ДАТЧИК ТОКА Российский патент 2008 года по МПК G01R19/14 

Изобретение относится к электротехнике, к электроизмерительному оборудованию, а именно к датчикам силового тока как постоянного, так и переменного, которые входят в состав защитных коммутационных аппаратов.

Датчики тока, основанные на преобразователе Холла, известны, например, из следующих источников: датчик тока ACS750SCA-100, выпускаемый Allegro Microsystems Inc. США (с сайта http://www.allegromicro.com/SF/0750/ дата 23 мая 2005 г.); датчик тока, патент РФ №50679, G01R 19/00, 2005 г.;

Наиболее близким по технической сущности к патентуемому датчику тока следует считать датчик тока по патенту РФ №50679, G01R 19/00, 2005 г.

Этот датчик тока содержит токопровод для измеряемого тока, преобразователь Холла с усилителем и компаратором, источник питания и аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок сравнения сигнала величины тока одного направления, блок сравнения сигнала величины тока другого направления, источник опорного напряжения блока сравнения сигнала величины тока одного направления, источник опорного напряжения блока сравнения сигнала величины тока другого направления, блок сравнения сигналов для выдачи сигнала направления тока и источник опорного напряжения блока сравнения сигналов для выдачи сигнала направления тока.

При протекании тока через токопровод этот датчик обеспечивает определение как величины, так и направления тока.

Недостатком известного датчика тока является отсутствие защиты от перегрузки по току, что необходимо для защиты от перегрева токоведущих частей датчика тока и защитного коммутационного аппарата.

Изобретением решается задача создания датчика тока, позволяющего исключить вероятность отказа защитного коммутационного аппарата вследствие его перегрузки по току.

Технический результат, который достигается изобретением, состоит в расширении функциональных возможностей датчика тока за счет не только определения величины и направления тока, но и обеспечения защиты от перегрузки по току коммутационного аппарата.

Это достигается тем, что аналого-цифровой преобразователь дополнительно содержит устройство защиты от перегрузки по току, включающее блок сравнения сигнала одного направления, блок сравнения сигнала другого направления, источник опорного напряжения блока сравнения сигнала одного направления, источник опорного напряжения блока сравнения сигнала другого направления и блок задержки сигнала, при этом выход преобразователя Холла с усилителем и компаратором соединен с входом блока задержки сигнала, выход которого соединен с первым входом блока сравнения сигнала одного направления устройства защиты от перегрузки по току и со вторым входом блока сравнения сигнала другого направления устройства защиты от перегрузки по току, выход источника опорного напряжения блока сравнения сигнала одного направления устройства защиты от перегрузки по току соединен со вторым входом блока сравнения сигнала одного направления устройства защиты от перегрузки по току, выход источника опорного напряжения блока сравнения сигнала другого направления устройства защиты от перегрузки по току соединен с первым входом блока сравнения сигнала другого направления устройства защиты от перегрузки по току, выход блока сравнения сигнала одного направления устройства защиты от перегрузки по току соединен с выходом блока сравнения сигнала величины тока одного направления аналого-цифрового преобразователя, выход блока сравнения сигнала другого направления устройства защиты от перегрузки по току соединен с выходом блока сравнения сигнала величины тока другого направления аналого-цифрового преобразователя.

Наличие указанных дополнительных блоков и их взаимосвязь с имеющимися блоками позволяет использовать коммутационный аппарат при токах больше номинальных, но меньше аварийных, при обеспечении средне-квадратичного значения тока не более номинального.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема патентуемого датчика.

Датчик тока содержит токопровод 1 для измеряемого тока, преобразователь Холла с усилителем и компаратором 2, источник питания 3 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4.

АЦП включает в себя пять блоков сравнения сигнала 5, 6, 7, 8, 9 и соответствующие им пять источников опорного напряжения 10, 11, 12, 13, 14.

Преобразователь Холла с усилителем и компаратором 2 находится в магнитном контуре токопровода 1. Выход преобразователя Холла 2 с усилителем и компаратором соединен с входом блока 15 задержки сигнала, выход которого соединен с первым входом блока 6 сравнения сигнала одного направления устройства защиты от перегрузки по току и со вторым входом блока 8 сравнения сигнала другого направления устройства защиты от перегрузки по току. Выход источника опорного напряжения блока 11 сравнения сигнала одного направления устройства защиты от перегрузки по току соединен со вторым входом блока 6 сравнения сигнала одного направления устройства защиты от перегрузки по току. Выход источника опорного напряжения блока 13 сравнения сигнала другого направления устройства защиты от перегрузки по току соединен с первым входом блока 8 сравнения сигнала другого направления устройства защиты от перегрузки по току. Выход блока 6 сравнения сигнала одного направления устройства защиты от перегрузки по току соединен с выходом блока 5 сравнения сигнала величины тока одного направления аналого-цифрового преобразователя. Выход блока 8 сравнения сигнала другого направления устройства защиты от перегрузки по току соединен с выходом блока 9 сравнения сигнала величины тока другого направления АЦП.

Блоки 5, 6, 7, 8, 9 могут быть выполнены в виде компараторов либо операционных усилителей.

Блоки 10, 11, 12, 13, 14 могут быть выполнены в виде делителя напряжения с помощью подстроенных резисторов, подключенных входами к общему проводу и выходу источника питания 3 датчика тока, при этом выход подстроенного резистора будет источником опорного напряжения.

Блок 15 задержки сигнала может быть выполнен в виде RC цепи с помощью последовательно соединенных резистора и конденсатора, при этом вход резистора подключен к выходу датчика холла с усилителем и компаратором, выход резистора подключен к входу конденсатора, выход конденсатора подключен к общему проводу датчика тока. Выход резистора является выходом блока задержки сигнала.

Датчик тока работает следующим образом.

Значение напряжения источника опорного напряжения 11 устанавливается в пределах от напряжения на выходе датчика Холла с усилителем и компаратором, соответствующего номинальному току в токопроводе 1 аппарата, до напряжения блока 10 источника опорного напряжения величины тока условно положительного направления. Это значение напряжения выбирается исходя из коэффициента запаса по сечению токоведущих частей аппарата так, чтобы длительное протекание тока в главной цепи не вызвало перегрев токоведущих частей аппарата.

При протекании тока условно положительной полярности через токопровод 1 на выходе преобразователя Холла с усилителем и компаратором 2 появляется сигнал больше половины напряжения источника питания 3. Это напряжение поступает на вход блока 15 задержки сигнала и через резистор начинает заряжаться конденсатор до значения напряжения на входе. Время заряда конденсатора до напряжения источника опорного напряжения 11 определяется параметрами резистора и конденсатора, а также напряжением на выходе датчика Холла с усилителем и компаратором. Чем больше напряжение на выходе датчика Холла 2 с усилителем и компаратором напряжения источника опорного напряжения 11, тем быстрее зарядится конденсатор.

Напряжение с выхода блока 15 задержки сигнала сравнивается блоком сравнения 6 с заданным напряжением источника опорного напряжения 11. В момент смены полярности напряжения между входами 1 и 2 блока сравнения 6 на выходе появляется логический сигнал устройства защиты от перегрузки по току одного направления. Выход устройства защиты от перегрузки по току одного направления объединен с выходом величины тока одного направления, так как выполняют одну и ту же функцию - выдают сигнал на отключение аппарата.

При протекании тока условно отрицательной полярности через токопровод 1 на выходе преобразователя Холла с усилителем и компаратором 2 появляется сигнал меньше половины напряжения источника питания 3. Это напряжение поступает на вход блока 15 задержки сигнала и через резистор начинает разряжаться конденсатор до значения напряжения на входе. Далее работа датчика тока аналогична работе при протекании тока условно положительной полярности.

При токе в токопроводе 1, близком к нулю, на выходе преобразователя Холла с усилителем и компаратором присутствует сигнал, равный половине напряжения источника питания 3. Напряжение источника опорного напряжения 12 подбирается так, чтобы при появлении минимального значения тока в токопроводе 1 на выходе блока сравнения 7 менялся уровень логического сигнала. Это и есть сигнал о смене направления тока в токопроводе 1.

Таким образом, создан датчик тока с расширенными функциональными возможностями, позволяющими определять не только величину тока и направление, но и определять перегрузку аппарата.

Предложенное изобретение относится к электротехнике, а именно к датчикам силового тока как постоянного, так и переменного, которые входят в состав защитных коммутационных аппаратов. Технический результат, который достигается изобретением, состоит в расширении функциональных возможностей датчика тока за счет не только определения величины и направления тока, но и обеспечения защиты от перегрузки по току коммутационного аппарата. Предложенный датчик тока содержит токопровод для измеряемого тока, преобразователь Холла с усилителем и компаратором, источник питания и аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок сравнения сигнала величины тока одного направления, блок сравнения сигнала величины тока другого направления, источник опорного напряжения блока сравнения сигнала величины тока одного направления, источник опорного напряжения блока сравнения сигнала величины тока другого направления, блок сравнения сигналов для выдачи сигнала направления тока и источник опорного напряжения блока сравнения сигналов для выдачи сигнала направления тока. При этом аналого-цифровой преобразователь дополнительно содержит устройство защиты от перегрузки по току, включающее блок сравнения сигнала одного направления, блок сравнения сигнала другого направления, источник опорного напряжения блока сравнения сигнала одного направления, источник опорного напряжения блока сравнения сигнала другого направления и блок задержки сигнала, соответствующим образом соединенные между собой. 1 ил.

Датчик тока, содержащий токопровод для измеряемого тока, преобразователь Холла с усилителем и компаратором, источник питания и аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок сравнения сигнала величины тока одного направления, блок сравнения сигнала величины тока другого направления, источник опорного напряжения блока сравнения сигнала величины тока одного направления, источник опорного напряжения блока сравнения сигнала величины тока другого направления, блок сравнения сигналов для выдачи сигнала направления тока и источник опорного напряжения блока сравнения сигналов для выдачи сигнала направления тока, отличающийся тем, что аналого-цифровой преобразователь дополнительно содержит устройство защиты от перегрузки по току, включающее блок сравнения сигнала одного направления, блок сравнения сигнала другого направления, источник опорного напряжения блока сравнения сигнала одного направления, источник опорного напряжения блока сравнения сигнала другого направления и блок задержки сигнала, при этом выход преобразователя Холла с усилителем и компаратором соединен с входом блока задержки сигнала, выход которого соединен с первым входом блока сравнения сигнала одного направления устройства защиты от перегрузки по току, и со вторым входом блока сравнения сигнала другого направления устройства защиты от перегрузки по току, выход источника опорного напряжения блока сравнения сигнала одного направления устройства защиты от перегрузки по току соединен со вторым входом блока сравнения сигнала одного направления устройства защиты от перегрузки по току, выход источника опорного напряжения блока сравнения сигнала другого направления устройства защиты от перегрузки по току соединен с первым входом блока сравнения сигнала другого направления устройства защиты от перегрузки по току, выход блока сравнения сигнала одного направления устройства защиты от перегрузки по току соединен с выходом блока сравнения сигнала величины тока одного направления аналого-цифрового преобразователя, выход блока сравнения сигнала другого направления устройства защиты от перегрузки по току соединен с выходом блока сравнения сигнала величины тока другого направления аналого-цифрового преобразователя.