Измерительный преобразователь переменного тока Советский патент 1992 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим измеритель- ным преобразователям, служащим, для измерения переменного тока, и может быть наиболее эффективно использовано для измерения больших переменных несинусоидальных токов, частота которых отличается от номинальной, в частноеги - для получения сигнала обратной связи по току в системах автоматического управления с вентильными преобразователями.

Известен индукционный измерительный преобразователь переменного тока, представляющий собой многовитковую катушку (вторичную обмотку), индуктивно связанную с цепью измеряемого тока (первичной обмоткой). При измерении больших токов первичной обмоткой является проходящая через окно сердечника шина, по которой протекает измеряемый ток. Выходным сигналом индукционного преобразователя является не ток вторичной обмотки, как у трансформатора тока, а напряжение на ней. Преобразователь может работать в режиме холостого хода при разомкнутой вторичной обмотке Те из индукционных преобразователей, у которых внутри катушки размещен магнитный сердечник с немагнитными зазорами, отличаются от трансформатора тока своими параметрами.

О

ю ю J

00

Благодаря немагнитному зазору достигается повышение точности работы преобразователя, так как при этом уменьшается влияние

нелинейности характеристики намагничивания материала магнитного сердечника. Размеры и масса этих преобразователей значительно меньше, чем у трансформаторов тока, так как номинальная индукция у первых в 10-15 раз больше, чем в последних. Кроме того, при одинаковом измеряемом токе и числе витков вторичной обмотки ее ток у индукционного преобразователя во много раз меньше, чем у трансформатора тока, что обеспечивает значительное уменьшение сечения вторичной обмотки индукционного преобразователя по сравнению с трансформатором тока.

Недостатком такого индукционного преобразователя является отличие формы выходного сигнала и измеряемого тока, если последний несинусоидален, что приводит к увеличению погрешностей определения среднего, действующего и максимального значений измеряемого тока. Эти погрешности возникают и при отклонении частоты измеряемого тока от номинальной Указанные недостатки объясняются тем, что выходной сигнал пропорционален не измеряемому току, а его производной по времени.

Другой недостаток этого индукционного преобразователя заключается в том. что он, как и трансформатор тока, не может выявлять постоянную составляющую измеряемого тока. А это необходимо, например, для наладки некоторых систем с вентильными преобразователями

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является измерительный преобразователь переменного тока, содержащий корректирующее апериодическое звено первого порядка, выход которого является выходом устройства, а первый вход соединен с первым выводом вторичной обмотки индукционного преобразователя, магнитный сердечник которого выполнен с немагнитными зазорами, а выводы первичной обмотки которого являются входами устройства. Благодаря наличию корректирующего звена уменьшаются отмеченные выше отличия формы выходного напряжения и измеряемого тока, а также зависимость выходного напряжения от частоты измеряемого тока.

Недостатком такого измерительного преобразователя переменного тока является низкая точность его работы так как,во- первых, полностью не исключенные амплитудные и фазовые частотные погрешности приводят к искажению формы выходного напряжения измерительного преобразователя по сравнению с формой измеряемого тока, а во-вторых, этотизмери- тельный преобразователь не может обеспечить выявление постоянной составляющей измеряемого тока. Кроме того, в выходном напряжении измерительного преобразователя имеется затухающая апериодическая 0 составляющая, отсутствующая в измеряемом токе, которая зависит от начальных условий процесса измерения.

Целью изобретения является повышение точности и расширение области примене- 5 ния измерительного преобразователя за счет уменьшения амплитудных и фазовых частотных погрешностей, исключения появления апериодической затухающей состав- ляющей в выходном напряжении 0 преобразователя и обеспечения возможности выявления постоянной составляющей измеряемого тока.

Указанная цель достигается тем, что в измерительном преобразователе перемен- 5 ного тока, содержащем корректирующее апериодическое звено первого порядка, выход которого является выходом устройства, а первый вход соединен с первым выводом вторичной обмотки индукционного преоб- 0 разователя, магнитный сердечник которого выполнен с немагнитными зазорами, а выводы первичной обмотки которого являются входами устройства, согласно изобретению первый вывод первичной обмотки индукци- 5 онного преобразователя соединен со вторым выводом вторичной обмотки, второй вывод первичной обмотки соединен со ВТОРЫМ входом корректирующего апериодического звена первого порядка, причем 0 постоянная времени этого звена равна отношению суммы индуктивности рассеяния первичной обмотки и взаимной индуктивности обмоток индукционного преобразователя к активному сопротивлению его 5 первичной обмотки.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема измерительного преобразователя переменного тока; на фиг. 2 показан пример выполнения корректирующего эпериодиче- 0 ского звена -первого порядка.

Измерительный преобразователь переменного тока содержит индукционный преобразователь 1 и корректирующее апериодическое звено первого порядка 2, 5 выход которого является выходом измерительного преобразователя. Индукционный преобразователь имеет магнитный сердечник 3 с немагнитными зазорами. Его первичная обмотка 4 включена в цепь измеряемого тока По одному из выводов

первичной и вторичной 5 обмоток соединены между собой, а другие выводы этих обмоток подключены ко входу корректирующего апериодического звена 2. Это звено характеризуется двумя парамет- рамижозффициентом усиления К и постоянной времени Т.

Корректирующее апериодическое звено первого порядка 2 может быть выполнено, например, как это показано на фиг. 2.

Инвертирующий вход операционного усилителя 6 через параллельно включенные первый резистор 7 и конденсатор 8 соединен с выходом усилителя, являющимся первым выходным зажимом измерительного преобразователя, а через второй резистор 9 с первым входом корректирующего апериодического звена. Второй вход этого звена подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя и второму выходному зажиму измерительного преобразователя. Коэффициент усиления корректирующего апериодического звена К равен отношению сопротивления резистора 7 к сопротивлению резистора 9, а постоянная времени это- го звена Т равна произведению емкости конденсатора 8 на сопротивление резистора 7.

Режим работы индукционного преобразователя близок к идеальному холостому хо- ду(МДС вторичной обмотки пренебрежимо мала по сравнению с МДС первичной обмотки. Можно не учитывать влияния активного сопротивления и индуктивности рассеяния вторичной обмотки).

При прохождении измеряемого тока по первичной обмотке выходное напряжение индукционного преобразователя состоит из двух составляющих. Первая из них является падением напряжения от измеряемого тока на активном сопротивлении первичной обмотки, она пропорциональна измеряемому току. Вторая составляющая пропорциональна производной измеряемого тока. Коэффициент пропорциональности равен сумме индуктивности рассеяния первичной обмотки и взаимной индуктивности обмоток индукционного преобразователя.

Входной ток корректирующего звена (ток резистора 9) пропорционален выходно- му напряжению индукционного преобразователя, так как напряжение инвертирующего входа операционного усилителя практически равно нулю. Этот ток также имеет две составляющие, одна из ко- торых пропорциональна измеряемому току, а другая - его производной. Соотношение между этими составляющими определяется постоянной времени, равной отношению суммы индуктивности рассеяния первичной

обмотки и взаимной индуктивности обмоток индукционного преобразователя к активному сопротивлению его первичной обмотки. Так как входной ток операционного усилителя 6 можно считать равным нулю, то ток резистора 9 равен сумме токов резистора 7 и конденсатора 8. Первый из них пропорционален выходному напряжению измерительного преобразователя, а второй - производный этого напряжения. Соотношение между этими токами определяется постоянной времени корректирующего апериодического звена Т.

Таким образом, сумма составляющих тока резистора 9, одна из которых пропорциональна измеряемому току, а другая - его производной равна сумме токов, один из которых пропорционален выходному напряжению измерительного преобразователя, а другой - производной этого напряжения.

При равенстве обеих постоянных времени выходное напряжение измерительного преобразователя пропорционально измеряемому току в любой момент времени. При этом форма выходного напряжения такая же. как у измеряемого тока. В выходном напряжении имеются те и только те составляющие, которые присутствую в измеряемом токе, а временной сдвиг между любыми составляющими выходного напряжения такой же, как и между соответствующими со- ставляющими измеряемого тока. При наличии апериодической (или постоянной) составляющей у измеряемого тока аналогичная составляющая присутствует и в выходном напряжении измерительного преобразователя.

Благодаря этим свойствам обеспечивается высокая точность измерительного преобразователя и расширение области его применения.

Формула изобретения 1. Измерительный преобразователь переменного тока, содержащий корректирующее апериодическое звено первого порядка, выход которого является выходом устройства, а первый вход соединен с первым выводом вторичной обмотки индукционного преобразователя, магнитный сердечник которого выполнен с немагнитными зазорами, а выводы первичной обмотки которого являются входами устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, первый вывод первичной обмотки индукционного преоРфязопателя соединен с вторым выводом вторичной обмотки, второй вывод первичной обмотки

соединен с вторым входом корректирующего апериодического звена первого порядка.

2 Преобразователь по п 1,отличаю- щ и и с я тем, что постоянная времени корректирующего апериодического звена первого порядка равна отношению суммы индуктивности рассеяния первичной обмотки индукционного преобразователя и взаимной индуктивности обмоток индукционного преобразователя к активному сопротивлению его первичной обмотки.

Использование: изобретение относится к электротехнике, в частности электрическим измерительным преобразователям, наиболее эффективно может быть использовано для измерения больших переменных несинусоидальных токов, частота которых может отличаться от номинальной. Сущность изобретения: измерительный преобразователь содержит индукционный преобразователь 1, выполненный в виде автотрансформатора с первичной обмоткой 3, вторичной обмоткой 5, магнитным сердечником 4 с воздушными зазорами, корректирующее звено, в качестве которого применено апеоиодическое звено первого порядка 2, постоянная времени этого звена равна отношению суммы индуктивности рассеяния первичной обмотки 3 и взаимной индуктивности обмоток индукционногопре- образователя 1 к активному сопротивлению его первичной обмотки 3. Между индукционным преобразователем 1 и корректирующим звеном 2 включен разделительный трансформатор 6, обеспечивающий гальваническую развязку входных и вы ходи ых. цепей измерительного преоЬразователя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

фиг. 1

II

в

t 00

I

+-о