Датчик тока Советский патент 1993 года по МПК H01F40/06 

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в системах контроля тока силовых цепей технологических процессов производства.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков и расширение области применения трансформаторных датчиков тока.

Поставленная цель достигается тем, что в датчик тока, содержащий замкнутый маг- нитопровод и размещенные на нем токове- дущую шину и измерительную обмотку, дополнительно введена размагничивающая обмотка с регулируемым элементом. Существенным отличием является то, что благодаря использованию отдельной размагничивающей обмотки со специаль- ным регулирующим элементом, существенно расширяется диапазон размагничивающего действия, а следовательно, значительно увеличивается кратность измеряемого тока. Подобного технического решения авторами не обнаружено. Следовательно, заявляемое техниче- ское решение соответствует критерию существенные отличия.

На фиг. 1 показана схема датчика тока, состоящего из замкнутого ферромагнитного сердечника 1, охватывающей его токове- дущей шины 2, намотанных на сердечник измерительной Зи размагничивающей 4 обмоток и внешнего регулируемого элемента 5; на фиг. 2 - характеристика вход-выход

датчика тока; на фиг. 3 - первый вариант

регулируемого элемента, состоящего из переменного резистора 6; на фиг. 4 - второй вариант регулируемого элемента, состоящего из емкостей 7, 8. регулируемого резистора 9 и индуктивности 10.

Устройство работает следующим образом.

По токоведущей шине 2 протекает измеряемый ток, который создает магнитный по- ток в магнитопроводе. Он наводит в измерительной 3 и размагничивающей 4 обмотках электродвижущие силы. Нагрузкой измерительной обмотки 3 является устройство с большим входным сопротивлением и, следовательно, ток в этой обмотке практически отсутствует. Нагрузкой размагничивающей обмотки 4 является регулируемый элемент 5. Ток, протекающий по размагничивающей обмотке 4, создает размагничи- вающий магнитный поток, величина которого может регулироваться регулируемым элементом 5. Таким образом, регулируя ток в размагничивающей обмотке 4, можно добиться одного и того же номинального на0

t- 0 5

0

5

0

5 o 5

пряжения на выходе измерительной обмотки при различных значениях тока токоведущей шины 2. Степень размагничивания в каждом случае должна быть такой, чтобы номинальному напряжению на зажимах измерительной обмотки 3 соответствовало значение магнитной индукции в магнитопроводе 1, равное (0,15-0,25) Тл. Это позволяет использовать предложенный датчик для контроля тока короткозамкнутых асинхронных двигателей, обеспечивая линейность характеристики вход-выход (фиг. 2) при 4-7 кратных пусковых токах. Таким образом, благодаря регулируемому размагничиванию значительно сокращается число типоразмеров датчиков тока при использовании их для контроля тока электроустановок переменного тока различной мощности. Возможные варианты реализации регулируемого элемента.

1. Регулируемым элементом может быть резистивное сопротивление 6 (фиг. 3), изменяющееся от.нуля до бесконечности. Техническая реализация датчика тока с регулируемым элементом в виде рези- стивного сопротивления, им ею щёго сечение магнитопровода 1,5 см2, Л/разм. 500, WHSM. 3000, позволило использовать его для контроля тока асинхронных коротко- замкнутых двигателей, номинальные токи которых изменялись от 30 А до 400 А.

Однако, такое решение наряду с очевидной простотой реализации имеет некоторые недостатки. Резистивное сопротивление не обеспечивает нужного для наиболее эффективного размагничивания угла сдвига фаз между напряжением на зажимах размагничивающей обмотки 4 и током в ней. Это несколько сужает диапазон размагничивания и приводит к некоторому увеличению его габаритов.

2. Регулируемым элементом может быть цепь, схема которой представлена на фиг. 4. В этой схеме параметры элементов подо-/ браны таким образом, что при сопротивлении ; переменного резистора 9 равного 0, индукЛ тивность 10 и конденсатор 8 находятся в области резонанса токов, тогда входное сопротивление регулируемого элемента стремится к бесконечности и размагничивание практически отсутствует. При возрастании сопротивления переменного резистора 9, эквивалентное индуктивное сопротивление параллельного контура уменьшается от бесконечности до величины сопротивления индуктивности 10 и, следовательно, степень размагничивания возрастает. Когда сопротивление резистора 9 станет равным бесконечнрсти.то имеет место последовательное соединение размагничивающей обмотки 4 с емкостью, и индуктивностью 10. При этом параметры емкости 7 подобраны таким образом, чтобы в последовательном контуре имел место резонанс напряжений.-В этом случае степень размагничивания максимально возможная и существенно большая, чем при простом закорачивании размагничивающей обмотки 4. Это позволяет умень- шить габариты размагничивающей обмотки, а, следовательно, и всей конструкции при той же степени размагничивания. В случае применения этой схемы регулируемого элемента получены аналитические выражения для определения параметров элементов датчика.

Вт - амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе при номинальном токе;

R - резистивное сопротивление схемы (фиг. 4);

xt-2rifL индуктивное сопротивление;

И - фактическое значение контролируемого тока;

1 1

0

xci

ХС2

- - сопро27TfCi AW 2jrfC2 тивление емкостей Ci и С2;,Х2 - сопротивление рассеяния размагничивающей обмотки 4.

Датчиктока с регулируемым элементом по

схемефиг. 4, имеющий сечение магнитопровоЬ да 1.5 см2, WM3M. 500, W2 Wpaan. - 3000.

испытан при токах, номинальные значения

которых изменялись от 20 до 700 А.

Использование: в измерительной технике. Сущность: трансформатор содержит сер- дечник 1 с токоведущей шиной 2, измерительной 3 и размагничивающей 4 обмотками и регулируемым элементом 5, который может быть либо в виде резистора либо схемы. Благодаря регулируемому элементу 5 можно измерять различные значения первичных токов. 3 з.п.ф-лы. 4 ил.

W2

llmlb

1,11 -я -f Г S Вг

п

ух -d2

4 W2

И

Х1 ХС2 xCl - Х2,

где Л/2 - число витков размагничивающей обмотки;

Иго - максимальный контролируемый ток шины 2;

й - средняя длина витка размагничивающей обмотки 4;

f - частота контролируемого тока;

у - удельная проводимость, материала размагничивающей обмотки 4;

d - диаметр провода размагничивающей обмотки;

S - сечение магнитопровода;

20

Формула изобретения

2, Датчик тока по п, 1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что регулируемый элемент состоит из резистивного сопротивления.

Фиг. 4

Редактор

Составитель В.Мясникова Техред М.МоргенталКорректор Л.Ливринц

I--i Фиг 2 Ж К