PL212345B1 - Sposób korekcji błędów przetwarzania elektronicznych przekładników prądowych z kompensacją strumienia w rdzeniu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób korekcji błędów przetwarzania elektronicznych przekładników prądowych z kompensacją strumienia w rdzeniu.

Elektroniczne przekładniki prądowe z kompensacją strumienia w rdzeniu charakteryzują się tym, że w ich torze głównym znajduje się rdzeń ferromagnetyczny ze szczeliną, w której jest umieszczony czujnik Halla, na wyjściu którego znajduje się wzmacniacz sygnału wyjściowego czujnika, którego wyjście jest połączone ze wzmacniaczem mocy, który stanowią dwa komplementarne tranzystory. Wzmacniacz mocy wymusza przepływ prądu w uzwojeniu kompensacyjnym przekładnika. Wyjście przekładnika łączy się szeregowo z rezystorem pomiarowym. Jeśli wartość częstotliwości prądu pierwotnego przekładnika elektronicznego jest mniejsza od częstotliwości granicznej, blok elektroniczny przekładnika pracuje liniowo i napięcie wyjściowe tego bloku wymusza przepływ prądu w uzwojeniu kompensacyjnym przekładnika. Wraz ze wzrostem częstotliwości prądu pierwotnego następuje wzrost spadku napięcia na połączeniu szeregowym uzwojenia kompensacyjnego i rezystora pomiarowego. Gdy wartość częstotliwości prądu pierwotnego osiągnie wartość graniczną, spadek napięcia na połączeniu uzwojenie kompensacyjne-rezystor pomiarowy osiągnie wartość, przy której tranzystory bloku elektronicznego przekładnika znajdą się na granicy pracy aktywnej, zaś dalszy wzrost częstotliwości prądu pierwotnego spowoduje nasycenie tych tranzystorów i odłączenie bloku elektronicznego przekładnika.

W celu minimalizacji błędów przekładników elektronicznych ich producenci zalecają obliczanie minimalnej i maksymalnej wartości rezystora pomiarowego, połączonego z uzwojeniem kompensacyjnym przekładnika, dla prądu stałego. Wartość minimalna rezystora pomiarowego wynika z ograniczonej mocy rozpraszanej w wyjściowym stopniu mocy przekładnika. Wartość maksymalna rezystora pomiarowego wynika z minimalnego napięcia kolektor-emiter, zapewniającego liniowe wzmocnienie stopnia mocy przekładnika, które od dołu ogranicza napięcie nasycenia tranzystorów bloku elektronicznego i jest obliczana z zależności:

_ t/₀(max)

Km(max) ^2(max) w której Rm(max) oznacza wartość maksymalną rezystora pomiarowego, uo(max) oznacza maksymalną wartość napięcia wyjściowego, zapewniającego liniowe wzmocnienie wyjściowego stopnia mocy przekładnika elektronicznego, zaś i2(max) maksymalną wartość prądu wtórnego przekładnika, wynikającą z przekładni zwojowej, przy czym ^uo(max) ^{= U}CC(min) ^{- U}CE(SAT) ^{- i}2(max) ^R2 gdzie UCC(min) oznacza minimalną wartość napięcia zasilania, wynikającą z dopuszczalnej odchyłki podawanej przez producenta, UCE(SAT) oznacza napięcie kolektor-emiter nasycenia tranzystora w wyjściowym stopniu mocy przekładnika, R2 oznacza rezystancję uzwojeń strony wtórnej przekładnika. Przy ustalaniu minimalnej i maksymalnej wartości rezystora pomiarowego pomija się indukcyjność własną uzwojenia kompensacyjnego przekładnika, a co za tym idzie impedancję tej cewki kompensacyjnej, której wartość modułu rośnie wraz z częstotliwością graniczną prądu pierwotnego. Prowadzi to do szybkiego nasycenia tranzystorów elektronicznego bloku przekładnika, co skutkuje odłączeniem bloku elektronicznego przekładnika.

Znany jest sposób redukcji błędów przekładników wspomaganych elektronicznie, polegający na zastosowaniu w bloku elektronicznym tego przekładnika korektora realizującego funkcję regulatora PI. W układzie z zamkniętą pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego regulator PI, umieszczony w torze głównym, dąży do zminimalizowania dynamicznego błędu regulacji do zera.

Niedogodność tego sposobu polega na tym, że w przypadku przetwarzania sygnałów przemiennych regulator PI minimalizuje do zera błąd regulacji bloku elektronicznego tylko wtedy, gdy prąd pierwotny przekładnika ma przebieg sinusoidalny.

Inny znany sposób minimalizacji błędów elektronicznych przekładników prądowych polega na zmianach konstrukcyjnych rdzenia zmniejszających indukcyjność rozproszenia cewki kompensacyjnej.

Sposób ten znajduje zastosowanie przy przetwarzaniu prądu o częstotliwości powyżej kilku kHz. W tym zakresie częstotliwości błędy wprowadzane przez przekładnik, mimo zmniejszenia indukcyjności rozproszenia, pozostają dużo większe niż w paśmie gdzie pracuje blok elektroniczny. Sposób ten

PL 212 345 B1 nie poprawia więc dokładności przetwarzania prądu o częstotliwości większej od granicznej częstotliwości pracy bloku elektronicznego.

W opracowaniu „Układy pomiarowe w energoelektronice”, COSi W SEP, Warszawa 2003 r, omawia się sposób korekcji błędów wnoszonych przez układy transformatorowe, a więc także przez przekładniki elektroniczne pracujące w paśmie wyższych częstotliwości (bez wspomagania elektronicznego), który wymaga zastosowania algorytmu cyfrowego przetwarzania sygnałów, a zatem implementacji nowego algorytmu w cyfrowy układ pomiarowy.

Sposób ten jest więc przydatny dla producentów aparatury pomiarowej, a nie dla jej użytkowników w istniejących już układach.

Sposób korekcji błędów przetwarzania elektronicznych przekładników prądowych z kompensacją strumienia w rdzeniu według wynalazku polega na tym, że do wyjścia przekładnika, w miejsce wyjściowego opornika pomiarowego, dołącza się szeregowo obciążenie aktywne o charakterze pojemnościowym w postaci układu żyratorowego o tak dobranej wartości jego elementów biernych, w zadanym przedziale pulsacji prądu pierwotnego przekładnika, aby spełniona była następująca zależność:

|Zm (ω) + Zl (ω)| < Rm(max), w której Rm(max) oznacza maksymalną wartość rezystancji obciążenia dopuszczonej przez producenta dla danego typu przekładnika, ZL oznacza moduł impedancji odwodu cewki kompensacyjnej przekładnika, ZM oznacza moduł impedancji zastępczej układu żyratorowego wyznaczonej przy pulsacji ω prądu pierwotnego, i nadto dobranego tak, aby umożliwiał uzyskanie reaktancji pojemnościowej o wartości zmieniającej się w funkcji częstotliwości w przedziale mniejszych wartości w porównaniu z wartościami reaktancji pojemnościowej uzyskanymi za pomocą pojemności pasywnej.

W sposobie według wynalazku wyjściowy opornik pomiarowy zastąpiono impedancją aktywną w postaci układu żyratorowego, której wartość zmienia się wraz z częstotliwością prądu pierwotnego, przy czym zastosowany układ żyratorowy nie zwiększa stałej czasowej obwodu cewki kompensującej przekładnika. Dołączenie do wyjścia przekładnika układu żyratorowego powoduje zwiększenie szerokości częstotliwościowego pasma pracy bloku elektronicznego przekładnika, w którym błędy przetwarzania mają wartości mniejsze niż w paśmie pracy z odłączonym blokiem przekładnika.

Sposób według wynalazku nie wymaga ingerencji w strukturę bloku elektronicznego.

Sposób według wynalazku ilustruje poniższy przykład z powołaniem się na rysunek przedstawiający schemat blokowy układu żyratorowego zastosowanego w przykładzie.

P r z y k ł a d

W celu korekcji błędów przetwarzania przekładnika prądowego z kompensacją strumienia w rdzeniu do wyjścia przekładnika dołączono układ żyratorowy przedstawiony na rysunku, zawierający wzmacniacze operacyjne WO1 i WO2, impedancję Z1 o charakterze pojemnościowym o pojemności C1 oraz impedancje Z2, Z3, Z4 i Z5. Działanie zastosowanego układu żyratorowego opisują następujące równania:

2f_sj = ^yi(s) _ Zi(s)-Z₃(s)-Zs(s) ^{1 }} 'iW Z₂(s)-Z₄(s) gdzie:

Z(s) oznacza impedancję wejściową widzianą między węzłem (1) i węzłem masy Vo, V1(s) = V3(s) dla wzmacniacza WO1 V3(s) = V5(s) dla wzmacniacza WO2 stąd

V1(s) = V5(s) w oparciu o prawo Ohma

Z₁(s)-I₁(s) = Z₂(s)-(-I₂(s)) Z3(s)-I3(s) = Z4(s)-I₄(s) (1) (2) (3) (4) (5) (6)

PL 212 345 B1 gdzie:

V1(s) = V3(s), V5(s) oznaczają zespolone wartości potencjałów w odpowiadających im węzłach obwody żyratora, I₁(s) - I₄(s) oznaczają zespolone wartości prądów w obwodzie żyratora, Z₁(s) - Z₅(s) oznaczają zespolone wartości impedancji elementów biernych w układzie żyratora.

Rezystancja wejściowa wzmacniaczy WO1 i WO2 Rwe >> 1, więc
I2(s) = I3(s)	(7)
zatem uwzględniając zależności (5), (6) i (7) V1 _ zv z2 v1	(8)
/l Z2 ' Zą. /4 oraz zależności (4) i (8) v± _ zrz3.z5 h Z2 ·	(8)

Pojemnościowy charakter i wartości impedancji Z1 (pojemność C1) oraz impedancje Z2, Z3, Z4 i Z5 układu żyratorowego dobrano tak, aby w zadanym przedziale zmian częstotliwości ω prądu pierwotnego przekładnika, spełniona była zależność:

|Zm (ω) + Zl (ω)| < Rm(max), w której Rm(max) oznacza maksymalną wartość rezystancji obciążenia dopuszczonej przez producenta przekładnika, ZL oznacza moduł impedancji odwodu cewki kompensacyjnej przekładnika, ZM oznacza moduł impedancji zastępczej układu żyratorowego, którą wyznaczono przy pulsacji ω prądu pierwotnego z zależności:

— ^{1 R}3^R5 ^M ~ 6ic₁ r₂r₄ w której C1, R2, R3, R4, R5 oznaczają wartości elementów biernych odpowiadających impedancjom w układzie żyratorowym.

Okazało się, iż zastosowanie układu żyratorowego spowodowało dwukrotne zmniejszenie wartości błędu prądowego oraz błędu kątowego przekładnika wspomaganego elektronicznie.

Claims (1)

1. Sposób korekcji błędów przetwarzania elektronicznych przekładników prądowych z kompensacją strumienia w rdzeniu, znamienny tym, że do wyjścia przekładnika, w miejsce wyjściowego opornika pomiarowego dołącza się szeregowo obciążenie aktywne o charakterze pojemnościowym w postaci układu żyratorowego o tak dobranej wartości jego elementów biernych, w zadanym przedziale pulsacji prądu pierwotnego przekładnika, aby spełniona była następująca zależność:

   |ZM (ω) + ZL (ω)| < Rm(max), w której Rm(max) oznacza maksymalną wartość rezystancji obciążenia dopuszczonej przez producenta dla danego typu przekładnika, ZL oznacza moduł impedancji odwodu cewki kompensacyjnej przekładnika, ZM oznacza moduł impedancji zastępczej układu żyratorowego, wyznaczonej przy pulsacji ω prądu pierwotnego, i nadto dobranego tak, aby umożliwiał uzyskanie reaktancji pojemnościowej o wartości zmieniającej się w funkcji częstotliwości w przedziale mniejszych wartości w porównaniu z wartościami reaktancji pojemnościowej uzyskanymi za pomocą pojemności pasywnej.