Трансформатор постоянного тока

 

Е.В. Кириевский (72) Автор изобретения у

/

i

I (71) Заявитель. (54) ТРАНСФОРМАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в системах автоматики и вычислительной техники.

Известны трансформаторы постоянного тока на магнитных усилителях (Ц .

Однако известные трансформаторы имеют большие габариты магнитопровода, определяемые условием его ненасыщения, причем с ростом измеряемых

ToIcoB габариты магнитопровода растут.

Наиболее близким к предлагаемому является трансформатор, который содержит в .зазоре магнитопровода датчик магнитного состояния магнитопровода, через усилитель подсоединенный ко вторичной обмотке сердеч- ника, которая включена.,встречно по отношению к первичной обмотке (2), Недостатком известного устройства является низкая надежность его функционирования, во-.первых, иэ-за сложности схемы усилителя мощности в цепи обратной связи, и во-вторых, из"за наводок электромагнитных помех в высокоомных входных цепях и промежуточных каскадах усилителя под действием изменяющихся во времени магнитных полей помех, приводящих к искажению заданной характеристики вход — выход усилителя. В результате в устройстве в течение времени действия. помех может иметь место недокомпеисация либо перекомпенсация магнитного потока от измеряемого тока, что в свою очередь приводит к нарушению пропорциональности первич1О ного и вторичного токов. Использование экранирующих средств для защиты усилителя от помех (ферромагнитные экраны) привело бы к значительному увеличению габаритов всего устройства в целом.

Цель изобретения - повышение надежности и помехоустойчивости трансформатора постоянного тока эа счет его упрощения.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве датчика магнитного состояния магнитопровода в его зазоре установлен магнитотиристор, анод которого подключен к положительному полюсу сети с измеряемым током, а катод — к первому выводу размагничивающей обмотки, второй вывод которой соединен через нагрузку с отрицательньм полюсом сети и с анодом диода, катод которого подключен н первому выводу размагничиваю995133 щей обмотки, причем между полюсами сети включен резисторный делитель напряжения, средняя точка которого соединена с управляющим электродом магнитотиристора, На фиг.l изображена схема предлагаемогo устройства; на фиг,2 иллюстрируется процесс его функционирования.

Трансформатор постоянного тока содержит (фиг.2) магнитопровод 1, первичную обмотку 2 одного полюса (в данном случае - положительного) сети с измеряемым током 3 . Между положительным полюсом 2 и отрицательным полюсом 2 и отрицательным полюсом 3 сети включен делитель напряжения на резисторах 4 и 5. В зазоре б магнитопровода 1 установлен магнитотиристор 7, анод л которого подключен .к токоведущей шине 2 положительного полюса сети, Катод К магнитотиристора 7 подключен к одному выводу вторичной обмотки 8, нанесенной на магнитопровод 1. Второй вывод обмотки 8 соединен через нагрузку 9 с токоведущей шиной 3 отрицательного полюса сети и с анодом диода 10. Катод последнего подключен к первому выводу обмотки 8 ° Управляющий электрод Y магнитотиристора 7 соединен со средней точкоЛ делителя на резисторах 4 и 5, Иагнитотиристор 7 представляет собой тиристор, напряжение включения которого меняется в зависимости от внешнего магнитного поля.

При полярности магнитного поля В+ напряжение включения растет. При противоположном направлении магнитного поля В напряжение включения снижается. Если внешнее напряжение меньше напряжения включения тиристора, то тиристор выключен, Порог срабатывания магнитотиристора 7 задается делителем напряжения на резисторах 4 и 5, При протекании по шине 2 измеряемого тока .Э в маг1 нитопроводе 1 создается магнитный поток ф определенной полярности, например отрицательной. С ростом этого потока уменьшается напряжение

1 включения магнитотиристора 7, который до этого момента был выключен.

Когда напряжение включения магнитотиристора спадает до уровня напряжения на управляющем электроде Y маг" нитотиристора 7, последний включается и от анода A к катоду К начинает протекать ток 3„ по цепи: токоведу" щая шина 2 с током 2(- магнитотиристор 7 (анод - катод) - начало (+) обмотки 8 - конец обмотки 8 — нагрузка 9 - шина (-) 3. Ток 3 < создает в магнитопроводе 1 магнитный поток ф, направленный встречно потоку ф:

С ростом потока Ф(уменьшается результирующий магнитный поток в магнитопроводе 1 и в момент смены направления результирующего потока на противоположное, напряжение включения магнитотиристора 7 становится выше, чем напряжение, создаваемое

5 делителем напряжения на резисторах

4 и 5 на управляющем электроде магнитотиристора 7. При этом магнитотиристор 7 выключается и разрывается цепь протекания тока 3к г шина 2 магнитотиристор 7 †обмотка 8 — наг10 рузка 9 — шина 3. Этот момент соответствует точке A на фиг.2.

Запасенная энергия в обмотке 8 разряжается по экспоненте по цепи: обмотка 8 — нагрузка 9 -. диод 10

15 обмотка 8. Ток разряда создает в . магнитопроводе спадающий по экспоненте магнитный поток (см.фиг,2) .Как только этот поток спадает до уровня потока ф „, напряжение включения

2О магнитотиристора 7 уменьшается до порога его срабатывания, магнитотиристор 7 включается (этот момент соответствует точке В на фиг.3) и снова по цепи: токоведущая шина 2 магнитотиристор 7 - обмотка 8 - нагрузка 9 — шина 3 начинает нарастать ток, пока не достигнет точки С.Далее опять магнитотиристор 7 выключается, энергия обмотки 8 опять разряжается через диод 10, который до этого был закрыт, и далее процесс повторяется многокРатно.

Таким образом; осуществляется слежение тока обмотки 8 за первичным током 3>, Как видно на фиг.2 вторичный ток 3 представляет собой пилообразную кривую, наложенную на первичный ток, причем среднее значение пилообразной кривой вторичногс тока 3 совпадает с кривой первич40 ного тока. Следует отметить, что на фиг.2 размах амплитуды пилы для наглядности утрированно завышен., а частота, наоборот, занижена. Фактически же, величина амплитуды пил045 образных импульсов и их частота определяются, в основном, быстродействием переключающего элемента магнитотиристора 7, а также индуктивностью обмотки. Для современных

50 магнитотиристоров время переключения составляет единицы микросекунд, поэтому диапазон частот пилообразного сигнала с учетом влияния индуктивности обмотки составляет ориентировочно 10...50 кГц. В о же время частотный диапазон трансформируемых токов от постоянного тока до нескольких герц (при колебании нагрузки). Следовательно, пилообразный характер кривой вторичного тока не вносит сколько-нибудь существенной погрешности в измерение, благодаря тому, что частота пилы на несколько порядков превышает частоту полезного сигнала и при необ65 ходимости может быть легко отфильт995133 рована включением в нагрузку фильтра (не показан), шунтирующего высокочастотную составляющую вторичного тока, -Таким образом, по сравнению с известным устройством предлагаемый трансформатор тока упрощен, .благодаря замене усилителя мощности реэисторным делителем с диодом. Такая замена также обеспечивает повышение помехоустойчивости трансформатора, Использование предлагаемого уст ройства особенно эффективно при:измерении и преобразовании постоянных токов в условиях воздействия электромагнитных полей помех и наличии повыаенных требований к надежности, измерительных устройств, например в качестве датчиков тока в системах аварийного управления автономными .электроэнергетическими системами.

Формула изобретения

Трансформатор постоянного тока, содержащий первичную обмотку, магнитопровод со вторичной обмоткой н зазором, в котором расположен датчик магнитного состояния, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности и помехоустойчивости, 5 он снабже реэисторн"" д ителем напряжения, диодом, в качестве датчика магнитного состояния применен магнитотиристор, анод которого предназначен для подключения к положительному полюсу сети, а катод — к одному выводу вторичной обмотки, вто- рой вывод которой предназначен для соединения через нагрузку с отрнцательньак полюсом сети и анодом диода, катод которого соединен с другим

15 выводом вторичной обмотки, управляющий электрод магнитотиристора соединен со средней точкой делителя напряжения.

20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Толстов Ю.Г. Измерительные трансформаторы постоянного тока. hl., 1951.

2. Авторское свидетельство СССР

9 2Я2238, кл. Н 01 F 10/06, 1971, 995133

Составитель В. Иясникова

Редактор Н. Гришанова ТехредИ.Костик КорректорВ. Прохненко

Заказ 655/36 »

le

47

Ж 1 ираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4