Магнитный датчик тока Советский патент 1985 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к области низковольтных электрических аппаратов, в частности к датчикам тока, используемым в устройстве защиты от токов короткого замыкания, Цель - расширение функциональных возможностей путем использования в качестве датчика скорости нарастания тока и уменьшения потребляемой мощно ти и получение дополнительного выхода датчика, гальванически не связанного с обмотками смещения. На фиг, 1 и 2 показаны варианты исполнения конструкции датчиков; на фиг, 3 - осцид.лограммы переменных величин, Датчик (фиг, 1) состоит из шины 1 (первичная обмотка), через которую проходит ток нагрузки, магнитной системы 2 с воздзппным зазором, замкнуто магнитной системы3 ввиде.тороидаль-ь ного сердечника из материала с прямоугольной петлей гистерезиса, разме ценной в воздушном зазоре системы 2 (или бронированная магнитная система фиг. 2)магнитопровода4, расположен- ;.. ного внутри сердечника 3, обмоток 5 и 6 смещения, индуктивности 7, резис тора 8, источника 9 постоянного регу лируемого напряжения, выходных зажимов 10 и 11, Элементы 7 и 9 образуют источник тока. При отсутствии тока в шине сердечник 3 под действием тока ig, протекающего по обмоткам 5 и 6, насьш;ен, т,е, магнитная индукция рав на индукции насьш1ения Вд. В левой и правой половинах сердечника магнитные потоки и -. 3 одинаковы и, соответственно, равны f S, где S сечение сердечника. При протекании в шине 1 постоянного тока, меньшего тока уставки защиты 1„, через магнитную систему 2 и магнитопровод 4 проходит магнитный поток , . Разность магнитных потенциалов между точками А и Б равна 1АБ . где - магнитный поток в магнитопроводе 4; Rj магнитное сопротивление (в основном) воздушных зазоров между магнитопроводом 4 и сердечником 3 (сечение маг нитопровода выбирается из условия его насыщенного состояния при токах не менее 1). Если Идб i(jW, поток 9 не изменяется и остается равным , Поток Pj также осч;ается равным д , так как иДБ/ и igW по контуру магнитопровод 4- правая половина сердечника 3 складьтаются, Поэтому ( 9, и АБ Т где R - в основном магнитное сопротивление воздушных зазоров между магнитной системой 2 и сердечником 3 (поскольку размеры системы 2 выбираются из условия отсутствия насьш1ения при токах не менее 1ц). Если ток в шине изменяется во времени, но вьтолняется неравенство АБ ipW, то так как , и остаются практически неизменными, то ЭДС на зажимах катушек равна нулю (если даже учесть, что на участке насьш ения Пл О н имеет место изменение потока, то так как в правой обмотке поток 5 увеличивается, а в левой уменьшается, то результирующая ЭДС также близка к нулю), Параметры обмоток, ток i и данные конструкции выбираются из условия, чтобы при токе уставке Wip, Поэтому при возникновении тока короткого замыкания ЭДС, близка к нулю при I lu При I IM, так как Ид, , поток 2 уменйшается, тогда как остается равным д , Поэтому на обмотке возникает ЭДС, равная Из уравнений 1 + 2 + 4; ioW P4R,; I P,R, Р.К, следует ф Ф + 2 9 хак как т . 1 u 1R4+ R, o g

Таким образом, выходной сигнал датчика, пропорциональный скорости изменения тока, возникает только при токе, большем тока уставки. При дальнейшем увеличении тока I происходит уменьшение Р и при токе 1 поток 2 достигает значения, равного PS , т.е. произойдет повторное насыщение левой половины сердечника, но в обратном направлении. Поэтому при токах I Iгр ЭДС на зажимах опять становится близкой к нулю. При противоположном направлении тока ко роткого замыкания происходит уже перемагничивание правой половины сердечника, но полярность импульса ЭДС не изменяется.

Таким образом, датчик может быть использован в устройствах защит цепей переменного и постоянного тока.

Вместо тороидального сердечника 3 и магнитопровода 4 замкнутая магнитная система может быть вьшолнена в виде шихтованного сердечника броневого типа, центральный магнитопроврд которого имеет воздушный зазор (фиг. Кроме того, на фиг. 2 показаны соединенные последовательно и согласно одна с другой две дополнительные обмотки 12 и 13, свободные концы которых являются дополнительными выходными зажимами 14 и 15 датчика, гальванически не связанными с обмотками 5 и 6 смещения. Изменение Iij может

выполняться путем регулирования Uu или конструктивно с помощью изменения Ку) или RJ за счет воздушных зазо ров и их сечений.

К выходу датчика подключаются порговый элемент с запоминанием или задержкой на опускание с высоким входным сопротивлением.

Меньшие габариты и потребляемая мощность предлагаемого датчика по сравнению с описанными достигаются за счет деления ампер-витков первичной., обмотки. Ампер-витки обмотки смещения igW не равны Wjl t.I I, а равны

.«.- itTfT/

Поэтому объем меди обмотки смещения значительно снижается. Меньшее сечение основного магнитопровода достигается за счет уменьшения магнитного потока, так как в цепи магнитопровод введен воздушный зазор.

Таким образом, по сравнению с известным предлагаемое устройство совмещает функции датчиков тока и скорости нарастания тока, что в свою очередь позволяет вместо двух датчиков установить один датчик с меньшими габаритами и меньшей стоимостью, а также дает возможность применять предлагаемьй датчик в цепях как постоянного, так и переменного тока.

1-0

Фиг.1

1

12

X

X

/

/

V %r/

/

1. МАГНИТНЫЙ ДАТЧИК ТОКА, содержащий магнитную систему с .воздушным зазором, охватьшающую первичную обмотку, включенную последовательно с нагрузкой, и обмотки смещения, включенные в цепь источника тока, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем использования в качестве датчика скорости нарастания тока и уменьщения потребляемой мощности, в воздушном зазоре магнитной системы установлен замкнутьй магнитопровод, внутри которого с воздушным зазором расположен вспомогательный магнитопровод, по обе стороны которого на замкнутом магнитопроводе размещены упомянутые обмотки смещения, соединенные последовательно и согласно одна с другой, причем выходы обмоток смещения служат выходными зажимами датчика. 2.Датчик по п. 1, отличающийся тем, что замкнутый магнитопровод выполнен в виде тороидального сердечника. 3.Датчик по п. 1, отличаi ющийся тем, что замкнутый магнитопровод выполнен в виде шихтован(Л ного сердечника. броневого типа, центральный магнитопровод которого имеет воздушный зазор. 4. Датчик по пп. 1-3, отличающийся тем, что, с целью получения дополнительного выхода датчика, гальванически не связанного собмотками смещения, на замкнутом магнитопроводе по обе стороны от вспомогательного магнитопровода расположены соединенные последовательно и о согласно одна с другой две дополни&д Од тельные обмотки, свободные концы которых служат дополнительными выходами датчика.

фиг. 2