PL222525B1 - Przetwornik prądu na napięcie - Google Patents

Abstract

Przetwornik prądu na napięcie zawiera rozłożone równomiernie na okręgu cewki (C1) do (Cn) w postaci wielowarstwowych obwodów drukowanych o powtarzalnym kształcie, wymiarach i rezystancji wewnętrznej (RW1 do RWn), połączone szeregowo ze sobą i z jednej strony, poprzez przeciwzwój (PP) dołączone do rezystora korekcyjnego (RK2) i wyjścia przetwornika (WY). Z drugiej strony poprzez rezystor korekcyjny (RK1) dołączone są do rezystora korekcyjnego (RK2) i wyjścia przetwornika (WY). Wartości rezystorów korekcyjnych (RK1) i (RK2) są tak dobrane, że dzielnik rezystancyjny, którego pierwsza rezystancja składa się z szeregowo połączonych rezystancji wewnętrznych (RW1 do RWn) i rezystancji pierwszego rezystora korekcyjnego (RK1), a drugą rezystancję stanowi drugi rezystor korekcyjny (RK2), ma tak dobrany stopień podziału napięcia zaindukowanego na cewkach przetwornika, że napięcie wyjściowe (Uwy) na wyjściu (WY) ma określoną, pożądaną wartość w stosunku do wartości prądu (I).

Description

(21) Numer zgłoszenia: 398526 (51) Int.Cl.

G01R 15/18 (2006.01) G01R 19/00 (2006.01) H01F 38/28 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 20.03.2012 (54) Przetwornik prądu na napięcie

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 30.09.2013 BUP 20/13	(73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT TELE- I RADIOTECHNICZNY, Warszawa, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.08.2016 WUP 08/16	(72) Twórca(y) wynalazku: GRZEGORZ KOWALSKI, Warszawa, PL ANDRZEJ NOWAKOWSKI, Warszawa, PL

PL 222 525 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest precyzyjny przetwornik prądu na napięcie, stosowany zwłaszcza w pomiarach prądu w energetycznych urządzeniach zabezpieczających.

Przetworniki prądu na napięcie są realizowane jako cewka bez rdzenia ferromagnetycznego, nawijana przewodem lub drukowana w postaci ścieżek miedzianych na laminacie, otaczająca przewód, w którym płynie mierzony prąd.

W większości znanych przetworników prądu na napięcie rzeczywista proporcja prądu do napięcia nie jest równą liczbą i nie jest powtarzalna dla poszczególnych egzemplarzy wyprodukowanych przetworników. Zależy to od rzeczywistego ułożenia się zwojów na karkasie oraz od średniej gęstości uzwojenia i ilości zwojów.

Znane z opisu patentowego WO2011097045 rozwiązanie przetwornika prąd-napięcie jest realizowane jako zestaw liniowo nawiniętych cewek, ułożonych w postaci foremnego wielokąta.

Znanym rozwiązaniem z amerykańskiego opisu patentowego US6313623 B1 są przetworniki wykonane w technologii płytek drukowanych, w postaci promieniście dwuwarstwowo ułożonych ścieżek z dodatkowym korekcyjnym fragmentem.

Z amerykańskiego opisu patentowego US7227441 B2 znane są przetworniki nawijane na specjalnym żłobkowanym karkasie, dzięki czemu można precyzyjnie ułożyć i określić ilość zwojów.

Innym znanym rozwiązaniem z opisu patentowego WO2007061390 są przetworniki nawijane taśmą składającą się z wielu równolegle ułożonych przewodów z wykorzystaniem dwóch kierunków nawijania. Taka taśma pozwala na uzyskanie powtarzalnych odległości pomiędzy poszczególnymi przewodami.

Kolejnym znanym rozwiązaniem z amerykańskiego opisu patentowego US7227442 B2 są przetworniki wykonane w postaci podwójnego uzwojenia wykonanego jako dwustronna płytka drukowan a, przy czym jedno z uzwojeń kompensuje błędy wnoszone przez drugie uzwojenie.

Przetwornik prądu na napięcie według wynalazku zawiera równomiernie po okręgu rozłożone cewki w postaci wielowarstwowych obwodów drukowanych o powtarzalnym kształcie, wymiarach i rezystancji wewnętrznej. Cewki te połączone są ze sobą szeregowo i z jednej strony, poprzez przeciwzwój, dołączone do drugiego rezystora korekcyjnego i wyjścia przetwornika, a z drugiej strony poprzez pierwszy rezystor korekcyjny dołączone do drugiego rezystora korekcyjnego i wyjścia przetwornika.

Wartości rezystorów korekcyjnych są tak dobrane, że dzielnik rezystancyjny, którego pierwsza rezystancja składa się z szeregowo połączonych rezystancji wewnętrznych i rezystancji pierwszego rezystora korekcyjnego, a drugą rezystancję stanowi drugi rezystor korekcyjny, ma tak dobrany stopień podziału napięcia zaindukowanego na cewkach przetwornika, że napięcie wyjściowe na wyjściu ma określoną, pożądaną wartość w stosunku do wartości prądu.

Zastosowanie zespołu cewek wykonanych w postaci wielowarstwowych obwodów drukowanych ustawionych równomiernie i precyzyjnie na okręgu zapewnia wysoką powtarzalność parametrów przetwornika prąd-napięcie, ale realna proporcja prądu do napięcia takiego przetwornika najczęściej wyraża się skomplikowanym ułamkiem. Wykonanie poszczególnych cewek w technologii wielowarstwowych obwodów drukowanych gwarantuje powtarzalność kształtu i rozmiarów każdej cewki na poziomie pojedynczych mikrometrów. Każda cewka charakteryzuje się również określoną rezystancją wewnętrzną. Płytki drukowane cewek są wlutowane w pola lutownicze na płytce drukowanej podstawy, zawierającej przeciwzwój, rezystory korekcyjne oraz połączenia pomiędzy cewkami. Taka konstrukcja gwarantuje dokładne ustawienie poszczególnych cewek względem siebie. Napięcie na wyjściu przetwornika jest proporcjonalne do prądu płynącego w przewodzie umieszczonym wewnątrz przetwornika. Dzięki zastosowanemu rezystorowi korekcyjnemu połączonemu szeregowo z cewkami można zmienić sumaryczną rezystancję szeregową cewek. Ta sumaryczna rezystancja szeregowa w połączeniu z rezystorem korekcyjnym połączonym równolegle z wyjściem przetwornika tworzy dzielnik napięcia, który zmienia rzeczywistą proporcję prądu do napięcia przetwornika na pożądaną wyrażającą się za pomocą prostej liczby. Ponadto ujednolicona jest rezystancja wyjściowa przetwornika. W związku z użyciem do konstrukcji cewki wielowarstwowych obwodów drukowanych, których powtarzalność wykonania jest bardzo wysoką raz ustalone wartości rezystorów korekcyjnych dokładnie k orygują stopień przełożenia (czułość) danego wykonania przetwornika prądu na napięcie.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania schematycznie na rysunku.

Przetwornik prądu na napięcie zawiera rozłożone równomiernie na okręgu cewki C1 do Cn, które są wykonane w postaci wielowarstwowych obwodów drukowanych, wszystkie o powtarzalnym kształcie,

PL 222 525 B1 wymiarach i rezystancji wewnętrznej RW1 do RWn. Cewki C1 do Cn są tak ustawione, że płaszczyzna ich zwojów jest równoległa do kierunku prądu I oraz prostopadła do płaszczyzny okręgu, na którym są rozmieszczone. Cewki C1 do Cn połączone szeregowo ze sobą są z jednej strony poprzez rezystor korekcyjny RK1, a z drugiej strony poprzez przeciwzwój PP dołączone do rezystora korekcyjnego RK2 i do wyjścia WY przetwornika prądu na napięcie. Przeciwzwój PP ma za zadanie skompensować błąd, który jest wprowadzany przez zewnętrzne pola magnetyczne. Na cewkach C1 do Cn, pod wpływem prądu płynącego w przewodzie I indukuje się napięcie, proporcjonalne do tego prądu. Suma wartości rezystora korekcyjnego RK1 oraz rezystancji wewnętrznych cewek RW1 do RWn w stosunku do wartości rezystora korekcyjnego RK2 tworzy dzielnik rezystancyjny. Wartości rezystorów korekcyjnych RK1 i RK2 są tak dobrane, aby powstały dzielnik korygował napięcie zaindukowane w cewkach tak, że napięcie wyjściowe Uwv na wyjściu dzielnika WY ma określoną pożądaną wartość w stosunku do wartości prądu I.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Przetwornik prądu na napięcie zawierający cewki w postaci obwodu drukowanego oraz przeciwzwój, znamienny tym, że zawiera rozłożone równomiernie na okręgu cewki (C1) do (Cn) w postaci wielowarstwowych obwodów drukowanych o powtarzalnym kształcie, wymiarach i rezystancji wewnętrznej (RW1 do RWn), połączone szeregowo ze sobą i z jednej strony, poprzez przeciwzwój (PP) dołączone do rezystora korekcyjnego (RK2) i wyjścia przetwornika (WY), a z drugiej strony poprzez rezystor korekcyjny (RK1) dołączone do rezystora korekcyjnego (RK2) i wyjścia przetwornika (WY), przy czym wartości rezystorów korekcyjnych (RK1) i (RK2) są tak dobrane, że dzielnik rezystancyjny, którego pierwsza rezystancja składa się z szeregowo połączonych rezystancji wewnętrznych (RW1 do RWn) i rezystancji pierwszego rezystora korekcyjnego (RK1), a drugą rezystancję stanowi drugi rezystor korekcyjny (RK2), ma tak dobrany stopień podziału napięcia zaindukowanego na cewkach przetwornika, że napięcie wyjściowe (Uwy) na wyjściu (WY) ma określoną, pożądaną wartość w stosunku do wartości prądu (I).