Универсальный бесконтактный измерительный преобразователь тока Советский патент 1992 года по МПК G01R19/00 

Фс/e.f

Изобретение относится к устройствам измерительной техники и может быть использовано для бесконтактного измерения электрического тока бед разрыва цепи.

Известен бесконтактный измерительный преобразователь тока, предназначенный для измерения постоянных, переменных до 100 кГц и импульсных токов, В зависимости от величины измеряемого тока и потенциала относи тельно земли преобразователи различны по габаритам и исполнению. Преобразователь тока содержит монолитный корпус, а котором размещена обмотка компенсации, нанесенная на магнито- провод с воздушным зазором, где установлен гальваномагнитный преобразователь (датчик Холла). В корпусе также размещен предварительный усилитель напряжения Холла, усилитель тока. В зависимости от исполнения в корпусе в месте установки магнитопро вода выполнено либо отверстие для прохода первичной шины или кабеля, либо вмонтирован отрезок шины. Преобразователь может крепиться неподвижно на плоскости или на самой первичной шине. На корпусе закреплены клеммы для подачи питающего напряжения и клеммы для съема информации от преобразователя тока.

Недостатком указанных измерительных преобразователей тока является неразъемность конструкции, это не позволяет устанавливать их на действующие объекты без демонтажа оборудования .

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому объекту являются токоизмерительные клещи с полосой пропускания 0-50 мГц (фирма, Tektronix). Токоизмерительные клещи типа содержат разъемный сердечник, верхняя часть которого, выполненная в виде параллелепипеда, может перемещаться относительно нижней части, образуя замкнутую магнитную цепь после установки проводника с измеряемым током в окне клещей. Нижняя часть состоит из двух Г-об- разных половин магнитопроводов, образующих воздушный зазор для установки датчика Холла. Йа одной из половин магнитопровода нанесена вторичная обмотка трансформатора тока, которая выполняет также функцию компенсационной обмотки. Кроме того,

S

5

клещи содержат операционный усилитель, устройство изменения диапазона измерений, предварительный усилитель .

Известные клещи (преобразователь тока) имеют следующие недостатки. Положение проводника в окне клещей не контролируется, что приводит к дополнительной погрешности измерения, которая возникает при смещении проводника с измеряемым током относительно центра преобразователя тока. Наличие двух нерабочих воздушных зазоров, обусловленных требованием разъемности клещей и образующихся между их верхней и нижней частями, приводит к увеличению погрешности измерения тока, так как датчиком Холла контролируется только индукция в рабочем зазоре, тогда как известно, что измеряемый ток пропорционален (при ненасыщенном магнитопроводе) суммарной индукции во всех зазорах, а при наличии рядом расположенного токопровода (соседнего фидера) как раз и происходит перераспределение индукции во всех зазорах, что обусловливает названную погрешность. Нанесение вторичной обмотки трансформатора известного устройства только на один стержень магнитопровода приводит к неравномерному распределению индукции магнитного поля этой обмотки вдоль всей длины магнитопровода, что приводит к увеличению погрешности измерения преобразователя тока в целом.

Цель изобретения - снижение no- ( грешности измерений, удобство монтажа и наладки.

Для достижения этой цели в универ сальном бесконтактном измерительном преобразователе тока, содержащем разъемный магнитопровод, компенсаци-i

S онную обмотку, датчики Холла, схемы усиления и компенсации, корпус, магнитопровод выполнен в виде двух Г-об- разных частей с выступом на конце, помещенных в изолирующие контейнеры

0 поверх которых размещены полуобмотки компенсации. Корпус выполнен вс/ виде двух электроизоляционных герметичных частей, в каждой из которых размещены части магнитопровода. Обе

S части корпуса имеют по два окна и местах стыковки магнитопровода, на которых закреплены герметизирующие прокладки, причем в одной из частей

0

5

0

,

5

в окнах на контейнере при помощи накладок из магнитомягкого материала закреплены датчики Холла и в этой же части корпуса установлены блок усиления и компенсации и выходной разъем.

Корпус выполнен в виде двух электроизоляционных герметичных частей. Каждая часть состоит из собственно корпуса и крышки. Корпуса в каждой части одинаковы, что позволяет снизить номенклатуру выпускаемых деталей и при переходе к серийному производству изготавливать одну пресс- форму для корпусов, -которые могут быть выполнены, например, из прессовочного материала .

Каждая Г-образная половина маг- нитопровода выполнена с выступом на конце, что позволяет при сочленении преобразователя тока ослабить влияние краевых эффектов в рабочих зазорах, вызванных переходом магнитного потока из одной половины преобразователя в другую и, следовательно, добиться более равномерного распределения магнитной индукции в месте расположения чувствительной зоны датчика Холла.

Выполнение магнитопровода составным позволяет использовать преобразователь для бесконтактного измерени электрического тока без разрыва цепи

Установка каждой Г-образной половины магнитопровода в изолирующий контейнер необходима для того, чтобы предохранить сердечник от действия механических нагрузок при креплении его в корпусе, демпфировать от тряски, одиночных ударов, вибраций (для этого в контейнере предусмотрены демпфирукщие прокладки, которые не показаны). а для предотвращения от перемещений контейнер зафиксирован вкладышами.

Герметизирующие прокладки предохраняют внутреннюю полость преобразователя от попадания пыли, влаги, которые приводят к ухудшению его характеристик и выходу из строя.

Датчики Холла закреплены на контейнере накладками из магнитомягкого сплава, например пермаллоя 79НМ, которые предохраняют датчики Холла от разрушения при эксплуатации, и, кроме того, накладки уменьшают ширину немагнитного зазора. Таким образом, в предлагаемой конструкции

39307«

суммарная ширина немагнитного зазора определяется только толщиной активной части датчика Холла и шириной немагнитных зазоров, образующихся в результате непараллельности и отклонения от плоскостности накладок, а также полюсов магнитопровода. Выполнение элементов крепления

IQ датчиков Холла из магнитомягкого материала позволяет наряду с обеспечением разъемности преобразователя избежать введения в конструкцию немагнитных нерабочих зазоров и, слеI довательно, снизить погрешность измерения при наличии вблизи преобразователя соседних фидеров с протекающими по ним токами.

Закрепление датчиков Холла на

20 одной из частей корпуса там, где установлена печатная плата и выходной разъем позволяет максимально приблизить датчики Холла к печатной плате, где происходит съем информа25 ции от датчиков Холла и их питание, а также избежать наличия соединительных проводов из одной части в другую в случае расположения датчиков Холла на другой части корпуса.

При сочленении обе части корпуса образуют окно прямоугольного сечения для установки на шину измеряемого тока. Преобразователь относительно шины закрепляется неподвижно, при этом не происходит смещение провод35 ника (шины) с измеряемым током при градуировке преобразователя и при установке на первичную шину на объекте измерения и дальнейшей эксплуатации. Перемещение преобразователя

30

40

вдоль шины также исключено, и его

фиксация может быть осуществлена известными способами, например уплот- нительными прокладками (не показаны). Все это в конечном итоге позволяет свести до минимума методическую по, грешность преобразователя.

Увеличение числа гальваномагнитных преобразователей (в нашем случае два датчика Холла) также ведет к

уменьшению погрешности измерения тока

преобразователем, а именно к снижению погрешности от нелинейности характеристики преобразователя.

На фиг.1 изображен измерительный преобразователь тока, разрез; на фиг.2 - то же, вид сверху, на фиг.З узел I на фиг.1; на фиг.4 - узел II на фиг,1.

Универсальный бесконтактный измерительный преобразователь тока выполнен в корпусе, состоящем из двух электроизоляционных герметичных частей. Каждая часть состоит из собственно корпуса 2, закрытого крышкой 2 или 3 (фиг. 1). В каждом корпусе 1 размещена Г-образная половина магнитопровода М5) с выступом 6(7) на конце (фиг.З и 4), установленная в изолирующий контейнер 8(9), на котором расположена полуобмотка 10 компенсации. Контейнеры 8 и 9 зафиксированы одинаковыми вкладышами 11. Каждый корпус 1 имеет два окна в местах стыковки по плоскостям А (фиг.1), ъ которых закреплены герметизирующие, прокладки 12. В верхней части преобразователя на контейнере 8 закреплены датчики 13 Холла накладками 1 и 15 из магнитомягкого сплава, например из пермаллоя 79НМ. Накладки 16 и 1 (фиг.З и Ц) также выполнены из этого сплава и предназначены для устранения от перемещений Г-образных половин 5 магнитопровода. Накладки И, 16 и 15, 17 образуют плоскости Б для стыковки двух Г-образных половин магнитопроводов. На крышке 2 установлена печатная плата 18 со схемой усиления и компенсации и выходной разъем 19, который предназначен для подачи питания и вывода информации от преобразователя тока. Полуобмотки 10 образуют компенсационную обмотку. При сочленении оба корпуса 1 стягиваются винтами 20 (фиг.2) на шине 21 прямоугольного сечения (фиг.1 и 2) с измеряемым током, при этом оба корпуса образуют окно такого же сечения, в котором расположена эта шина.

Измерительный преобразователь тока работает следующим образом.

При протекании измеряемого тока I. по тине 21 в рабочих зазорах магнитной системы, в которых расположены датчики 13 Холла, возникает магнитное поле. При этом на холловских выводах датчиков 13 Холла появляется ЭДС, пропорциональная среднему значению магнитной индукции в чувствительной зоне датчика Холла. Эти ЭДС с датчиков 13 Холла усиливаются усилителем мощности, к выходу которого подключена компенсационная обмотка 10, при этом в данной обмотке создается ток 1, значение которого

определяется суммой магнитных индук- ций в рабочих зазорах магнитной системы, а направление тока , что созданная им составляющая магнитного поля в рабочем зазоре направлена встречно составляющей магнитного поля, обусловленной протеканием измеряемого тока 1 по

шине 21. Благодаря образованной та- ким образом отрицательной обратной связи по магнитному потоку и высокому петлевому коэффициенту передачи усилительного тракта равновесие

в системе наступает при практически нулевом значении суммарной магнитной индукции в рабочих зазорах преобразователя тока, при этом магнито- провод не насыщается и, следовательно, между измеряемым током и током в обмотке компенсации устанавливается пропорциональная связь, которая следует из закона полного тока:

25

1

пТ

5

0

S

0

5

где п - коэффициент передачи преобразователя тока.

В выходной разъем 1Я поступает сигнал, пропорциональный измеряемому току If.

Магнитопровод целесообразно выполнять из магнитомягких материалбв с узкой петлей гистерезиса и высокой магнитной проницаемостью, например и.ч пермаллоя 79 НМ, для снижения аддитивной погрешности.

Предлагаемый преобразователь тока удобен в монтаже и наладке. При установке на шину с измеряемым током не требуется демонтаж последней и, преобразователь тока, состоящий из двух половин, стягивается четырьмя невыпадающими винтами 20, при этом сохраняется неизменность длины воздушных зазоров, т.е. при установке на объект преобразователь не требует дополнительной наладки и регулировки.

Предпочтительно использовать предлагаемый преобразователь тока в автономных энергосистемах, где ограничены расстояния между соседними шинами и где предъявляются жесткие требования к массогабаритным показателям.

Предлагаемый преобразователь тока универсален, так как он обеспечивает измерение постоянных, медленно меняю щихся, переменных и импульсных токов без разрыва цепи.

9

Формула изобретения

Универсальный бесконтактный измерительный преобразователь тока содержащий разъемный магнитопровод, компенсационную обмотку, датчики Холла, схемы усиления и компенсации, корпус, отличающийся тем, что, с целью снижения погрешности измерений, удобства монтажа и наладки, магнитопровод выполнен в виде двух Г-образных частей с выступом на конце, помещенных в изолирующие контейнеры, поверх которых размещены полуобмотки компенсации, корпус выполнен в виде двух элек3930 Ю

троизоляционных герметичных частей, в каждой из которых размещены части магнитопровода, обе. части корпуса имеют по два окна в местах стыковки магнитопровода, на которых закреплены герметизирующие прокладки, причем в одной из частей в окнах на контейнере при помощи накладок из

JQ магнитомягкого материала закреплены датчики Холла и в этой же части корпуса установлен блок усиления и компенсации и выходной разъем, вывод датчиков Холла подключен к входу

J5 блока усиления и компенсации, а компенсационные обмотки к его выходу.

Использование: бесконтактное 10 устройство содержит две Г-образные половины , 5 магнитопровода с . выступами, помещенные в корпус 1. Полуобмотки компенсации размещены поверх изолирующих контейнеров 8, 9. В верхней части преобразователя на контейнере 8 закреплены датчики Холла 13. Вывод датчиков Холла подключен к входу блока 18 усиления и компенсации, а компенсационные обмотки 10 - к его выходу. Изобретение позволяет измерять постоянные, переменные и импульсные токи., ил. (Л ь Од СО оо

Фиг. 2

tPutf

I

8 ///////7/

13

Фиг

17