Устройство для измерения сопротивленияизОляции СЕТи пОСТОяННОгО TOKA Советский патент 1981 года по МПК G01R27/18 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может ;быть |И-слользовано в телеметрических системах измерения и контроля состояи: я мзрляции сети постоянного тока при неотключенном нсточнике питания на э.нергетически.х о-бъентах различного назначени1Я. Известно устройство для из.м рения сопротивления изоляции сети постоянного и переменного тока, содержащее г-е ератор переменного тока, соединенный с «онтролируемой сетью посредством нроводни.ка последовательно через конденсатр(р и управляемый ключ, а параллельно этой 11епочке подключен конденсатор .регулируемой емкости, сумматор и блок из.мерения fl Недостаток устройства - ЩИзкая точ.ность измерения, обусловленная ««линейной зависи.мостью .между результатом измерения и сопротивлением изоляции и влиянием емкости сети .на результат .измерения, а также аппаратурная сложность реализа.ции а,втоматической -перестройки .регулируемого жонденсатора в процесс-е (Намерения. Наиболее близ-кий по технической сущности к изобретению лреоб.разоёатель сонротиБления изоляции сети Лосто яйного тока, содержащий генератор тестового напряжения пря.моугольной формы, соединенный с контролируемой сетью через балансный резистор и последовательно с н.И:М - через разделительный конденсатор с входом амнлитудного детектора ,и соединенного с ним усилителя постоянного тока 2. К недостатку устройства относится низкая точность измерен1ня, обусловленная .нелинейной за.виснмостью мелчду результатом имерения и сол.ротивлением изоляции и влиян;ием е.мкости сети на реззльтат измерен|ИЯ. Устройство облада.ет также низким быстро.действием, вследствие необходимости .использования тестового генератора инфракрасной частоты, иолупериод работы которого больще времени установления перехо.дного процесса в сети и.ри максимальных значениях постоянной -времени .контролируемой сети; в схеме уст1ройства отсутствует B03MOMvHOCTb авто1матической перестройки частоты генератора в за.вкспмосии от изменения параметров сети; кроме того, в устройстве существует гальваническая связь .между ко.нтролиру.мой сетью и а1змерительной схемой, вследствие чего .измерительная схема шунтирует сопротивление изоляции по постоянному то.ку, уменьщая его, и рабочее напряжение сети воздействует пр.и этом на измерительную схему, что снижает на.дежность устройства, особенно пр.и больщих напряжениях сети.

Цель изобретения - повышение точiHOCTH измерения в широком диапазоне значений емкостей сети и быстродействия устройства.

11оставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения сонротивления изоляции сети постоянного тока, содержащее генератор нрямоугольных имнульсов, первый разделительный конденсатор, первый вывод которого соединен с входной клеммой устройства, и усилитель постоянного тока, подключенный к выходной клемме устройства, введены второй разделительный конденсатор, высокоомный повторитель, интегратор, аналоговый дифференциальный блок памяти, первый, второй и третий ключи, блок уиравления, причем иервый вывод второго разделительного конденсатора соединен с входной клеммой устройства, второй вывод - с выходом генератора прямоугольных импульсов и с первым входом блока уиравления, иервый выход которого соединен с входом сннхронизации генератора прямоугольргых импульсов и с управляющим входом первого ключа, включенного в обратную связь интегратора, вход которого соединен со вторым входом блока управления и с выходом высокоомиого повторителя, вход которого соединен со вторым выводом первого разделительного конденсатора, выход интегратора через параллельио включенные второй и третий ключи соединен с двумя входами аналогового дифференциального блока памяти, выход которого соединен со входом усилителя постоянного тока, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с уиравляющимн входами второго и третьего ключей, а также тем, что блок управления содержит инвертор, первый i второй элементы И, последовательно соединенные двухполупериодный выпрямитель, компаратор, первый и второй одновибраторы, причем вход инвертора соединен с нервым входом блока травления и с первым входом первого элемеита И, а выход- с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен со вторым входом первого элемента И и с выходом нервого одновибратора, вход двухполупериодпого выпрямителя соединен со вторым входом блока управления, первый выход которого соединен с выходом второго одновпбратора, второй и третий выходы - соответственно с выходами первого и второго элемента ,И, второй -вход коМПаратора соединен с выходом источника опорного напряжения.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства.

Устройство содерл ит генератор / прямоугольных .импульсов (фиг. 1), соединенный через второй разделительный конденсатор 2 с контролируемой сетью 5, которая через первый разделительный конденсатор 4 и Бысокоомный новторнтель о связана с интегратором 6, в обратную связь которого включен управляемый ключ 7, а выход интегратора 6 через управляемые ключи 8 iH 9 связан с входом аналогового дифференциального блока памяти 10, который через усилитель // постоянного тока гоединен с выходной клеммой устройства

12, блок управле1П я J3, содержащий последовательно соединенные выпрямитель 14, компаратор 15, на уиравляющий вход которого подается опорное напряжение Uo, и первый и ;второй одиовибраторы 1-6 и 17, а

связанный с выходом генератора / инвертор 18, и два элемента И 19 и 20, одни выходы которых соединены между собой и с выходом одновибратора 16, а на второй вход первого элемента И нодают напряй ение с выхода генератора / и на второй вход второго элемента И - с выхода инвертора -М. Управляющий вход ключа 7 соединен с выходом одновибратора // и синхронизирующи.м входом генератора /, а

управляющие входы ключей S и 5 - с выходом элементов И 19 и 20 соответственно. Входы блока управления 13-21 и 22, выходы -; 23,-24 11,25.

Устройство работает следующим образом.

Тестовое напряжение прямоугольной формы амилитудой EQ (фиг. 2 а) от генератора / иоступает через второй разделительныД конденсатор 2 в контролируемую

сеть. 5. .На сопротивлении изоляции К., защунтирозаннрм на землю емкостью сети С д., выделяется дри .этом импульсный сигнал (фиг. 2 б) ,,напря)кеиие которого в онераториой форме занишется следующим образом:

R,

У Уо)-2 .. +

иМ-2 .: f - - у 1

, + рС, 2 o7 4VЦ, (1)

Сз ть с

1

3 7Г х

Р +

.(с;ТаУ

полное сопротивление изоляции сети; сопротивление второго разделительного конденсатора.

Переходя от онераторной формы записи к временной, на .основе (1) получим выражение для. LIx(t): .

,....-.. /

.Cj-.(Q-гС,)

U(t) 2E,

, ()

Оо Г t 1где R(C, +С,)т. постоянная времени конт.рол.ируемой сети. Выделенный нз сети 3 импульсный сигнал l-J(t) поступает через первый разделительный конденсатор 4 и высокоомный повторитель 5 на интегратор 6. Напряжение (УВЫХ на его выходе (фиг. 2 г) определяется из выражения i/,b,x 4- ((df 2E,,,(C, т .) г (- 1+ CJ( 1) - 4-2Я„С,/,,( -1), (3) где т - постоянная времени интегратораб. Если время интегрирования равно Тинт (4-5) т , то с достаточной степенью точности выражение (3) преобразовать в следующее: вых - Eo--CzR Из выражения (4) видно, что выходное напряжение интегратора 6 t/вых пропорциоиально сопротивлению изоляции R и ие зависит от емкости сети С.... В конце каждого иолупериода ироисхолит занесение выходного напряжения (/вых интегратора 6 через управляющие ключи 8 и 9 в аналоговый дифференциал ный блок памяти 10, причем в четные и нечетные полуиериоды работы схемы занесение осуществляется на инвертирующий и неинвертирующий входы аналогового дифференциального блока памяти 10 соответственно, что обеспечивает удвоение на его выходе амплитудного значения напряжения i/gyx с выхода интегратора 6, пропорциоиального вольт-секундной площади выделенного в сети сигнала Ux(t). Однополяр ное напряжение дрейфа нуля иитегратора 6 за время одного цикла при этом компенсируется. В обратную связь иитегратора 6 включеи управляемый ключ 7, осуществляющий в следующем за заиесением в память информации иодтакта работы схемы разряд коиденсатора в обратной связи интегратора 5 в ноль, чем интегратор 6 подготавливается к следующему полупериоду измереЧерез усилитель // иостояниого тока напряжение с выхода аналогового дифференциальиого блока памяти 10 поступает па выходную клемму 12 (фиг. 2 д). Применение в устройстве блока памяти 10, собраиного по дифференциальной схеме, обусловлено тем, что длительность цикла измерения при большой постоянной времени сети достигает нескольких минут. Напряжение дрейфа нуля интегратора 6 ирн этом будет значительным и может внести существенную инструментальную погрешность в результат измерения. Однако эта гюгрешность будет скомиенсирована на дифференциальном входе блока памяти 10, способствуя тем самым повышению точности измерения иредлагаемого устройства в целом. Блок управления 13 работает следующим образом. На вход 22 поступает с высокоомного повторителя 3 выделениый в сети разиополярный сигнал /.у- Напряжение на выходе выпрямителя 14 (фиг. 2 в) подают в каждый иолупериод на компаратор 15, где происходит сравиение изменяющегося во времени выпрямленного сигнала с оиорньш напрял ением Uo. Напряжение Ug выбирается таким образом, чтобы момент равенства этих наиряжений происходил по истечеиии времени, равного 7 (4-5)/.i(Ca 4+ €2) во всем диапазоне измерения. В этот момент начинают формироваться тактирующие импульсы, разрешающие запись с выхода интегратора 6 на вход блока памяти 10 через второй или третий ключи Ь и 9 соответственно (фиг. 2 е и 2 ж), что обеспечивается инвертором 18 и элементами И 19 и 20, управляемыми от генератора 1, и одновнбратором 16. Затем на выходе одновибратора 17 формируется импульс сброса интегратора 6 в нуль, управляющий открытием ключа 7 (фиг. 2 з). Задним фронтом этого импульса генератор / переключается в прот.чр-пгтоложиор состояние. Таким образом, блок управления 13 осуществляет адаптивную настройку длительности цикла измерения в зависимости от текущих значеиий соиротивления изоляции и емкости сети во всем диапазоие изменения этих параметров, увеличивая тем самым быстродействие схемы в целом и формирует иоследовательность передачи информации в измерительном такте устройства. Формула изобретения 1. Устройство для измерения соиротивлеиия изоляции сети постоянного тока, содержащее генератор прямоугольных импульсов, первый разделительный конденсаiop, первый вывод которого соединен с входной клеммой устройства, усилитель постоянного тока, иодключениый к выходной клемме устройства, отличающееся тем, что, с целью иовышеиия точности измерения в широком диаиазоне значеиия емкости сети и быстродействия устройства, введены второй разделительный конденсатор, высокоомный повторитель, интегратор, аналоговый дифференциальный блок памяти, первый, второй и третий ключи, блок управления, причем первый вывод второго разделитель7

кого конденсатора соединен с )зходнои клеммой устройства, второй вывод - с выходом генератора нрямоугольных имнульсов н с первым входом блока управления, первый выход которого соединен с входом си1нхроиизади1и генератора прямоугольных имнульсов 11 с унравляюи1,им входом нервого ключа, включенного в обратную связь интегратора, выход которого соединен со вторым входом блока унравления и с выходом Бысокоомного новторнтеля, вход которого соединен со вторым выводом нервого раздолительпого кондексатора, выход интегра1ора через параллельно включенные второй и третий ключи соединен с двумя входами аналогового дифференциального блока памяти, выход которого соединеп со входом уеплителя постоянного тока, второй и третнй выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами BTODoro и третьего ключей.

2. Устройство по и. 1, о т л и чающеес я тем, что блок управления содержит инвертор, первый и второй элементы И, последовательно соединенные двухиолуиери8

одный вынрямитель, комнаратор, первый и второй одиовибраторы, причем вхо,д инвертора соедииен с первым входом блока управления и с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен со вторым входом иервого элемента И и с выходом нервого одновибратора, вход двухполупериодного выпрямителя соединен со ьторым входом блока управления, первый ьыход которого соедипеи с выходом второго одповнбратора, второй и третий выходы - соответственно с выходами нервого и второго элемента И, второй вход комиаратора соединен с выходом источника опорного напряжения.

Источники информации,

принятые во внимание ири экснертизе:

1.Аоторекое свидетельство СССР .0 419808, кл. G 01 R 27/18, 1972.

2.Моховиков А. С. Измерительный преобразователь соиротивления изоляции сети постояииого тока. Известия вузов, Приборс.строеиия, т. X, N° 5, 1967 (ирототгт).

Ч