Преобразователь тока в напряжение Советский патент 1980 года по МПК G01R19/00 H01F38/32 

1

Изобретение относится к электро- ; измерительной технике, и предназначено для использования в устройствах релейной защиты и автоматики энергосистем.

Известен преобразователь тока в напряжение, выполненный на основе трансформатора тока с корректирующим усилителем fl.

Однако известное устройство характеризуется значительной сложностью и требует применения дополнительных мощных усилителей.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является преобразователь тока в напряжение, содеражщий два охваченных общей первичной обмоткой магнитопровода, на каждом из которых размещена вторичная обмотка с нагрузочным резистором {i .

Недостаток этого устрюйства связан с искажениями информации при нагрузках, близким к режиму КЗ, в области малых первичных токов, соответствующих начальной части кривой намагничивания трансформатора тока, а также в моменты перехода тока через нуль.Кроме этого,нсшичие во вторичных цепях диодов обусловливает появление перенапряжений в моменты создания благоприятной индукции в магнитопроводах.

Цель изобретения - расширение нейного диапазона преобразования.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователь тока в напряжение, содержащий два охваченных общей первичной обмоткой магнито10 провода, на каждом из которых размещена вторичная обмотка с нагрузочным резистором, введены амплитудный дискриминатор и два промежуточных развязывающих преобразователя, причем входы амплитудного дискриминатора соединены с прямым выходом одного и инверснь1м выходом другого промeжVт6чнoгo развязывающего преобразователя,, входы которых подключены

20 к соответствующим нагрузочным резисторам.

Достижение цели обеспечивается также тем, что амплитудный дискриминатор содержит три формирователя

25 модуля и сумматор, причем одни из входов формирователей модуля соединены с прямым выходом одного из промежуточных развязывающих преобразователей, другой вход первого форiO мирователя модуля подключен к ииверсному. выходу другого промежуточного развязывающего преобразователя, другие входы второго и третьего формирователей модуля соединены с выходами соответственно положительной и отрицательной полярности первого формирователя модуля, а выходы отридательной полярности второго и положительной полярности третьего формирователей модуля подключены ко входа сумматора. Известно, что наиболее точное пре образование первичного тока соответствует области кривой намагничивания магнитрпровода трансформатора тока В f (Н) с максимальной магнитной проницаемостью, которая является результатом совместного действия на магнитопровод магнитодвижущей силы (МДС) первичной обмотки i w и МДС вторичной обмотки ijWjj и пропорциональна их сумме ( i w i w. wj ) . Из внешних факторов основное влияние на значение индукции в магнитопроводе трансформатора тока оказывают величина первичного тока и сопротивле-ние нагрузки. При изменении сопротив ления нагрузки вторичной цепи трансформатора от нуля до бесконечности (соответствует размыканию вторичной цепи) результирующая намагничивающая сила IQ W изменяется в пределах от некоторой очень небольшой величины до Ч w {при постоянном значении первичного тока). При постоянной нагрузке вторичной цепи, а также при изменении первичного тока, происходи передвижение точек режима работы по кривой намагничивания. Перечисленные выше свойства позв ляют расширить линейный диапазон с помощью двух трансформаторов тока, каждый из которых обеспечивает точность преобразования в заданном диа пазоне изменения первичного тока. Для создания условий сравнения вторичных сигналов .во всем диапазон преобразования, необходимо эти сигналы привести к одному уровню при первичном токе, соответствующем мак симальной магнитной проницаемости обоих магнитопроводов. Приведение сигналов к одному уровню осуществля ется с помощью резисторов нагрузки, включенных по схеме регулируемого п тенциометра. Амплитудный дискриминатор, подключенный к выходам обоих трансформаторов тока, позволяет выделить из двух сравниваемых сигнало любой полярности максимальный по ам плитуде во всем диапазоне преобразо вания. На фиг. 1 изображена принципиаль ная электрическая схема предлагаемо го преобразователя тока в напряж1ни на фиг. 2 - приведены осциллограммы полученные при испытаниях преобразо теля в переходном режиме. Преобразователь содержит два трансформатора тока 1 и 2, магнитопроводы которых охвачены первичной обмоткой 3. К вторичным обмоткам 4 и 5 обоих трансформаторов тока подключены нагрузочные резисторы (или активные шунты) соответственно 6 и 7. Эти резисторы соединены с промежуточными развязывающими преобразователями 8 и 9, каждый из которых имеет прямой 11 (13) и инверсный 10 (.12) выходы. Устройство содержит также амплитудный дискриминатор (АД) 14, состоящий из трех формирователей модуля (ФМ) 15, 16 и 17, и сумматор 18. Прямой выход 11 преобразователя 8 подключен к входам ФМ 15, 16 и 17, а инверсный выход 12 преобразователя 8 подсоединен к другому входу ФМ 15. Кроме этого, выход положительной полярности ФМ 15 подключен к входу ФМ 16, а выход отрицательной полярности ФМ 15 соединен с .другим входом ФМ 17. Выход отрицательной полярности ФМ 16 и выход положительной полярности ФМ 17 подключены к входам . сумматора 18, выход которого одновременно является выходом всего устройства. Параметры резисторов и диодов 19-24 в схеме АД определяются техническими характеристиками операционных усилителей. Входные сопротивления, а также сопротивления обратной связи операционных усилителей имеют одинаковую величину. Диоды 19-24 однотипны. Величина сопротивления резистора 6 может находиться в пределах 0,5-1,5 номинального значения для данного типа трансформаторов тока, а резистор 7 может принимать значения сопротивления в пределах 0,005-0,0125 номинального значения. Работа всей схемы преобразователя заключается в следующем. При снижении первичного тока, например ниже 0,1-1 ном. режим работы трансформатора тока 1 будет соответствовать точке начальной части кривой намагничивания магнитопровода В f (Н), находящейся ближе к уровню максимальной магнитной проницаемости чем точка намагничивания второго магнитопровода. Поэтому вторичный сигнал первого трансформатора тока .Uj будет иметь меньшую погрешность и, следовательно, большую величину. При большом первичном токе, соответствующем, например, насыщению магнитопровода первого трансформатора тоKajсигнал Щ может резко снизиться до нуля. Сигнал Un на выходе второго трансформатора тока синусоидален и имеет значительно меньшую погрешность. С резисторов 6 и 7 через промежуточные развязывающие преобразователи 8 и 9 сигналы обоих трансформаторов тока передаются для сравнения на| рхему АД. На ФМ 15 эти сигналы поступают с противоположными знаками. lia его выходе происходит разделение результируЕИцего сигнала по знаку пол периода. При отрицательной входной разности открыт диод 19, а при положительной - диод 20. Через диоды 19 и 20 сигналы проходят на входы ФМ 16 и 17. Совместная работа ФМ 15 и 16 соответствует операции выделения максимального по величине сигнала в течение положительного полупериода, ФМ 15 и 17 производят операцию выделения минимального по величине сигнала в течение отрицательного полупериода. Рассмотрим работу АД з течение положительного полупериодэ вторичных напряжений трансформаторов тока при условии, что вторичный сигнал U трансформатора тока 1 больше по амплитуде выходного сигнала Ug трансформатора тока 2. Разность входных сигналов на ФМ 15 имеет при этом положительный знак, поэтому диод 19 закрыт, а открыт диод 20, через который разность сигналов отрицательной полярности поступает на один из входов ФМ 17. На другой вход ФМ 17 одновременно подается Uf положительного знака. Результирующий сигнал Uex l нз. входе ФМ 17, равный U / будет иметь положительный сигнал, при этом диод 23 будет закрыт. В то же время на вход ФМ 16 подается сигнал положительного знака и,1б, равный Uj. Диол 22 будет открыт и сигнал и через сумматор 18 поступит на выход преобразователя. При отрицательном знаке и том же соотношении вторичных напряжений U и и схема АД работает аналогично с той лишь разницей, что диод 22 ФМ 16 будет закрыт и не пропустит сигнал и, а диод 23 ФМ 17 будет открыт и сигнал , равный Ц , чере сумглатор 18 поступит на выход устрой ства. На выходе cyt-iMaTOpa 18 эти сигналы образуют непрерывный знакоперемен ный сигнал Ugjjjj форма и величина которого в каждый момент времени совпадает с наибольшей амплитудой одно го из двух сравниваемых напряжений. На фиг. 2 приведены осциллограммы, полученные при лабораторных испытаниях модели предложенного преоб разователя. Опыты проводились в пере ходном режиме работы трансформаторов тока типа ТПФ-10 при первичном токе i , равном 12-кратному номинальному току трансформаторов (фиг. 2а). Из осциллогрсшм видно, что сигнал на выходе первого трансформатора тока и искажен вследствие насыщения сердечника (фиг, 2б) , а си1:нал на выходе второго трансформатора тока Ц повторяет форму первичного тока f . На рыходе преобразователя Еьаделяется сигнал ицщ,кенасыщенного трансформато ра тока (фиг, 2в). Предложенный преобразователь может Передавать без искажения ток любой полярности и формы. Причем, нижний диапазон линейного преобразования достигает 0,03-0,05 номинального тока, а верхний - 15,0-20,О номинального тока. Погрешность преобразования при этом не превышает 10%. Формула изобретения 1.Преобразователь тока в напряжение, содержащий два охваченных общей первичной обмоткой магнитопровода, на каждом из которых размещена вторичная обмотка с нагрузочным резистором, отличающийся тем, что, с целью расширения линейного диапазона преобразования, в него введены амплитудный дискриминатор и два промежуточных развязывающих пре- . образователя, причем входы амплитудного дискриминатора соединены с прямым выходом одного и инверсным выходом другого промежуточного развязывающего преобразователя, входы которых подключены к соответствующим нагрузочньом .резисторам. 2,Преобразователь тока в напряжение лоп. 1, отличающийся тем, что амплитудный дискриминатор содержит три формирователя модуля и сумматор, причем один из входов формирователей модуля соединены с прямым выходом одного из промежуточных развязывающих ПЕЗеобразователей, другой вход первого формирователя модуля подключен к инве Зсному выходу другого промежуточного развязывающего преобразователя, другие входы второго и третьего формирователей модуля соединены с выходами соответственно положительной и отрицательной полярности первого формирователя модуля, а выходы отрицательной полярности второго и положительной полярности третьего формирователей модуля подключены ко входам суг-1матора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3815013, 1974. 2,Авторское свидетельство ССОР л 280620, кл. Н 02 Н 7/00, 1969.

I

a if