Статический датчик активного тока Советский патент 1981 года по МПК G01R19/06 

(54) СТАТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК АКТИВНОГО ТОКА

1

Изобретение относится к области электрических измерений и релейной защиты энергосистем и может быть использовано в статических реле активного (реактивного) тока, реле обратной мощности и других.

Известны статические- датчики активного тока, содержащие последовательно соединенные фазочувствительный элемент и интегрирующий элемент, среднее значение напряжения которого пропорционально активной составляквдей синусоидального тока i (.t):

чь

(t)dt

вых

К асозЧ .

Фазо 1увствительный элемент в таких датчиках - диодный или транзисторный 1 .

Недостатками данных датчиков активного тока на диодах и тразисторах являются низкая чувствительность, невысокая точность, температурная нестабильность, большое потребление по цепи измеряемого тока и незначительная выходная мощность.

Известен также датчик активного тока-, содержащий измерительный преобразователь синусоидального тока, промежуточный трансформатор с двумя вторичными обмотками, источник постоянного тока и два одинаковых преобразовательных канала, каждый из которых , состоит из соединенных последователь- но и подключенных к своему выходу измерительного преобразователя синусоидального тока, интегрального прерывателя, зарядного резистора и общего для обоих каналов выходного сглаживающего конденсатора, yпiэaвляющйй вход интегрального прерывателя каждого канала через токозадакщий резистор подключен к соответствующей вторичной обмотке промежуточного трансформатора, параллельно управляющему входу интегргшьного прерывателя подключен диод 21.

Однако такие датчики обладают недостаточной точностью при малых входных токах из-за остаточного напряжения на прерывателе во входной цепи и ограниченной выходной мощностью. Кроме того, при исчезновении напряжения управления ключа на выход поступает ложный переменный сигнал, что требует дополнительной отстройки схемы от этой помехи и вызывает погрешность измерения.

Цель изобретения - повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в датчик, содержащий измерительный преобразователь синусоидального тока, промежуточный трансформатор с двумя вторичными обмотками, источник постоянного тока и два одинаковых преобразовательных канала,каждый из которых подключен к своему выходу измерительного преобразователя синусоидального тока и состоит из соединенных последовательно интегрального прерывателя, зарядного резистора и общего для обоих каналов выходного сглаживающего конденсатора, управляющий вход интегрального прерывателя каждого преобразовательного канала чер1эз токозадающий резистор подключен к соответствующей вторичной обмотке промежуточного трансформатора, параллельно управляющему входу интегрального прерывателя подключен диод в каждый преобразовательный канал введен операционный усилитель, причем выходы измерительного преобразователя синусоидального тока подключены к инвертирующим входам операционных усилителей, а параллельно резистору отрицательной обратной связи операционного усилителя подключен выход интегрального прерывателя, причем управляющие йходы последних через два симметрирующих резистора в каждом преобразовательном канале подключены к источнику постоянного тока а выходы операционных усилителей через зарядные резисторы подключены к выходному сглаживающему конденсатору

На чертеже представлена принципиальная схема двухполупериодного варианта датчика активного тока..

Схема содержит измерительный преобразователь 1 синусоидального тока, разные выходы которого присоединены к йнвертйруияцим входам двух операционных усилителей 2 и 3, интегральные прерыватели 4 и 5, резисторы б и 7 отрицательной обратной связи, диоды 8 и 9, промежуточный трансформатор 10, два токозадающих резистора 11 и 12 в цепи управления прерывателей, четыре симметрирующих резистора 13-16, соединенных с источником 1 постоянного напряжения, выходной сглживающий конденсатор 18 и зарядные резисторы 19 и 20. Элементы 2, 4, 6 8, 12, 15, 16 и 20 образуют один преобра овательный канал, а элементы 3, 5, 7$ 9, 11, 13, 14 и 19 - другой. Датчик работает следующим образом При наличии на входе схемы контролируемого синусоидального тока i(t и отсутствии коммутирующего переменного напряжения U(t) оба прерывателя 4 и 5 открыты током источника 17 постоянного напряжения, их выходное сопротивление равно нулю и на выходе операционных усилителей 6 и 7 напряжение также равно нулю. В режиме измерения в положительный полупериод коммутирующего напряжения U(t) запирается прерыватель 4 и на выходе операционного усилителя 2 появляется напряжение

и н- К( i)t (О с t Т/2) ,

а в отрицательный полупериод запирается прерыватель 5 и усиливает операционный усилитель 3

(Т/2 t Т)

Uo -Kni(t;

Результирующее напряжение, поступающее с операционных усилителей 2 и 3 на выходной сглаживакаций конденсатор 18, пропорционально суммарному напряжению

Ug и -I- Urj K,i (t)- sign U(t).

Ha выходе схемы после сглаживания формируется постоянная составляющая, пропорциональная активной составляющей входного тока

Т

Bwy.(t Т 4 Osign U(t)dt

О Kj3cos4 К5,Л0.

Диоды 8 и 9 ограничивают обратное напряжение на входе прерывателей. Поскольку управление операционных усилителей 2 и 3 осуществляется в цепи обратной связи, измерительный сигнал поступает непосредственно на входы операционных усилителей, в устройстве можно установить значительный коэффициент усиления, получить требуемую выходную мощность, при этом возможно использование маломощного датчика 1 измеряемого тока. В однополупериодном варианте число элементов в схеме датчика уменьшается вдвое.

Отсутствие ключей во входной цепи исключает систематическую погрешност за счет остаточного напряжения и существенно повышает точность датчика при малых уровнях измеряемых токов. Поскольку в предлагаемой схеме соотношение сопротивлений во входной цепи и цепи обратной связи ничем не лимитируется, коэффициент усиления каскадов на операционных усилителях может быть выбран значительным и выходная мощность датчика может быть выбрана любой в пределах допустимой мощности используемых в нем операционных усилителей, кроме того, удается значительно снизить потребление во входных цепях. В предлагаемой схеме исчезновение переменного напряжения не приводит к появлению ложного сигнала на выходе, так как оба аналоговых ключа открыты источником постоянного напряжения. Применение предлагаемого датчика, имеющего высокую точность, значительную выходную мощность и незначительное потребление по цепи входного тока, в серийных реле дает возможность сущест