Устройство для измерения тока Советский патент 1986 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для преобразования аналоговых и формирования цифровых сигналов обратной связи по току в системах регулирования с полупроводниковьми преобразователями, преимущественно в тех случаях, когда необхо ;имо иметь гальваническую развязку между силовыми цепями и цепями управления, и может быть использовано в цифровых и циф- роаналоговых системах регулирования скорости вращения и угла поворота двигателя постоянного тока,, управля12559442

первый и второй выходы которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока 4 преобразования временного интервала в код, S Широтно-импульсный модулятор 3 содержит компаратор 9 однополярных сигналов, компаратор 10 разнополяр- ных сигналов,синхронизируемый генератор 11 пилообразного напряжения и О два элемента 12 и 13 гальванической развязки (оптроны) причем первые входы обоих компараторов 9 и 10 соединены с входом широтно-импульсного модулятора 3, вторые входы с выхоемого от широтно-импульсного преобра- -5 дом синхронизируемого генератора 11

зователя iMocTOBoro типа.

Целью изобретения является снижение динамической погрешности измерения путем повышения быстродействия и уменьшения паразитных емкостей измерительных цепей и повышение помехозащищенности.

На фиг, 1 показана функциональная Схема устройства для измерения тока на фиг, 2 - временные диаграммы ос- новных элементов устройства для измерения тока.

Устройство содерлшт шунт 1 в цепи измеряемого тока, блок 2 интегрирова30 15 соединены с выходом генератора 14 импульсов, второй вход первого И логического элемента 2И-2ИЖ-НЕ 15 соединен с первым входом блока 4 преобразования временного интервала в

ния, представляющий собой интегратор с ключом обнуления интегрирующей емкости и запоминающей емкостью.,подключаемой к входу интегратора с помощью аналогового ключа, широтно-импуль- сный модулятор 3, блок 4 преобразова- 35 од, второй его вход соединен с вто- ния временного интервала в код, два - °яом второго Л логического формирователя 5 и 6 коротких импуль- элемента 2И-2ШШ-НЕ 15 и знаковым сов, элемент 7 гальванической развяз- ходом регистра 17 памяти, выход ло- ки (оптрон) генератор 8 эталонной час- ического элемента 2И-2ИЛИ-НЕ 15 сое- тоты, причем выводы шунта 1 соединены 0 счетным входом счетчика 16, с входами блока 2 интегрирования,выход которого соединен с входом пшротно импульсного модулятора 3, первый и ™ временного интервала в код, а второй выходы которого соединены соот- коды п разрядов соединены соответственно с первым и вторым входами 5 ветственно с входами п разрядов ре- блока 4 преобразования временного ин- гистра-17 памяти, вход записи в па- тервалав код,выходы которого соединены с выходами устройства,первый выход первого формирователя 5 коротких имвход обнуления которого соединен с третьим входом блока 4 преобразовамять которого соединен с четвертым входом блока 4 преобразования временного интервала в код, а выходы .пульсов соединен с тактовым входом ши- 50 - выходами блока 4 преобразования

ротно-импульсного модулятора 3 и вхо- ;дом управления памятью блока 2 интегрирования, второй выход - с входом обнуления блока 2 интегрирования,а вход соединен через элемент 7 га;1ьваничес- кой развязки с выходом 1 енератора 8 эталонной частоты и входом второго формировате.пя Ь корс.)тких импульсов.

пилообразного напряжения, а выходы через элементы 12 и 13 гальванической развязки соответственно с первым и вторым выходами широтно-импульсного

модулятора 3, тактовый вход которого соединен с входом синхронизируемого генератора 11 пилообразного напряжения.

Блок 4 преобразования временного

интервала в код содержит генератор 14 импульсов, логический элемент 2И-2ИЛИ-НЕ-15, счетчик 16, регистр 17 памяти, причем первые входы обоих И логического элемента 2И-2ИЛИ-НЕ

15 соединены с выходом генератора 14 импульсов, второй вход первого И логического элемента 2И-2ИЖ-НЕ 15 соединен с первым входом блока 4 преобразования временного интервала в

од, второй его вход соединен с вто- - °яом второго Л логического элемента 2И-2ШШ-НЕ 15 и знаковым ходом регистра 17 памяти, выход ло- ического элемента 2И-2ИЛИ-НЕ 15 сое- счетным входом счетчика 16,

од, второй его вход соединен с вто- - °яом второго Л логического элемента 2И-2ШШ-НЕ 15 и знаковым ходом регистра 17 памяти, выход ло- ического элемента 2И-2ИЛИ-НЕ 15 сое- счетным входом счетчика 16,

вход обнуления которого соединен с третьим входом блока 4 преобразова™ временного интервала в код, а коды п разрядов соединены соответственно с входами п разрядов ре- гистра-17 памяти, вход записи в па-

мять которого соединен с четвертым входом блока 4 преобразования временного интервала в код, а выходы временного интервала в код.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 8 эталонной частоты вырабатывает прямоугольные импульсы 18, которые синхронизируют работу предлагаемого устройства. Импульсы 18 с выхода генератора 8 эталонной

3

частоты поступают на вход формирователя 6 и через элемент 7 на вход формирователя 5 коротких импульсов. На первых выходах формирователей 5 и 6 коротких импульсов формируются короткие импульсы 1 9 одинаковой длительности с периодом следования Т в моменты времени, соответствующие фронтам нарастания импульсов 18, вырабатываемых генератором 8. На вторых выходах формирователей 5 и 6 коротких импульсов формируются по спаду импульсов 19 короткие импульсы 20..

В моменты поступления импульсов 19 на вход управления памятью блока 2 интегрирования происходит подключение запоминающей емкости к выходу интегратора блока 2 интегрирования с помощью .аналогового транзисторного ключа, входящего в состав блока 2 интегрирования. После окончания действия импульса 19 аналоговый ключ памяти блока 2 интегрирования размыкается и на запоминающей емкости до конца периода Т сохраняется записанная информация. Импульсы 19 поступают также и на вход синхронизируемого генератора 11 пилообразного напряжения. После окончания процесса записи формируются короткие импульсы 20, которые замыкают ключи обнуления интег1рирующей емкости блока 2 интегрирования, в результате чего.напряжение на выходе блока 2 интегрирования становится равным нулю.

- «

Начиная с момента времени tg к (якорю электродвигателя прикладывает- :ся импульсное напряжение 21 с периодом следования Т. Длительность импульсов задается широтно-импульсным модулятором, входящим в состав системы регулирования электропривода (не показано). Под действием импульсов 21 в якорной обмотке электродви- ,гателя возникает пульсирующий ток 22. Протекая через шунт 1, ток 22 создает на шунте 1 падение напряжения, которое поступает на входы блока 2 интегрирования. Спустя 1-2 мкс необходимых дли переписи информации и обнуления, на выходе интегратора блока 2 интегрирования появляется напряжение 23, соответствующее интегралу тока, протекакицему через шунт 1. К концу периода Т в момент времени t, на выходе интегратора блока 2 интегрирования будет напряжение

9444

23, соответствующее среднему за период Т значению тока, протекающего через шунт 1. В момент времени t, импульс 19, замыкая аналоговый ключ, подключает к выходу интегратора блока 2 интегрирования запоминающую емкость. После окончания действия импульса 19 на запоминающей емкости и на выходе блока 2 интегрирования

сохраняется напряжение VUHT в течение следующего периода.

По окончании импульса 19 формируется импульс 20, который производит обнуление блока 2 интегрирования,после чего начинается процесс интегрирования. Напряжение с выхода запоминающей емкости блока 2 интегрирования подается на входы компараторов 9 и 10, на другие входы которых с выхода

синхронизируемого генератора 11 пилообразного напряжения подается напряжение

При изображенной кй фиг. 2 полярности напряжения на выходе блока 2

интегрирования работает компаратор 9однополярных сигналов,при этом напряжение на .выходе компаратора 10 раз- нополярных сигналов равно нулю. При тивоположной полярности напряжения на

выходе блока 2 интегрирования, т«е. при противоположном направлении тока, протекающего через шунт 1, работает компаратор 10 разнополярных сигна- лов. В момент tj на вход компаратора 9 одиополярных сигналов н ачина- ет поступать напряжение и превьша- ющее пилообразное напряжение синхронизируемого генератора 11 пилообраз- ного напряжения. В этот же момент

(диаграмма 24) на выходе компаратора 9 однополярных сигналов появляется импульс 25, длительность которого orf- ределяется моментом t, когда напряжение Up становится равным напряже- нию UHHT При этом длительность импульса 25 пропорциональна среднему значению измеряемого тока за период.,Т. .

Импульс с выхода компаратора 9 однополярных сигналов через элемент 12 гальванической развязки поступает на один вход, а О с выхода элемента 13 гальванической развязки поступает на другой вход логического эле- мента 2И-2ИЛИ-НЕ.15. При наличии импульса на выходе элемента 12 гальванической развязки или на выходе элемента 13 гальванической развязки с

выхода генератора 14 импульсов поступают импульсы 26 через логический элемент 2И-2ИЛИ-НЕ 15 на счетный вход счетчика 16.

По окончании действия импульса, поступающего с элементов 12 или 13 гальванической развязки, логический элемент 15 запре1цает прохождение импульсов 26 от генератора 14 импульсов на счетный вход счетчика 16. К этому моменту времени на выходе счетчика 16 образуется кодовая комбинация, пропорциональная длительности импульсов на выходе широтно-импуль- сного модулятора 3, а следовательно, и среднему значению измеряемого тока Импульсы 19 с выхода формирователя

6коротких импульсов поступают на вход L Разрешение записи регистра 17 памяти и осуществляют перепись информации с выхода счетчика 16 в регистр 17 памяти (диаграмма 27).

После переписи информации импульсы 20, поступая на вход счетчика 16, осуществляют его обнуление. Разряд п + I регистра 17 цамяти является знаковым. При отсутствии импульсов на выходе элемента 13 гальванической развязки на выходе п + 1- разряда регистра 17 памяти присутствует логический ноль, что соответствует знаку плюс, когда кодовая комбинация на выходе регистра 17 памяти соответствует положительному числу. При наличии импульсов на выходе элемента

7гальванической развязки, на выходе п + 1 разряда регистра 17 памяти присутствует логическая единица, соответствующая числу со знаком минус.

Таким образом, устройство произво-до к входам устройства через шунт, а

дит измерение среднего за период значения, тока, осуществляя при этом гальваническую развязку между блоком управления и силовым каскадом преобразователя, а также преобразование ана-45 временного интервала в код, вход запи;

логовой информации о токе в код. си в память которого подключен к первому выходу, а вход обнуйения - к второму выходу второго формирователя коротких импульсов, а выходы - к выходам устройства.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что блок преобразования временного интервала в код содержит генератор импульсов, счетчик.

Устройство обладает более высокой динамической точностью измерения достигаемой за счет использования интегратора с обнулением на входе и более широкого диапазона изменения относительной длительности с постоянным периодом следования; более широкими функциональными возможностями.за счет

того, что оно может работать в импуль.. регистр памяти и логический э.ггемент

сных преобразователях с различньми законами управления ключами,в режиме прерывистых и непрерывных токов,бо2И-2ИЛИ-НЕ, первые входы обоих И которого подключены к выходу генерато - ра импульсов, второй вход первого И

лее высокой помехозащищенностью и отсутствием биений в системе, достигаемых за счет установки интегратора на входе, синхронизации интегра5 тора, счетчика и регистра памяти, а также синхронизации широтно-импульс- ного модулятора предлагаемого устройства с широтно-импульсным модулятором системы, более высокой техно10 логичностью изготовления и возможностью интегрального исполнения устройства в целом.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения тока, содержащее широтно-импульсный модулятор с гальванической развязкой и шунт, отличающееся тем,

что, с целью снижения динамической погрешности измерения путем повышения быстродействия, в него введены .блок интегрирования, блок преобразования временного интервала в код, элемент

гальванической развязки, генератор эталонной частоты и два формировате- , ля коротких импульсов, причем вход первого формирователя коротких импульсов подключен через элемент гальванической развязки, а вход второго - непосредственно к выходу генератора эталонной частоты, первый выход первого формирователя подключен к так- товому входу широтно-импульсного модулятора и к входу управления памятью блока интегрирования, второй выход первого формирователя подключен к входу управления обнулением блока интегрирования, входы которого подключены

вьгход - к входу широтно-импульсного модулятора, один из выходов которого подключен к первому входу, а другой - к второму входу блока преобразования

2И-2ИЛИ-НЕ, первые входы обоих И которого подключены к выходу генерато - ра импульсов, второй вход первого И

подключен к первому входу блока преобразования временного интервала в код, а второй вход второго И подключен к второму входу блока преобразования временного интервала в код 5 и знаковому входу регистра памяти, выход логического элемента 2И-2ИЛИ- НЕ подключен к счетному входу счетчика, вход обнуления которого подключен к третьему входу блока преобразо- )0 вания временного интервала в код,а вых.оды п разрядов подключены соответственно к входам п разрядов регистра памяти, вход записи в память которотор однополярных сигналов, компаратор разнополярньгх сигналов, синхронизируемый генератор пилообразного напряжения и два элемента гальванической развязки, причем первые входы обоих компараторов соединены с входом широтно-импульсного модулятора, вторые входы - с выходом синхронизируемого генератора пилообразного напряжения, а выходы через элементы гальванической развязки .- с первым и вторым выходами широтно-импульсного модулятора, тактовый вход которого соединен с входом синхронизируего подключен к четвертому входу блока (5 мого генератора пилообразного напряпреобразования временного интервала в код, а выходы - к выходам блока преобразования временного интервала в

код.

3. Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что широтно-им- пульсный модулятор содержит компаратор однополярных сигналов, компаратор разнополярньгх сигналов, синхронизируемый генератор пилообразного напряжения и два элемента гальванической развязки, причем первые входы обоих компараторов соединены с входом широтно-импульсного модулятора, вторые входы - с выходом синхронизируемого генератора пилообразного напряжения, а выходы через элементы гальванической развязки .- с первым и вторым выходами широтно-импульсного модулятора, тактовый вход которого соединен с входом синхронизируежения,

4, Устройство по п. 3, отличающееся тем, что, с целью повьшения помехозащенности путем уменьшения паразитных емкостей, элементы гальванической развязки вьшол- нены на оптронах.

П П П П

«.

/

г

r-tp-l:::

П I-ir-

-ti

1

r-tp-l:::

П I-ir-1

-ti

1

I

t,tt /V

Редак тор Р.Цйцик а Заказ 4817/44

Составитель Б.Быков Техред Л.Сердюкова/

(Корректор А

Тираж 728 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР rib делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг. 2

(Корректор А.Обручар

Изобретение предназначено для преобразования аналоговых и формирования цифровых сигналов обратной связи по току в системах регулирования с полупроводниковыми.преобразователями. Цель из обретения - снижение динамической погрешности измерения.Устройство содержит широтно-импульсный ; модулятор 3 с гальванической развязкой и шунт 1 в цепи измеряемого тока. Введение блока 2 интегрирования, блока 4 преобразования временного интервала в КОД)включающего генератор 14 импульсов, элемент 2И-2ИЛИ-НЕ 15, счетчик 16 и регистр 17 памяти,формирователей 5 и 6 коротких импульсов, элемента 7 гальванической разврзки, генератора 8 эталонной частоты увеличивает быстродействие, уменьшает паразитные емкости измерительных цепей и повьшает помехозащищенность устройства. 3 з.п. ф-лы, 2 ил. с Jff