Измеритель постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК G01R19/20 

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано для измерения постоянных токов большой силы.

Целью изобретения является повышение динамической точности измерени за счет снижения уровня модуляционных помех на входе индикатора.

На фиг.1 приведена блок-схема измерителя постоянного тока,- на фиг.2 - пример выполнения нелинейного делителя тока.

Измеритель постоянного тока содержит измерительную 1 и компенсационную 2 обмотки, преобразователи 3 и 4 неравновесия ампер-витков обмото

I и 2. Преобразователь 3 включает магнитопроводы 5 и 6с обмотками 7 и Н возбуждения, а также синхронный демодулятор 9. Преобразователь 4 включает магнитопровод 10 с обмоткой

II возбуждения, а также резистор 12 и демодулятор 13. Кагнитопроводы 5, 6 и Ю соответственно с обмотками У, 8 и 11 помещены в магнитный экран 14 поверх которого размещены обмотки 1 и 2.

- Измеритель постоянного тока содержит также генератор 15 возбуждения, блок 16 формирования двуполярных импульсов, суммирующий усилитель 17, усилитель 18 постоянного тока, индикатор 19, мостовые выпрямители 20 и 21, нелинейный делитель 22 тока, резистор 23 и конденсатор 24, которы образуют нагрузочную КС-цепочку, ти- ристорную оптопару 25, источник 26 переменного напряжения.

Измерительная обмотка 1 соединена- с входными зажимами 27 и 28 устройства.

Обмотки возбуждения 7 и 8 соединены последовательно-встречно, первый вывод обмотки 8 соединен с первым выходом основной частоты генератора 15. возбуждения, второй вывод которог соединен с вторым выводом переменног тока мостового выпрямителя 20. Первый выход переменного тока выпрямителя 20 и первый выход основной частоты генератора 15 возбуждения соединены между собой.

Объединенные вторые выводы ток 7 и 8 соединены с сигнальным вхо«- дом синхронного демодулятора У, управляющий вход которого соединен с выходом удвоенной частоты генератора 15 возбуждения.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Второй выход блока 16 формирования двуполяркых импульсов через резистор 12 соединен с вторым выводом обмотки 11 возбуждения. Выводы резистора 12 соединены со входами демодулятора 13, выход которого соединен с первым входом суммирующего усилителя 17, второй вход которого соединен с выходом синхронного демодулятора 9.

Первый выход усилителя 18 постоянного тока через индикатор 19 соединен с первым выводом компенсирующей обмотки 2, второй вывод которой соединен с вторым выходом усилителя 18 постоянного тока.

Выходы постоянного тока мостового .выпрямителя 20 соединены с соответствующими входами нелинейного делителя 22 постоянного тока, выходы которого соединены с управляюг{ими входами ти- ристорной оптопары 25, первый силовой вход которой через параллельно сонди-. ненные резистор 23 и конденсатор 24 соединен с первым выходом постоянного тока мостового выпрямителя 21, второй выход которого соединен с вторым силовым входом оптопары 25. Второй вывод переменного тока мостового выпрямителя 21 соединен с вторым выводом источника 26 переменного напряжения. Первые выводы выпрямителя 21 и блока 16 объединены} второй вывод блока 16 соединен с первым выводом источника 26 переменного напряжения.

Нелинейный делитель 22 тока (фиг.2) содержит транзистор 29, коллектор которого является первым выходом, база транзистора 29 через резистор 30 соединена с базой транзистора 31, первым выводом резистора 32 и анодом стабилитрона 33, катод которого является первым входом делителя 22 и соединен с первым выводом резистора 34 и через резистор 35 с эмиттером транзистора 29, второй вывод резистора 34 соединен с эмиттером транзисора 31, коллектор которого является вторым входом делителя 22 и соединен со вторым выводом резистора 32 и анодом стабилитрона 36, катод которого является вторым выходом делителя 22.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемый ток 1, подводимый к входным зажимам 27 и 28 устройства, протекает по измерительной обмотке 1 (с числом витков Уц) и создает в маг- нитопроводах 5,6,10 и магнитном 14 магнитодвижущую силу (м.д.с) IWyj. Подмагничивание магнитопроводов 5 и 6 м.д.с. постоянного тока (м.д.с. подмагничиваник &IW в начальный момент равна IWH) приводит к резкому уменьшению индуктивностей обмоток 7, 8 возбуждения, вследствие чего происходит увеличение тока возбуждения в цепи этих обмоток. Ток возбуждения выпрямляется мостовым выпрямителем 24 и подводится к нелинейному делителю 22 тока. С выхода нелинейного делителя 22 часть выпрямленного тока возбуждения поступает на управляющий вход тиристорной оптопары 23. При определенной величине подмагничива- кия магнитопроводов 5 и 6 выходкой ток нелинейного делителя 22 превысит величину входного тока включения оптопары 25 и произойдет ее включение. При этом мостовой выпрямитель 21 нагружается на относительно небольгаое сопротивление резистора 23, и ко входу блока 16 формирования двуполярных импульсов подводится переменное напряжение от источника 26 переменного напряжения.

При нодаче переменного напряжения :на вход блока 16 формирования двутю- лярных импульсов последний приводится |в действие, С его выхода двуполярные Импульсы через резистор 12 подводятся к обмотке 11 возбуждения. При этом приводится в действие второй иреобра- ,зователь 4 неравновесия ампервитков. (Первый преобразователь 3 неравновесия ампер-витков вводится в действие сразу же при включение измерителя постоянного тока независимо от наличия или отсутствия подмагничивания магни- топроводов устройства м.д.с. постоянного тока.

Под действием м.д.с. IV и преобразователи 3 и 4 неравновесия ампервит- ков вырабатывают напряжения разбаланса. Соответственно на выходе суммирующего усилителя 17 появляется управляющее напряжение, которое поступает на вход усилителя 18. Под действием этого управляющего напряжения усилитель 18 вырабатывает ток 1|, , который, протекая по компенсационной обмотке 2 (с числом витков Wj,,), создает м.д.с. 1RWK (в магнитопроводах 5,6,10 и экране Ю, направленную навстречу м.д.с. IW. В результате такого действия контура отрицательной обратной связи устанавливается равно-

весите состояние (м.д.с. OOMOTJи 1 уравновешивается м.д.с. пометки /М, описываемое соотношением

IV к - 1К ДЛ„ „,

где УО действующее значение разбаланса ампер-витков оь.ютсж и 2 (действующее рассогласование в контуре авторегулировзние) . При большом

усилении усилителя 18 действующее

рассогласованиеД W q становится пренебрежимо малым, и

IK V-V

т.е. ток 1 к является высокоточной

мерой тока I. Ток 1 измеряется индикатором 19.

Как только з процессе рассмотренного действия контура авторегулирова- ния разбаланс ампервитков уменьшится

Q до малого значения, практически исчезает Подмагничивание магнитопроко- дов 5 и 6 м.д.с. постоянного тока. Индуктивность обмоток 7 и 8 возбуждения резко увеличивается, ток возбуж-

5 дения резко уменьшается. Это приводит к уменьшению тока на выходе нелинейного делителя 22 и как только его величина станет меньше величины входного тока включения оптопары 25, пос-

0 ледняя выключается. Нагрузочная КС- цепочка (23,24) облегчает процесс выключения оптопары 25.

Выключение оптопары 25 приводит к размыканию цепи постоянного тока

5 мостового выпрямителя 21, что приводит к размыкании цепи ::одачи переменного напряжения на вход блока 16 от источника 26. Это приводит к прекращению действия блока 16 и соответствен-

0 но второго преобразователя А неравновесия ампер-витков. Сигнал рассогласования для контура авторегулирования вьфабатывается только первым преобразователем 3 неравновесия ампер-витков.

5 Преобразователь 3 неравновесия

ампервитков работает в режиме магнитного модулятора с удвоением частоты. К его обмоткам 7 и 8 возбуждения подводится напряжение синусоидальной или

прямоугольной (меандр) формы частоты

F. При наличии подмагничивания магни- топроводов 5 и 6 постоянным током (UIW/0) на объединенном выводе обмоток 7 и 8 появляется (относительно общей шины генератора 15, например) напряжение частоты 2F, причем при малых значениях &IW (примерно до ампер-витков) амплитуда указанного - напряжения удвоенной частоты пропор-

циональна велтпше Д 1 V , а фаза изме- пяется на 1НП при изменении знака Д IW . Соответственно постоянная составляющая выходного напряжения синхронного демодулятора Ч пропорциональна разбалансу AIW , а полярность изменяется при изменении знака Д1У .

Во втором преобразователе 4 неравновесия ампер-витковм.д.с. к обмотке И возбуждения через резистор 12 подается переменное напряжение, представляющее собой периодическую последовательность двухполярных импульсов напряжения одинаковой амплитуды и дли-

0,5Т (4И тельности, при этом длительность, Т - период повторения импульсов)с Это напряжение вырабатывается блоком 16 формирования двухполярных импульсов. При отсутствии подмагничивания магнитопровода 10 постоянным током () ток через резистор 12 представляет собой периодическую последовательность разнопо- лярных импульсов, равных по амплитуде (это ток намагничивания магнито- провода 10, в первом приближении при отсутствии насыщения магнитопрово- да 10 амплитуда импульсов тока в обмотке 11 и, соответственно, в резисторе 12 определяется амплитудой импульсов приложенного напряжения и их длительностью). Напряжение с резис-

1 атаке ея/ КЗУ ( и выгае: Uc „- напряжение стабилизации стабилитрона 33, Kj4H 39 номинальные значения соответственно резисторов 34 и 35). Значение ..„устанавливается

тора 12 поступает на вход демодулятора 13. напряжение на выходе 35 на УР°вне (не бол ее; номинального демодулятора 13 равно нулю.входного тока включения используемой

IIpnAIW/O положительные и отрицательные импульсы тока в цепи обмотки 11 не равны по амплитуде. Это объясняется следую цим образом. В тот полу- 40 22 тока обеспечивает (кроме прочего) период напряжения возбуждения, когда ограничение тока возбуждения (на м.д.с обмотки 11 совпадает по направлению сДШ, магнитопровод 10 насыщен и амплитуда импульсов тока в обмотке велика (определяется омическим сопро- 45 лансов ампервитков, благодаря чему тивлением цепи и приложенным напряже- после таких возмущений за минимальное нием). Когда м.д.с. обмотки 11 направлена навстречу &IW амплитуда импуль-

13МОке- лее; f

лючен тиристорной оптопары 25.

Рассмотренный нелинейный делитель тока обеспечивает (кроме прочего) таничение тока возбуждения (на уровне .+ os/ W что Устраняет перегрузки генератора 15 возбуждения при возникновении больших разба-

сов тока I m в цепиобмотки 11 приближенно определяетсясоотношением: JQ I W. &IW (У. -число витков об-ТП иU

мотки возбуждения 11). Соответственно будет отличным от нуля и напряжение на выходе демодулятора

3.55

Магнитный экран 14 выполняет две

основные функции: ослабляет передачу переменных состарчякш х тока из обмоток 7, 8 и 11 в обмотки 1 и 2, обесвремя восстанавливаются высокие метрологические характеристики первого преобразователя 3 неравновесия ампер- витков (и устройства в целом).

Как следует из описания работы устройства, после его включения и автоматического ввода в рабочий режим второй преобразователь неравновесия ампер-витков выключается. При его выключении источником модуляционных помех является лишь первый преобразователь 3 неравновесия ампер-витков.

печипает прямую передачу (через магнитную связь) переменной составляющей измеряемого тока в цепь пцгикатора 19, улучшая тем самым динамические характеристики устройства.

Нелинейный делитель 22 тока (фиг.2) работает следующим образом.

При малой величине тока I , подво-

D

димого к его входным выводам (что имеет место при отсутствии разбаланса ампер-витков измерительной и компенса«- ционной цепей), этот ток протекает 5 через резистор 34 и транзистор 31, не ответвляясь в выходную цепь (так как падение напряжения на указанном участке цепи меньше напряжения стаби- лизадаи стабилитрона 36). Если величина входного тока 1 & станет превьг0

5

U

ой/К, падение

0

шать значение Ig Ј напряжения на промежутке коллектор - эмиттер транзистора 31 станет резко увеличиваться. Если при этом общее падение напряжения на входе нелинейного делителя 22 превысит напряжение стабилизации стабилитрона 36, на выходе делителя 22 появится ток «, максимальное значение которого

1 атаке ея/ КЗУ ( и выгае: Uc „- напряжение стабилизации стабилитрона 33, Kj4H 39 номинальные значения соответственно резисторов 34 и 35). Значение ..„устанавливается

5 на УР°вне (не бол ее; номинального входного тока включения используемой

0 22 тока обеспечивает (кроме прочего) ограничение тока возбуждения (на 5 лансов ампервитков, благодаря чему после таких возмущений за минимальное

13МОке- лее; f

лючен тиристорной оптопары 25.

Рассмотренный нелинейный делитель тока обеспечивает (кроме прочего) таничение тока возбуждения (на уровне .+ os/ W что Устраняет перегрузки генератора 15 возбуждения при возникновении больших разба-

22 тока обеспечивает (кроме прочего) ограничение тока возбуждения (на лансов ампервитков, благодаря чему после таких возмущений за минимальное

время восстанавливаются высокие метрологические характеристики первого преобразователя 3 неравновесия ампер- витков (и устройства в целом).

Как следует из описания работы устройства, после его включения и автоматического ввода в рабочий режим второй преобразователь неравновесия ампер-витков выключается. При его выключении источником модуляционных помех является лишь первый преобразователь 3 неравновесия ампер-витков.

Формула изобретения

Измеритель постоянного тока, содержащий измерительную и компенсационную обмотки, генератор возбуждения с выходами основной и удвоенной частоты, блок формирования двуполярных импульсов, индикатор, усилитель постоянного тока, первый выход которого через индикатор соединен с первым выводом компенсационной обмотки, второй вывод которой соединен с вторым выходом усилителя постоянного тока, суммирующий усилитель, выход которого соединен с входом усилителя постоянного тока, магнитный экран и два преобразователя неравновесия ампер-витков измерительной и компенсационной обмоток, первый из которых выполнен в виде двух магнитоприводов с обмотками возбуждения, которые соединены своими вторыми выводами последовательно-встречно, сигнальный вход синхронного демодулятора соединен с объединенными выводами обмоток возбуждения , управляющий вход синхронного демодулятора соединен с выходом удвоенной частоты генератора возбуждения, первый выход основной частоты генератора возбуждения соединен с первым выводом первой обмотки возбуждения, второй преобразователь неравновесия ампер-витков выполнен в виде магнитопровода с третьей обмоткой- возбуждения, первый вывод которой соединен с первым выходом блока формирования двуполярных импульсов, демодулятора и резистора, через который обмотка возбуждения своим вторым выводом соединена с вторым выходом блока формирования двуполярных импульсов, два выводы резистора соединены с входами демодулятора, вы.чоц которого соединен с первым входам суммирующего усилителя, втогой вхпд которого соединен с выходом синхронного демодулятора, магнитоп оводы первого и второго преобразователей неравновесия ампер-витков помещены в магнитный экран, поверх которого

размещены компенсационная и измерительная обмотки, выводы последней соединены с входными зажимами измерителя, отличающийся тем, что, с целью повышения динамической

5 точности измерения, в него введены два мостовых выпрямителя, нелинейный делитель тока, нагрузочная КС-цепочка, состоящая из параллельно соединенных второго резистора и конденсаQ тора, и тиристорная оптопара, управляющие входы которой через нелинейный делитель тока соединены с выходами мостового выпрямителя, а первый силовой вход через нагрузочную КС- 5 цепочку соединен с первым выходом второго мостового выпрямителя, второй выход которого соединен с вторым силовым входом тиристорной оптопары, первый и второй выводы переменного

0 тока первого мостового выпрямителя соединены соответственно с первым выводом второй обмотки возбуждения и вторым выходом основной частоты Генератора возбуждения, первый вывод

5 переменного тока второго мостового выпрямителя соединен с первым входом блока формирования двуполярных импульсов, второй вход которого соединен с первым входом источника переменного

0 напряжения, второй вывод которого

соединен с вторым выводом переменного тока второго мостового выпрямителя.

Изобретение относится к средствам измерения постоянных токов большой силы. Цель изобретения - повышение динамической точности измерения - для этого в устройство введены мостовые выпрямители 20 и 2t, резистор 23 и конденсатор 24, тиристорная оптопа- ра 25, нелинейный делитель 22 тока. Протекающий через измерительную обмотку 1 ток вызывает разбаланс в преобразователях 3 и 4 неравновесия амперУ. i-YYYVV ШГ1 - Я витков обмоток 1 и 2. Преобразователь 3 состоит из магнитопроводов 5 и h, обмоток возбуждения 7 и 8 и синхронного демодулятора 9. Преобразователь 4 состоит из магнитолровода 10, обмотки возбуждения 11, резистора 12 и демодулятора 13. Магнитопроводы 5,Ь,Ю и обмотки 7,8 и 11 помещены в магнитный экран 14. Под действием разбаланса генератор 15 возбуждения с помощью выпрямителя 20, делителя 22 и оптопары 25 через выпрямитель 21 с помощью источника 2Ь переменного напряжения включает блок Т6 формирования двуполярных импульсов, который через обмотку 11, резистор 12, демодулятор 13 и суммирующий усилитель 17, суммирующий также сигнал с выхода демодулятора 9, через усилитель 18 постоянного тока вызывает ток компенсации в обмотке 2, который пропорционален измеряемому току и измеряется индикатором 19, В описании приведен пример реализации делителя 22. 2 ил. I Ч 3 (Л о ел х| ел 00

Фиг. 2