Гальваномагнитный амплитудночастотный измерительный преобразователь непрерывного действия Советский патент 1981 года по МПК G01R19/00 

Настоящее изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в аналоговых регуляторах возбуждения синхронных электрических машин силь ного действия. Известен время-импульсный амплитудно-частотный измерительный преоб разователь, используемый в аналогоцифровом автоматическом регуляторе возбуждения синхронного генератора сильного действия, содержащий транс форматор и последовательный резонан ный контур LC,связанные с источником преобразуемого напряжения, выпр мители, подключенные один ко входу преобразователя, а другой - к конденсатору резонансного контура, резистор, подключенный к выходам вы- прямителей, источник напряжения пос тоянного тока и блок сравнения, вхо ды которого связаны с резистором и источником постоянного напряжения, а выход - с нуль-индикатором, форми руюцим прямоугольные импульсы, причем длительность импульсов зависит как от амплитуды, так и частоты пре образуемого напряжения ГИ. Дискретизированный ко времени ан логовый выходной сигнал время-импул ного амплитудно-частотного измерительного преобразователя при использовании преобразователя в аналоговом регуляторе возбуждения сильного действия требует предварительного сглаживания дополнительным фильтром, что снижает быстродействие преобразователя. наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является гальваномагнитный амплитудно-частотный изм ительный преобразователь непрерывного действия, содержащий подключенные к входным клеммам преобразователя два идентичных перемножителя холла, имеющих каждый источник магнитного поля с первичной и вторичной обмотками, размещенныки на магнитс 1роводе с воздушным зазором, и полупроводниковый элемент Холла, помещенный в воздушный зазор магнитопровода, резонансный контур RLC в цепи первичной обмотки источника магнитного ПОЛЯ первого перемножителя, последовательно соединенные резистор и конденсатор в цепи первичной обмотки источника магнитного поля второго перемножитёля, вторичные обмотки источника магнитного поля, подключенные через балластные резисторы к токовым электродам элементов Холла противоположных перемножителей, и выходной усилитель-вычитатель с источником стабилизированного опорного напряжения постоянного тока, связанный с последовательно соединенными электродами Холла элементов Холла перемно жителей: Г2Д. Недостатком известного гальваномагнитного измерительного преобразователя является низкая чуствительность к. изменению амплитуды и частоты преобразуемого напряжения и повышенное содержание гармонических со-ставляющих в выходной ЭДе Холла, обусловленные малым значением угла сдвига фаз токов в первичных обмотках источников магнитного поля перемножителей Холла и относительно слабой его зависимостью от частоты. Другим недостатком известного гальваномагнитного измерительного преобразователя является его сложность, связанная с наличием выходно,го усилителя-вЕлчитателя с источником стабилизированного опорного напряжения. Цель изобретения - упрощение и по вышение чувствительности преобразователя и снижение значения гармонических составляющих в выходной ЭДС Холла путем создания оптимального режима работы перемножителей Холла, обеспечивающего дискретное изменение угла сдвига фаз между токами в первичных обмотках источников магнитного поля перемножителей при перех де частоты преобразуемого напряжение через номинальное значение и повышенное значение этого угла, близкое к предельному (+ ) при снижении и повышении частоты соответственно, Указанная цель достигается тем, что в гальваномагнитном амплитудно. частотном измерительном преобразователе напрерывного действия, содержащем подключенные к входным клеммам преобразователя два идентичных перемножителя Холла, имеющих каждый источник магнитного поля с первичной и вторичной обмотками, размещенными на магнитопроводе с воздушным зазором, и полупроводниковый элемент Хол па, помещенный в воздушный зазор магнитопровода, резонансный контур RLC в цепи первичной обмотки источника магнитного поля первого перемно жителя, последовательно соединенные резистор и конденсатор в цепи первич ной обмотки источника магнитного пол второго перемножителя, вторичные об мотки источников магнитного поля, подключенные через балластные резис ры к токовым электродам элементов Холла противоположных перемножителе соединенные последовательно электро ды Холла элементов Холла,источник магнитного поля первого пе вмножите ля дополнительно снабжен цепочкой и оследовательно соединенных резистора второй первичной обмотки, подключенной к входным клеммам преобразователя встречно с его основной первичной оботкой , а последовательно соединенные лектроды Холла элементов Холла подключены к выходным клеммам преобразователя. На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема гальванома гнитного амплитудно-частотного измерительного преобразователя непрерывного действия, на фиг.2 и 3-векторные диаграммы, показывающие фазные соотношения между электрическими и магнитными величинами в преобразовате- ле соответственно при частоте преобразуемого напряжения меньшей и большей номинальности; на фиг. 4 векторная диаграмма электрических величин и магнитной индуктивности второго перемножителя преобразователя. Гальваномагнитный амплитудно-частотный измерительный преобразователь содержит два идентичных перемножителя 1 и 2 Холла, связанных с входными клеммами преобразователя, состоящие из источников 3 и 4 магнитного поля и полупроводниковых элементов 5 и 6 Холла, параллельный резонансный контур RLC 7 и балластные резисторы 8 и 9 в первом перемножителе, балластный резистор 10 и последовательно соединенные резистор 11 и конденсатор 12 во, втором перемножителе. Источники 3 и 4 магнитного поля перемножителей 1 и 2 выполнены на одинаковых магнитопроводах с воздушными , зазорами (не показаны), в которых установлены полупроводниковые элементы Холла 5 и 6, и имеют первичные и вторичные обмотки, связанные соответственно с входными клеммами преобразователя и токовыми электродами элементов Холла 5 и 6. Источник 3 магнитного поля перемножителя 1 снабжен двумя первичными обмотками: основной первичной обмоткой 13 и дополнительной первичной обмоткой 14 с одинаковым числом витков, включеншлми по отношению друг к другу встречно, и вторичной обмоткой 15, а источник 4 магнитного поля перемножителя 2 - первичной обмоткой :17. Перемножитель Холла 1 подключен |к входным клеммам преобразователя разноименными выводами первичных обмоток 13 и 14 источника 3 магнитного поля, причем в цепи основной первичной обмотки 13 установлен параллельный резонансный контур RLC ,7,который осуществляет преобразование изменений частоты входного .напряжения преобразователя в изменения амплитуды и фазы, а в цепь дополнительной первичной обмотки 14 включен балластный резистор 8, котоЕ ай предназначен для создад1ия условий взаимной компенсации в источнике 3 магнитного поля действи тока Зд в дополнительной первичной обмотке 14 и. активной составляющей Зон тока ЗУ, резонансного контура RL 7 в основной первичной обмотке 13. Перемножитель Холла 2 подключен входным клеммам преобразователя первичной обмоткой 16 источника 4 мг.гнитного поля через последовательно соединенные резистор 11 и конденсатор 12,предназначенные для получения соответствующего угла сдвига фаз между током 3 первичной обмотки 16 и результирующим током 3 Зк - Зц в первичных обмотках 13 и 14 источни ка 3 магнитного поля перемножителя Холла 1. Полупроводниковый элемент Холла 5, расположенный в воздушном зазоре магнитопровода источника 3 магнитного поля перемнржителя 1, через балластный резистор 9 подключен токовыми электродами к вторичной .обмотке 17 источника 4 магнитного поля перемножителя 2,а полупроводниковый элемент Холла 6, расположенный в воздушном зазоре магнитопровода источника 4 магнитного поля перемножителя 2, через балластный резистор 10 подключен токовыми электродами к вторичной обмотке 15 источника 3 ма нитного поля перемножителя I. Полупроводниковые элементы Холла 5 и 6 электродами Холла включены последовательно для суммирования ЭДС Холла обоих перемножителей 1 и 2 и подключены к выходным клеммам преоб разователя. гальваномагнитный амплитудно-частотный измерительный преобразовател работает следующим образом. Преобразователь входными клеммами подключают к источнику напряжения О с изменяющимися амплитудой и частото Перемножитель Холла 1 осуществляе перемножение магнитной индукции 6 источника 3.магнитного поля и тока .a.-t f протекающего через элемент Холла 5. Магнитная индукция В создается результирующим током , равным раз ности между током 3ц. основной первич ной первичной обмотки 14 источника 3 магнитного поля. Ток Ig.f в элементе Холла 5 возбуждается ЭДС Et во вторичной обмотке 17 источ ника 4 магнитного поля перемножителя Холла 2 и пропорционален току 3/ в его первичной обмотке 16. При этом ЭДС и ток Зз, сдвинуты по фазе относительно тока 3 на угол i -сОи угол -c/n-ji соответственно. Перемиожитель Холла 2 осуществляет перемножение магнитной индукции источника 4 магнитного поля и ток 9.4. протекающего через элемент Холла 6. Магнитная индукция В,;, создается током d ij в первичной обмотке 16 источника 4 магнитного поля. Ток в элементе Холла 6 возбуждается ЭДС Е во вторичной обмотке 15 источника 3 магнитного поля перемножитепя 1 и пропорционален результирующему току J В его первичных обмотках 13 и 14. При этом. ЭДС Ё и ток сдвинут по фазе относительно тока 3 на угол J - «л и угол соответственно. Таким образом ЭДС Холла е и вхо перемножителей 1 и 2, воаникак1щие между электродами Холла элементов Холла 5 и 6, соответственно равны е, , Urn- ( -cfl) Sin(out - 8) ; Ч,, m (ш1+Ai-(A))( л U.Sin(iot ;:dL,+ | -oft., g) где ci , ctj - углы сдвига фаз между напряжением и на -входе преобразователя и токами j и tl а в первичных обмотках источников 3 и 4 магнитного поля соответственно угол сдвига фаз между током 3 (ч и магнитной индукцией B(Bii) источников 3 и 4 магнитного поля соответственно угол сдвига фаз между ЭДС Ё(Ё2.) вторичной обмотки 15.(17) и током . Зэ,1(9д) в элементах Холла 5 и 6 соответственно. Знаки -1-й - угла di соответствуют повышен ной к номинальной f .частоте f напряжения U на входе преобразователя. Благодаря введенным резистору 8 и и дополнительной первичной обмотке 14, включение встречно с основной обмоткой 13 источника 3 магнитного поля, по которым протекает ток компенсирующий.полностью (при f « f или частично (при f 4 ) активную составляющую 3цдтока резонансного контура RLC 7, настроенного на частоту f fytOM .угол oL близок к и при переходе частоты f напряжения О ад« измечерез номинальное значение няется практически на величину J При частоте напряжения U на входе реобразователя f . еактивная составляющая 3.р Jj, З ока 3 резонансного контура RLC 7 ндуктивная составляющая i gнесколько ревьшает ток t)i , а полный ток 3,1. меет индуктивный характер. При этом езультирующий ток 3 первичных обмоок 13 и 14 источника 3 магнитного оля отстает по фазе от напряжения на входе преобразователя на угеш близкий к , илиэпии л - . При частоте напряжения U на вхое преобразователя f fцoм(Фиг. 3) еактивнгш составляющая .p тока 3ц

мкостная, активная составляющая 3 j несколько, меньше тока Л полный

ок Заимеет емкостный характер. При том ток Зо опережает по .фазе напряение и на входе преобразователя таке на угол oL близкий к . е

Параметры элементов (сопротивление езисто за 11, емкость конденсатора 12) электрической цепи первичной оботки 16 источника 4 магнитного поля . выбраны такими, что угол Ajt сдвига . фаз между напряжением U на входе преобразователя и током в первичной обмотке 16 мал и слабо изменяется (в пределах заштрихованного сектора на фиг, 4) при изменении частоты f напряжения и...15

Таким образом угол сдвига фаз между токами 5 и tlj источников 3 и 4 магнитного поля перемножителей близок к и имеет различные знаки при переходе частоты f напряжения U 20 на входе преобразователя через номинальное значение (фиг. 2-4). Благодаря этому при суммировании ЭДС Холла е, Xil перемножителей, которое осуществляется в преобразователе за 25 счет последовательного соединения элементов Холла 5 и 6 по электродам Холла, гармонические составляющие двойной частоты) ЭДС е, , ед, взаимно компенсируются, а их постоянные JQ составляющие арифметически суммируются. При этом суммарная ЭДС Холла

Хь2 нэ выходе преобразователя равна

Еха ex,,i uj;, Sin(A,jlc).c6sB

ЭДС Е)(2;Является функцией амплитуды и функцией частоты f напряжения О на входе преобразователя, поскольку угол dl меняется дискретно при переходе частоты f через номинальное значение и непрерывно - в функции час- тоты f по мере ее снижен ия или повьшения относительно номинальной. За счет указанного изменения угла с., обусловленного введением в источник 4 магнитного поля первого перемножите- 45 ля 1 дополнительной первичной обмотки 16 и резистором 8, достигается повышение чувствительности преобразователя и более полная компенсация гармонических составляющих в суммарной 50 ЭДС Холла Е( вь1ходе преобразователя. В результатерасширяются возможности по практическому применению преобразователя и, в частности, в

качестве измерительного преобразователя обобщенного информационного параметра в устройствах автоматического регулирования синхронных электрических машин и автоматического включения резерва (АВР).

Формула изобретения

Га ьваномагнитный амплитудночастотный измерительный преобразователь непрерывного действия, содержащий подключенные к входным клеммам преобразователя два идентичных перемножителя Холла, имеющих каждый источник магнитного поля с первичной и вторичной обмотками, размещенными на магнитопроводе с воздушным зазоро и полупроводниковый элемент Холла, помещенный в воздушный зазор- магнитопровода, резонансный контур RLC в цепи первичной обмотки источника магнитного поля первого перемножителя, последовательно соединенные резистор и конденсатор в цепи первичной обмотки источника магнитного пол второго перемножителя, вторичные обмотки источников магнитного поля, подключенные через балластные резисторы к токовым электродам элементов Холла противоположных перемножителей соединенные последовательно электроды Холла элементов Холла, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения чувствительности, источник магнитного поля первого перемножителя дополнительно снабжен цепочкой из последовательно соединенных резистора и второй первичной оЬмотки, подключенной к входным клеммам преобразователя встречно с его основной первичной обмоткой, а последовательно соединенные электроды Холла элементов Холла подключены к выходным клеммам преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 311359, кл. Н 02 Р 9/14, 1970.

2.Леньков Ю.А. О возможности формирования сигнала по обобщенному параметру в непрерывной форме, М., Труды ЮИ, 1978, вып. 371, с. 73-77

(прототип).