Измеритель мгновенного значения тока Советский патент 1986 года по МПК G01R19/04 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам измерения электрического тока, и может быть использовано для формирования сигналов обратной связи по то- ку в быстродействующих системах автоматического регулирования.

Известен измеритель мгновенного значения тока, содержащий двухтакт- ньй дроссельньш магнитный усилитель, измерительньш трансформатор с воздушным зазором, RC-фильтры и выходную балансную схему tll. .

Недостаток указанного измерителя - большие пот ери мощности в цепях подмагничивания магнитно о усилителя и в балансной схеме.

Наиболее близким к изобретению является измеритель мгновенного значения тока, содержащий два последо- вательно включенных управляемых ключевых элемента, каждый из которых зашунтирован соответствующим диодом, трансформатор тока с первичной, вторичными и выходной обмотками, выход- ной RC-фильтр и дроссель, первичная обмотка которого включена в цепь измеряемого тока последовательно с первичной обмоткой трансформатора тока, а вторичная подключен к выходу RC-фильтра С2.

RC-фильтр данного устройства имеет большое время запаздывания, кото- .рое компенсируется выходным сигналом дросселя, пропорциональным скорости изменения измеряемого тока. При больших скоростях измене шя измеряемого тока во вторичной обмотке дросселя возникают большие напряжения и возможен пробой изоляции данной обмотки Это обстоятельство снижает надежность устройства.

ifenb изобретения - повьш1ение надежности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в измеритель мгновенного значения тока, содержащий два последовательно соединенньш управляемых ключевых элемента, каждый из которых зашунтирован соответствующим диодом, дроссель, трансформатор тока с первичной, вторичной и выходной обмотками и нагрузочный резистор, включенный между одним из выводов выходной обмотки и корпусом устройства, введен блок управления, причем вторичная обмотка трансформатора тока подключена к входу блока управления

5

0 5

5

0

5

0

выход которого соединен с управляющими входами ключевых элементов, а дроссель включен между общей клеммой управляемых ключевых элементов и вторым выводом выходной обмотки трансформатора тока.

Кроме того, блок управления выполнен в виде последовательно соединенных элемента дифференцирования и порогового элемента.

На фиг. 1 представлена структурная схема измерителя мгновенного значения тока; на фиг. 2 - структурная схема измерителя мгновенного значения тока, у которого дроссель содержит дополнительную обмотку.

Устройство содержит управляемые ключевые элементы 1 и 2, диоды 3 и 4, источник 5 постоянного напряжения, трансформатор 6 тока, дроссель 7, нагрузочный резистор 8, блок управления 9, первичную 10, вторичную 11 и выходную 12 обмотки трансформатора тока 6, обмотку 13 дросселя, элемент дифференцирования 14, пороговый элемент 15.

Устройство по фиг. 2 содержит те же элементы, а дроссель 7 снабжен

дополнительной обмоткой 16. (

Работа измерителя мгновенного значения тока происходит следующим образом.

Измеряемый ток i протекает по первичной обмотке 10 трансформатора 6 тока.

Управляемые ключевые элементы 1 и 2 совместно с трансформатором 6 тока и дросселем 7 образуют своеобразный мультивибратор,в котором релсим работы ключевых элементов 1 и 2 поддерживается за счет обратной связи по току компенсации i через дроссель 7 обмотки 11 и 12 трансформатора 6 тока и блок управления 9. Ток компенсации i | протекает по нагрузочному резистору 8 и определяет выходной сигнал измерителя тока Ug,,

С помощью указанной обратной связи компенсирующий ток i регулируется для получеьшя требуемого соответствия его измеряемому току i.

Компенсирующий ток i задается с помощью источника 5 постоянного напряжения, которьй подключается к дросселю 7 ключевыми элементами 1 и 2 и диодами 3 и 4. При этом при направлении тока i,,., указанном на чертеже, при положительном напряжении на обмотке 12 ток i протекает по ключевому элементу 1, При отрицательном напряжении на обмотке 12 ток г протекает по диоду 4, шунтирующему ключевой элемент 2. При другом направлении тока i он протекает соответственно по ключевому элементу 2 и диоду 3.

Для того, чтобы компенсирующий ток i«. формировался независимо от параметров трансформатора 6 тока и величины резистора 8, индуктивное сопротивление дросселя 7 выбирают таким, чтобы напряжение источника 5 выделялось в основном на дросселе 7 Таким образом, дроссель 7 по отношению к обмотке 12 и резистору 8 играет роль источника тока 1,. Магнито- провод трансформатора 6 .тока выполняет функции нелинейного элемента сравнения измеряемого i и компенсационного i, токов. В установившемся режиме работы измерителя тока компенсирующий ток i содержит основную гладкую составляющую, которая полностью соответствует измеряемому току i, и пульсирующую составляющую, величина которой определяется шириной петли гистерезиса магнитопровода трансформатора 6 тока. Как только разность токов i и i достигает значения тока намагничивания магнитопровода трансформатора 6 тока, резко изменяется индуктивное сопротивление обмотки 12 и на ней возрастает падение напряжения. При этом первая гармоника напряжения на обмотке 12 совпадает по фазе с первой гармоникой пульсирующей составляющей тока i. На вторичной обмотке 11 возникает напряжение, которое по форме совпадает с напряжением на обмотке 12 и является сигналом рассогласования контура обратной связи - контура регулирования компенсирующего тока i..

Напряжение обмотки 11 поступает на обмотку 13, элемент дифференцирования 14, на выходе которого формируется сигнал, фаза которого отличается от фазы напряжения на обмотке 11 на 90 . Пороговый элемент 15 формирует прямоугольные сигналы для управлени ключами, при этом фаза этих сигнало отличается от фазы напряжения обмотки 11, а следовательно, и от фазы пульсирующей составляющей компенсирующего тока i) на 90.

221605

Именно такая фаза напряжения, формируемого ключевыми элементами 1 и 2, необходима для нормального функционирования измерителя тока, так

5 как компенсирующий ток i (его пульсирующая составляющая) формируется с помощью дросселя 7, вносящего фазовый сдвиг 90°. В измерителе тока обеспечивается малый уровень пульса-

10 ций выходного сигнала , так как амплитуда этих пульсагщй определяется током намагничивания - шириной петли гистерезиса магнитопрово- да трансформатора 6 тока. Именно это.

15 обстоятельство позволяет применять в трансформаторе 6 тока недорогие сердечники с непрямоугольной петлей гистерезиса (ферриты).

Момент коммутации ключевых эле-

20 ментов 1 и 2 в устройстве по фиг.2 определяется моментом насьш5ения сердечника с прямоугольной петлей гистерезиса трансформатора 6 тока. Пос- ле открывания, например, ключевого

25 элемента 1 под действием напряжения начинают перемагничиваться сердечники трансформатора 6 тока и дросселя 7. Пока идет перемагничивание сердечников, на вторичной обмотке 11

30 трансформатора 6 тока формируется напряжение, которое управляет ключевыми элементами 1 и 2.

Параметры дросселя 7 и трансформатора 6 тока выбираются различными

э (магнитопроводы имеют различные индукции насыщения) и это приводит к тому, что первым насыщается сердечник трансформатора 6 тока. При этом напряжение на обмотке 11 уменьшается

4Q до нуля и ключевой элемент 1 закрьша- ется. Если рассматривать установившийся режим работы, когда . непрерывное переключение элементов 1 и 2, то в этом режиме фаза напряжения на обмотке 11 трансформатора 6 тока совпадает с фазой напряжения на выходе ключевых элементов 1 и 2. Это объясняется тем, что дроссель 7 вьг- полнен с дополнительной обмоТкой 16, которая как бы шунтирует обмотку 13 и делает сопротивление дросселя 7 небольшим. При этом напряжение U источника питания практически целиком поступает на обмотку 12 трансформатора 6 тока и соответственно

55 ему формируется напряжение на обмотке 11; В этих условиях блок 9 управления выполняется в виде инерционного либо пассивного, либо активно-

45

50

го звена в отличие от блока 9 на фиг. 1. Следовательно, при насыщении трансформатора 6 тока увеличения тока i не происходит, так как дроссель 7 еще ненасьщен. Таким образом,, в выходном сигнале Ug амплитуда пульсирующей составляющей будет определяться током намагничивания дросселя 7 и нет необходимости применять RC-фильтр с большой постоянной времени и дроссель с многовитковой вторичной обмоткой подключаемой к RC-фильтру, как в известном измерителе тока.

Кроме того, конструктивно трансформатор 6 тока и дроссель 7 выполняются в виде одного узла, в которо тороидальный .-сердечник трансформатора 6 тока (материал с п:трямоуголь- ной петлей гистерезиса 79 НМ) с намотанной обмоткой 11 вложен внутрь тороидального сердечника дрос селя 7 (материал ХВП). Обмотки 10 и 16 вьтолняются в виде общей шины, а обмотки 12 и 13 - в виде общей многовитковой обмотки.Все указанные особенности вьшолнения отдельных узлов и их соединений улучшают технико-эксплуатационные характеристики измерителя тока (фиг.2) и - - повышают надежность его работы по сравнению с известными.

.1

Малый, уровень пульсаций в сигнале Ugyu делает нецелесообразным применение на выходе RC-фильтра с большой постоянной времени и дросселя с многовитковой вторичной обмоткой, первичная обмотка которого включена в цепь измеряемого , что повьш1а- ет его на1дежность.

Формула изобретения

1.Измеритель мгновенного значения тока, содержащий два последовательно соединенных управляемых ключевых элемента, каждый из которых

зашунтирован соответствующим диодом, дроссель, трансформатор тока с первичной, вторичной и выходной обмотками и нагрузочньш резистор, включенный между одним из выводов выходной обмотки трансформатора тока и корпусом устройства, о тличаю- щ и и с я тем, что, с целью повьше- ния надежности, в него введен блок управления, причем вторичная обмотка трансформатора тока подключена к входу блока управления, выход которого соединен с управляющими входами ключевых элементов, а дроссель включен между общей клеммой управляемых ключевых элементов и вторым выводом выходной обмотки трансформатора тока.

2.Измеритель поп.1, отличающийся тем, что блок управления выполнен в виде последовательно соединенных элемента дифференци- ров.ания и порогового элемента.

+ Un

i/Л/дг

(Put, 2

ВНИИПИ Заказ 1609/52 Тираж 728 Подписное Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,.4

Изобретение относится к устройствам измерения электрического ; тока. Может использоваться для формирования сигналов обратной связи по току в быстродействующих системах автоматического регулирования. Цель изобретения - повьшение надежности устройства - достигается введением в него блока 9 управления, который выполнен на последовательно соединенных элементе дифференцирования 14 и пороговом элементе 15. Устройство, кроме того, содержит ключевые элементы 1 и 2, диоды 3 и 4, источник 5 постоянного напряжения, трансформатор тока 6, дроссель 7, нагрузочный резистор 8, первичную 10, вторич ную 11 и выходную 12 обмотки трансформатора 6, обмотку 13 дросселя 7. В описании изобретения приводится структурная схема второго варианта выполнения измерителя. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. W N9 ND О О СП иг, 1