PL166187B1 - Sposób I urządzenie do odtwarzania przebiegu czasowego prądu przemiennego - Google Patents

Abstract

1 Sposób odtwarzania przebiegu czasowego prądu przemiennego — wykorzystujący metodę indukcji magnetycznej, znamienny tym, ze prąd przemienny (J1)jest przetwarzany za pomocą indukcji magnetycznej o liniowej charakterystyce przetwarzania na napięcie (U1) o przebiegu proporcjonalnym do przebiegu pochodnej przetwarzanego prądu względem czasu oraz jednocześniejest przetwarzany za pomocą indukcji magnetycznej o nieliniowej charakterystyce przetwarzania na impulsy napięcia (U2) pojawiające się przy zmianie kierunku przepływu przetwarzanego prądu przemiennego (J1), które następnie przetwarza się na impulsy szpilkowe (Ui) występujące w momentach przechodzeniaprzetwarzanegoprądu (J1)przez wartości zerowe, przy czym napięcie (U1) o przebiegu proporcjonalnymdo przebiegu pochodnej przetwarzanegoprądu (J1)poddaje się całkowaniu w układzie całkującym (6), a doprowadzonymi do dodatkowego wejścia układu całkującego (6) impulsami szpilkowymi (Ui) nadaje się scałkowanemu napięciu wartości zerowe w momencie przechodzenia przebiegu odtwarzanego (J1) przez wartości zerowe, po czym uzyskany na wyjściu układu całkującego (6) przebieg napięcia (U3) poddaje się wzmocnieniu 2 Urządzenie do odtwarzania przebiegu czasowego prądu przemiennego, wykorzystujące rdzeniemagnetyczne z uzwojeniami pierwotnymi i wtórnymi, znamiennetym, że uzwojenie pierwotne (1 ’), korzystniejednozwojowe, rdzenia magnetycznego o liniowej charakterystyce magnesowania (2) i uzwojenie pierwotne (1"), korzystnie jednozwojowe, rdzenia magnetycznegoo nieliniowej charakterystycemagnesowania(3)są włączone w obwód prądu odtwarzanego (J1), a uzwojenie wtórne (4) rdzenia o liniowej charakterystycemagnesowania (2)jest połączone z wejściem głównym układu całkującego (6), zaś uzwojenie wtórne (5) rdzenia o nieliniowej charakterystyce magnesowania (3) jest połączone z wejściem przetwornika (7) impulsów napięciowych na impulsy szpilkowe, którego wyjściejest połączone zwejściemdodatkowymzerującymoraz wyjściemukładu całkującego (6), przy czym wyjście układu całkującego (6) jest połączone z wejściem wzmacniacza mocy (8), którego wyjście prądowe lub napięciowe stanowi wyjście urządzenia

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do odtwarzania przebiegu czasowego prądu przemiennego.

Odtwarzanie przebiegu czasowego prądu przemiennego jest stosowane w przypadkach kiedy bezpośredni pomiar prądu jest niedogodny lub niemożliwy, na przykład przy prądach o dużych natężeniach lub przy występowaniu wysokich napięć w obwodach wiodących prąd.

Znane sposoby odtwarzania przebiegu czasowego prądu przemiennego stosują metodę przetwarzania prądu przemiennego na proporcjonalny sygnał pomiarowy wykorzystując do tego przekładniki prądowe. Cechą charakterystyczną znanych rozwiązań jest fakt, że dla uzyskania sygnału pomiarowego w postaci prądu lub napięcia wykorzystywany jest jeden rdzeń magnetyczny. Przekładniki prądowe, w których poszczególne rdzenie wykorzystywane są do uzyskiwania sygnałów pomiarowych dla osobnych, niezależnych od siebie obwodów wtórnych, stanowią wyłącznie strukturalne złożenie kilku przekładników w jedną konstrukcyjną całość.

166 187

Wadą stosowania przekładników prądowych jest możliwość magnetycznego nasycania się rdzeni, szczególnie jeśli w prądzie pierwotnym występuje składowa nieokresowa lub gdy prąd pierwotny jest prądem zmiennym o niskiej częstotliwości rzędu kilku Hz lub mniejszej. Powoduje to znaczne błędy w transformacji prądu. Znane jest, w celu ograniczenia możliwości magnetycznego nasycenia się rdzeni, stosowanie specjalnych rozwiązań konstrukcyjnych rdzeni, a mianowicie rdzeni ferromagnetycznych ze szczelinami powietrznymi lub rdzeni powietrznych. Znane są również inne rozwiązania polegające na zastosowaniu specjalnych, dodatkowych układów elektronicznych, kompensujących składową nieokresową prądu lub układów przeciwdziałających wzrostowi strumienia magnetycznego w rdzeniu przekładnika.

Istota sposobu odtwarzania przebiegu czasowego prądu przemiennego według wynalazku polega na tym, że prąd przemienny jest przetwarzany za pomocą indukcji magnetycznej o liniowej charakterystyce przetwarzania na napięcie o przebiegu proporcjonalnym do przebiegu pochodnej przetwarzanego prądu względem czasu oraz jednocześnie jest przetwarzany za pomocą indukcji magnetycznej o nieliniowej charakterystyce przetwarzania na impulsy napięcia pojawiające się przy zmianie kierunku przepływu przetwarzanego prądu przemiennego, które następnie przetwarza się na impulsy szpilkowe występujące w momentach przechodzenia przetwarzanego prądu przez wartość zerową, przy czym napięcie o przebiegu proporcjonalnym do przebiegu pochodnej przetwarzanego prądu poddaje się całkowaniu w układzie całkującym, a doprowadzonymi do dodatkowego zerującego wejścia układu całkującego impulsami szpilkowymi nadaje się scałkowanemu napięciu wartości zerowe w momencie przechodzenia przebiegu odtwarzanego przez wartość zerową, po czym uzyskany na wyjściu układu całkującego przebieg napięcia wzmacnia się.

Istota urządzenia do odtwarzania przebiegu czasowego prądu przemiennego polega na tym, że uzwojenia pierwotne, korzystnie jednozwojowe, rdzenia magnetycznego o liniowej charakterystyce magnesowania i rdzenia magnetycznego o nieliniowej charakterystyce magnesowania są włączone w obwód odtwarzanego prądu przemiennego, a uzwojenie wtórne rdzenia o liniowej charakterystyce magnesowania jest połączone z wejściem głównym układu całkującego, a uzwojenie wtórne rdzenia o nieliniowej charakterystyce magnesowania jest połączone z wejściem przetwornika impulsów napięciowych na impulsy szpilkowe, którego wyjście jest połączone z wejściem dodatkowym zerującym oraz wyjściem układu całkującego, przy czym wyjście układu całkującego jest połączone z wejściem wzmacniacza mocy, którego wyjście prądowe lub napięciowe stanowi wyjście urządzenia. W urządzeniu do odtwarzania przebiegu czasowego prądu przemiennego według wynalazku uzwojenie wtórne rdzenia magnetycznego o liniowej charakterystyce magnesowania może być połączone z dodatkowym wejściem przetwornika impulsów napięciowych na impulsy szpilkowe.

Zaletą sposobu i urządzenia do odtwarzania przebiegu czasowego prądu przemiennego według wynalazku jest fakt, że następuje przenoszenie bez ograniczeń w czasie również składowych stałych występujących w prądzie przemiennym. Wyeliminowane zostały ponadto błędy wynikające z nasyceń obwodów magnetycznych, a parametry elektryczne obwodów wtórnych są bezpośrednio dostosowane do elektronicznych przyrządów pomiarowych. Ponadto istotną zaletą jest miniaturyzacja i lekkość w stosunku do dotychczasowych urządzeń odznaczających się dużymi gabarytami i ciężkością.

Wynalazek został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przebiegi napięciowo-czasowe w różnych fazach obróbki sygnału odtwarzanego, fig. 2 przedstawia schemat blokowy urządzenia do odtwarzania przebiegu czasowego prądu przemiennego, a fig. 3 - schemat blokowy odmiany tego urządzenia.

Według wynalazku odwzorowanie prądu pierwotnego dwukierunkowego uzyskuje się za pośrednictwem dwóch sprzężonych obwodów magnetycznych w postaci rdzeni magnetycznych o krańcowo różnych charakterystykach magnesowania: o charakterystyce liniowej, którą realizuje rdzeń magnetyczny 2 i nieliniowej, która posiada rdzeń magnetyczny 3. Uzwojenie wtórne 4 rdzenia o liniowej charakterystyce magnesowania 2 oraz uzwojenie wtórne 5 rdzenia o nieliniowej charakterystyce magnesowania 3 są praktycznie otwarte, co oznacza że przepływy pochodzące od nich są pomijalne w porównaniu do przepływu pierwotnego i siła elektromotoryczna w uzwojeniach wtórnych obu rdzeni 2 i 3 jest kształtowana wyłącznie przez prąd

166 187 pierwotny. Przykładowo jako rdzeń o liniowej charakterystyce magnesowania 2 jest użyty rdzeń ferromagnetyczny ze szczelinami powietrznymi, może też być użyty w celu zapewnienia doskonałości odwzorowania rdzeń toroidalny powietrzny. Nieliniową charakterystykę magnesowania drugiego rdzenia magnetycznego 3 uzyskuje się poprzez użycie rdzenia zamkniętego o możliwie wysokiej przenikalności magnetycznej i możliwie wąskiej pętli histerezy, przykładowo z permaloju, dzięki czemu na skutek gwałtownego przemagnesowania rdzenia 3 przy zmianach kierunku prądu pierwotnego J1 w uzwojeniu wtórnym 5 indukowane jest napięcie w postaci charakterystycznych impulsów U2. W urządzeniu do odtwarzania przebiegu czasowego prądu jednozwojowe przemiennego według wynalazku połączone ze sobą szeregowo jednozwojowe uzwojenie pierwotne 1’ rdzenia magnetycznego o liniowej charakterystyce magnesowania 2 i przemiennego według wynalazku połączone ze sobą szeregowo jednozwojowe uzwojenie pierwotne 1’ rdzenia magnetycznego o liniowej charakterystyce magnesowania 2 i magnesowania 2 jest połączone z wejściem głównym układu całkującego 6. Natomiast uzwojenie wtórne 5 rdzenia o nieliniowej charakterystyce magnesowania 3 jest połączone z wejściem przetwornika impulsów napięciowych na impulsy szpilkowe 7, którego wyjście jest połączone z wejściem dodatkowym zerującym układu całkującego 6 oraz z jego wyjściem. Wyjście układu całkującego 6 jest połączone z wejściem wzmacniacza mocy 8, którego wyjście prądowe lub napięciowe stanowi wyjście urządzenia. Istotne dla realizacji przetwornika 7 impulsów napięciowych na szpilkowe jest spełnienie warunku, aby napięciowe impulsy szpilkowe były generowane dokładnie w momentach odpowiadających przechodzeniu przetwarzanego prądu J1 przez zero, przy czym nie jest konieczne generowanie tych impulsów przy każdym przejściu prądu J1 przez wartość zerową.

Odmiana urządzenia do odwzorowania przebiegu czasowego prądu przemiennego pokazana na fig. 3 polega na tym, że uzwojenie wtórne 4 rdzenia o liniowej charakterystyce magnesowania 2 jest połączone poza wejściem głównym układu całkującego 6 z dodatkowym wejściem przetwornika 7 impulsów napięciowych na impulsy szpilkowe. Według wynalazku w uzwojeniu wtórnym 4 rdzenia 2 podczas przepływu prądu odtwarzanego J1 w jednozwojowym uzwojeniu pierwotnym 1’ indukuje się sygnał napięciowy U1 o przebiegu proporcjonalnym do przebiegu pochodnej prądu przetwarzanego względem czasu Sygnał ten jest doprowadzony do wejścia układu całkującego 6, w którym jest całkowany. Jednocześnie impulsy indukowane w uzwojeniu wtórnym 5 od przemagnesowania rdzenia magnetycznego o nieliniowej charakterystyce magnesowania 3 doprowadzone są do przetwornika 7 impulsów napięciowych, w którym są przetwarzane na krótkotrwałe napięciowe impulsy szpilkowe Ui występujące dokładnie w momentach przechodzenia prądu odtwarzanego J1 przez wartości zerowe. Impulsy te są doprowadzone do układu całkującego 6 i służą do nadawania wartości zerowej napięciu wyjściowemu przykładowo poprzez zwieranie wyjścia tego układu, wskutek czego przebieg napięcia U3 dokładnie odwzorowuje przebieg prądu odtwarzanego J1, nawet w przypadku, gdy w prądzie J1 występuje składowa stała. Napięcie U3 doprowadzone jest do wzmacniacza mocy 8, w którym przetworzone zostaje na proporcjonalny sygnał napięciowy lub prądowy Sp o pożądanej mocy, stanowiący sygnał wyjściowy układu.

W odmianie urządzenia do odtwarzania przebiegu czasowego prądu przemiennego przedstawionej na fig. 3 napięciowe impulsy szpilkowe Ui generowane są przy narastaniu bezwględnej wartości napięcia U2 na wejściu przetwornika 7, w momentach, gdy ta wartość przekracza wartość progową. Wartość progowa jest zależna od parametrów i właściwości magnetycznych rdzenia 3 i jest dobierana eksperymentalnie. W tym celu do przetwornika 7 doprowadzone jest dodatkowe napięcie U1 z uzwojenia wtórnego 4 rdzenia 2, które wykorzystane jest do sterowania wartością progową.

166 187

F i q . 2

F i q . 3

166 187

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób odtwarzania przebiegu czasowego prądu przemiennego wykorzystujący metodę indukcji magnetycznej, znamienny tym, że prąd przemienny (J1) jest przetwarzany za pomocą indukcji magnetycznej o liniowej charakterystyce przetwarzania na napięcie (Ul) o przebiegu proporcjonalnym do przebiegu pochodnej przetwarzanego prądu względem czasu oraz jednocześnie jest przetwarzany za pomocą indukcji magnetycznej o nieliniowej charakterystyce przetwarzania na impulsy napięcia (U2) pojawiające się przy zmianie kierunku przepływu przetwarzanego prądu przemiennego (J1), które następnie przetwarza się na impulsy szpilkowe (Ui) występujące w momentach przechodzenia przetwarzanego prądu (J1) przez wartości zerowe, przy czym napięcie (U1) o przebiegu proporcjonalnym do przebiegu pochodnej przetwarzanego prądu (J1) poddaje się całkowaniu w układzie całkującym (6), a doprowadzonymi do dodatkowego wejścia układu całkującego (6) impulsami szpilkowymi (Ui) nadaje się scałkowanemu napięciu wartości zerowe w momencie przechodzenia przebiegu odtwarzanego (J1) przez wartości zerowe, po czym uzyskany na wyjściu układu całkującego (6) przebieg napięcia (U3) poddaje się wzmocnieniu.

2. Urządzenie do odtwarzania przebiegu czasowego prądu przemiennego, wykorzystujące rdzenie magnetyczne z uzwojeniami pierwotnymi i wtórnymi, znamienne tym, że uzwojenie pierwotne (1’), korzystnie jednozwojowe, rdzenia magnetycznego o liniowej charakterystyce magnesowania (2) i uzwojenie pierwotne (1), korzystnie jednozwojowe, rdzenia magnetycznego o nieliniowej charakterystyce magnesowania (3) są włączone w obwód prądu odtwarzanego (J1), a uzwojenie wtórne (4) rdzenia o liniowej charakterystyce magnesowania (2) jest połączone z wejściem głównym układu całkującego (6), zaś uzwojenie wtórne (5) rdzenia o nieliniowej charakterystyce magnesowania (3) jest połączone z wejściem przetwornika (7) impulsów napięciowych na impulsy szpilkowe, którego wyjście jest połączone z wejściem dodatkowym zerującym oraz wyjściem układu całkującego (6), przy czym wyjście układu całkującego (6) jest połączone z wejściem wzmacniacza mocy (8), którego wyjście prądowe lub napięciowe stanowi wyjście urządzenia.

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że uzwojenie wtórne (4) rdzenia magnetycznego o liniowej charakterystyce magnesowania (2) jest połączone z dodatkowym wejściem przetwornika (7) impulsów napięciowych na napięciowe impulsy szpilkowe.