Измерительный преобразователь постоянного тока Советский патент 1991 года по МПК G01R19/20 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено преимущественно для измерения постоянных токов большой величины.

Целью изобретения является повышение динамической точности.

На чертеже приведена структурная схема измерительного преобразователя постоянного тока.

Предлагаемый измеритель содержит магнитомодуляционный узел 1, генератор 2 возбуждения, трансформатор 3 тока, демодулятор 4, усилитель постоянного тока (УПТ) 5 и эталонный резистор 6.

Магнитомодуляционный узел 1 включает магнитопровод 7 с обмоткой 8 возбуждения, дополнительный магнитопровод 9, а также обмотки измерительную 10 и компенсационную 11, которые намотаны на сборку магнитопроводов 7 и 9.

Генератор 2 возбуждения включает бесконтактный коммутатор 12 напряжения, источник 13 питания, блок 14 управления и конденсатор 15. Выходные выводы бесконтактного коммутатора 12 напряжения подключены к соответствующим выводам источника 13 питания, а его выходные выводы один непосредственно, а другой через конденсатор 15 - к выходным выводам генератора возбуждения 2. Управляющий вход бесконтактного коммутатора 12 напряжения подключен к выходу блока 14 управления.

Трансформатор 3 тока содержит сердечник 16, первичную 17 и две вторичные 18 и 19 обмотки. Обмотка 8 возбуждения через

W

первичную обмотку 17 подключена к выходу генератора 2 возбуждения. Вторичные обмотки 18 и 19 соединены последовательно-согласно, их свободные и объединенные выводы подключены к соответствующим входным выводам демодулятора 4. Выход последнего подключен к входу усилителя 5 постоянного тока,

К выходу усилителя 5 постоянного тока через эталонный резистор б подключена компенсационная обмотка 11, Выводы измерительной обмотки 10 подключены к входным зажимам 20 и 21 измерительного преобразователя постоянного тока.

Демодулятор 4, пример выполнения которого представлен на чертеже, содержит два однополупериодных пиковых детектора 22, 23 и сумматор 24 напряжений. Пиковые детекторы 22, 23 соединены последовательно-встречно, их входные свободные и объединенные выводы подключены к соответствующим входным выводам демодулятора 4, а выходные - к входным выводам сумматора 24 напряжений. Выход последнего подключен к выходу демодулятора 4 Бесконтактные коммутаторы напряжения могут быть выполнены на основе транзисторных илитиристорных ключей. Например, в книге Дзюбина И.И Тиристоры в электрических схемах (М.: Энергия, 1972) приведены подходящие схемы коммутаторов. Здесь же представлены варианты блоков управления. Другие блоки предлагаемого технического решения в дополнительных пояснениях и сведениях не нуждаются.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

Он представляет из себя замкнутую систему авторегулирования следящего типа. Выходная величина (ток компенсации к и соответственно падение напряжения Un на эталонном резисторе 6, через который этот ток протекает) воспроизводит в определенном масштабе входную величину (измеряемый ток 1и). Значение выходной величины « (или U«) отображается соответствущими средствами.

Измеряемый ток 1И через зажимы 20, 21 подводится к измерительной обмотке 10с числом витков WH и, протекая по ней, создает в магнитопроводах 7, 9 намагничивающую силу (н.с.) . В компенсационной обмотке 11 с числом витков WK протекает ток U от УПТ 5 и, протекая по ней, создает н.с. UWx, направленную навстречу н.с. .

Действие контура авторегуяирования направлено на поддержание баланса н с, е магнитопроводах 7. 9. В стационарном режиме баланс н.с. (по постоянному току) описывается соотношением

IMWM -IKWK AIWCT,

где AIWCT - действующее рассогласование следящей системы, приведенное к намагничивающей силе.

При большом усилении разомкнутого контура следящей системы AlWCT 0, т.е. пренебрежимо мало, следовательно

|K-|MWM/WK,

откуда следует, что ток 1К является мерой тока 1ц.

При отсутствии подмагничивания маг- нитопроводов 7 и 9 полем постоянного тока (т.е. в режиме полной компенсации, когда

Д ) индуктивности обмотки 8 возбуждения и компенсационной обмотки 11 велики. Ток в цепи обмотки 8 возбуждения определяется нелинейной индуктивностью этой обмотки и приложенным к ней импульсным

напряжением. Последнее формируется в процессе перезаряда конденсатора 15 и является знакопеременным. Ток в цепи обмотки 8 возбуждения является практически током намагничивания магнитопроврда 7

под действием приложенного к ней знакопеременного импульсного напряжения, так как ввиду большой индуктивности компенсационной обмотки 11 трансформируемый в ее цепь ток незначителен. Вследствие симметрии кривой намагничивания положительная и отрицательная полуволны тока в обмотке возбуждения 8 имеют одинаковую форму и равны по амплитуде. Через трансформатор 3 тока этот ток пос- ;пает в демодулятор 4. Ввиду практически полной симметрии отрицательной и положительной полуволн тока выходное напряжение демодулятора 4 равно нулю, управляющее воздействие на входе УПТ 5 отсутствует и

режим компенсации сохраняется неизменным.

При нарушении режима компенсации, т е. при A IW 0, мэгнитопроводы 7 и 9 насыщаются, индуктивность обмоток 8, 11

мала. Так как н.с. возбуждения знакопере- менна, то в один из периодов ее направление совпадает с н.с. разбаланса AIW, создавая еще более глубокое насыщение магнито- провода 7. В этот полупериод амплитуда

импульса тока 1Вт в обмотке возбуждения возрастает практически до максимального значения, равного току перезаряда конденсатора 15с учетом активных сопротивлений цепи обмотки 8.

В другой полупериод н.с. возбуждения направлена навстречу н.с. разбаланса ДIW и при величине тока Вк, удовлетворяющей условию А 0 (где WB - количество витков обмотки 8 возбуждения), магнито- провод 7 выходит из насыщения.

Индуктивность обмотки 8 возбуждения становится большой и ток в ее цепи, достигнув значения 1Вк, перестает изменяться.

Таким образом, при нарушении баланса н.с., т.е. при AIW 0, полуволны тока возбуждения имеют разную формуй различны по амплитуде (1Вт и 1Вк). Через трансформатор тока 3 этот несимметричный ток поступает в демодулятор 4, в результате на выходе его появляется постоянное напряжение 11Д, знак которого определяется знаком разбаланса н.с. AIW. Величина 11д при малых значениях Л IW пропорциональна A IW, а при больших значениях A IW огра- ничивается на некотором уровне, определяемом параметрами и режимами работы соответствующих узлов.

Появление напряжения Уд на выходе демодулятора 4 означает появление на вхо- де УПТ 5 управляющего воздействия, которое вызывает изменение величины тока 1«. Ток 1к изменяется до тех пор, пока напряжение 11д не уменьшается до величины действующего рассогласования следящей системы Аидет(Аидет А ), что соответствует стационарному режиму компенсации.

Остановимся кратко на работе генератора 2 возбуждения. Начнем рассмотрение с момента времени, когда предыдущий пол- упериод (перезаряда конденсатора 15) завершился и на его левой обкладке положительный потенциал. Очередной импульс управления, поступающий от блока 14 уп- равления на управляющий вход бесконтактного коммутатора 12 напряжения, приводит последний в состояние, при котором к правой обкладке конденсатора 15 подключается положительный полюс (плюс) источника 13 питания. Конденсатор 15 перезаряжается от источника 13 через обмотку 8 возбуждения и первичную обмотку 17 трансформатора тока 3. На его правой обкладке теперь положительный потенциал.

Очередной импульс управления, поступающий от блока 3 управления на управляющий вход бесконтактного коммутатора 12 напряжения, приводит последний в состояние, при котором к правой обкладке конден- сатора 15 подключается отрицательный полюс источника 13 питания. Конденсатор 15 перезаряжается через указанные выше- элементы. Теперь на его левой обкладке положительный потенциал, как в начале рассмотрения. Далее при поступлении очередных управляющих импульсов процесс повторяется.

Из рассмотрения работы устройства следует, что параметры цепи компенсационной обмотки 11 не оказывают существенного влияния на процесс детектирования разбаланса постоянных токов. В устройстве представляется возможность параметры цепи компенсационной обмотки выбирать из условия достижения требуемых динамических характеристик. Главным условием является получение большой постоянной времени цепи компенсационной обмотки (единицы - десятки секунд), что при заданном числе витков WK достигается увеличением сечения дополнительного магнито- провода.

При большой постоянной времени тк достигается перекрытие частотных характеристик контура авторегулирования и трансформатора переменного тока. В этом случае переменные составляющие измеряемого тока воспроизводятся с минимальными искажениями, достигается улучшение динамической точности измерительного преобразователя. Переменная составляющая тока IK в цепи компенсационной обмотки связана с переменной сос.авляющей измеряемого тока соотношением

|К .

а с учетом постоянной составляющей, которая воспроизводится контуром авторегулирования

к+1 к( и+1и)Л/и/1Л/,

Соответственно падение напряжения на эталонном резисторе будет являться мерой постоянной и переменной составляющих измеряемого тока.

Формула изобретения

Измерительный преобразователь постоянного тока, содержащий эталонный резистор, усилитель постоянного тока, демодулятор, генератор возбуждения и магни- томодуляционный узел, в состав которого входят рабочий магнито про вод с обмоткой возбуждения и дополнительный магнито- провод, причем магнитопроводы выполнены в виде сборки, на которую нанесены измерительная и компенсационная обмотки, выводы измерительной обмотки соединены с входными зажимами устройства, компенсационная обмотка через эталонный резистор соединена с выходом усилителя постоянного тока, вход которого соединен с выходом демодулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения динамической точности, в него введены трансформатор тока, выполненный с двумя вторичными обмотками, соединенными последовательно и согласно, свободные и объединенные выводы вторичных обмоток трансформатора тока соединены с соответствующими входными выводами демодулятора, обмотка возбуждения магнитомодуляционного узла через первичную обмотку трансформатора тока

соединена с выходом генератора возбуждения, который выполнен содержащим бесконтактный коммутатор напряжения, источник питания, блок управления и конденсатор, причем входные выводы бесконтактного коммутатора напряжения соединены с соответствующими выводами источника питания, выходные выводы бесконтактного коммутатора напряжения - первый непосредственно, а второй через конденсатор соединены с выходными выводами генератора возбуждения, управляющий вход бесконтактного коммутатора напряжения соединен с выходом блока управления.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения постоянных токов большой силы в электрофизических установках. Цель изобретения - повышение динамической точности Измерительный преобразователь постоянного тока содержит эталонный резистор 6, усилитель 5 постоянного тока,демодулятор 4, трансформатор 3 тока с двумя вторичными обмотками, генератор 2 возбуждения и магнито- модуляционный узел 1. включающий рабочий магнитопровод с обмоткой 8 возбуждения и дополнительный магнитопровод 9, а также измерительную 10 и компенсационную 11 обмотки, которые нанесены на сборку маг- нитопроводов. Динамическая точность в устройстве повышена за счет того, что в схеме параметры цепи компенсационной обмотки 11 не оказывают влияния на процесс детектирования разбаланса постоянных токов. 1 ил.

го

ff-TT