RU223331U1 - Катушка роговского - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к конструкции первичных преобразователей тока, и может быть использована для измерения переменного тока. Технический результат заключается в повышении точности измерения переменного тока. Использование катушек Роговского в качестве первичных датчиков тока позволяет измерять токи короткого замыкания в широком диапазоне. Катушка Роговского содержит размещенные в одном разъемном корпусе два тороидальных сердечника, каждый выполнен разъемным и состоит из двух симметричных полуколец из неферромагнитного материала с температурным коэффициентом линейного расширения α<10⋅10^-6 К^-1, установленных с зазором друг к другу. При этом тороидальные сердечники размещены в корпусе соосно так, что зазоры смещены друг относительно друга на угол λ=60°÷120°. На полукольцах размещены катушки с обратным витком, соединенные последовательно и образующие однослойную обмотку с противоположным направлением витков на тороидальных сердечниках. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к электроэнергетике, а именно к конструкции первичных преобразователей тока, и может быть использована для измерения переменного тока. Использование катушек Роговского в качестве первичных датчиков тока позволяет измерять токи короткого замыкания в широком диапазоне.

Известна катушка Роговского (Патент на полезную модель РФ №109866, МПК G01R19/00, 2011 г.), выполненная в виде двух обмоток, при этом первая обмотка намотана в одном направлении на первом неферромагнитном каркасе с фиксированным сечением и фиксированной плотностью намотки, а вторая обмотка намотана в противоположном направлении на втором неферромагнитном каркасе с фиксированным сечением и фиксированной плотностью намотки, причем напряжение, наведенное в катушке, измеряется на концах соединенных последовательно обмоток.

Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности выполнения навесного монтажа (без разрыва токопровода), а также высокая стоимость конечного изделия за счет использования печатных плат.

Известен измеритель больших постоянных токов (Патент на изобретение РФ №8125, МПК G01R19/00,1996 г.), содержащий пояс Роговского в виде обмотки, имеющей n₀ начальных безвитковых секторов и расположенной на разъемном неферромагнитном каркасе, некоторые части которого соединены шарниром, причем первый вывод обмотки заземлен, интегратор напряжения на основе операционного усилителя, неинвертирующий вход которого заземлен, а между инвертирующим входом и выходом включен конденсатор, саморазмыкающуюся кнопку сброса показаний, включенную параллельно конденсатору интегратора, и регистрирующий прибор, подсоединенный к выходу интегратора, отличающийся тем, что в обмотку пояса Роговского введены (n - n₀) безвитковых секторов, длина каждого из которых равна длине начального безвиткового сектора, расположенных равномерно вдоль обмотки, повторитель напряжения, вход которого подсоединен ко второму выводу обмотки пояса Роговского, а выход через резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя.

Недостатком устройства является сложность конструкции за счет последовательного соединения большого количества независимых катушек Роговского (являющихся сегментами готового изделия). Наличие большого количества воздушных зазоров в конструкции изделия приводит к значительному снижению выходного сигнала, а значит требуется дополнительная обработка сигнала и применение сложной системы экранирования контрольного кабеля.

Известен измерительный преобразователь тока (Патент на полезную модель РФ №137960, МПК G01R19/00, 2013 г.), наиболее близкий аналог, содержащий последовательность катушек с намотанными на них обмотками, причем центральные оси симметрии катушек лежат в плоскости круга, образованного катушками, а их середины касаются одной и той же окружности, кроме того соседние катушки механически соединены между собой с помощью подвижного соединения и электрически путем соединения начала обмотки очередной катушки с концом обмотки предыдущей катушки, а конец обмотки последней катушки соединен с началом обратного провода, проходящего по поверхности катушек в начало последовательности, первые и последние слои обмоток всех катушек соединены между собой и изолированы от других обмоток, являясь экраном. Преобразователь выполнен из первой и второй симметричных половин, которые выполнены выше указанным образом, каждая расположена в своем корпусе из немагнитного материала, имеющем форму полого полукольца, причем корпуса выполнены с возможностью разъединения и соединения за счет разъемных соединений, кроме того первым выводом преобразователя является начало первой обмотки первой последовательности обмоток первой половины преобразователя, вторым выводом является конец обратного провода второй последовательности обмоток второй половины преобразователя, а начало первой обмотки второй последовательности соединено с концом обратного провода первой последовательности, экраны первой и второй половин преобразователя связаны между собой и являются третьим выводом преобразователя.

Разъемная конструкция катушки Роговского удешевляет и упрощает их монтаж на уже действующих электроустановках и позволяет проводить навесной монтаж без разрыва токоведущих частей. Общим недостатком катушек Роговского разъемной конструкции является зависимость коэффициента преобразования от положения первичного проводника.

Недостатками указанного измерительного преобразователя тока является сложность конструкции, недостаточная точность измерений из-за высокой чувствительности к положению первичного токопровода при смещении катушки Роговского относительно токопровода в процессе эксплуатации.

Технический результат заключается в повышении точности измерения переменного тока.

Технический результат достигается тем, что катушка Роговского содержит размещенные в одном разъемном корпусе два тороидальных сердечника, каждый выполнен разъемным и состоит из двух симметричных полуколец из неферромагнитного материала с температурным коэффициентом линейного расширения α<10*10^-6 К^-1, установленных с зазором друг к другу, при этом тороидальные сердечники размещены в корпусе соосно так, что зазоры смещены друг относительно друга на угол λ=60°÷120°, на полукольцах размещены катушки с обратным витком, соединенные последовательно и образующие однослойную обмотку с противоположным направлением витков на тороидальных сердечниках.

На фиг.1 схематично изображено полукольцо разъемного тороидального сердечника с катушкой с обратным витком. На фиг.2 изображена электрическая схема соединения однослойной обмотки заявляемой катушки Роговского. На фиг.3 изображена модель катушки Роговского, без корпуса.

Катушка Роговского содержит размещенные в одном разъемном корпусе (на чертежах не показан) два тороидальных сердечника. Каждый тороидальный сердечник выполнен разъемным и состоит из двух симметричных полуколец 1 из неферромагнитного материала с низким температурным коэффициентом линейного расширения α<10*10^-6 К^-1. Полукольца 1 каждого тороидального сердечника установлены с зазором 2 друг к другу. Тороидальные сердечники размещены в корпусе соосно так, что зазоры 2 смещены друг относительно друга на угол λ=60°÷120°, Наличие разъемного корпуса обеспечивает возможность указанного взаимного расположения тороидальных сердечников. На каждом полукольце 1 размещена катушка 3 с обратным витком 4. Катушки 3 соединены последовательно и образующие однослойную обмотку с противоположным направлением витков на тороидальных сердечниках. Выводы обмотки выполнены с возможностью подключения к блоку обработки сигналов или напрямую в измерительное устройство экранированной витой парой с типизированными разъемами на конце. Выполнение обмотки указанным образом при указанном расположении тороидальных сердечников обеспечивает взаимную компенсацию неравномерности электромагнитного поля в области зазоров 2, исключает зависимости коэффициента преобразования от положения первичного проводника. При этом следует отметить, что подбор материалов сердечников с низким температурным коэффициентом линейного расширения α<10*10^-6 К^-1 позволяет снизить погрешности преобразования из-за температуры окружающей среды (расширение полуколец 1 разъемного сердечника не приводит к появлению недопустимых погрешностей), а широкодиапазонность и отсутствие насыщения делает заявляемую катушку Роговского применимой как для целей релейной защиты, так и для целей технического и коммерческого учета электроэнергии.

Катушка Роговского работает следующим образом.

При протекании электрического тока по токопроводу 5, который охвачен двумя тороидальными сердечниками (каждый из двух симметричных полуколец 1) в размещенной на них однослойной обмотке наводится ЭДС, пропорциональна изменению тока I(t) в объекте измерения (токопроводе 5):

где L - индуктивность, N - количество витков.

На выходе датчика тока появляется напряжение, пропорциональное производной протекаемого тока. Полученные сигналы поступают на блок обработки сигналов или непосредственно на измерительное устройство, где происходит их обработка, и формирование обобщенного сигнала в аналоговой или цифровой формах. Применение однослойной обмотки с противоположным направлением витков на двух тороидальных сердечниках при указанном их взаимном расположении исключает зависимость коэффициента преобразования от положения первичного проводника, повышает точность измерений.

Изготовленный экспериментальный образец заявляемой катушки Роговского по результатам исследовательских испытаний показал работоспособность предложенной конструкции. Результаты испытаний в целом подтвердили повышение точности измерений переменных токов, в том числе апериодических составляющих токов короткого замыкания, при смещении зазоров друг относительно друга на 60°÷120°. Наилучший результат достигается при угловом смещении близком к 90°, что так же подтверждает математическое моделирование.

Таким образом, применение указанных технических решений позволяет повысить точность измерения переменного тока в широком диапазоне температуры окружающей среды при обеспечении возможности навесного монтажа без разрыва токопровода.

Claims (1)

1. Катушка Роговского, отличающаяся тем, что содержит размещенные в одном разъемном корпусе два тороидальных сердечника, каждый выполнен разъемным и состоит из двух симметричных полуколец из неферромагнитного материала с температурным коэффициентом линейного расширения α<10⋅10^-6 К^-1, установленных с зазором друг к другу, при этом тороидальные сердечники размещены в корпусе соосно так, что зазоры смещены друг относительно друга на угол λ=60°÷120°, на полукольцах размещены катушки с обратным витком, соединенные последовательно и образующие однослойную обмотку с противоположным направлением витков на тороидальных сердечниках.