EA042096B1 - DEVICE FOR MEASURING CURRENT IN A HIGH-VOLTAGE CIRCUIT - Google Patents
DEVICE FOR MEASURING CURRENT IN A HIGH-VOLTAGE CIRCUIT Download PDFInfo
- Publication number
- EA042096B1 EA042096B1 EA202291076 EA042096B1 EA 042096 B1 EA042096 B1 EA 042096B1 EA 202291076 EA202291076 EA 202291076 EA 042096 B1 EA042096 B1 EA 042096B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- emitting diode
- current
- amplifier
- output
- voltage
- Prior art date
Links
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения постоянного или мгновенных значений переменного электрического тока, его фазы и полярности в высоковольтной электрической цепи.The invention relates to measuring technology and can be used to measure constant or instantaneous values of alternating electric current, its phase and polarity in a high-voltage electrical circuit.
Известно устройство для измерения тока в высоковольтной цепи [1], содержащее источник питания, датчик тока, выполненный в виде измерительного шунта, включенного параллельно и имеющего непосредственный контакт с токопроводом, на котором производится измерение, и передатчик. При этом передача информации о величине измеряемого тока производится посредством аппаратуры связи по каналу связи (оптическому каналу или радиоканалу). Недостатками данного устройства являются его низкая надежность, наладка и контроль ввиду того, что регистрация электрического тока, его первичная обработка и передача сигнала об измеренных значениях тока осуществляются блоками, соединенными гальванически с высоковольтным токопроводом.A device for measuring current in a high-voltage circuit [1] is known, containing a power source, a current sensor made in the form of a measuring shunt connected in parallel and having direct contact with the conductor on which the measurement is made, and a transmitter. In this case, the transmission of information about the magnitude of the measured current is carried out by means of communication equipment via a communication channel (optical channel or radio channel). The disadvantages of this device are its low reliability, adjustment and control due to the fact that the registration of electric current, its primary processing and transmission of a signal about the measured current values are carried out by blocks galvanically connected to a high-voltage conductor.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство [2], содержащее два токопровода для измеряемого тока, первый и второй преобразователи Холла, первый и второй усилители тока, инструментальный усилитель. Недостатком данного устройства является низкая чувствительность датчика тока.The closest in technical essence to the proposed invention is a device [2], containing two conductors for the measured current, the first and second Hall transducers, the first and second current amplifiers, instrumental amplifier. The disadvantage of this device is the low sensitivity of the current sensor.
Задачей данного изобретения является повышение чувствительности измеряемых токов в высоковольтных электрических цепях.The objective of this invention is to increase the sensitivity of the measured currents in high-voltage electrical circuits.
Сущность изобретения заключается в том, что для решения поставленной задачи в устройстве для измерения тока в высоковольтной цепи, содержащем первый усилитель, выход которого соединен с первым входом инструментального усилителя, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя, выход инструментального усилителя соединен с выходом устройства, блок питания, выход которого соединен соответственно со вторыми входами первого и второго усилителей и третьим входом инструментального усилителя, первый и второй токопроводы, дополнительно содержится первая оптопара, соответственно содержащая первый излучающий диод и первый принимающий фотоэлемент, вторая оптопара, соответственно содержащая второй излучающий диод и второй принимающий фотоэлемент, анод первого излучающего диода первой оптопары соединен с катодом второго излучающего диода и первым токопроводом, а катод первого диода - с анодом второго диода и с вторым токопроводом.The essence of the invention lies in the fact that in order to solve the problem in a device for measuring current in a high-voltage circuit, containing the first amplifier, the output of which is connected to the first input of the instrumental amplifier, the second input of which is connected to the output of the second amplifier, the output of the instrumental amplifier is connected to the output of the device, power supply, the output of which is connected respectively to the second inputs of the first and second amplifiers and the third input of the instrumental amplifier, the first and second current leads, additionally contains the first optocoupler, respectively, containing the first emitting diode and the first receiving photocell, the second optocoupler, respectively, containing the second emitting diode and the second receiving photocell, the anode of the first emitting diode of the first optocoupler is connected to the cathode of the second emitting diode and the first current conductor, and the cathode of the first diode is connected to the anode of the second diode and to the second current conductor.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявленном изобретении для повышения чувствительности измеряемых токов в высоковольтных электрических цепях используются оптопары. Включение в высоковольтную цепь излучающих диодов оптопары параллельно и в обратном направлении друг относительно друга обеспечивает повышенную чувствительность и надежную работу, а также гальваническую развязку от низковольтной измерительной цепи.A comparative analysis with the prototype shows that in the claimed invention, optocouplers are used to increase the sensitivity of the measured currents in high-voltage electrical circuits. The inclusion of optocouplers in the high-voltage circuit in parallel and in the opposite direction relative to each other provides increased sensitivity and reliable operation, as well as galvanic isolation from the low-voltage measuring circuit.
Изобретение поясняется фигурами, где на фиг. 1 показана структурная схема устройства для измерения тока в высоковольтной цепи;The invention is illustrated by figures, where in Fig. 1 shows a block diagram of a device for measuring current in a high voltage circuit;
на фиг. 2 - схема включения диодов оптопары устройства в высоковольтную цепь.in fig. 2 - diagram of the inclusion of diodes of the optocoupler of the device in a high-voltage circuit.
Устройство для измерения тока в высоковольтной цепи, содержащее первый усилитель 1, выход которого соединен с первым входом инструментального усилителя 2, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 3, выход инструментального усилителя 2 соединен со выходом устройства 4, блок питания 5, выход которого соединен соответственно со вторыми входами первого 1 и второго 3 усилителей и третьим входом инструментального усилителя 2, первый токопровод 6 и второй токопровод 7, включает в себя первую оптопару 8, соответственно содержащую первый излучающий диод 9 и первый принимающий фотоэлемент 10, вторую оптопару 11, соответственно содержащую второй излучающий диод 12 и второй принимающий фотоэлемент 13, анод первого излучающего диода 9 первой оптопары 8 соединен с катодом второго излучающего диода 12 и первым токопроводом 6, а катод первого излучающего диода 9 - с анодом второго излучающего диода 12 и со вторым токопроводом 7.A device for measuring current in a high-voltage circuit, containing the first amplifier 1, the output of which is connected to the first input of the instrumental amplifier 2, the second input of which is connected to the output of the second amplifier 3, the output of the instrumental amplifier 2 is connected to the output of the device 4, the power supply 5, the output of which is connected respectively with the second inputs of the first 1 and second 3 amplifiers and the third input of the instrumental amplifier 2, the first current conductor 6 and the second current conductor 7, includes the first optocoupler 8, respectively containing the first emitting diode 9 and the first receiving photocell 10, the second optocoupler 11, respectively containing the second emitting diode 12 and the second receiving photocell 13, the anode of the first emitting diode 9 of the first optocoupler 8 is connected to the cathode of the second emitting diode 12 and the first current conductor 6, and the cathode of the first emitting diode 9 is connected to the anode of the second emitting diode 12 and to the second current conductor 7.
Устройство работает следующим образом. В высоковольтную цепь измерения тока подключаются первый токопровод 6 и второй токопровод 7 устройства. Высокое напряжение с генератора сигнала через первый излучающий диод 9 и второй излучающий диод 12 подается на нагрузку R (фиг. 1). Такое включение обеспечивает протекание тока в цепи без выхода диодов из строя при соблюдении условия [1]The device works as follows. The first conductor 6 and the second current conductor 7 of the device are connected to the high-voltage current measurement circuit. High voltage from the signal generator through the first emitting diode 9 and the second emitting diode 12 is supplied to the load R (Fig. 1). This inclusion ensures the flow of current in the circuit without failure of the diodes, subject to the condition [1]
1^ < 1ГХ. [1] imax где *изм - максимальный измеряемый ток, ттах ‘д - максимально допустимый прямой ток для диодов, используемых в устройстве.1^ < 1Г X . [1] imax where *meas is the maximum measurable current, mmax 'd is the maximum allowable forward current for the diodes used in the device.
Ток, протекающий в цепи, определяется из соотношения [2] где Ua - падение напряжения на открытом диоде.The current flowing in the circuit is determined from the relation [2] where Ua is the voltage drop across the open diode.
Типовое значение Ua для большинства излучающих диодов Ua<<U для высоковольтной цепи.Typical value Ua for most radiating diodes Ua<<U for high voltage circuit.
В случае если на первом токопроводе 6 присутствует положительный потенциал, первый излучающий диод 9 будет открыт и через него потечет ток от первого токопровода 6 ко второму токопроводу 7. Так как первый излучающий диод 9 и второй излучающий диод 12 соединены параллельно и в обратныхIf there is a positive potential on the first conductor 6, the first emitting diode 9 will be open and current will flow through it from the first conductor 6 to the second conductor 7. Since the first emitting diode 9 and the second emitting diode 12 are connected in parallel and in reverse
- 1 042096 направлениях, то падение напряжения Ug на открытом первом излучающем диоде 9 является отрицательно смещенным - Ug для второго излучающего диода 12 и, соответственно, закрывает второй излучающий диод 12. В следующей фазе на первом токопроводе 6 присутствует отрицательный потенциал. Соответственно открывается второй излучающий диод 12, через него протекает ток от второго токопровода 7 к первому токопроводу 6. Первый излучающий диод 9 оказывается закрытым, так как на нем падает напряжение - Ug. Указанное включение диодов в высоковольтную токопроводящую цепь при условии соблюдения соотношения [1] обеспечивает протекание тока через один из диодов и соответственно падение отрицательного напряжения - Ug на другом диоде.- 1 042096 directions, then the voltage drop Ug on the open first emitting diode 9 is negatively biased - Ug for the second emitting diode 12 and, accordingly, closes the second emitting diode 12. In the next phase, a negative potential is present on the first conductor 6. Accordingly, the second radiating diode 12 opens, current flows through it from the second conductor 7 to the first conductor 6. The first radiating diode 9 turns out to be closed, since the voltage Ug drops across it. The specified inclusion of diodes in a high-voltage conductive circuit, subject to the relation [1], ensures the flow of current through one of the diodes and, accordingly, a negative voltage drop - Ug on the other diode.
Использование оптопары в устройстве также обеспечивает гальваническую развязку элементов измерения тока (первый излучающий диод 9 и второй излучающий диод 12), включенных в высоковольтную цепь, и элементов низковольтной схемы, подключенных к блоку питания 5.The use of an optocoupler in the device also provides galvanic isolation of the current measurement elements (the first emitting diode 9 and the second emitting diode 12) included in the high-voltage circuit and the low-voltage circuit elements connected to the power supply 5.
Ток, протекающий через открытый первый излучающий диод 9, преобразуется в световое излучение, которое по оптическому каналу оптопары поступает на первый принимающий фотоэлемент 10 первой оптопары 8. Первый принимающий фотоэлемент 10 осуществляет обратное преобразование излучения в электрический ток (напряжение), который усиливается первым усилителем 1 и поступает на первый вход инструментального усилителя 2. Первый вход инструментального усилителя является положительным входом. В период, когда первый излучающий диод 9 открыт, второй излучающий диод 12 закрыт. На входе инструментального усилителя 2 присутствует нулевой потенциал и, соответственно, на втором входе инструментального усилителя 2 (отрицательном входе) присутствует нулевой сигнала. На выходе инструментального усилителя 2 появится положительный уровень напряжения, значение которого будет изменяться пропорционально току, протекающему через первый излучающий диод 9, т.е. изменению положительной полуволны тока в токопроводах 6 и 7.The current flowing through the open first emitting diode 9 is converted into light radiation, which is fed through the optical channel of the optocoupler to the first receiving photocell 10 of the first optocoupler 8. The first receiving photocell 10 inversely converts the radiation into electric current (voltage), which is amplified by the first amplifier 1 and enters the first input of the instrumentation amplifier 2. The first input of the instrumentation amplifier is a positive input. During the period when the first emitting diode 9 is open, the second emitting diode 12 is closed. At the input of instrumental amplifier 2 there is a zero potential and, accordingly, at the second input of instrumental amplifier 2 (negative input) there is a zero signal. A positive voltage level will appear at the output of instrumental amplifier 2, the value of which will change in proportion to the current flowing through the first emitting diode 9, i.e. change of the positive half-wave of the current in conductors 6 and 7.
Во время отрицательной полуволны первый излучающий диод 9 закрыт, а второй излучающий диод 12 открыт. Ток из второго токопровода 7, протекая через открытый второй излучающий диод 12 к первому токопроводу 6, вызывает пропорциональное изменение напряжения на выходе фотоэлемента 13. Данное напряжение через второй усилитель 3 поступает на отрицательный вход инструментального усилителя 2. Поскольку на первом входе в данный период присутствует нулевой потенциал, то на выходе устройства 4 будет присутствовать отрицательное напряжение, значение которого будет изменяться пропорционально изменению отрицательной полуволны тока в токопроводе.During the negative half-wave, the first emitting diode 9 is closed and the second emitting diode 12 is open. The current from the second current conductor 7, flowing through the open second radiating diode 12 to the first current conductor 6, causes a proportional change in the voltage at the output of the photocell 13. This voltage through the second amplifier 3 is fed to the negative input of the instrumental amplifier 2. Since there is zero at the first input in this period, potential, then a negative voltage will be present at the output of device 4, the value of which will change in proportion to the change in the negative half-wave of the current in the conductor.
Таким образом, при протекании тока в токопроводе через первый излучающий диод 9 или второй излучающий диод 12 устройства на его выходе присутствует напряжение, пропорциональное знаку и значению измеряемого тока.Thus, when current flows in the conductor through the first emitting diode 9 or the second emitting diode 12 of the device, there is a voltage at its output that is proportional to the sign and value of the measured current.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявленном изобретении для повышения чувствительности измеряемых токов в высоковольтных электрических цепях используются оптопары. Включение в высоковольтную цепь излучающих диодов оптопары параллельно и в обратном направлении друг относительно друга обеспечивает повышенную чувствительность и надежную работу, а также гальваническую развязку от низковольтной измерительной цепи.A comparative analysis with the prototype shows that in the claimed invention, optocouplers are used to increase the sensitivity of the measured currents in high-voltage electrical circuits. The inclusion of optocouplers in the high-voltage circuit in parallel and in the opposite direction relative to each other provides increased sensitivity and reliable operation, as well as galvanic isolation from the low-voltage measuring circuit.
Таким образом, благодаря наличию петли обратной связи в устройстве поддерживается постоянство согласования нагрузки (обрабатываемого объекта) с оптимальными условиями возбуждения и стабильного горения плазмы, что, соответственно, и обеспечивает высокий КПД устройства и снижение энергетических затрат при осуществлении обработки объектов или материалов.Thus, due to the presence of a feedback loop in the device, the constancy of load matching (the object being processed) is maintained with optimal conditions for excitation and stable plasma combustion, which, accordingly, ensures a high efficiency of the device and a reduction in energy costs when processing objects or materials.
Источники информации.Information sources.
1. Патент RU 2482502, МПК G01R 19/00, Устройство для измерения тока в высоковольтной цепи с дистанционной передачей информации / Козлов В.К., Лизунов И.Н. (Российская Федерация), № 2011149293/28, заявл. 02.12.2011, опубл. 20.05.2013, бюл. № 14.1. Patent RU 2482502, IPC G01R 19/00, Device for measuring current in a high-voltage circuit with remote information transmission / Kozlov V.K., Lizunov I.N. (Russian Federation), No. 2011149293/28, Appl. 12/02/2011, publ. 05/20/2013, bul. No. 14.
2. Патент RU 2445638, МПК G01R 19/00, Датчик тока / Волобуев Н.А., Макаров Д.В., Шур М.Я. (Российская Федерация), № 2010134246/28, заявл. 16.08.2010, опубл. 20.03.2012, бюл. № 8.2. Patent RU 2445638, IPC G01R 19/00, Current sensor / Volobuev N.A., Makarov D.V., Shur M.Ya. (Russian Federation), No. 2010134246/28, Appl. 08/16/2010, publ. 03/20/2012, bul. No. 8.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA042096B1 true EA042096B1 (en) | 2023-01-12 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3346811A (en) | Means for sensing conditions in high potential region and for transmitting such intelligence by light means to low potential regions | |
| US5107202A (en) | Fiber optic current monitor for high-voltage applications | |
| TWI434167B (en) | Automatic power control system, device, compensation voltage operation module and detection module | |
| US6051967A (en) | Electric field measurement system | |
| US8901475B1 (en) | Avalanche photodiode biasing system including a current mirror, voltage-to-current converter circuit, and a feedback path sensing an avalanche photodiode voltage | |
| US10069574B2 (en) | Optocoupler with indication of light source power supply failure | |
| US7482829B2 (en) | Electric power applying circuit and test apparatus | |
| EA042096B1 (en) | DEVICE FOR MEASURING CURRENT IN A HIGH-VOLTAGE CIRCUIT | |
| US4115830A (en) | Monitoring system for high-voltage supply | |
| CN210090656U (en) | Current standard device based on quantum precision measurement | |
| US6316930B1 (en) | Direct current meter with passive input and galvanic insulation, particularly for high voltage | |
| TWI468889B (en) | Automatic luminous flux control system, device, circuit and detection module | |
| US4629880A (en) | Gate bias generating circuit for field effect transistors | |
| US2765703A (en) | Illumination meter | |
| US1906597A (en) | Photometric instrument | |
| CN217425662U (en) | Current transformer dotted terminal detection circuit based on square wave generator | |
| NL8900225A (en) | RANGE SELECTOR FOR AN ELECTRONIC SWITCH FOR MEASURING SMALL FLOWS. | |
| CN217739458U (en) | Current transformer dotted terminal detection device realized by astable oscillator | |
| KR102342297B1 (en) | Apparatus for Assisting in Discharging the Battery | |
| CN214670295U (en) | Adjustable constant current circuit | |
| CN217425659U (en) | Current transformer dotted terminal detection circuit based on double-tube self-excited oscillator | |
| JP3430212B2 (en) | Electrical isolation and coupling device for current loop | |
| CN115598397A (en) | Measuring method for determining a current by means of a shunt resistor | |
| JP2018031678A (en) | Battery deterioration diagnosis device and charger | |
| JP2017219495A (en) | Battery degradation determination device and charger |