Измерительный преобразователь с гальваническим разделением цепей Советский патент 1992 года по МПК H01F40/14 

Изобретение относится к электроэнергетической промышленности, в частности к технике устройств для регистрации аварийных процессов в электрических сетях и на станциях.

В последнее время все более широкое распространение получают цифровые регистраторы аварий, выполненные на микропроцессорах. Информация о параметрах режима должна поступать на входы регистратора от первичных датчиков-трансформаторов тока и трансформаторов напряжения - в нормализованном виде и с минимальными погрешностями по модулю и по углу. Цепи автоматического регистратора должны быть надежно гальванически отделены от первичных датчиков и иметь минимальное потребление. В связи с этим возникает необходимость создания нормирующих преобразователей с гальваническим разделением цепей, что обеспечивает высокую точность измерения как в стационарных так и в переходных режимах, т.е. в широком диапазоне частот.

Известно устройство, содержащее промежуточный изолирующий трансформатор с двумя обмотками и два операционных усилителя, причем второй операционный усилитель охвачен частотнб-Зависимой обратной связью, обеспечивающей коррекцию погрешности коэффициента передачи только по модулю и только при частотах достаточно близких к номинальной. Передача нестационарных процессов с широким частотным спектром осуществляется с большими погрешностями.

Прототип содержит промежуточный изолирующий трансформатор с тремя обмотками и два операционных усилителя. Прототип сложнее предлагаемого устройства и уступает ему по точности.

Целью настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа путем создания более простого и более точного устройства.

Сущность изобретения состоит в том, что предлагаемая схема позволяет компенсировать активное сопротивление вторичной обмотки изолирующего трансформатора.

&

Ё

VJ

00

VJ

СО

Активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора является основным источником погрешности нормирующего преобразователя. Поставленная цель достигается следующим путем: нормирующий измерительный преобразователь с гальваническим разделением цепей содержит двухобмоточный изолирующий трансформатор и один операционный усилитель. Устройство отличается тем, что с целью упрощения и повышения1 точности в широком диапазоне частот, первый конец вторичной обмотки трансформатора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, второй конец вторичной обмотки трансформатора соединен с общим проводом, выход операционного усилителя соединен через резистор с инвертирующим входом и через делитель напряжения с неинвертирующим входом операционного усилителя. Выход операционного усилителя является выходом преобразователя. Входом преобразователя служит первичная обмотка трансформатора.

На фиг.1 приведена принципиальная схема преобразователя, где принятые следующие обозначения: 1 - изолирующий трансформатор, 2 - первичная обмотка изолирующего трансформатора, 2 - вторичная обмотка изолирующего трансформатора, 4 - активное сопротивление вторичной обмотки, 5 - операционный усилитель, б - резистор отрицательной обратной связи, 7 - делитель напряжения положительной обратной связи, 8 - резистор делителя 7, 9 - резистор делителя 7, на фиг.2 - расчетная схема устройства: на фиг.З - схема испытания устройства в широком диапазоне частот.

Проведен анализ схемы, представленной на фиг.2, для случая, когда в преобразователе использован идеальный операционный усилитель, т.е. операционный усилитель с чрезвычайно большим входным сопротивлением на дифференциальных входах, высоким коэффициентом усиления, нулевым дрейфом и неограниченной полосой пропускания частот. Реальные операционные усилители для нашего случая очень близки к идеальному усилителю.

Операционный усилитель с дифференциальным входом вырабатывает на выходе напряжение 11вых,при котором напряжение на ин версно м входе U- и напряжение на прямом входе U+ строго равны друг другу

M, -иR9

U+ UBblxRT-FF6

II -ивых(р L3 + fo) + р I M -Re «у. + R4+R6 v;

где La - индуктивность вторичной обмотки трансформатора;

М - взаимная индуктивность первичной и вторичной обмоток; Р - оператор.

Приравняв U+ и U-, найдем

,, ( Raр 1з + Й4 ч

UBblX Rg + Rg р + R4 + R6 )

Uanx -

plMRe р U + R4 + Re

plMRe(Ra + R9)

(3)

Rg(p Us + R4 H- Re) - (Re -h Rg) (p U + fa)

W

11 - P I M Re (Rs + RQ),кч

UBb x-R9-R6-R8pL3-R8R4(5)

Если резисторы делителя 7 (ВВи Р9)

выбрать так, чтобы Рд, Ре и Ре, Р4после сокращения на р, получим

п I M R6 (RB + RQ)(

UD,xLT -Rl(6)

30

Выражение (6) не содержит оператора р и, следовательно, справедливо при всех частотах.

Реально выполнить равенство Rg Re1

„,. Rs R4 соответствующее полной компенсации активного сопротивления вторичной обмотки трансформатора, нельзя так как схема самовозбудится, но можно компенсировать 90-95% R4, приблизиться к точке

40 компенсации и существенно снизить погрешность преобразователя.

Проверка работы преобразователя проведена по схеме, представленной на фиг.З. Источником тока, проходящего по первич.(. ной обмотке трансформатора, служит генератор синусоидального напряжения, частоту котортэто можно изменять в широких предел ах (в нашем случае 10-20 Гц). Ток генератора проходит через безиндуктивное

50 сопротивление Rio.

Напряжение на Rio Пропорционально току, текущему через преобразователь. Напряжение на выходе преобразователя и напряжение на RIO примерно равны по

ее величине и противоположны по фазе. Напряжение на общей точке делителя Rn, Ri2 при соответствующем их подборе, определяет точность преобразователя.

При номинальном напряжении на выходе преобразователя и при изменении частоты генератора от 10 до 20 000 Гц напряжение погрешности преобразования на общей точке резисторов ,Rn и Ri2 составляло не более 1 /2000 напряжения на выходе преобразователя.

Формула изобретения Измерительный преобразователь с гальваническим разделением цепей, содержащий изолирующий трансформатор и операционный усилитель, резистор и делитель напряжения, отличающий1 с я тем, что, с целью упрощения преобразователя и повышения точности в широ0

ком диапазоне частот, один конец вторичной обмотки трансформатора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, другой конец вторичной обмотки трансформатора соединен с общим проводом, выход операционного усилителя соединен через резистор с инвертирующим входом и через делитель напряжения с неинвертирующим входом операционного усилителя, выход операционного усилителя является выходом преобразователя, а входом преобразователя служит первичная обмотка трансформатора.

Использование: электроэнергетическая промышленность, в частности техника регистрации аварийных процессов в электрических сетях и на станциях. Сущность: в нормирующем преобразователе используется изолирующий двухобмоточный трансформатор с компенсацией активного сопротивления вторйч ной обмотки трансформатора с помощью операционного усилителя. Нормирующий преобразователь обеспечивает высокую точность в широком диапазоне частот. 3 ил.

Фиг. 2

ЛреоБразоврлгель

п

t

X