Трансформатор тока Советский патент 1983 года по МПК H01F38/32 

I1O3 Иэофегение огносится к вяекгрогехнике и можег найги применение в качестве датчика постоянного и переменного тока в системах релейной зашиты электроэнергетических объектов. Известны трансформаторы постоянного тока на магнитных усилителях, которые имеют большие габариты мапгатопрово да, определяемые условием его ненасышения, причем с ростом измеряемых гоков габариты магнитопровода растут 1 Известны ilустройства, основанные на использовании в зазорах магнитопровода датчиков магнитного потока из измеряемого тока 2 J . Одна-ко такие устройства имеют очень большие габариты марнитсшровода в условиях больщих измеряемых токов. Наиболее боизким к предлагаемому является трансформатор тока, содержащий в зазоре магнитопровода датчик магнит ного потока, через усилитель подсоединен ный к вторичной обмотке сердечника, которая включена встречно по отношению к первичной обмотке fSJ . Недостаток известного устройства зак лючается в том, что с ростом значения измеряемого тока растет потребная мощ ность узилитедя. Для измерения токов порядка нескольких десятков килоампер потребная мощность усилителя вырастает до таких значений, что его практическая реализация с высоким коэффициентом усиленгш становится затруднительной. Это приводит к ограничению верхнего пре дела измеряемых токов. Целью изофетения является расширение ве|жнего предела измеряемых токов. Поставленная цель достигается тем. что параллельно вторичной обмотке подключена цепь, состоятеа из последователь но соединенных резистсфа, сопротивление которого равно сопротивлению обертки, и д&ух встречно включённых источников достоянного напряжения, первый из кото «.t рых имеет напряжение втрое болыиее, чем второй, и шунта, параллельно которо му включен фильтр, а параллельно резм тору и первому источнику вкшочен заачраемый тиристор, между улрввляквлм алектродом которого и точкой нс. точников напряжения вкшочен своим ВЫ€ ходом усилитель.; Сущность изобретенвя эавлк1чае1 оя в том, что в схему между усияителем н обмоткой вводится коммутатор пояярносш (его роль иьшолняет ттфвстор), который соушеслмяет подключение к обмогя нс7точника постоянного напряжения то одиой, то другой полярностью в зависимости от знаке выходного напряжения усилителя, причем обеспечивается равенство модулей напряжений, подводимых к обмотке. При этом независимо от величины измеряемого тока усилитель должен иметь минимальную постоянную мощность, необходимую лишь для управления коммутатором (тиристором). Эта мощность настолько мала, что усилитель может быть выполнен в интегральном исполнении. На фиг. 1 изофажена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - кривые изменения во времени индукции поля от измеряемого тока , В ( 3)и индукции компенсирующего поля В (Э)}, создаваемого током Л. в обмотке. Как видно из фиг. I первичная обмот ка 1 с то«ом охватывается магнитопроводом 2, в зазоре которого установлен датчик 3 магнитного посока, нагруженный на усилитель 4. На магнитопровод 2 нанесена вторичная охотка 5, параллельно которой включены последовательно соединенные резистор 6, сопротивление которого выбрано равным сопротивлению 5, два источника 7 и 8 постоя ного напряжения, включенные своикт полюсами встречно друг другу, и щунт Э, параллельно которому включен фильтр 10. Причем напряжение источника 7 в три раза больше напряжения источника 8. Параллельно резистору 6 в первому веточкику 7 натряжения включен запираемый тиристор И, ме1жду упреавляюшим элевтро-г дом .которого и обшей точкой йсточникмв 7 и 8 включен своим к«одом )силитет 4. Выход фильтра iO является шдходом 1рансформатора тока. Устройство фз кдаонирует следухзгаим образом. При протеканви тока в п вичной об«о « 1 на выходе датчика 3 магнитного потока появляется сигнал, который уси -ливается усилителем 4 в в виде управлякшего нап{жженвя подается на ivpecTop 11. В ёависимоств от направпенвя магнитноп} попя в зазоре магнвтшровода, управггакшее вепряжетю 11 имеет то одну, то -другую полярность. Если тнристор 11 заперт, т.е. выходное напряжение усвлитепя 4 нмеег огрнпатепьную Полярность, то к поспздовательно вкяючвнным рёзвстору 6 в вторгчяой обмотке 5 приложено нагфяжевне, равное раэностн напряжений всточввков 7 в 8. При отирании тиристора 11 источник 7 напряжения оказьгааегся нагруженным на резистор 6, а- к охотке 5 подключается источник 8 напряжения. Если напряжение источника 7 втрое бопыие напряжения источника 8, то в зависимости от состояния тиристора 11 к вторичной обмотке 5 будут прикладываться напряжения, равнзые по величине, но разной полярности. В самом деле, при вьшолнении Зясловвя равенства макснмальньсЕ величин тока разных полярностей в обмотке 5. при обоих состояние тиристора 11 и с учетом равенства сопротивпений 5 и резистора 6 справедвявы равенства , ,. 2 2 R если тирисгор 11 ааперт и если тирясгор 11 отщялт и, следователь но, к обмотя 5 в обоих состояниях тнря тора 11 будет приложено напряжение, ра ное по величине разной полярности Здесь UiiU3 впражения ваточников 7 и 8 соответственно, R - активное со противление обмотки 5 и равного ему со противления резястора 6. Полярвость вы ходиого напряжения ускпнтеля 4 выбирае ся такой, чтобы ток,протекающий по об мотке 5, стремился уменьшить индукшпо в зазоре магнитопррвода 2. Напряжений всточников 7 и 8 и сопротивление обмог ки 5 выб фается из условия компенсаони магнитного поля в магнвтопроводе 2, создаваемого током, протекающим в первичной 1. При увеличении магнитного потока в зазоре магнитопровода 2, создаваемого обмоткой 5, до уровня, превышающего магнитный поток от и: «еряемого тока резупьтирунший поток в зазоре меняет яоляриость, соответственно изменяется полярность напряжения на выходах даг чика 3 и усилителя 4. Это приводит к переключению тиристора 11 и смене полярности напряжения, прикладываемого к обмотке 5. В свою очередь , это влечет за собой уменьшение магнитного потока в зазоре магнитсшровода 2, создаваемого обмоткой 5, и изменение; полярности на выходе датчика 3 в усилителя 4 при достижении упомя-. цутым магнитным потоком уровня, па котором находится создаваемый: измеряемым ; током, магнитный поток/ « процесс повторяется. Таким офазом, осуществляется слежение тока обмотки 5 за первичным током, благодаря нгагрерывному поддержанию индукции в зазоре магнитопровода 2 на уровне, близком к нулевому .значению. На фиг. 2 приведен один из возмоясных процессов предлагаемого устройства, когда ток 3-| изменяется по эгаяюненте. Здесь 8 1Индукция поля в зааоре магнитопровода 2 от тока Э , Вциндушгия noira компенсации, создаваемого током J в обмотке 5. Как видно на фиг. 2, вторичн| 1ЙТОК представляет собой .пилообразную 1ФИВУЮ, наложенную на кривую йервичного тока, причем .среднее значение пилообразной кривой вторичного тока совпадает с кривой первичного тока. Следует отметить, что на фиг. 2 размах амшштуиы илы для наглядности утрсрованко завышен,, а частота, , заншкева. Фактически же, величина амплитуды пилоо азных tiMnynbcoB и их частота определяются, в основном, б()К:тродействием переключаюшего эпемеята - тирвстс а, а также ий- . дуктивтх:п ю обмотки. Для сов1 еменных тир11с торов время их переключения, cocs тавляет единицы миtqзoceкз д, поэтэму диапазон частот пилообразного -сигнала с учетом влияния индуктивности обмотки составляет ориентировочно 1О - 50 кГц, Б то же время, частотный диапазон трансформируемых токов - от постоянного тока (в сетях постоянного тока (до 5О 1ОО Гц) в сетях переменного тока). Сле довательно, пилообразный характер кривой втортчного тока не вносит сколько-нибудь существенной погрешности в измерение, благодаря тому, что частота пилы на 2-3 порядка превышает частоту полезного сигнала и может €ыть легко отфильтрована включенишл параллельно шунту 9, с которого сни1мается по)шзный сигнал во вторичной цепи, фшштра 10, шунтирук шего высокочастотную составляющую вторичного тока. В предложенном устройстве предел измеряемых (трансфор мируемых) постоянных и переменных токов может ть существенно увеличен, так как величина мощности усилителя в этом устройстве не зависит от величины измеряемого тока. Использование предлагаемого стройст ва особенно аффективно при измерении больших токов, когда о&1чные устройства требуют повышенной мощности усилителя цепи обратной связи и поэтому не всегда могут быть реализованы.

ТРАНСФОРМАТОР ТОКА, содерисшцнй первичную обмотку, мапштопрсх вод с вторичной обмоткой и эагзором, в котором установлен датчик магнитного потока подсоединенный к усилителю, отличаюшийс тем, что, с цепью расширения верхнего предела измеряемых товсш, в трансформатор введена цепь, состоящая из резистора, двух встречно включенных источников постоянного weafsHKewm, тиристора, шунта, параллельно которому подсоединен фильтр, тиристор соединен последовательно с шунтом и с одним всточ1гаком постоянного напряжения и параллельно с резистором и йругим источником напряжения, усилитель свбими выходами соединен с управлякядим электродом тиристора и вторым источником постоянного напряжения. ICO io Х) О)