ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ БОЛЬШИХ ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ ПАКЕТА ШИН Российский патент 1995 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к измерению больших постоянных токов пакета шин с общим большим сечением.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный преобразователь для измерения постоянного тока, который содержит измерительные элементы, создающие отдельные измерительные каналы, включающие в себя компенсационные обмотки, расположенные на секциях общего для всех каналов магнитопровода и охватывающего пакет шин измеряемого тока, детекторы нуля поля (датчик Холла), расположенные в зазорах магнитопровода и выходы которых через усилитель соединяются с первыми зажимами компенсационных обмоток. Вторые (выходные) зажимы компенсационных обмоток подключаются к сумматору, выход которого является общим выходом преобразователя.

Это устройство содержит общий магнитопровод, охватывающий пакет шин. Длина магнитопровода на токи 200-300 кА может достигать более 10 м. На магнитопроводе расположены компенсационные обмотки. Общая намагничивающая сила этих обмоток должна быть равна намагничивающей силе, создаваемой измеряемым током. Поэтому такие устройства громоздки, с большим расходом стали и меди при их изготовлении. Кроме того для создания больших размагничивающих сил в компенсационных обмотках потребляется энергия большой мощности.

Так например, фирмы "Халмaр электроникс" (США) и "Сименс" (Германия) на этом принципе выпускают преобразователи на номинальный ток 240 кА (тип 105 ГМ). Вес таких преобразователей достигает 545 кг, мощность потребляемой энергии 4800 ВА, а вес 350 кА (тип 150 ГМ) соответственно 1180 кг, 6960 ВА.

Целью настоящего изобретения является уменьшение веса устройства, расхода материалов при изготовлении (стали и меди) и снижение потребляемой мощности.

Для достижения поставленной цели предлагаемое изобретение измеритель больших постоянных токов пакета шин содержит следующие общие с прототипом признаки: измерительные элементы, включающие в себя компенсационные обмотки, детекторы нуля поля (датчики Холла), усилители, общий для всех измерительных элементов сумматор. При этом выходной зажим детектора нуля поля подсоединяется с входом усилителя, выход которого присоединяется к компенсационной обмотке, второй зажим компенсационной обмотки является выходным зажимом измерительного элемента, который присоединяется как и все другие измерительные элементы ко входу сумматора. Выходные зажимы сумматора являются выходными зажимами всего устройства.

Отличительными признаками предложенного устройства являются следующие: исключен общий магнитопровод из ферромагнитного материала. Компенсационные обмотки каждого измерительного элемента располагаются на собственных замкнутых магнитопроводах, состоящих из двух П-образных сердечников с детекторами нуля поля в зазорах этих магнитопроводов. Измерительные элементы закрепляются на неферромагнитной раме, охватывающей пакет шин.

Исключение общего магнитопровода и замена его малогабаритными магнитопроводами измерительных элементов уменьшает расход стали и меди, а также расход энергии, так как намагничивающие силы малогабаритных замкнутых магнитопроводов являются значительно меньшими, чем общего магнитопровода.

Эти признаки являются новыми и определяют суть изобретения.

На фиг.1 представлена схема размещения измерительных элементов; на фиг.2 функциональная схема измерительного элемента.

Шины с измеряемым током 1 (фиг.1) охвачены неферромагнитной рамой 2, по периметру которой через равные промежутки и симметрично относительно осей координат размещены измерительные элементы 3.

Функциональная схема измерительного элемента (фиг.2) содержит магнитопровод 4, с детектором нуля магнитного поля (датчик Холла) 5, распложенного в зазоре магнитопровода; выходной зажим детектоpа нуля через усилитель 6 соединен с компенсационной обмоткой 7, выходной зажим которой подключен к общему для всех каналов сумматору 8. Выходные зажимы сумматора являются выходными зажимами всего устройства.

Устройство работает следующим образом.

В преобразователе реализуется уравнение закона полного тока, из которого вытекает следующее:
I ∮_lB_τdl ≈ B_τk где I измеряемый ток;
l контур интегрирования, совпадающий с неферромагнитной рамой 2;
B_τ тангенциальная составляющая магнитной индукции в точках размещения измерительных элементов;
Δ l расстояния между измерительными элементами по контуру интегрирования;
n число измерительных элементов.

Измерительные элементы предназначены для измерения тангенциальной составляющей магнитной индукции.

Магнитопровод 4 является концентратором магнитного поля измеряемого тока. Магнитный поток тока компенсационной обмотки 4 направлен встречно магнитному потоку измеряемого тока шин и при большом коэффициенте усиления усилителя в общий поток, пронизывающий датчик Холла или другого типа, детектор нуля поля равен нулю. При этом ток компенсационной обмотки будет прямо пропорционален магнитной индукции, создаваемой измеряемым током, а сумма токов всех измерительных элементов, расположенных на раме 2, в соответствии с уравнением, пропорциональна току 1.

Замена кратного интеграла в уравнении дискретной суммой приводит к возникновению дополнительных методических погрешностей, зависящих от распределения тока в окне рамы, а следовательно, от симметрии расположения контура интегрирования и пакета шин, а также появлению дополнительных погрешностей от внешних магнитных полей, создаваемых посторонними токами.

Увеличением числа элементов n при равномерном и симметричном их расположении можно снизить этим погрешности до желаемого значения.

Ниже приводится пример исполнения устройства, изготовленного на кафедре ТОЭ Ульяновского политехнического института, опытного образца на номинальный ток до 200 кА, состоящий из 10 измерительных элементов. Как показали теоретические расчеты, при смещении рамы с измерительным элементом на 25 см (предельное расстояние 30 см), методическая погрешность не превышает 0,1% Это подтвердилось при испытаниях этого устройства на Братском алюминиевом заводе.

Вес рамы с измерительными элементами 30 кг, потребляемая мощность около 300 ВА. Преобразователь 78 FM на 180 кА фирмы "Сименс" имеет вес 615 кг, потребляемая мощность 3600 ВА.

Экспериментальная проверка показала, при использовании предлагаемого изобретения достигается уменьшение расхода меди и стали при изготовлении устройства и снижение потребления энергии.

Использование: измерение больших постоянных токов пакета шин с большим общим сечением. Сущность изобретения: измерительный преобразователь больших постоянных токов пакета шин содержит шины с измеряемым током, охваченные неферромагнитной рамой, по периметру которой через равные промежутки и симметрично относительно осей координат размещены измерительные элементы, содержащие магнитопровод 4 из двух П-образных сердечников, датчик 5 Холла, расположенный в зазоре магнитопровода 4, усилитель 6, компенсационную обмотку 7, устройство также содержит сумматор 8. 2 ил.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ БОЛЬШИХ ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ ПАКЕТА ШИН, содержащий измерительные элементы, расположенные по контуру, охватывающему пакет шин с измеряемым током, причем каждый измерительный элемент состоит из датчика Холла, расположенного в зазоре магнитопровода, выход которого через усилитель соединен с первым выводом компенсационной обмотки, второй вывод которой является выходом измерительного элемента, отличающийся тем, что введен сумматор, а контур, охватывающий пакет шин с измеряемым током, образован неферромагнитной рамой, по периметру которой через равные промежутки и симметрично относительно ее центра расположены измерительные элементы, компенсационные обмотки которых расположены на собственных замкнутых магнитопроводах, закрепленных на ферромагнитной раме и состоящих из двух П-образных сердечников, в зазоре которых установлен датчик Холла, выходы измерительных элементов соединены соответственно с входами сумматора, выход которого является выходом устройства.