RU1783449C - Датчик силового посто нного тока - Google Patents

Abstract

Использование: измерение тока т говых двигателей электрического транспорта, Сущность изобретени : выполнение датчика на трехстержневом ферромагнитном сердечнике в двум  окнами и воздушными зазорами в каждом сгер жне, размещение силового провода с измер емым током и обмотки обратной св зи в разных окнах сердечника , использование калибровочной ферромагнитной прокладки в воздушном зазоре бокового стержн , прилежащего к окну, в котором проходит силовой провод. Датчик тока содержит трехстержневой ферромагнитный сердечник 1, калибровочную прокладку 3 в воздушном зазоре бокового стержн  сердечника, обмотку 4 обратной св зи, размещенную на другом боковом стержне сердечника, в воздушном зазоре которого размещен элемент Холла 5. Выход элемента Холла 5 через операционный усилитель 6, источник тока 7 и калиброванный резистор 8 соединен с обмоткой 4 обратной св зи. 1 з,п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к электроизме рительному оборудованию, в частности к датчикам силового посто нного тока.

Известно устройство дл  измерени  силового посто нного тока, содержащее ферромагнитный сердечник с воздушным зазором, в котором размещен элемент Холла , операционные усилители, калиброванный резистор, стабилизирующие элементы. Устройство работает по принципу пр мого преобразовани  измер емой величины в выходной сигнал. Это  вл етс  существенным недостатком устройства, так как при пр мом преобразовании погрешности всех составных элементов устройства вход т в общую погрешность устройства, в результате чего необходимо использовать высокоточные и высокостабильные элементы и обеспечивать их защиту от вли ни  внешних факторов. Указанное обсто тельство приводит к повышению сложности и стоимости устройства, в противном случае устройство имеет низкую точность.

Прототипом предлагаемого датчика тока  вл етс  устройство, содержащее ферромагнитный сердечник с размещенным в его окне силовым проводом, по которому протекает измер емый ток, элемент Холла в воздушном зазоре сердечника, выход которого соединен через операционный усилитель, источника тока, и калиброванный резистор с обмоткой обратной св зи, размещенной

4 00 СА)

ю

на ферромагнитном сердечнике. Устройство работает по принципу уравновешивающего (компенсационного) преобразовани  измер емой величины в выходной сигнал. Это обеспечивает высокую точность устройства , так как его погрешность обусловлена только погрешностью цепи обратной св зи, в которую включают образцовые элементы

Недостатками устройства   вл ютс  большие масса, габариты стбимб Йть при изготовлении его дл  измерени  больших токов, высокий ра сход меди на обмотку обратной св зи, невозможность изменени  верхнего предела измерени , т.е. отсутствие унификации.

Целью изобретени   вл етс  снижение массогабаритных показателей и унификаци .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в датчике силового посто нного тока, содержащем ферромагнитный сердечник, снабженный обмоткой обратной св зи, элемент Холла, выход которого подключен к входу усилител , управл емый источник тока, вход которого соединен с усилителем, а выход подключен к обмотке обратной св зи через калибровочный резистор с выводами, предназначенными дл  подключени  измерительного прибора, ферромагнитный сердечник выполнен трехстержневым с воздушными зазорами в каждом стержне, причем обмотка обратной св зи нанесена нагп ервый из боковых стержней, в воздушном зазоре которого установлен элемент Холла, а окно сердечника, прилегающее к второму боковому стержню, предназначено дл  пропускани  провода с измер емым током , при этом в воздушном зазоре второго бокового стержн  размещена ферромагнитна  калибровочна  прокладка.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство содержит ферромагнитный трехстержневой сердечник 1 с двум  окнами и воздушными зазорами б-|, 62 и 63 в стержн х. Через окно сердечника, прилежащее к боковому стержню с воздушным зазором 6i, пропущен силовой провод 2, ток в котором требуетс  измер ть. В воздушном зазоре 6i размещена калибровочна  ферромагнитна  прокладка 3. На другом боковом стержне сердечника 1 размещена обмотка 4 обратной св зи, а в воздушном зазоре бз этого стержн  размещен элемент Холла 5 (цепь питани  элемента Холла на чертеже не показана). Выход элемента Холла подключен к входу операционного усилител  6 (цепи питани  усилител  на чертеже не показаны, т.к. они  вл ютс  стандартными).

Выход операционного усилител  6 соединен с входом источника 7 тока, который выполнен по схеме эмиттерного повторител . К выходу источника 7 тока через калибро- вочный резистор 8 подключена обмотка 4 обратной св зи.

Устройство работает следующим образом .

Измер емый ток х силового провода 2

создает в боковом стержне с воздушным зазором 6i магнитный поток ФХ1, который разветвл етс  в среднем и другом боковом стержн х сердечника на составл ющие ФХ2 и ФхЗ. От потока Фхз в элементе Холла 5

генерируетс  ЭДС, котора  усиливаетс  операционным усилителем 6. Выходное напр жение усилител  б управл ет источником 7 тока, который вырабатывает ток 10с обратной св зи. Этот ток через резистор 8

поступает в обмотку 4 обратной св зи. Под действием тока 10с, протекающего по обмотке А, наводитс  магнитный поток Ф0с обратной св зи.Обмотка 4 включена таким образом, что магнитный поток Фос направлен встречно магнитному потоку ф хз. В результате этого поток Ф0с начинает компенсировать действие потока Ф хз на элемент Холла 5, и выходна  ЭДС элемента Холла 5 начинает уменьшатьс , что приводит к снижению выходного напр жени  усилител  6, а(затем и тока 10с обратной св зи на выходе источника 7. Такое уменьшение идет до тех пор, пока не наступит динамическое равновесие между магнитным потоком

ф х3| который создаетс  измер емым током 1х, и током 1ос обратной св зи на выходе источника 7. Это состо ние, согласно теории систем уравновешивающего (компенсационного )преобразовани ,

описываетс  следукж1ей зависимостью:

ФхЗ

К,

пр

1 + К

пр

Ч)С

(1)

где Кпр Кэх К0у Кит - коэффициент передачи цепи пр мого преобразовани , в которую вход т элемент Холла 5, операционный усилитель 6, источник тока 7 (Кэх, 0 к0у, Кит - коэффициенты передачи указанных элементов);

Кос Кос -

W,

ос

- коэффициент передачи цепи обратной св зи, в которую вход т обмотка 4 обратной св зи с числом витков Woe и сопротивление Re.ос воздушных зазоров сердечника 1 магнитному потоку Ф0с обратной св зи;

рд -о. Rd Rtfe „RfrRfo + Rji Rfc+Ru R& Rdoc-Ra3 + R Jl+ft(fcftd,+Rfc

R 51. R 62 - R (5з сопротивление воздушных зазоров б 1, (5 2,5 з

Ф «зl«Wi

R& 1

P. x «& R&T R 52+ R b ff R A- 4- ft A

bWiRfe (5z-t-RdiR 53-l-R(

Wi 1 - число витков силового провода

2., . „

Коэффициент передачи КПр цепи пр мо- го преобразовани  выбирают из услови  Клр Кос 1. Тогда формулу (1) можно упростить:

хз

Ix

Ф

Кос Woc(R(5i +R&

IX WOC

Ioc Wi v R&

Кдт-Ј (1+Погрешность от такого допущени  не превышает 1%, что дл  практики вполне допу- стимо.

На основании преобразованной зависимости определ етс  коэффициент передачи датчика тока в целом

R.

Согласно найденному соотношению, коэффициент передачи датчика тока нахо- дитс  в линейной зависимости от сопротивлени  воздушного зазора первого бокового стержн  сердечника 1, которое в свою очередь линейно зависит от величины 6i этого зазора

Rdi

ftoS

где л о - магнитна  проницаемость воздуха;

S - сечение воздушного зазора.

Найденна  зависимость дл  коэффициента передачи Кдт датчика тока показывает, что, измен   величину 6i воздушного зазора с помощью калибровочной ферромагнит- ной прокладки 3, можно измен ть коэффициент передачи датчика тока. Следовательно , име  набор калибровочных пластин , можно один и тот же датчик использовать дл  измерени  токов с различными их предельными значени ми.

- Выходным сигналом датчика тока  вл етс  падение напр жени  Квых на резисторе 8. Сопротивление резистора 8 строго калиб- ро вахо, и падение напр жени  на нем от тока Ioc будет с высокой степенью точности соответствовать измер емому току х,

Использование в устройстве трехстерж- невого сердечника с воздушными зазорами в каждом стержне снижает величину действующего на элемент Холла 5 магнитного потока от измер емого тока х. Это позвол ет существенно снизить число витков обмотки 4 обратной св зи, а, следовательно, массо- габаритные показатели датчика, Кроме того, возможность измерени  предела измерени  датчика обеспечивает его унификацию, т.е. конструкци , расход материалов и технологи  изготовлени  единые дл  датчиков тока с различными пределами измерени .

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Датчик силового посто нного тока, содержащий ферромагнитный сердечник, снабженный обмоткой обратной св зи, элемент Холла, выход которого подключен к входу усилител , управл емый источник тока , вход которого соединен с выходом усилител , а выход подключен к обмотке обратной св зи через калибровочный резистор с выводами, предназначенными дл  подключени  измерительного прибора, от л и- чающийс  тем, что, с целью улучшени  массогабаритных показателей, ферромагнитный сердечник выполнен трехстержневым с воздушными зазор ами в каждом стержне , причем обмотка обратной св зи нанесена на первый из боковых стержней, в воздушном зазоре которого установлен элемент Холла, а окно сердечника, прилегающее к второму боковому стержню, предназначено дл  пропускани  провода с измер емым током.
2. 2. Датчик по п,1 .отличающийс  тем, что, с целью унификации путем изменени  верхнего предела измерени , в воздушном зазоре второго бокового стержн  сердечника размещена ферромагнитна  калибровочна  прокладка. ,«,