Датчик тока Советский патент 1984 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к области электроизмерений и может найти при-менение, в частности, в технике электропривода с цифровым управлением для осуществления в системах управления электроприводом обратных связей по току с гальванической развязкой силовых цепей и цепей управления.

Известен датчик постоянного тока, содержащий дифференциальный магнитопровод с двумя парами разделенных воздушными промежутками ветвей, две измерительные обмотки, источник постоянного подмагничивающего поля, два преобразователя магнитной индукции в частоту, датчики которых размещены в зазорах магнитопровода, а измерительные блоки подключены к блоку вычитания частот, при этом в нем измерительные обмотки нанесены на внешние ветви магнитопровода, а его внутренние ветви выполнены с площадью поперечного сечения, втрое меньшей основания полюсных наконечников ГЛ .

Недостатком Датчика тока является низкая чувствительность. На точность датчика тока влияют погрешности от нелинейности и гистерезиса характеристик магнитопровода, а его применение ограничено малым частотным диапазо ном.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик тока, содержащий магнитопровод из магнитомягкого материала, входную обмотку, магниточувствительные элементы, размещенные в зазорах магнитопровода из магнитомягкого материала, усилитель,- причем магнитопровод выполнен в виде двух соединенных торцами частей, одна из которых состоит из двух параллельных пластин с двумя расположенными между краями керамическими постоянными магнитами, соприкасаемыми одноименными полюсами с каждой из пластин, а другая представляет собой тороид с зазорами 2j .

На известный датчик тока влияет нелинейность характеристик магнитодиодов и кривой намагничивания магнитопровода. Вследствие открытой формы магнитопровода известный датчик чувствителен к внешним магнитным полям и к расположенным вблизи металлическим предметам. Диапазон измерений ограничен областью насыщения магнитопровода. Из-за инерционности магнитодиодов и влияния вихревых токов, возникающих в магнитопроводе, он обладает низким быстродействием.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измеряемых токов, а также упрощение сопряжения с цифровым электроприводом.

Поставленнаяцель достигается тем, что в датчик тока, содержащий магнитопровод из магнитомягкого материала, входную обмотку, магниточувствительные элементы, размещенные в зазорах магнитопровода из магнитомягкого материала, и усилитель, введены две обмотки обратной связи, две обмотки коррекции, корректирующее звено, первый и второй элементы сравнения, дифференциальный преобразователь напряжение - ток и два резистора, при этом магнитопровод из магнитомягкого материала выполнен закрытой формы, и в нем размещены соединенные по дифференциальной схеме обмотки обратной связи и обмотки коррекции, последние подключены к корректирующему звену,

выходы магниточувствительньк элементов и выход корректирующего звена соединены с входами первого элемента сравнения, выход которого через усилитель соединен с входом дифференциального преобразователянапряжение ток, выходы последнего соединены с обмотками обратной связи, последовательно с которыми включены резисторы, причем общие точки соединения обмоток обратной связи и резисторов соединены с входами второго элемента сравнения .

Кроме того, в датчик тока введены биполярный преобразователь напряжение - частота, реверсивный счетчик и таймер, причем вход биполярного преобразователя напряжение - частота подключен к второму элементу сравнения, а выходы подключены к входам реверсивного счетчика, управляющий вход которого соединен с таймером.

На фиг. 1 представлена структурная схема датчика тока; на фиг. 2 функциональная схема датчика тока.

. Датчик тока содержит входную обмотку, разделенную на две секции 1 и 2, магнитопровод из магнитомягкого материала из двух сердечников 3 и 4 закрытой формы, магниточувствительные элементы - магнитодиоды 5 и 6, обмотки 7 и 8 обратной связи, обмотки 9 и 10 коррекции, корректирующее звено 11, первый элемент 12 сравнения. усилитель 13, дифференциальный преобразователь 14 напряжение.- ток, резисторы 15 и 16, второй элемент 17сравнения, биполярный преобразователь 18 напряжение -частота, реверсИвный счетчик 19 и таймер 20. Секции 1 и 2 входной обмотки охватывают оба сердечника 3 и 4, в зазорах которых установлены магнитодиоды 5 и 6. Кроме того, на сердечниках 3 и 4 размещены обмотки 7 и 8 обратной связи и обмотки 9 и 10 коррекции, которые в свою очередь соединены последовательно с корректиру ющим звеном 11. Выходы магнитодиодов .5,6 и корректирующего звена 11 соеди нены с входами первого элемента 12 сравнения, выход которого через усилитель 13 соединен с входом дифферен циального преобразователя 14 напряже ние - ток. Выходы дифференциального преобразователя 14 напряжение - ток через -последовательно включенные резисторы 15 и 16 соединены с обмоткам 7 и 8 обратной связи. Общие выводы резисторов 15, 16 и обмоток 7, 8 обратной связи соединены с входами вто рого элемента 17 сравнения, выход которого соединен с входом биполярного преобразователя 18 напряжение частота. Два выхода преобразователя 18соединены с входами реверсивного счетчика 19, управляющий вход которо го соединен с выходом таймера 20. Сердечники 3 и 4 магнитопровода могут быть выполнены в виде броневых чашек, например, из рксифера типа Б. Корректирующее звено 11 представляет собой интегрирующую КС-цепь. Датчик тока работает следующим образом. Изменение тока в секциях 1 и 2 входной обмотки изменяет величину магнитного поля в сердечниках 3, 4 и следовательно, изменяет величину напряжения на магнитодиодах 5 и 6. При этом включается в работу контур автоматического регулирования, состоящий из магнитодиодов 5 и 6, первого элемента 12 сравнения, усилителя 13, дифференциального преобразователя 14 напряжение - ток и обмоток 7 и В обратной связи. Магнитное поле обмоток ) и 8 в одном из сердечников 3, 4 складывается с магнитным полем секций 1, 2 входной обмотки, а в другом - вычитается. Токи в обмотках 7 и 8 обратной связи, изменяясь в противофазах, .компенсируют магнитное поле, создаваемое секциями 1 и 2 входной обмотки. В результате поток магнитной индукции в зазорах сердечников 3, 4 и уровень сигнала на выходе магнитодиодов 5, 6 стабилизируются. Рабочая точка на кривой намагничивания, определяющая магнитное состояние сердечников 3, 4, и рабочая точка на вольт-амперной характеристике магнитодиодов 5, 6 почти неподвижны, поэтому токи в обмотках 7 и 8 обратной связи линейно зависят от входного тока. Влияние инерционности магнитодиодов 5 и 6 на быстродействие контура автоматического регулирования устранено с помощью обмоток 9 и 10 коррекции, подключенных через корректирующее звено 11 к первому элементу 12 сравнения. Для начального подмагничивания сердечников 3, 4 и магнитодиодов 5, 6 рабочая точка дифференциального преобразователя 14 напряжение - ток смещена на величину, необходимую для задания в обмотках 7 и 8 обратной связи тока подмагничивания. При использовании дифференциальных магнитодиодов 5 и 6 подмагничивание необязательно. Напряжения с резисторов 15 и 16 сравниваются при помощи второго элемента 17 сравнения. Разность этих напряжений подается на вход биполярного преобразователя 18 напряжение - частота. Импульсы унитарного кода с его выхода подсчитываются реверсивным счетчиком 19. Через равные промежутки времени, определяемые таймером 20, реверсивный счетчик 19 сбрасывается в нулевое состояние. Параллельный двоичный код, фиксируемый в реверсивном счетчике 19 к концу каждого периода таймера 20, прямо пропорционален среднему значению измеряемого тока. Измерение среднего значения тока в якорной цепи электродвигателя позволяет контролировать приращение частоты вращения вала b.U , так как . где К - коэффициент пропорциональности;J - момент инерции, приведенный к валу электродвигателя; I - среднее значение тока в якорной цепи электродвигателя. Закрытая форма сердечников 3 и 4 обеспечивает магнитное экранирова51ние и защиту датчика от влияния вне них магнитных полей и близко расположенных ферромагнитных предметов. Линейная зависимость токов в обмотках 7 и 8 обратной связи от тока в секциях t и 2 входной обмотки пра тически устраняет погрешности датчи ка тока от влияния нелинейности и гистерезиса характеристик сердечников 3 и 4 магнитопровода и магнитодиодов 5 и 6. Благодаря незначительной амплиту де поля , перемагничивания вихревые токи в сердечниках 3 и 4 малы и не влияют на динамическую точность измерений. При постоянстве потокОсцепления индуктивные сопротивления секций 1 и 2 входной обмотки и обмоток 7 и 8 обрьатной связи близки к нулю, что дополнительно повьппает динамиче кие свойства датчика тока. Дифференциальный преобразователь 14 напряжение - ток предотвращает вредное влияние ЭДС самоиндукции в обмотках 7 и 8 обратной связи на 6 устойчивость контура автоматического регулирования, что позволяет увеличить коэффициент усиления усилителя 13 и тем самым повысить быстродействие и уменьшить статическую ошибку датчика тока. Влияние инерционности магнитодиодов 5 и 6 на быстродействие датчика тока устранено с помощью обмоток 9 и 10 коррекции и корректирующего звена 11, что в совокупности с эффектом, указанным выше, расширяет полосу пропускания частот по сравнению с известным датчиком, не менее чем на два порядка. Статическая точность предлагаемого датчика тока по сравнению с известным примерно на порядок вьш1е. Получение информации о среднем значении тока повьшает точность системы управления электроприводом, особенно при работе в режиме прерывистых токов. Представление же этой информации в цифровом виде позволяет использовать предлагаемый датчик тока в цифровых системах управления электроприводом.

&оУ1чд

I

11

Svj

§5

v

1. ДАТЧИК ТОКА, содержащий магнитопровод из магнитомягкого материала, входную обмотку, магниточувствительные элементы, размещенные в зазорах магнитопровода из магнитомягкого материала, и усилитель, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности и- расширения диапазона измерений, в него введены две обмотки обратной связи, две обмотки коррекции, корректирующее звено, первый и второй элементы сравнения, дифференциальный преобразователь напряжение - ток, два резистора, при этом магнитопровод из магнитомягкого материала выполнен закрытой формы, и в нем размещены соединенные по дифференциальной схеме обмотки обратной связи и обмотки коррекции, последние подключены к корректирующему звену, выходы магниточувствительных элементов и выход корректирующего звена соединены с входами первого элемента сравнения, выход которого через усилитель соединен с входом дифференциального преобразователя напряжение - ток, выходы последнего соединены с обмотками обратной связи, последовательно с которыми включены резисторы, причем общие точки соединения обмоток обратной связи и резисторов соединены с вхо- i дами второго элемента сравнения. (Л 2. Датчик по п. 1, отлива ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения сопряжения с цифровым электроприводом, в него введены биполярный преобразователь напряжение - частота, реверсивный счетчик и таймер, причем вход биполярного преобразователя напряжение - частота подключен к второму элементу сравнения, а выходы подключены к входам реверсивного счетчика, управляющий вход которого связан с таймером.