Устройство для контроля тока Советский патент 1987 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и релейной защите и может быть использовано для бесконтактного измерения и контроля тока в том числе в устройствах релей- ной защиты.

Цель изобретения - повьшение достоверности контроля тока за счет обеспечения контроля работоспособности устройства в, процессе эксплуатации а также расширение функциональных, возможностей за счет обеспечения измерения постоянного и контроля переменного токов.

На чертеже изображена функцио- нальная схема предлагаемого устройства.

I

Устройства содержит ключевой транзисторный каскад 1, обмотку 2 воз- буждения, обмотку 3 обратной связи, обмотку 4 с контролируемым током, магнитопровод 5, конденсатор 6, токоограничивающий резистор 7, первый 8 и второй 9 формирователи им- пульсов, делитель 10 частоты, счетчик 11 импульсов, цифровой компаратор 12, блок 13 памяти, дешифратор 14, генератор 15 тактовых импульсов первый 16 и второй 17 триггеры, эле- мент ИЛИ 18, первый 19 и второй 20 элементы индикации и цифровой индикатор 21. К коллекторной цепи каскада 1 подключены формирователь 8 и обмотка 2 шунтированная конденсато- ром 6, а к базовой цепи - последова- .тельно соединенные обмотка 3 и резистор 7. Соответствующие выводы резистора 7 и обмотка 2 объединены и подключены к одной из клемм источни- ка стабилизированного напряжения (не показан), к другой клемме которого подключена эмиттерная цепь каскада 1. Обмотка 2 возбуждения, обмотка 3 обратной связи и обмотка 4с контролируемым током нанесены на магнитопровод 5. К выходу формирователя 8 подключен вход делителя 10 частоты. С помощью делителя 10 производится формирование однополярных импульсов прямоугольной формы, частота которых в п раз (п 2,3.,.) меньше входной частоты. Выход делителя 10 соединен со входом элемента 19, с первым входом элемента ИЛИ 18 и управляюпщм входом блока 13 памяти непосредственно, а со входами сброса счетчика 11 и триггеров 16 и 17, а также управляющим входом компаратора 12 - через формирователь 9. Счетный и управляющий входы счетчика 11, который выполнен реверсив- Hbw, соединены соответственно с выходом генератора 15 и с выходом элемента ИЛИ 18. Разрядные выходы счетчика 11 соединены со входами компаратора 12 и со входами блока 13. Выход переполнения счетчика 11 соединен со входом установки триггера 16, выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ 18. Выходы блока 13 соединены со входами дешифратора 14, который предназначен для преобразования цифрового кода, несущего информацию о частоте колебаний, которая в свою очередь зависит от уровня входного тока, в форму, удобную для индикации ее величины на цифровом индикаторе 21. Выход компаратора 12 соединен со входом установки триггера 17, выход которого соединен со входом элемента 20 индикации и с управляющим входом дешифратора 14.

Устройство работает следующим образом.

В отсутствии тока в обмотке 4 на выхоДе транзисторного каскада 1 постоянно генерируются импульсы с частотой fo, которая равна собственной частоте колебательного контура, состоящего из обмотки 2 возбуждения и конденсатора 6. Импульсы поступают через первый формирователь 8 на вход делителя 10 частоты, а с выхода последнего - на вход первого элемента 19 индикации, свечение которого свидетельствует о работоспособности устройства, на объединенные входы блока 13 памяти, элемента ИЛИ 18 и формирователя 9. Появление уровня логической единицы на выходе делителя 10 вызывает появление короткого по длительности импульса на выходе формирователя 9, который устанавливает триггеры 16 и 17 в исходное нулевое состояние. До тех пор, пока уровень этого импульса равен уровню логической единицы, работа счетчика 11, осуществляющего подсчет импульсов с выхода генератора 15 тактовых импульсов, запрещена, а разрешена работа компаратора 12. Цифровой компаратор 12 производит сравнение кода с выхода счетчика 11 с кодом установки и (в случае превьш1ения этой установки) формирует импульс, кото.31

рый устанавливает триггер 17 в единичное состояние. В противном случае (код меньше уставки) состояние триггера 17 не изменяется.

После того, как сигнал на выходе формирователя 9 примет значение уровня логического нуля, происходит запрет работы компаратора 12 и разрешается работа триггеров 16 и 17. Счетчик 11 устанавливается в нулевое состояние, в результате чего разрешается его работа в режиме сложения импульсов, поступающих на его счетный вход с выхода генератора 15. Режим работы реверсивного счетчика 11 импульсов на сложение (вычитание) задается уровнем логической единицы (нуля) на выходе элемента ИЛИ 18.

При появлении на выходе делителя 10 частоты уровня логического нуля производится запись числового код-а с выходов счетчика 11 в блок 13 памяти и устанавливается уровень логического нуля на выходе элемента ИЛИ 18. Счетчик 11 переводится в режим вычи- тания. Информация, записанная в блок 13, после декодирования дешифратором 14 высвечивается на табло цифрового индикатора 21,

Поскольку ток в обмотке 4 отсутст вует, то частота на выходе транзисторного каскада 1 не изменяется, не изменяется поэтому и скважность импульсов на выходе делителя 10 частоты. Следовательно, число импульсов, которое записано в счетчике 11 в режиме сложения, равно числу импуль- сов, которое записывается в счетчик в вычитания, поэтому (в момент появления уровня логической еди ницы на выходе делителя ioj счетчик 1 и компаратор 12 находится в исходном нулевом состоянии.

В дальнейшем работа устройства аналогична вышеописанной.

При положительной полярности постоянного тока в обмотке 4 с контролируемым током происходит подмагни- чивание магнитопровода 5, что приводит к ослаблению связи обмотки 3 об- ратной связи с обмоткой 2 возбуждения. Это эквивалентно снижению индуктивности обмотки 2 и соответствующему увеличению частоты колеба- НИИ, причем указанные изменений тем 6ojfee выражены, чем выше уровень тока в обмотке 4. В соответствии с этим, возрастает частота импульсов на выходе делителя 10. Однако их

834

скважность не изменяется и остается равной 0,5, поэтому на выходе счетчика 11 в конце его работы в режиме сложения появляется числовой код, значение которого обратно пропорционально частоте импульсов на выходе делителя 10. Код записывается в блок 13 и высвечивается на табло индикатора 21. В конце работы счетчика 11 в режиме вычитания значение числового кода на его выходах становится равным нулю (при скважности импульсов, равной 0,5, время- существования уровня логической единицы на выходе делителя 10 равно времени существования уровня логического нуля), поэтому число импульсов, поступающих на счетный вход счетчика 11 в режиме сложения равно числу импульсов, которые поступают на упомянутый вход в режиме вычитания).

При отрицательной полярности постоянного тока в обмотке 4 связь обмоток 2 и 3 усиливается, что приводит к снижению частоты колебаний пр неизменном значении скважности импульсов . Поэтому в конце работы Счетчика 11 в режиме сложения на первых его выходах появляется код, значение которого обратно пропорционально частоте импульсов на выходе делителя 10. Код записывается в блок 13 и высвечивается на табло индикатора 21, так как сигнал на выходе триггера 17 по-прежнему имеет уровень логического нуля, который разрешает работу дешифратора 14. В конце работы счетчика 11 в режиме вычитания значение числового кода на его выходах становится равным нулю.

Таким образом, изменение уровня постоянного тока в обмотке 4 приводит к соответствующему изменению частоты на выходе делителя 10 частоты. Скважность импульсов остается равной 0,5. Длительность этих импульсов с помощью счетчика 11, заполняемого тактовыми импульсами с выхода генератора 15, преобразуется в пропорциональный цифровой код, который заносится в блок 13 памяти, и после декодирования дешифратором 14 индицируется на табло цифрового индикатора 21,

Если по обмотке 4 протекает переменный ток, например синусоидальной формы, то в соответствии с выше51290183

с изменением уровня кониш з т

тролируемого тока периодически изменяется и частота импульсов на выходе транзисторного каскада 1. В результате скважность импульсов на выходе делителя 10 также изменяется по синусоидальному закону, причем с ростом амплитуды колебаний контролируемого тока возрастает и величина, на которую изменяется скважность импульсов на выходе делителя 10. Время, в течение которого счетчик 11 импульсов работает в режиме сложения тактовых импульсов, отличается от

индикации, сигнализирую1Дего о превышении переменным током в обмотке 4 заданного уровня, и запрещает работу дешифратора 14, и, следовательно,

5 цифрового индикатора 21. Если же

значение полученного кода меньше кода уставки, то компаратор 12 находится в исходном нулевом состоянии. В исход ном нулевом состоянии находятся и

JQ триггер 17, и элемент индикации 20.

Если время, в течение которого на выходе делителя 10 существует уровень логической единицы, меньше времени существования на его выходе

времени его работы в режиме вьтитания J5 уровня логического нуля, то после упомянутых импульсов. Поэтому в МО- окончания работы счетчика 11 в режиме сложения и перехода в режим вычитания (в определенный момент времени значение цифрового кода на первых выходах счетчика t1 становится равным нулю. А в следующий момент (с приходом очередного тактового импульса) значение этого кода станомент появления на выходе делителя 10 уровня логической единицы на первых выходах счетчика 11 появляется цифровой код, значение которого пропорционально разности между упомянутыми промежутками времени.

20

Если время, в течение которого

вится максимальным и равным 2

на выходе делителя -10 суш;ествует уро- 25 (т - число разрядов счетчика 11).

вень логической единицы, больше времени существования на его выходе уровня логического нуля, то, соответственно время, в течение которого счетчик 11 работает в режиме сложения импульсов, поступающих на его счетный вход с выхода генератора 15, больше, чем время, в течение которого этот счетчик работает в режиме

вычитания. В результате в момент по- входе управления счетчика 11. Счетявления уровня логической единицы на выходах делителя 10 и формирователя 9 на выходах счетчика 11 появляется код, значение которого пропорционально разности между упомянутыми промежутками времени, а на выходе переполнения счетчика 11 сохраняется уровень логического нуля. Полученный код поступает на входы блока 13 памяти и компаратора 12, Б момент появления уровня логической единицы На выходах делителя 10-и формирователя 9 происходит запись кода в блок 13 памяти и его сравнение в компараторе -12 с кодом уставки: . Если полученный код больше значения кода уставки, то цифровой компаратор срабатывает и на его выходе появляется импульс с уровнем логической единицы Указанньш импульс поступает на вход триггера 17 и Устанавливает его в единичное состояние. Наличие уровня логической единицы на выходе триггера 17 разрешает работу элемента 20

индикации, сигнализирую1Дего о превышении переменным током в обмотке 4 заданного уровня, и запрещает работу дешифратора 14, и, следовательно,

цифрового индикатора 21. Если же

значение полученного кода меньше кода уставки, то компаратор 12 находится в исходном нулевом состоянии. В исходном нулевом состоянии находятся и

триггер 17, и элемент индикации 20.

Если время, в течение которого на выходе делителя 10 существует уровень логической единицы, меньше времени существования на его выходе

вится максимальным и равным 2

В результате на выходе переполнения счетчика 11 появляется сигнал логической единицы, который поступает на вход триггера 16 и устанавливает его в е &иничное состояние. Сигнал логической единицы с выхода триггера 16 поступает на второй вход элемента ИЛИ 18, что вызывает появление уровня логической единицы на

чик 11 переходит в режим сложения импульсов. В результате на выходе переполнения счетчика 11 устанавливается уровень логического нуля,

40 а на его разрядных выходах - цифровой код, пропорциональный модулю разности между временными интервалами, в течение которых на выходе делителя 10 существуют уровни лори45 ческой единицы и логического нуля.

Формула изобретения

Устройство для контроля тока, со- 50 держащее обмотку с контролируемым током, обмотку возбуждения и обмотку обратной связи, нанесенные на магни- топровод, ключевой транзисторный каскад, в коллекторную цепь которого включена обмотка возбуждения, шунтированная конденсатором, а в базовую цепь - последовательно соединенные обмотка обратной связи и токоограни- чивающий резистор, первый элемент

71

индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля и расширения функциональных возможностей за счет обес печения измерения постоянного и кон- троля переменного токов, в него дополнительно введены счетчик импульсов, цифровой компаратор, блок па- мят и, дешифратор, делитель частоты два формирователя импульсов, гене- ратор тактовых импульсов, два триггера, цифровой индикатор, элемент ИЛИ и второй элемент индикации, причем к коллекторной цепи ключевого транзисторного каскада подключен первый формирователь импульсов, выход которого через делитель частоты соединен с входом первого элемента индикации, входом второго формирователя импульсов, управляющим входом блока памяти и первым входом элемента ИЛИ, выход второго формирователя

38

импульсов соединен с входами сброса первого и второго триггеров, управляющим входом цифрового компаратора и входом сброса счетчика импульсов, счетн.ый и управляющий входы которого соединены соответственно с выходом генератора тактовых импульсов и с выходом элемента ИЛИ, а разрядные выходы - с входами цифрового компаратора и блока памяти, выходы блока памяти через дешифратор соединены с входами цифрового индикатора, выход переполнения счетчика импульсов соединен с входом установки первого триггера, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход цифрового компаратора соединен с входом установки второго триг- ра, выход которого соединен с управляющим входом дешифратора и входом второго элемента индикации.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и релейной зэ - щите. Может быть использовано для бесконтактного измерения и контроля тока. Цель изобретения - повышение достоверности контроля тока за счет обеспечения контроля работоспособности устройства в процессе эксплуатации, а также расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения постоянного и контроля переменного токов. Устройство содержит ключевой транзисторный каскад 1, обмотку 2 возбуждения, обмотку 3 обратной связи, обмотку 4 с контролируемым током, магнитопровод 5, элемент индикации 19. Введение счетчика импульсов 11, цифрового компаратора 12, блока памяти 13, дешифратора 14, генератора тактовых импульсов 15, триггеров 16, 17, цифрового индикатора 2.1, элемента ИЛИ 18, элемента индикации 20, образование новых функциональных связей позволило достичь поставленную цель. 1 ил. СЛ Л /огж9