Измерительный преобразователь действующего значения переменного тока Советский патент 1984 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано в приборах для измерения действующего значения переменного тока. Известно устройство для измерения действующего значения электрических сигналов, содержащее два вкл ченных дифференциально квадратора, выполненных в виде термопреобразова телей/ усилитель, пороговый элемент усилитель и цепь обратной связи ij Однако устройство имеет низкое быстродействие, обусловленное тепловой инерцией термопреобразователей. Наиболее близким к изобретению по тех1:ической сущности является из мерительный преобразователь действу щего значения переменного тока, содержащий первый и второй квадраторы, выполненные в виде трансформаторов с тороидальными сердечниками, имеющими профиль, обеспечивающий квадратирующие свойства, входная об мотка первого квадратора включена встречно с его рабочей обмоткой, а входная обмотка второго квадратора включена согласно с его рабочей об.моткой, входные обмотки квадраторов соединены согласно-последовател но, источник переменного опорного напряжения, подключенный к дополнительным обмоткам квадраторов, соединенным последовательно, балансный интегратор, подключенный входам к выводам соединенных последователь но рабочих обмоток квадраторов, потенциометр, включенный между выходо преобразователя и общей точкой интегратора, диод, включенный между выходом балансного интегратора и вы ходом преобразователя, транзистор р-п-р-типа, соединяквдий выход преобразователя с телеметрическим выходом 2 . Однако известный преобразователь имеет недостаточно высокую точност преобразования, так как в нем операция корнеизвлечения осуществляетс за счет градуировки измерительного прибора, а также за счет разброса характеристик квадраторов. Цель изобретения - повышение точ ности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в измерительный преобразователь действующего значения переменного тока, содержащий первый и второй квадраторы, выполненные в виде трансформаторов с тороидальными сердечниками, имеющими профиль, обеспечивающий квадратирующие свойства, причем входная обмотка первого квадратора включена противофазно с его рабочей обмоткой, а входная обмотка второго квадратора синфазно с его рабочей обмоткой, входные обмотки квадраторов соединены согласно-последовательно, источник переменного опорного напряжения, балансный интегратор, потенциометр/ первыйтранзистор р-п-р-типа и первый диод, введены ВТОРОЙ. третий и четвертый диоды, первый и .второй конденсаторы, второй транзистор п-р-п-типа, диодный мост и инвертируквдий усилитель, при этом рабочая обмотка первого квадратора соединена с катодом первого и анодом второго диодов, рабочая обмотка второго квадратора - с анодом третьего и катодом четвертого диодов, анод первого диода соединен с коллектором первого транзистора р-п-р-типа и -через первый конденсатор с общей шиной преобразователя, катод третьего диода соединен с коллектором второго транзистора п-р-п-типа и через второй конденсатор с общей шиной преобразователя, катод второго диода и анод четвертого диода соединены попарно с балансными входами балансного интегратора,- общая точка которого соединена с общей шиной преобразователя, а его выход подключен к вход/ инвертирунхцего усилителя, выход которого соединен с базами обоих транзисторов, эмиттеры которых объединены и подключены через диагональ переменного тока диодного моста к среднему выводу потенциометра, один вывод которого подключен к входу инвертирукнцего усилителя, другой к общей шине преобразователя, диагональ постоянного тока диодного моста соединена с выходными шинами преобразователя, а источник переменного опорного напряжения выполнен с противофазными выводами, каждый из которых подключен к одному из свободных выводов рабочих обмоток квадраторов, и средней точкой, соединенной с общей шиной преобразователя. На чертеже изображена электрическая схема преобразователя. Измерительный преобразователь действующего значения переменного тока содержит квадраторы 1 и 2, выполненные в виде трансформаторов с тороидальными сердечниками, имеющими профиль, обеспечивающий квгщратирующие свойства, входная обмотка 3 квадратора 1 включена противофазно с его рабочей обмоткой 4, а входная обмотка 5 квадратора 2 синфазно с его рабочей обмоткой б, входные обмотки 3 и 5 квадраторов 1 и 2 соединены согласно-последовательно, источник 7 переменного опорного напряжения, балансный интегратор 8, потенциометр 9, первый транзистор 10 р-п-р-типа и первый диод 11. В преобразователь введены второй 12, третий 13 и четвертый 14 диоды, первый 15,и второй 16 конден саторы, второй транзистор 17 п-р-птипа, диодный мост 18 и инвертирующий усилитель 19. При этом рабочая обмотка 4 первого квадратора 1 соединена с катодом первого 11 и анодо второго 12 диодов, рабочая обмотка квадратора 2-е анодом третьего 13 и катодом четвертого 14 диодов, АНОД первого диода 11 соединен с коллектором транзистора 10 и через конденсатор 15 с общей шиной преобр зователя, катод диода 13 соединен с коллектором транзистора 17 и чере конденсатор 16 с общей шиной преобразователя, катод диода 12 и анод диода 14 соединены попарно с баланс ными входами балансного интегратора 8, общая точка которого соединена с общей шиной преобразователя, а его выход подключен к входу инверти рующего усилителя 19, выход которог соединен с базами транзисторов- 10 и 17, эмиттеры которых объединены и подключены через диагональ переменного тока диодного моста -18 к среднему выводу потенциометра 9, один вывод которого подключен к вхо ду инвертирующего усилителя 19, а другой - к общей шине преобразователя. Диагональ постоянного тока диодного моста 18 соединена с выходными шинами преобразователя, а источник 7 переменного опорного напря жения выполнен с противофазными выводами, подключенными, каждый, к одному из свободных выводов рабочих обмоток 4 и 6 квадраторов 1 и 2, и средней точкой, соединенной с общей шиной преобразователя. Преобразователь работает следующи образом. Через входные обмотки 3 и 5 квадраторов 1 и 2 протекает входной ток а через рабочие 4 и 6 - полуволны тока источника 7 переменного опорного напряжения, частота которого по крайней мере в 10 раз выше частоты входного тока. От источника 7 переманного опорного напряжения через ди оды 11 и 13 заряжаются конденсаторы 15 и 16. Токи рабочих обмоток 4 к 6 протекают через балансный интегратор 8 и в случае равенства их амплитуд, имеющего место в отсутствие входного тока, выходное напряжение балансного интегратора 8 равно нулю. Если входной ток не равен нулю, то при определенном его направлении в сердечнике одного из квадраторов, например первого, магнитные поля входного тока и тока рабочей обмотки 4 взаимодействуют таким образом, что амплитуда полуволн тока рабочей обмотки 4 уменьшается. В результате амплитуды полуволн токов, протекающих через входы балансного интегратора 8, становятся неравны и на выходе интегратора появляется напряжение, пропорциональное среднему значению тока, протекающего через балансный интегратор В. Среднее значение указанного тока вследствие квадратирования входного тока пропорционально квадрату его действующего значе ния о где k - коэффициент преобразования квадратора; Wц - число витков его входной обмотки; I(t) - мгновенное значение входного тока; 1- - его эффективное значение. Выходной сигнал балансного интегратора 8 усиливается и инвертируется усилителем 19 и отпирает транзистор 17, в коллекторно,. цепи которого течет ток IK ic где п - коэффициент усиления тока. Коллекторный ток транзистора 17 протекает через конденсатор 16, разряжая его, диагональ переменного тока диодного моста 18 и потенциометр 9, который замыкает цепь обратной связи на вход усилителя 19, увеличивая его входное сопротивление. При изменении полярности опорного переменного напряжения конденсатор 16 вновь заряжается через диод 13, причем ток его заряда, протекающий через рабочую обмотку 6 квадратора 2, равен разрядному току, т.е. коллекторному току транзистора 17. Зарядный ток конденсатора 16 подмагничивает сердечник квадратора 2 таким образом, что при последующем изменении полярности опорного переменного напряжения амплитуда полуволн тока, протекающего через рабочую обмотку 6, диод 14 и балансный интегратор, снижается, причем снижение происходит до тех пор, пока ток рабочей обмотки 6, протекающий через сбалансный интегратор, не уравновешивает ток Iji, , . т.е. kwjl. TC где wp - число витков рабочей обмотки квадратора. Постоянный выходной ток преобразователя равен аинплитуде коллекторного тока , оэтому 1 I,, т.е. постоянный ыходной ток пропорционален деиствутйему аначению входного тока. При изменении полярности входного тока квадратирование осуществляется квадратором 2, а уравновешивание, обеспечивающее операцию корнеизвлечения, - квадратором 1.

Попеременное выполнение квадраторами 1 и 2 разных функций обеспечивает компенсацию эрилметрии их характеристик и неидеальность характеристик, что повышает точность преобразования.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий первый и второй квадраторы, выполненные в виде трансформаторов с тороидальными сердечниками, имеющими профиль, обеспечиванхций квадратирукхцие свойства, причем входная обмотка первого квадратора включена противофазно с его рабочей обмоткой, входная обмотка второго квадратора включена синфаэно с его рабочей обмоткой, входные обмотки квадраторов соединены согласно-последовательно, источник переменного опорного напряжения, балансный интегратор, потенциометр, первый транзистор р-п-р-типа и первый диод, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены второй, третий и четвертый диоды, первый и второй конденсаторы, второй транзистор п-р-п - типа, диодный мост и инвертирующий усилитель, при этом рабочая обмотка первого квадратора соединена с катодом первого и анодом второго диодов, рабочая обмотка второго квадратора - с анодом третьего и катодом четвертого диодов, анод первого диода соединен с коллектором первого транзистора р-п-р-типа и через первый конденсатор с общей шиной преобразователя, катод третьего диода соединен с коллектором второго транзистора п-р-п-типа и через второй конденсатор с общей шиной преобразователя, катод второго диода и анод четвертого диода соединены попарно с балансными входами балансного ин- I тегратора, общая точка которого соесл динена с общей шиной, а его выход подключен к входу инвертирующего усилителя выход которого соединен с базами обоих транзисторов, эмиттеры которых объединены и подключены через диагональ переменного тока диодного моста к среднему выводу потенциометра, один вывод которого подключен к входу инвертирующего усилителя, другой - к общей шине преобразователя, диагональ постоянX ного тока диодного моста соединена с выходными шинсми преобразователя, со а источник переменного опорного напJiib 4 Iряжения выполнен с противофазными выводами, каждый из которых подключен к одному из свободных выводов рабочих обмоток квадраторов, к средней точкой, соединенной с общей шиной преобразователя.