Трансформатор постоянного тока Советский патент 1983 года по МПК H01F38/32 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в системах автоматики и вычислительной техники.

Известны трансформаторы постоянного тока на магнитных усилителях 1.

Однако известные трансформаторы имеют большие габариты магнитопроаода, определяемые условием его ненасыщёния, причем с ростом измеряемых токов габариты магнитопровода растут .

Наиболее близким к предлагаемся«у является трансформатор, который сддержит в .зазоре магнитопровода датчик магнитного состояния магиитопровода, через усилитель подсоединенный ко вторичной обмотке сердечинка, которая включена .встречно по отношению к первичной обмотке 2},

Недостатком известного устройства является низкая надежность его функционирования, во-первых, из-за сложности схемы усилителя мощности в цепи обратной связи, и во-вторых, из-за наводок электромагнитных помех в высокоомных входных цепях и промежуточных каскгшах усилителя под действием изменяющихся во времени магнитных полей помех, приводящих

к ис-т ажению заданной характеристики вход - выход усилителя. В результате в устройстве в течение времени действия.помех может иметь место недокомпенсация либо перекомпенсация магнитного потока от измеряемого тока, что в свою очередь приводит к нарушению пропорциональности первичного и вторичного токов. Использо10вание зкранирую1ф{х средств для защиты усилителя от помех (ферромагнитные экраны) привело бы к значительному увеличению габаритов всего устройства в целом.

15

Цель изобретения - повклаение надежности и помехоустойчивости трансформатора постоянного тока за счет его упрощения.

поставленная цель достигается

20 тем, что в качестве датчика магнитного состояния магнитопровода в его зазоре установлен магнитотиристор, анод которого подключен к положительному полюсу сети с измеряемым

25 током, а катод - к первому выводу размагничивающей обмотки, второй вывод которой соединен через нагрузку с отрицательньм полюсом сети и с анодом диода, катод которого подклю30чен к первому выводу размагничивающей обмотки, причем между полюсами сети включен резисторный делитель напряжения, средняя точка которого соединена с управляющим электродом магнитотиристора,

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг,2 иллюстрируется процесс его функционирования.

Трансформатор постоянного тока содержит (фиг.2) магнитопровод 1, первичную обмотку 2 одного полюса (в данном случае - положительного) сети с измеряемым током Д,) . Между положительным полюсом 2 и отрицательным полюсом 2 и отрицательным полюсом 3 сети включен делитель напряжения на резисторах 4 и 5. В зазоре 6 магнйтопровода 1 установлен магнитотиристор 7, анод Акоторого подключен .к токоведущей шине 2 положительного полюса сети. Катод К магнитотиристора 7 подключен к одному выводу вторичной обмотки 8, нанесенной на магнитопровод 1, Второй вывод обмотки 8 соединен через нагрузку 9 с токоведущей шиной 3 отрицательного полюса сети и с анодом диода 10. Катод последнего подключен к первому выводу обмотки 8. Управляющий электрод Y магнитотиристора 7 соединен со средней точкой делителя на резисторах 4 и 5, Магнитотиристор 7 представляет собой тиристор, напряжение включения которого меняется в зависимости от внешнего магнитного поля. При полярности магнитного поля В напряжение включения растет. При противоположном направлении магнитного поля в напряжение включения снижается. Если внешнее напряжение меньше напряжения включения тиристора, то тиристор выключен.

Порог срабатывания магнитотиристора 7 задается делителем напряжения на резисторах 4 и 5, При протекании по шине 2 измеряемого тока J в магнитопроводе 1 создается магнитный поток фэ определенной полярности, например отрицательной. С ростом этого потока уменьшается напряжение включения магнитотиристора 7, который до этого момента был выключен. Когда напряжение включения магнитотиристора спадает до уровня напряжения на управляющем электроде Y магнитотиристора 7, последний включаетс и от анода А к катоду К начинает протекать ток Jj по цепи: токоведущая шина 2 с током J - магнитотиристор 7 (анод - катод) - начало {) обмотки 8 - конец обмотки 8 - нагрузка 9 - шина (-) 3. Ток 3 создает в магнитопроводе 1 магнитный поток ((, направленный встречно потоку Ф, С ростом потока Ф уменьшается ре- зультируюгаий магнитный поток в магнитопроводе 1 и в момент смены направления результирующего потока на противоположное, напряжение включе.ния магнитотиристора 7 становится выше, чем напряжение, создаваемое делителем напряжения на резисторах 4 и 5 на управляющем электроде магнитотиристора 7. При этом Магнитотиристор 7 выключается и разрываетс цепь протекания тока шина 2 магнитЬтиристор 7 - обмотка 8 - нагрузка 9 - шина 3. Этот момент соответствует точке А на фиг,2.

Запасенная энергия в обмотке 8 разряжается по экспоненте по цепи: обмотка 8 - нагрузка 9 - диод 10 обмотка 8. Ток разряда создает в . магнитопроводе спадающий по экспоненте магнитный поток (см,фиг,2).Ка только этот поток спадает до уровня потока ф-j , напряжение включения магнитотиристора 7 уменьшается до порога его срабатывания, магнитотиристор 7 включается (этот момент соответствует точке В на фиг.З) и снова по цепи: токоведущая шина 2 Магнитотиристор 7 - обмотка 8 - нагрузка 9 - шина 3 начинает нарастать ток, пока не достигнет точки С.Дале опять Магнитотиристор 7 выключается энергия обмотки 8 опять разряжается через диод 10, который до этого был закрыт, и далее процесс повторяется MHoroKt aTHo.

Таким образом, осуществляется слежение тока обмотки 8 за первичным током 3, , Как видно на фиг,2 вторичный ток J к представляет собой пилообразную кривую, наложенную на первичный ток, причем среднее значение пилообразной кривой вторичног тока 3 ( совпадает с кривой первичного тока. Следует отметить, что на фиг,2 размах амплитуды пилы для наглядности утрированно завышен., а частота, наоборот, занижена. Фактически же, величина амплитуды пилообразных импульсов и их частота определяются, в основном, быстродействием переключающего элемента магнитотиристора 7, а также индуктивностью обмотки. Для современных магнитотиристйров время переключения составляет единицы микросекунд, поэтому диапазон частот пилообразного сигнала с учетом влияния индуктивности обмотки составляет ориентировочно 10,.,5О кГц, В -о же время частотный диапазон трансформируемых токов от постоянного тока до нескольких герц (при колебании нагрузки), Следовательно, пилообразный характер кривой вторичного тока не вносит сколько-нибудь существенной погрешности в измерение, благодаря тому, что частота пилы на несколько порядков превышает частоту полезного сигнала и при необходимости может быть легко отфильтрована включением в нагрузку фильтра (не показан), шунтирующего высокочастотную составляющую вторичного тока.

Таким образом, по сравнению с известным устройством предлагдакояй трансформатор тока упрощен, благодаря замене усилителя мси ности резисторным делителем с диодом. Такая замена также обеспечивает повышение помехоустойчивости трансформатора.

Использование предлгоаемого устройства особенно эффективно при-измерении и преобразовании постоянных токов в условиях воздействия электромагнитных полей псшех и наличии повышенных требований к надежности измерительных устройств, например в качестве датчиков тока в системах аварийного управления автономиБВШ .электроэнергетическими системами.

Формула изобретения

Трансформатор постоянного тока, содержащий первичную обмотку, магнитопровод со вторичной обмоткой и зазором, в котором расположен датчик магнитного состояния, отличающийся тем, что, с целью повыше ния надежности и помехоустойчивости, он снабжен- резисторнБМ делителем напряжения, диодом, в качестве датчика магнитного состояния применен магнитотиристор, анод которого предназначен для подключения к положительному полюсу сети, s. катод - к одному выводу вторичной обмотки, второй вывод которой предназначен для соединения через нагрузку с отрицательньм полюсом сети и анодом диода, катод которого соединен с другим выводе вторичной обмотки, управляющий электрод магнитотиристора соединен со точкой делителя напряжения.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе 1. Толстов Ю.Г. Измерительные

трансформаторы постоянного тока. М.,

1951. 2. Авторское свидетельство СССР

252238, кл. Н 01 F 10/06, 1971,

ff

J.

i

I

-ГГ //

J

. /Ж/W «7,/V