Устройство для контроля электрических параметров трансформаторов Советский патент 1984 года по МПК G01R31/28 

резисторов, соединенных вторыми выводами через соответствующие пятнадцатый и шестнадцатый резисторы с первым и вторым входами блока отображения информации соответственно, третьими выводами - с общей шиной устройства, неинвертир.ующий вход усилителя соединен через делитель напряжения с вькодом делителя контрольного напряжения.

2, Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что блок отображения информации содержит вто22984

рой и третий компараторы, первый, второй и третий ключи, первый, второй и третий элементы индикации, элемент совпадения, соединенньш выходом через первый ключ с входом первого элемента индикации, первым и вторым входами соответственно с входами второго и третьего элементов индикации, а нерез второй и третий ключи соответственно с выходами второго и третьего компараторов, соединенных разноименными входами с соответствующими первым и вторым входами блока отображения информации.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСФОРМАТОРОВ, содержащее первый компаратор, переходной трансформатор, соединенный, первым и вторым выводами первичной обмотки с одноименными входами устройства, а через вьшрямитель - с входом стабилизатора, первым и вторым выводами вторичной обмотки - с клеммами для подключения первого и в.торого выводов первичной обмотки контролируемого трансформатора, средней точкой вторичной обмот-ки - с общей шиной устройства, вторым выводом вторичной о.бмотки через делитель образцового напряжения и первъй резистор - с неинвертирующим входом усилителя разностных сигналов, с катодом первого и анодом второго диодов и с первым выводом второго резистора, соединенного вторым выводом, через делитель контролируемого напряжения с клеммой для подключения первого вывода вторичной обмотки контролируемого трансформатора, второй вывод которой соединен с общей шиНой устройства, инвертирующий вход усилителя разностных сигналов соединен через третий резистор с общей шиной устройства, через четвертый резистор - со своим выходом и с входом первого детектора, соединенного выходом через пятый и шестой резисторы с первым и вторым входами блока отображения информации, усилитель, соединенный инвертирующим вхо дом с общей щиной устройства, соединенной с анодом и катодом первого и второго диодов и с анодом и катодом третьего и четвертого диодов, соединенных соответственно катодом и анодом с неинвертирующим входом усилителя, вькод которого соединен с входом второго детектора, отличающееся тем, что, с целью повьштения точности контроля, в него введены эталонный резистор, включенный (Л параллельно клеммам для подключения вторичной обмотки контролируемого трансформатора,, седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый, четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатый резисторы, делитель напряжения и пятый диод, соединенный анодом с инвертирующим входом усилителя разностных сигналов, катором - через седьмой резистор с выходом первого компаратора, соединенного инвертирующим входом с общей щиной устройства, неинвертирующим входом через восьмой резистор - с выходом второго детектора, через девятьй резистор - с первым выводом десятого резистора, соединенного вторым выводом с общей шиной устройства, третьим выводом через одиннадцатый и двенадцатый резисторы соответственно - с выходами выпрямителя и стабилизатора, непосредственно с первыми виводами тринадцатого и четьфнядцатого

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и .,ожет быть использовано для контроля электрических параметров трансформаторов в условиях серийного производства. . Известен пороговый детектор, электрических сигналов, содержащий источник контролируемого напряжения, источник образцового (опорного) напряжения, двухполупериодный вьшрямитель, преобразователь абсолютной величины в среднее значение, фильтр, Jкомпаратор и блок индикации. ПоследНИИ вьздает сигнал в виде уровней логического О или логической 1, если амплитуда выходного синусоидального напряжения трансформатора частотой 50 Гц оказывается выше или ниже установленного значения, .

Недостаток устройства - низкая точность измерений.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для контроля электрических параметров трансформаторов, содержащее эталонный (образцовый) трансформатор, источник переменного напряжения, высокоомный делитель, входной трансформатор, блок сравнения, усилитель,синхронньгй детектор,делитель,:. регистрирующие триггеры и усилитёлЬограничитель 21.

Недостаток известного устройства низкая точность измерения, что объясняется следующим. Точность контроля электрических параметров трансформаторов значительно снижается при контроле трансформаторов под нагрузкой, так как сравнение контролируемого и эталонного напряжений производится на элементах со значительно отличающимися один от другого внутренними сопротивлениями источников контролируемого и эталонного сигналов, так высокоомный делитель может быть порядка единиц или сотен кОм, а для эталонного трансформатора, единицы Ом.

Также величина разности контролируемого и эталонного напряжения разностное напряжение, получаемое на входном трансформаторе блока сравнения, при необходимости повьш1ения точности измерения близка к нулю. Малый уровень сигнала в большей степени подвержен действию Низкочастотньк помех, и приводит к необходимости значительного усиления его, что, в свою очередь, понижает точность установки предельньк значений допусков из-за большей нестабильности коэффициента усиления усилителя с большим коэффициентом усиления, по сравнению с аналогичными усилителями с малым коэффициентом усиления.

Кроме того, разностное напряжение нестабильно при колебаниях напряжения сети, что вносит дополнительную погрешнсть в измерение выходных напряжений контролируемого трансформтора, так как в устройстве не приня3то никаких мер для компенсации этой погрешности. Для сохранения точности контроля необходимо поддерживать пос тоянным номинальное напряжение сети ;,что неудобно в эксплуата ции. Цель изобретения - повьшение точности контроля. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля электричсеких параметров трансформаторов, содержащее первьй компаратор, переходной трансформатор, сое диненный первым и вторым выводами первичной обмотки с одноименными входами устройства, а через выпрямитель - с входом стабилизатора, первым и вторым выводами, вторичной обмотки - с клеммами для подключения первого и второго выводов первичной обмотки контролируемого .траНсформато ра, средней точкой вторичной обмотки - с обшей шиной устройства., вторым .выводом вторичной обмотки через делитель образцового напряжения и первый резистор - с неинвертирующим входом усилителя разностных сигна. лов, с катодом первого и анодом второго диодов и с первым выводом второ го резистора, соединенного вторым выводом через делитель коятролируемого напряжения с клеммой для подклю чения первого вывода вторичной обмотки контролируемого трансформато.ра, второй вьшод которой соединен с общей шиной устройства, инвертирующий вход усилителя разностных сигналов соединен через третий резистор с общей шиной устройства, через четвертый резистор - со своим выходом и с входом первого детектора, соединенного выходом через пятый и шестой резисторы с первым и вторым входами блока отображения информации, усилитель, соединенный инвертирующим входом с общей И1ИНОЙ устройства, сое диненной с анодом и катодом первого и второго диодов и с анодом и катодом третьего и четвертого диодов, . соединенных соответственно катодом и анодом с неинвертирующим входом усилителя, выход которого соединен с входом второго детектора, введены эталонный резистор, включенный параллельно клеммам для подключения вторичной обмотки контролирз емого трансформатора, седьмой, восьмой, девятый, десятьй, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый, четырнадцатый 84 пятнадцатый и шестнадцатый резисторы, делитель напряжения и пятый диод, соединенный анодом с инвертиру юш м входом усилителя разностных сигналов, катодом - через седьмой резистор с выходом первого компаратора, соединенного инвертируюощм входом с общей шиной устройства, неинвертирующим входом через восьмой резис.тор - с выходом второго детектора, через девятый резистор - с первым выводом десятого резистора, соединенного вта: рым выводом с общей шиной устройства, третьим выводом через одиннадцатый и двенадцатый резисторы соответственно - с выходами выпрямителя и стабилизатора, непосредственно с первыми выводами тринадцатого и четырнадцатого резисторов, соединенных вторыми выводами через соответствующие пятнадцатый и шестнадцатый резисторы с первым и вторым входами блока отображения информации соответственно, третьими выводами - с общей шиной устройства, неинвертирующий вход усилителя соединен через делитель напряжения с выходом делителя контролируемого напряжения. Блок отображения информации содержит второй и третий компараторы, первый, второй и третий ключи, первый, второй и третий элементы индикации, элемент совпадения, соединенный выходом через .первый ключ с входом первого элемента индикации, первым и вторым входами соответственно с входами второго и третьего элементов индикации, а через второй и третий ключи соответственно с выходами второго и третьего компараторов, соединенных разноименными входами с соответствующими первым и вторым входами блока отображения информации. На фиг. 1 представлена электпическая схема устройства д.пя контроля электрических параметров трансформаторов j на фиг. 2 - структурная электрическая схема блока отображения информации в качестве примера на фиг. 3 - эпюры напряжений в различньк точках предлагаемого устройства, на фиг. ЗО - выходное напряжение делителя контролируемого сигнала, на фиг. 35 - выходное напряжение делителя образцового сигнала.на фиг.ЗЬ разностное напряжение на входе усилителя разностного сигнапа на фиг. 31- - выходное напряжение усил теля разностного сигнала, на фиг.4 характеристика детектора разностног сигнала на фиг. 5 - диаграммы напряжений, поясняющие компенсацию Изменения выходного напряжения детектора разностного сигнала при колеба ниях напряжения питающей сети, d зависимость выходного напряжения де тектора разностного сигнала от изме нения напряжения питающей сети при неизменном контролируемом параметре о - зависимость суммарного выходного напряжения выпрямителя и стабили затора от изменения напряжения питающей сети. Устройство содержит переходный трансформатор 1, контролируемый |трансформатор 2, эквивалент нагрузки 3, делитель 4 образцового (опорного) переменного напряжения, состоящий из семнадцатого 5 и восемнад цатого 6 резисторов, делитель 7 контролируемого напряжения, состоящий из девятнадцатого 8 и двадцатого 9 резисторов, выпрямитель 10, стабилизатор 11, усилитель 12 разностного сигнала с обратной связью через четвертый резистор 13, первый детектор 14, формирователь 15 сигна ла однозначности, блок 16 отображения информации, входы 17 и 1.8 питаю щей цепи, одиннадцатый 19 и двенадцатый 20 резисторы, четырнадцатый 21 и шестнадцатый 22 резисторы, три надцатый 23 и пятнадцатый 24 резисторы, усилитель 25, второй детектор 26, восьмой резистор 27, первый ком паратор 28, седьмой резистор 29, пятый диод 30, третий резистор 31, первый 32 и второй 33 резисторы первый 34 и второй 35 диоды, двадца первый 36 и двадцать второй 37 рези торы четвертый 38 и третий 39 диоды пятый 40 и шестой 41 резисторы, десятьм резистор 42 и девятый резистор 43. Резисторы 19, 20, 21, 23 и 42 вы полнены, например, переменными, Блок 16 отображения информации с держит второй 44 и третий 45 компараторы, второй 46, третий 47, первы 48 электронные ключи, элемент 49 совпадения, третий 50, второй 51, первый 52 элементы индикации. Усилитель 25 выполнен, например, операционным. Элементы защиты (34 и 35) усилителя 12 разностного сигнала от пегрузок и элементы защиты (38 и 39) усилителя 25 вьшолнены, н;апример, на включенных антипараллельно по отношению к земляной шине диодах. Устройство работает следующим образом. На контролируемьй трансформатор 2 через переходной трансформатор 1 подается напряжение синусоидальной формы, например напряжение сети частотой 50 Гц с вхолпв 17 и 18, Выходные обмотки крнтролируемого трансформатора 2 нагружены на эквивалент нагрузки 3. На фиг. 1 условно показана только одна вторичная обмотка контролируемого трансформатора 2, и работа устройства рассматривается для одной обмотки. Переменное напряжение с вторичной обмотки контролируемого трансформатора 2 делится резистивным делителем 7 контролируемого напряжения в отношении, определяемом резисторами 8 и 9 до величины и (фиг. За). Резистивный ;делитель 4 образцового напряжения, подключенный к противоположной фазе переменного напряжения вторичной обмотки переходного трансформатора 1, делит переменное напряжение в отношении, определяемом резисторами 5 и 6 до величины U (фиг. Зб), являющейся опорной, относительно которой производятся все измерения. Переменные напряжения U и t/ по компенсационной схеме через резисторы 33 и 32 соответственно подаются на неинвертирующий вход усилителя 12 разностного сигнала (,фиг. ЗЬ) Резисторы 32 и 33 выбраны одинаковой величины, резисторы 8, 9, 5 и 6 выбираются из условия, при котором U4 и 2 во всем интервале поля допусков контролируемого напряжения и J. Усилитель 12 разностного сигнала имеет сравнительно небольшой коэффициент усиления, определяемый отношением резисторов 13 и 31, что обеспечивает стабильное усиление разностного сигнала. Первый детектор 14, подключенный к выходу усилителя 12 разностного сигнала (фиг. Зг). работает в линейном режиме. Верхняя граница линейного участка характеристики детектора 14 (фиг. 4, точка В) соответствует верхнему допустимому значению контролируемого напряжения U, , обозначим его и, ggpy д, , а нижняя граница линейного участка характеристики детектора (фиг. , точка Б) - нижнему допустимому значению контролируемого напряжения Uf обозначим его . Выходное напряжение пер НЙЛН. ДОП, вого детектора 14 (фиг. 5а) подается в положительной полярности через резисторы 40 и 41 на разноименные входы компараторов 44 и 45 (фиг.1 и фиг. 2) блока 16 отображения информации. Пульсирующее напряжение с выхода выпрямителя 10 и стабилизированное напряжение с выхода стабилизатора 11 суммируются в общей точке резисторов 19 и 20 (фиг. 56) и подаются в отрицательной полярности через резисторы 23 и 24 на неинвертирующий вход компаратора 44 и через резисторы 21 и 22 - на инвертируюи ий вход компара тора 45 (фиг. 1 и фиг. 2). Необходимые значения уровней границ допусков устанавливаются с помощью переменных резисторов 23 и 21, Сумма пульсирующего напряжения с выхода вьшрямителя 10 и стабилизированного напряжения с выхода стабндизатора 11 с помощью переменных резисторов 19 и 20 (фиг. 5S) устанавли ,вается р-авной сумме величин постоянной составляющей и изменения напря-женин, с выхода первого детектора 14 под воздействием изменения напряжения сети и подается на входы компараторов 44 и 45 в противофазе выходному напряжению первого детектора 14, компенсируя это изменение, благодаря чему исключается влияние изменения напряжения сети на точность измерения напряжения U) При контроле электрических параметров трансформаторов возможен брак, если на выводы контролируемой об мотки распаяны выводы другой обмотки с меньшим количеством витков. При это.м может оказаться, что .Ui U j, т.е. выделяемый разностный сигнал и, - и J находится в противофазе раз ностному сигналу годного трансформатора и не в поле его допустимых значений. Детектор 14 не реагирует на. изменение фазы разностного сигнала, и не обнаруживает указанной ошибки, что приводит к неоднозначности отсчета. Для исключения неоднозначности отсчета в устройство введен формирователь 15 сигнала однозначности. На неинвертирующий вход.усилителя 25 формирователя 15 сигнала однозначности через делитель, состоящий из резисторов 36 и 37, подается контролируемый сигнал U, со средней точки резйстивного делителя 7, Усиленньй сигнал синусоидальной формы детектируется вторым детектором 26 и через резистор 27 постоянное напряжение положительной полярности подается на неинвертирующий вход компаратора 28, который через резисторы 42 и 43 в отрицательной полярности подается сумма пульсирующего напряжения выпрямителя 10 и выходного напряжения стабилизатора 11, создавая начальное напряжение смещения. Рассмотрим два возможных случая работы формирователя 15 сигнала однозначности. Если входной контролируемьш сигнал находится в поле допустимых значений, т.е. и, , доп.1), U, верх. Аоп., то постоянное напряжение на выходе детектора 26 по абсолю.тной величине превышает начальное напряжение смещения, снимаемое со средней точки переменного резистора 42. В результате чего на неинвертирующем входе компаратора 28 устанавливается остаточное напряжение положительной полярности, при этом выходное напряжение компаратора 28 также положительной полярности запирает диод 30, отключая выход компаратора 28 от инвертирующего входа усилителя 12 разностного сигнала, т.е, формирователь 15 сигнала однозначности не влияет на работу усилителя 12 разностного сигнала. Если входной контролируемьпЧ сигнал уменьшается, выхрдя за пределы опустимых значений, т. e.(j, U, д то постоянное напряжение на выходе етектора 26 по абсолютной величине становится меньшенапряжения смещения, снимаемого со средней точки резистора 42. В результате на неинвертирующем входе компаратора 28 напряжение становится отрицательным, что приводит к изменению полярности выходного напряжения компаратора 28 на отрицательное, диод 30 открывается, напряжение отрицатешьной полярности подается на инверти9

рующий вход усилителя 12 разностного сигнала, вводит его в насыщение, и усилитель 12 прекращает усиливать переменное напряжение, поступаняцее на его другой вход.

Блок 16 отображения информации сигнализирует об одном из трех возможных состояний контролируемого сигнала: U, U, ggpx. догт. контролируемый сигнал больше Допуска

иижи. Айп. иии,еер,..Аоп, мый сигнал находится в-поле дрпустимьк значений и, и, ци:«н. АОЛ, контролируемьп сигнал меньше допуска.

Результаты измерения отображаются с помощью трех элементов индикации (.сигнальных лампочек) 50-52, Когда контролируемый сигнал меньше допуска, открьгеается 1 омпаратор 45 который через электронный ключ 7 поддерживает горение сигнальной лам.почки 50 - параметр меньше допуска, при этом лампочки 51 и 52 не горят. Когда контролируемый сигнал больше допуска, открьгоается компаратор 44, который через электронный ключ 46 поддерживает горение сигнальной лампочки 51 - параметр больше допуска, при этом лампочки 50 и 52 не горят. Когда контролируемый сигнал находится в поле дорусков компараторы 44 и 45 закрыты, электронные ключи 46 и 47 также находятся в закрытом Состоянии, что приводит к открыванию двухвходового элемента 49 .совпадения электронного ключа 48 и загоранию сигнальной лампочки 52 параметр в допуске, при этом сигнальные лампочки 50 и 51 не горят.

Использование изобретения, по сравнению с известным устройством и базовым образцом, позволит повысить точность измерения электрических параметров трансформаторов и улучшить эксплуатационные характеристики устройства.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможностьконтроля электрических параметров трансформаторов в режиме номинальной нагрузки с сохранением точности измерения.

При этом коэффициент деления делиФеля контролируемого напряжения выбирается несколько меньшим коэффицитента деления делителя образцового напряжения и так, чтобы вьтолнялось условие 1) U , во всем диапазоне

8410

контролируемых напряжений с учетом поля допусков. В реальных условиях величина разностного напряжения ( и - и J) Й5 О, 1 В на входе усилителя разностного сигнала, что исключает влияние низкочастотных помех на разностный сигнал ( U, - Uj), а, следовательно, и на точность измерения.

Кроме того, конечная величина разностного сигнала исключает необходимость большого усиления его, что повьш1ает стабильность установки граничных значений допусков на контролируемые параметры, поскольку

усилители с малым коэффициентом усиления меньше подвержены дестабилизирующим факторам, чем усилители с большим коэффициентом усиления.

Сигнал на выходе детектора 14 разностного сигнала при неизменном контролируемом параметре не остается постоянным при колебаниях напряжения сети, что в известном устройстве

приводит к снижению точности измерения или необходимости постоянного контроля напряжения сети и поддержание его номинальным, что неудобно н эксплуатации Для компенсации этой

нес табильности в предлагаемом устройстве суммарное напряжение выпрямителя и стабилизатора подается на разноименные входы компараторов блока отображения информации в полярности,

обратной сигналу с выхода детектора разностного сигнала,подаваемьм на;

те же входы. Как видно из диаграмм

%

приведенных на фиг. 5а и Sj характер зависимости выходногонапряжения детектора разностного сигнала и суммарного выходного напряжения питающей сети аналогичен по величине и форме, но в противоположной полярности, в результате чего напряжение на входах блока отображения информации будет стабильньм для неизменного контролируемого параметра.

Детектор 14 разностного сигнала не реагирует на изменение знака разHocTHoro напряжения ( 1/ - И j) . что возможно при явном браке контрбля трансформатора - на контроли.руемые выводы распаяна другая обмотка. При этом возможно и 2 Uf ,

что также приведет к вьзделению разностного сигнала и неоднозначности отсчета. Лля исключения неоднозначности в предлагаемом устройстве прии . няты следующие меры. При уменьшении напряжения U, за пределы .допусков. т.е.и,и, через введенную . ЛОЛ . связь между резистивным делителем 7 контролируемого напряжения и входным резистивным делителем формирователя 15 сигнала однозначности на выходе формирователя сигнала однозначности появляется отрицательное напряжение. 4 закрывающее через введенный в устройство диод усилитель разностного сигнала, что исключает неоднозначность отсчета, т.е. повьпиает точность измерения. Все указанные обстоятельства повьшают точность измерения параметров трансформаторов.