Измерительный преобразователь тока

 

СОЮЗ СОВЕтСНИХ

СОИ4АЛИСТИЧЕСЯИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 Î! P. 19/20

1

ll

СЛИОАИИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОТКРьпиям

ПРИ ГКНТ СССР

Н АВТОРСИСЬЗУ СНХДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4731497/21 (22) 16. 08. 89 (46) 23.01.92. Бюл. Г 3 (71) Самарский политехнический институт им. В,Р. Куйбьш;ева (72) А.И. Косолапов (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР г. 1396070,. кл. G Oi Г 19/ОО, 1986.

Электрические измерения./Под ред, А.В, еремке и Е.И. Лушина. - Л. .

Э: ергил, 1980, с. 88-90, рис. 3-20, (54) ИЗ11ЕРИТЕЛЬНИ11 ПРБОБРАЗОБАТ ЕЛЬ

ТОКА (57) Изобретение относится. к средствам преобразования измеряемого тока с гальванической развязкой и может использоваться также и для контроля тока в технологических процессах.

Цель изобретения - повышение точности преобразования и снижение пот1 ребляемой мощности. Лостигается путем введения компенсирующих обмоток 13 и 16 ключей 4-7, интегрирующего блок

17 и образования новых (1ункциональннх связей. TGK в первичнь.х обмотках 11 и 14 трансформаторов 1 и 2 намагничивает сердечники, Ро вторичных обмотках 12 и 15 в одном из трансФорм;.торов 1 или 2 вспомогательный переменный ток от источника 3 переменного напряжения совпадает с измеряемьп;,, а другом он противололожен ему.

В t,>ñë, íåè слу гае при р-.;венстве мегнитодвижуцих сил происходит резкое ":: изменение магнитного потока и во вторичной обмотке (например, 12) возн,кает сигнал, который уравновешивает приложенное,от источника 3 напряжение.

Ключи 4-7, с учетом порога их срабатывания, выделяют сигнал, который интегрируется блоком 17 и поступает в

3 1707556 компенсационные обмотки 13 и 16, урав- ка, а также ограничивают его величину новешивая магнитный поток в сердечни- и выделяют полезный сигнал, В описаках трансформаторов 1 и 2, Резисторы нии приведен пример реализации блока

8-10 обеспечивают путь протекания то- 5 17. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измеритель-!О ной технике и может быть использовано при построении систем для измерения тока, мощности, энергии, 1ехнолотического контроля параметров различных изделий, например толщины гальвани- l5. ческих покрытий, Целью изобретения является повышение точности преобразования и снижение потребляемой мощности.

На фиг. 1 представлена .блок-схема 20 измерительного преобразователя тока; на Фиг. 2 — схема интегрирующего блока.

Измерительный преобразователь тока 21 (фиг. 1) содержит два трансформатора

1 и 2, источник 3 переменного напряжения, ключи 4-7, резисторы 8-10.

Трансформатор l содержит первичную 11, вторичную 12 и .;омпенс ционную 13 обмотки, трансфор.-,атс", 2 содержит первичную 14, вторичную 15 и компенсационную 16 обмотки и интегрирующий. блок

° 17. При этом вход последнего является выходом 18 преобразователя и соединей с выходами ключей 4-7, выход соединен с первым выводом компенсационной обмотки 16, второй вывод которой через компенсационную обмотку 13 соединен с первым выводом резистора 10 и является дополнительным выходом 19, первый вывод первичной обмотки li . соединен с входом 20, второй вывод первичной обмотки 11 через первичную обмотку 14 соединен с входом 21 входы ключей 4 и 5 объединены и соединены с первыми выводами вторичной об" мотки 12 и резистора 8, входы ключей

6 и 7 объединены и соединены с первыми выводами вторичной обмотки 15 и

50 резистора 9, вторые выводы резисторов

8-10 объединены и соединены с общей шиной, второй вывод вторичной обмотки

12 соединен с управляющим и инверсным упавля" щит входами ключей 4 и 5 сос5 ответственно и первым выводом истом" ника 3 переменного напряжения, второй вывод которого, соединен с вторым выводом вторично" обмотки 15, управляющими входами интегрирующего блока 17, ключа 6 и инверсным управляющим входом клюз 7.

Интегрирующий блок 17 содержит фильтр 22 нижних частот, вход которого является входом преобразователя, а выход соединен с первыми входами компараторое 23 и 24, вторые входы которых соединены с соответствующими источниками 25 и 26 опорного напряжения, вь1ход компаратора 23 соединен с суммируюц им входом реверсивного счетчика 27, выход которого может быть цифровым выходом преобразователя и соединен с входом цифроаналогового преобразователя 28, выход которого является выходом интегрирующего блока,управляющим входом которого является счетный выход реверсивного счетчика

27, вы-;итающий вход которого соединен с выходом, компаратора 24.

Ключи 4-7 (попарно) могу быть выполнены в виде комплементарных полевых транзисторов (не показаны) причем их стоки, истоки и затворы соединены между собой соответственно.

Измерительный преобразователь тока аботает следуюцим образом.

Разно=ть входного постоянного то"

1 ка I< в обмотках 11 и 14 и тока Ikэквивалентного компенсирующего тока обмоток 13 и 16, приведенного к обмоткам, 1,1 и 14, намагничивает сердечники трансформаторов и 2 в общем случае до насыщения.

Вторичные обмотки 12 и 15 включены так, что в течение каждого полупериода вспомогательного переменного тока

I 2 от источника 3 в одном сердечнике, например, трансформатора 1 переменная составляющая магнитного потока направлена навстречу потоку от rlocTORHного тока Е 1 — Е, тогда как в другом сердечнике транс >орматора 2 в это время оба магнитных потока совпадают по выправлению, До момента равенства магнитодвижущих сил (MflC) I W„„<л лл

1„17х(Тл Iz) постоянного и I Ил л2 переменногo TQKQB t де ИИ, Ч„2 — QNcJlQ

1707556 витков обмоток 11 и 12, I<, И „ - ток и число витков обмоток 13 и 16, изме-, нений магнитного потока практически не происходит. При равенстве МДС про- 5 исходит резкое изменение магнитного потока и во вторичной обмотке 12 возникает ЗДС, которая уравновешивает приложенное напряжение U источника

3, если пренебречь вследствие малости 10 падением напряжения в обмотках и в нагрузке трансформатора 1.

Потбки в сердечнике трансформатора

2 в этом периоре практически никакого влияния не оказывают, так как иэ-за 15 совпадения в этом сердечнике постоянного и переменного потоков насыщение увеличивается и никаких изменений индукции в сердечнике практически не происходит. 20

В следующий полупериод напряжение вспомогательного источника 3 питания уравновешивается Э71С во вторичной о6мотке 15 трансформатора 2. Ток Т 2, ограничивается ЗЛС вторичных обмоток, 25 появляющейся при выходе трансформаторов из насыщения, поэтому справедливо равенство

ТцР« "(ТРк

rye Т12 5 м 14 12 15 Ъ 6 .= И„, т.e„ Т„ не зависит от напряжения и .частоты источника 3. Падения напряжений на резисторах 8 и 9 практически прямоугольной йормы, пропорцио35. нальиые току Т„, поступают через ключи 4-7 иа вход интегрирующего блока

17. Состояния ключей 4-7 зависят от

" Направления тока

Положим, что в течение первого полупериода при I 2 0 сердечник тран12. сформатора 1 ненасыщен, а сердечник трансформатора 2 насыщен. Падение напряжения на обмотке 12 практически равно напряжению U источника 3, так как /U)f )r fUg — У I, где У

Т 2P. P. = P. U 9 v npe 2. 8 8 9 о вышает порог открывания ключа 4, по-. этому на входе интегрирующего блока

17 напряжение положительно: /Б8 /= 9

= /I f Р 0. Ключи 5-7 закрыты, так как ключ 5 управляется по инверсному входу, а на управляющих входах ключеи

6 и 7 действует напряжение, меньшее

i5 порогов открывания этих ключвй.

Во втором полупериоде Т,<(О, при этом (при неизменном направлении входного тока I ) трансформатор 1 насыщен, а трансформатор 2 неиасыщен.

Ключи 4 и 5 при этом закрыты, так как на управляющих входах ключей 4 и 5 напряжение менее порога открывания этих ключей, а на управляющем инверсном входе ключа 7 действует положительное напряжение. Ключ 6 открыт, поэтому на входе блока 17 действует напряжение / Т) / = / Т, / К, > О, Если направление тока Iz изменяется, то изменяются состояния трансформаторов 1 и 2 так,что при I<27 О, ключи 4, b и. 7 закрываются, а ключ 7 открывается, а при Т,2 (0 ключи 4-6 закрываются, а ключ 5 открывается. при этом иа входе интегрирующего блока 17 присутствует напряжение ! ь! >/

При напряжении на входе блока ин тегрирования более его порога чувствительности происходит изменение компенсирующего тока в обмотках 13 и 16.

В установившемся режиме справедливо соотношение

Ьык +U4 7 f> 2 | 3 к re °

Rio — — = I- 8«ч %г, РЬ где U — разность потенциалов между вь>х выводами, отмеченными на фиг. 1 стрелками;

U — падение напряжения на резисторе 10;

U — напряжение на выходе ключей

4-7

4-7, т.е. результат преобразования ц пропорционален входному току I,, интегрирующий блок 17 (фиг. 2) работает слерующим образом. Если напряжение U 7 превышает верхний или нижний пороги опорного напряжения источ" ников 25 и 26 срабатывания компараторов 23 и 24, то счетчик 27 псреходит в режим сложения или вычитания, при этом изменяется состояние счстчика

27.и, следовательно, ступенчато изменяется ток I< с выхода цифроаналогового преобразователя 28. При 1 т, меньшем пороговых уровней, изменение состояния счетчика 27 прекращается и значение Т фиксируется. При достаточно большом числе разрядов счетчика 27 его выходной код соответствует резуль-. тату преобразования в цифровой форме, На управляющий вход иитсгриру. «го блока 17 сигнал может подавать=я от внешнего генератора.

1707556 формула и зобретени я

3. Преобразователь по и, 1, о тл и ч а ю шийся тем, что каждая пара ключей выполнена на двух компленентарных полевых транзисторах, сток, исток и затвор одного иэ которых соединены со стоком, истоком и затрором другого соответственно.

1. Измерительный преобразователь тока, содержащий два трансформатора с последовательно включенными первичными обмотками, источник переменного напряжения, вторичные обмотки каждого трансформатора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности преобразования и снижения потребляе .ой мощности, дополнительно введены четыре ключа, интегрирующий блок три резистора и компенса-. ционные обмотки, первый резистор пер- 1 вым выводом соединен с первым выводом вторичной обмотки первого трансформатора и входами первого и второl o ключей, второй резистор первым выводом соединен с первым выводом вто-2р ричной обмотки второго трансформатора и входами третьего и четвертого ключей; управляющий вход первого и инверсный управляющий вход второго ключей соединены с вторым выводом вторичной обмотки первого трансформатора и первым выводом источника переменного напряжения, управляющий вход третьего и инверсный управляющий вход четвертого ключей соединены с в"..;дым вы-. 30 водом вторичной обмотки второго трансформатора и вторым выводом источника переменного напряжения, выходы всех ключей объединены, являются выходом преобразователя и соединены с входом интегрирующего блока, выход которого соединен с первым выводом компенсационной обмотки второго трансформатора, второй вывод которой через компенсационную обмотку первого трансформатора соединен с первым выводом третьего резистора и является дополнительным выходом преобразователя, вторые выводы трех резисторов объединены и соединены с общей шиной, управляющий вход интегрирующего блока соединен с управляющим входом третьего ключа.

2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что интегрирующий блок содержит фильтр нижних частот, рва компаратора, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, выход фильтра нижних частот соединен с входами компараторов, выход первого компаратора соединен с суммирующим, а выход второго компаратора с вычитаащим входами реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, вторые входы компара- торов соединены с соответствующими источниками опорного напряжения, вход фильтра нижних частот является входом интегрирующего блока, выходом которого является выход цифроаналогового преобразователя, счетный вход реверсивного счетчика является управляющим входом интегрирующего блока.