создается током J в первичной обмотке 16 источника 4 магнитного поля. Ток 0,1 65 в элементе Холла 6 возбуждается ЭДС

Е„ во вторичной обмотке 15 источника

3 магнитного поля перемножителя 1 и пропорционален результирующему току

3 в его первичных обмотках 13 и 14.

При этом, ЭДС f. и ток 3 сдвинутй по фазе относительно тока 3 на угол — о " и угол < ->-Э соответ3r ственйо.

Таким .образом ЭДС Холла е» „и е 1 перемножителей 1 и 2, возникающие между электродами Холла элементов

Холла 5 и б, соответственно равны

e> - В 3> „= U.þ. S in (urt- Х„-d9»

t ю в 0 „. 5 i n (wt +а(+ — - Р- 8); е 1- В.й Зэ,9. Uyn S i n (w t t cLg -Ô))(л х U .S in(wt + „+,Е - +- В), д где *„, с - углы сдвига фаз между напряжением U на входе преобразователя и токами и Jg в первичных обмотках источников 3 и 4 магнитного поля соответственно;

Ф - угол сдвига фаз между током .i.„(21 )-и магнитной индукцией В„(В1) источников 3 и 4 магнитного поля соответственно

8 - угол сдвига фаз между

ЭДС E„(Е q) вторичной обмотки 15.(17) и током

3Э „(3З,1) в элементах Холла 5 и 6 соответственно.

Знаки + и - угла c(,„ñoîòâåòcòâóют повышеннойк номинальной („е„частоте f напряжения U на входе преобразователя.

Благодаря введенным резистору 8 и и дополнительной первичной обмотке

14, включенной встречно с основной обмоткой 13 источника 3 магнитного поля, по которым протекает ток 3, компенсирующий полностью (при f ** Ф,„,) или частично (при f 4 f ) активную составляющую Эх тока резонансного контура RLC 7, настроенного на частоту ноц, .Угол Ы близок к -Х и при у переходе частоты f напряжения U через номинальное значение f изменяется практически на величину Х

При частоте напряжения U на входе преобразователя f с f<<< (фиг. 2). реактивная составляющая 3w.р 3i, + 3с тока 3 резонансного контура RLC 7индуктивная составляющая 3 несколько превышает ток .),, а полный ток J< имеет индуктивный характер. При этом результирующий ток 3„первичных обмоток 13 и 14 источника 3 магнитного поля отстает по фазе от напряжения

0 на входе преобразователя на угол

*„, близкий к - . л

При частоте напряжения U на входЕ преобразователя f ъ иое4(фиг. 3) реактивная составляющая З„р така 1 >

868602 емкостная, активная составляющая Jn а несколько меньше тока 1 „, полный

° ток 3„имеет емкостный характер. При этом ток Ло опережает по фазе напряжение U на входе преобразователя также на угол < близкий к

Jl

Параметры элементов (сопротивление резистора 11, емкость конденсатора

12) электрической цепи первичной обмотки 16 источника 4 магнитного поля ныбраны такими, что угол Аg сдвига фаз между напряжением 8 на йходе преобразователя и током в первичной обмотке 16 мал и слабо изменяется (в пределах заштрихованного сектора на фиг. 4) при изменении частоты напряжения U. 15

Таким образом, угол сдвига фаэ между токами 3„ и J источников 3 и 4 магнитного поля перемножителей близок к — и имеет различные знаки

3Т

2. нри переходе частоты f напряжения U 20 на входе преобразователя через номинальное значение (фиг. 2-4 ) ° Благодаря этому при суммировании ЭДС Холла е„, e x,g перемножителей, которое осуществляется н преобразователе за g$ счет последовательного соединения элементов Холла 5 и 6 по электродам

Холла, гармонические составляющие (цнойной частоты) ЭДС ex <, е,у нзаим 1 но компенсируются, а их постоянные ЗО составляющие арифметически суммируются. При этом суммарная ЭДС Холла

E g на выходе преобразователя равна

EXR= е X,„, е = U„, 5 in (А и А.,) cbs8

ЭДС Е является функцией амплитуды

U и функцией частоты f напряжения U на входе преобразователя, поскольку угол д меняется дискретно при переходе частоты через номинальное значение и непрерывно — в функции частоты f по мере ее снижения или повыаения относительно номинальной. За счет укаэанного изменения угла <{,„, обусловленного введением в источник 4 магнитного поля первого перемножите- 45 .ля 1 дополнительной первичной обмотки 16 и резистором 8, достигается по" выаение чувствительности преобразователя и более полная компенсация гармонических составляющих в суммарной 5р

ЭДС Холла Е на выходе преобразователя. В результате расширяются возможности по практическому применению преобразователя и, в частности, в к ачеот ве измерительного преобраз онателя обобщенного информационного параметра в устройствах автоматического регулирования синхронных электрических машин и автоматического включения резерва (ABP), Формула изобретения

Гальваномагнитный амплитудночастотный измерительный преобразователь непрерывного действия, содержащий подключенные к входным клеммам преобразователя два идентичных перемножителя Холла, имеющих каждый источник магнитного поля с первичной и вторичной обмотками, размещенными на магнитопроводе с воздушным зазором, и полупроводниковый элемент Холла, помещенный в воздушный зазор. магнитопровода, резонансный контур RLС н цепи первичной обмотки источника магнитного поля первого перемножителя, последовательно соединенные резистор и конденсатор в цепи первичной обмотки источника магнитного поля второго перемножителя, вторичные обмотки источников магнитного поля, подключенные через балластные резисторы к токовым электродам элементов

Холла противоположных перемножителей, соединенные последовательно электроды Холла элементов Холла, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения и повыаения чувствительности, источник магнитного поля первого перемножителя дополнительно снабжен цепочкой из последовательно соединенных резистора и второй первичной обмотки, подключенной к входным клеммам преобразователя встречно с его основной первичной обмоткой, а последовательно соединенные электроды Холла элементов Холла подключены к выходным клеммам преобразователя.

Источники информации. принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 311359, кл. Н 02 P 9/14, 1970.

2. Леньков Ю.A. О воэможности формирования сигнала по обобщенному параметру в непрерывной форме, M., Труды МЭИ, 1978, нып. 371, с. 73-77 (прототип).