RU1774276C - Измерительный преобразователь сигналов переменного напр жени или тока - Google Patents

Abstract

Использование: в качестве входного нормирующего устройства, обеспечивающего гальваническое отделение измерительных цепей преобразователей электрических величин промышленной электросети от контролируемых цепей энергообьектов. Сущность изобретени : преобразователь содержит калиброванный резистор I. который шунтируетс  в случае контрол  входного тока перемычкой 8, трансформатор 2 тока с первичной 3 и вторичной 4 обмотками, преобразователь 5 Холла, операционный усилитель 6, резистор 7 обратной св зи и источник 9 образцового тока. 4 ил.

Description

вж/

Изобретение относи гсл информационно-измерительной техниче и может быть использовано в качестве входного нормирующего устройства, обеспечивающего гальваническое отделение измерительных цепей преобразователей электрических величин промышленной электросети (переменные напр жени  и ток, активна  и реактивна  мощность, т.п.) от контролируемых цепей энергоооъектов.

Известен мзм- рг/ ге ьный преобразователь сигналов гето is iwonj напр жени  или тока, содержащий калиброванный резистор , трансформатор тока с , вторичной и индикаторной обмотками, усилитель напр жени  и ресисгор обратной св зи (см. Лейтман М.Б, Нормирующие измерительные преобразователи электрических сигналов. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 27, рис. 2.2 а).

Недостатком известного измерительного преобразовател   вл етс  низка  точность преобразовани  контролируемых сигналов вследствие сужени  динамическо- го диапазона усилител  напр жени , а также из-за ограничен ;; усилени  последнего, вызываемого ухудшением устойчивости схемы в целом.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  измерительный преобразователь сигналов переменного напр жени  или тока, содержащий калиброванный резистор 1, трансформатор 2 тока с первичной 3 и вторичной 4 обмотками , преобразователь 5 Холла,усилитель 6 напр жени , резистор 7 обратной св зи, перемычку 8, шунтирующую последний в случае измерени  входного точа, и источник 9 образцового ток.- (см. фиг. 4 и Лаппе Р., Фишер Ф. Изморепп  о онегн.этической электронике: Пер. с нем. - .: Зкергоато- миздат, 1986, с. 138, рис. 7.11).

На фиг, 3 представлена эквивалентна  схема прототипа, где Rr и R0c - калиброванный резистор 1 и резистор 7 обратной св зи , Zi n + jXpi;Z2 Г2 + jXP2, Yc усилитель 6 напр жени , ri, Г2 л Xpi, Xp2 активные и реактивные сопротивлени  рассеивани  первичной 3 и вторичной 4 обмоток трансформатора 2 тока; Zc - эквивалентное полное сопротивление потерь намагничивающего контура сердечника трансформатора 2 тока; Dx преобразователи 5 Холла; Zex полное входное сопротивление усилител  6. При этом цепь первичной обмотки 3 приведена к вторичной обмотке 4 трансформатора 2 тока.

Входной ток И, протека  по первичной обмотке 3 трансформатора 2 тока, создает

магнитный поток Фт, воздействующий н« преобразователь 5 Холла. Это приводит к возникновению на входе усилител  6 напр жени , пропорционального произведению

образцового тока 0 и магнитной индукции, завис щей от . При этом за счет большого усилени  Ус через вторичную обмотку 4 протекает соответствующее значение тока z, формируемого Ус, что приводит к

возникновению магнитного потока , компенсирующего Ф1. Достижение нулевого результирующего магнитного потока в сердечнике трансформатора 2 тока характеризуетс  нулевым выходным напр жением

DX5.

Однако при конечном коэффициенте усилени  Кус потоки Ф1 и Фа не равны, что приводит к по влению амплитудной yz и УГЛОВОЙ & погрешностей прототипа.

Согласно фиг. 3 и 4 11 12-Ис,

(1)

25

где 1С - намагничивающий ток.

Использу  законы Кирхгофа, получим

12

Uc

с . Uyc + Uc

2а + Roc

(2) (3)

причем Uyc - выходное напр жение Ус, а ис - падение напр жени  на Zc. Дл  преобразовател  Холла DX можно записать

ин Кн В 10.(4)

Поскольку В  вл етс  функцией с, то UH KЈic. (5)

Подставл   уравнение (5) в выражени (2), получим

- ЦУС(ГН

+ ZBX) U

УС

Кус Кус + 2С

(6)

причем гн - внутреннее выходное сопротив 5Q ление Холла, а вместо Uyc - выражение из (3):

1с 12.22+Яос

2с(1 + Кус)

(7)

55 Использу  последнее выражение со вместно с (1), имеем

1Г

12

(8)

где Ei2

Z. 4- Roc

2C(1 + ад

(9)

Таким образом, погрешности прототипа определ ютс  выражени ми

дг leftl cos (а + р-0м)7(10)

)г -0,5lei2l2 - I Ј12 sin (a + p-pi) /

причем а, р и - соответственно угол между векторами lc и результирующего магнитного потока в сердечнике трансформаторов 2 тока, аргумент вектора (2.2 + Roc) и аргумент вектора (Кус + 1),

При работе прототипа с входным капр - жениеу Ui перемычка 8 размыкаетс . Тогда h создаетс  напр жением Ui, а в остальном известное устройство работает аналогично, как описано выше.

Из выражени  (9) видно, что значени  дг и yi определ ютс  в значительной мере значением Кус .

Обеспечение большого коэффициента передачи Ус приводит к возникновению большого посто нного напр жени  сдвига на выходе, что вызывает сужение динамического диапазона выходного сигнала. При этом, если ввести разделительный конденсатор , чтобы отделить посто нную составл ющую , то нарушаетс  устойчивость схемы, аналогично как в известной схеме, описанной в книге М.Б.Лейтмана (рис. 2.2а, с. 32-33).

Кроме того, большой коэффициент усилени  Ус ухудшает помехозащищенность и устойчивость схемы,

Следовательно, недостатком прототипа  вл етс  низка  точность преобразовани  контролируемого игнала, обусловленна  конечным значением коэффициента усилени  Ус.

Цель изобретени  - повышение точности преобразовани .

Цель достигаетс  тем, что в измерительном преобразователе сигналов переменного напр жени  или тока, содержащем калиброванный резистор, который шунтируетс  в случае контрол  входного тока, трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, преобразователь Холла, операционный усилитель, резистор обратной св зи и источник образцового тока, причем последовательно соединенные калиброванный резистор и первична  обмотка трансформатора тока подключены к входным зажимам преобразовател , а начало вторичной обмотки трансформатора тока соединено через резистор обратной св зи с земл ной шиной и выходным зажимом преобразовател , источник образцового тока подключен к входным зажимам преобразовател  Холла, операционный усилитель включен по схеме повторител 

напр жени , между входом и выходом которого подключены выходные зажимы преобразовател  Холла, а конец вторичной обмотки трансформатора тока соединен с входом повторител  напр жени .

0Новые элементы в за вл емом устройстве по сравнению с прототипом отсутствуют . Решений с подобным сочетанием известных элементов не обнаружено.

Существенность отличий решени  за5 ключаетс  в том, что полученна  нова  взаимосв зь известных элементов преобразовател  позволила увеличить точность преобразовани  контролируемых сигналов в 9 раз. Это, в свою очередь, приводит к

0 экономии электроэнергии за счет более точного учета ее при использовании предлагаемого преобразовател  в составе информационно-измерительной системы контрол  электрических величин промыш5 ленной электросети. Таким образом, решение обладает новизной и соответствует критерию существенные отличи .

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого измерительного преобразовател 

0 сигналов переменного напр жени  или тока; на фиг. 2 - его эквивалентна  схема; на фиг. 3 - эквивалентна  схема прототипа; на фиг. 4 - схема прототипа,

Измерительный преобразователь сиг5 налов переменного напр жени  или тока содержит калиброванный резистор 1, который шунтируетс  в случае контрол  входного тока перемычкой 8, трансформатор 2 тока с первичной 3 и вторичной 4 обмотками,

0 преобразователь 5 Холла, операционный усилитель 6, резистор 7 обратной св зи и источник 9 образцового тока.

Последовательно соединенные калиброванный резистор 1 и первична  обмотка

5 3 трансформатора 2 тока подключены к входным зажимам преобразовател . Начало вторичной обмотки 4 трансформатора 2 тока соединено через резистор 7 обратной св зи с земл ной шиной и выходным зажи0 мом преобразовател . Источник 9 образцового тока подключен к входным зажимам преобразовател  5 Холла. Операционный усилитель 6 включен по схеме повторител  напр жени ,между входом и выходом кото5 рого подключены выходные зажимы преобразовател  5 Холла. Конец вторичной обмотки 4 трансформатора 2 тока соединен с входом повторител  напр жени .

В конкретном реализованном преобразователе в качестве преобразовател  5 Холла и усилител  6 могут быть использованы соответственно преобразователь Холла типа Х511 (см. Брэйко В.В., Гринберг И.П. и др. Гальваномагнитные преобразователи в измерительной технике. - М.: Энергоато- миздат, 1984, с. 252) и микросхема К153УД5А(см. Щербаков В.И., Грездов Г.И. Справочник. Электронные схемы на операционных усилител х. - К.: Техника, 1983, с. 6). Источник 9 образцового тока может быть построен с использованием последовательно соединенных источника опорного напр жени  и схемы управл емого источника тока (см. книгу Щербаков В.И., Грездов Г.И, рис. 7.8 б и рис. 7.9а, с. 130-131).

При работе по входу с переменным током (перемычка 8 закорачивает резистор 1) предлагаемый измерительный преобразователь работает следующим образом.

Магнитный поток Ф-|, созданный входным током И , воздействует на вторичную обмотку 4 трансформатора 2 тока и преобразователь 5 Холла, что приводит к по влению падений напр жений на них. Из-за действи  отрицательной обратной св зи повторитель напр жени  обеспечивает соответствующее значение выходного тока с тем, чтобы привести падение напр жени  на выходе преобразовател  5 Хрлла к нулю . При этом магнитны поток , возникающий благодар  току (2 через вторичную обмотку ,4 трансформатора 2 тока, скомпенсирует Ф1.

Таким образом, согласно эквивалентной схеме (фиг. 2) ,

H -fc + ic + iH + lex.(11)

Использу  закон Кирнгофа дл  контуров , получим

IDX

I вхпн (1 Кпн} , 1сЈ -,

I UBXTIH ( Кпн) . Ги

ивхпн l2(Z2 + R)

Подставл   уравнени  (12)...(15) в выражение (11), имеем

(16)

где Јц (22 R)

1-Кпн1

(Гн1|2с) 2Ј

(17)

Выражени  дл  угловой dt и амплитудной yi погрешностей предлагаемого преобразовател  аналогичны выражени м (10) дл  прототипа.

Если прин ть IZ2+RI f 500 Ом; |ZCI 1QOO Ом; ikyc l 1000; IZBXI - Ом; |Кпн 0,9999; гн 104 Ом, то, сравнива  leia и |Јц I, вычисленные по уравнени м (9) и (17), получим

еи1 У иУ

Таким образом, точность преобразовани  контролируемых сигналов предлагаемым устройством примерно в 9 раз выше, чем у прототипа.

Вышеизложенные рассуждени  справедливы при работе предлагаемого измерительного преобразовател  по входу с переменным напр жением.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Измерительный преобразователь сигналов переменного напр жени  или тока, содержащий калиброванный резистор, который шунтируетс  в случае контрол  тока, трансформатор тока, повторитель напр жени , резистор обратной св зи, причем последовательно соединенные калиброванный резистор и первична  обмотка трансформатора тока подключены к входным зажимам преобразовател , начало вторичной обмотки трансформатора тока соединено с выходным зажимом преобразовател  и через резистор обратной св зи с земл ной

   шиной, конец вторичной обмотки трансформатора соединен с входом повторител  напр жени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовани , введен элемент Холла, выходные зажимы которого подключены к входу и выходу повторител  напр жени .

   I1 ..

   1 KF /V

   -Mi 4Z37i

   .-.- j-t

   8

   Г fr

   -±-tt

   Л

   /