RU2544363C2

RU2544363C2 - Multifunctional current sensor

Info

Publication number: RU2544363C2
Application number: RU2012152711/28A
Authority: RU
Inventors: Борис Андреевич Коробейников; Андрей Борисович Коробейников; Денис Александрович Литягин; Татьяна Евгеньевна Полякова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Электроинтел" (ООО "Электроинтел")
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2015-03-20
Also published as: RU2012152711A

Abstract

FIELD: instrumentation.

SUBSTANCE: device comprises for each phase (A, B, C) its current converter, primary circuits of which generate a rotary magnetic field, and six rectifiers. Secondary windings are divided into twelve groups representing pairs of three-phase systems turned by 30° relative to each other. To outputs of the first, second and third groups (A_n, B_n, C_n), used for generation of signals proportionate to controlled phase currents, inputs of the first, second and third rectifiers are connected, accordingly. To the output of the combined fourth, fifth and sixth groups (A_n.1, B_n.1, C_n.1), used for generation of a signal proportionate to positive-sequence current, the input of the fourth rectifier is connected. To the output of the combined seventh, eighth and ninth groups (A_n.2, B_n.2, C_n.2), used for generation of a signal proportionate to negative-sequence current, the input of the fifth rectifier is connected. To the output of the combined tenth, eleventh and twelfth groups (A_n.0, B_n.0, C_n.0), used for generation of a signal proportionate to zero-sequence current, the input of the sixth rectifier is connected.

EFFECT: expanded arsenal of facilities for analysis of three-phase currents.

1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к измерительным устройствам, и предназначено для применения в составе аппаратов измерения, защиты и сигнализации.The invention relates to electrical engineering, namely to measuring devices, and is intended for use as part of measuring, protection and signaling devices.

Известен однофазный трансформатор с вращающимся магнитным полем [Коробейников Б.А., Сидоров Д.И. Патент №67793 по кл. МПК H02M 5/14], работа которого заключается в преобразовании однофазного сигнала в многофазный и основана на возбуждении однофазным током вращающегося магнитного поля (ВМП) без применения емкостных фазосдвигающих элементов.Known single-phase transformer with a rotating magnetic field [Korobeinikov B.A., Sidorov D.I. Patent No. 67793 by class IPC H02M 5/14], whose operation is to convert a single-phase signal into a multiphase one and is based on the excitation of a rotating magnetic field (HFMP) by a single-phase current without the use of capacitive phase-shifting elements.

Данный трансформатор аналогичен предлагаемому изобретению по использованному в нем методу образования ВМП, но сильно отличается по конструктивному исполнению.This transformer is similar to the invention according to the method of formation of the PMF used in it, but it differs greatly in design.

Наиболее близкими по техническому решению и выбранными в качестве прототипа, являются: фильтр тока прямой последовательности на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем [Коробейников Б.А., Полякова Т.Е., Беседин Е.А., Смаглиев A.M., Литягин Д.А., патент №106754 по кл. МПК G01R 29/16]; фильтр тока обратной последовательности на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем [Коробейников Б.А., Беседина Т.Е., заявка на изобретение №2010116916 по кл. МПК G01R 29/16]; фильтр тока нулевой последовательности на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем [Коробейников Б.А., Полякова Т.Е., Беседин Е.А., Смаглиев A.M., Литягин Д.А., патент №106753 по кл. МПК G01R 29/16], содержащие каждый по три тороидальные сердечника, где фазные токи трехфазной системы, протекая по первичным обмоткам, формируют ВМП, наводящие в соединенных соответствующим образом вторичных обмотках многофазные системы напряжений, которые при выпрямлении позволяют получить на выходе сигналы, пропорциональные токам прямой, обратной и нулевой последовательностей соответственно.The closest in technical solution and selected as a prototype are: direct-sequence current filter based on a transformer with a rotating magnetic field [Korobeinikov B.A., Polyakova T.E., Besedin E.A., Smagliev AM, Lityagin D.A. ., patent No. 106754 by class. IPC G01R 29/16]; reverse sequence current filter based on a transformer with a rotating magnetic field [Korobeinikov B.A., Besedina T.E., application for invention No.2010116916 by class. IPC G01R 29/16]; zero-sequence current filter based on a transformer with a rotating magnetic field [Korobeinikov B.A., Polyakova T.E., Besedin E.A., Smagliev A.M., Lityagin D.A., patent No. 106753, cl. IPC G01R 29/16], each containing three toroidal cores, where the phase currents of the three-phase system, flowing through the primary windings, form a HFM that induce multiphase voltage systems in the correspondingly connected secondary windings, which, when rectified, allow receiving signals proportional to currents direct, reverse and zero sequences, respectively.

Недостатком этих устройств является то, что они выполняют функцию контроля тока только одной симметричной составляющей.The disadvantage of these devices is that they perform the function of controlling the current of only one symmetrical component.

Техническим результатом изобретения является увеличение информативности при анализе трехфазного тока и упрощение метода получения параметров трехфазного тока.The technical result of the invention is to increase the information content in the analysis of three-phase current and simplify the method of obtaining parameters of three-phase current.

Это достигается тем, что предлагаемый многофункциональный датчик тока содержит для каждой из трех контролируемых им фаз свой преобразователь тока, вторичные обмотки которых разбиты на 12 групп, 3 из которых формируют сигналы, пропорциональные токам в фазах, а остальные 9 при соответствующем их соединении формируют сигнал, пропорциональный токам прямой, обратной и нулевой последовательности, что дает возможность получать информационные признаки сигналов без применения интегральной, микропроцессорной базы и использования сложных математических алгоритмов.This is achieved by the fact that the proposed multifunctional current sensor contains for each of the three phases it monitors its own current transducer, the secondary windings of which are divided into 12 groups, 3 of which generate signals proportional to the currents in the phases, and the remaining 9 form a signal with their corresponding connection, proportional to the currents of the forward, reverse and zero sequence, which makes it possible to obtain information signs of signals without the use of an integrated microprocessor base and the use of complex mat ble algorithms.

На чертеже показана принципиальная схема заявляемого многофункционального датчика тока.The drawing shows a schematic diagram of the inventive multifunctional current sensor.

Разработанное устройство содержит для каждой из трех контролируемых им фаз свой фазный преобразователь тока, первичные цепи которого выполнены следующим образом: на тороидальном магнитном сердечнике 1 располагаются четыре катушки, при этом начало катушки 4 и конец катушки 5 образуют первый вход преобразователя - зажим 2, далее конец катушки 4 соединен с концом катушки 6, начало катушки 5 - с началом катушки 7, начало катушки 6 - с балластной индуктивностью 8, а конец катушки 7 - с балластным резистором 9, другие концы которых образуют при соединении второй вход преобразователя - зажим 3, при этом для получения ВМП катушки первичных обмоток с номерами 4, 5 и 6, 7 расположены относительно друг друга с пространственным сдвигом 90°, а количество витков в катушках 4, 7 и 5, 6 соотносятся друг к другу как 1:2. Вторичные обмотки 10 предлагаемого устройства выполнены для каждого из трехфазных преобразователей в виде четырех пар симметричных трехфазных систем, в каждой паре одна трехфазная система обмоток сдвинута в пространстве относительно другой на угол 30°. Причем системы в первых парах вторичных обмоток преобразователей тока фаз А, В, С с индексами 1, 3, 5; 2, 4, 6 соединены по схеме «звезда», определяют первую, вторую, третью группы вторичных обмоток и концами подключены к входам многофазных выпрямителей 14, 15, 16 соответственно. Системы во вторых парах вторичных обмоток с индексами 1.1, 3.1, 5.1; 2.1, 4.1, 6.1 соединены между собой по схеме, описанной в первом прототипе, определяют четвертую, пятую, шестую группы вторичных обмоток и концами подключены к входу многофазного выпрямителя 11. Системы в третьих парах вторичных обмоток с индексами 1.2, 3.2, 5.2; 2.2, 4.2, 6.2 соединены между собой по схеме, описанной во втором прототипе, представляют седьмую, восьмую, девятую группы вторичных обмоток и концами подключены к входу многофазного выпрямителя 12. Системы в четвертых парах вторичных обмоток с индексами 1.0, 3.0, 5.0; 2.0, 4.0, 6.0 соединены между собой по схеме, описанной в третьем прототипе, представляют десятую, одиннадцатую, двенадцатую группы вторичных обмоток и концами подключены к входу многофазного выпрямителя 13.The developed device contains for each of the three phases it monitors its own phase current converter, the primary circuits of which are made as follows: four coils are located on the toroidal magnetic core 1, while the beginning of the coil 4 and the end of the coil 5 form the first input of the converter — clamp 2, then the end coil 4 is connected to the end of coil 6, the beginning of coil 5 is at the beginning of coil 7, the beginning of coil 6 is with ballast inductance 8, and the end of coil 7 is with ballast resistor 9, the other ends of which form when connected and the second input of the transducer is clamp 3, in this case, to obtain the PMF, the coils of the primary windings with numbers 4, 5 and 6, 7 are located relative to each other with a spatial shift of 90 °, and the number of turns in the coils 4, 7 and 5, 6 are related to each other to a friend as 1: 2. Secondary windings 10 of the proposed device are made for each of the three-phase converters in the form of four pairs of symmetric three-phase systems, in each pair one three-phase winding system is shifted in space relative to the other by an angle of 30 °. Moreover, the systems in the first pairs of secondary windings of current transformers of phases A, B, C with indices 1, 3, 5; 2, 4, 6 are connected according to the "star" scheme, they determine the first, second, third groups of secondary windings and are connected to the inputs of multiphase rectifiers 14, 15, 16, respectively. Systems in the second pairs of secondary windings with indices 1.1, 3.1, 5.1; 2.1, 4.1, 6.1 are interconnected according to the scheme described in the first prototype, the fourth, fifth, sixth groups of secondary windings are determined and connected to the input of the multiphase rectifier 11. The systems in the third pairs of secondary windings with indices 1.2, 3.2, 5.2; 2.2, 4.2, 6.2 are interconnected according to the scheme described in the second prototype, represent the seventh, eighth, ninth group of secondary windings and the ends are connected to the input of a multiphase rectifier 12. Systems in the fourth pairs of secondary windings with indices 1.0, 3.0, 5.0; 2.0, 4.0, 6.0 are interconnected according to the scheme described in the third prototype, represent the tenth, eleventh, twelfth group of secondary windings and the ends are connected to the input of the multiphase rectifier 13.

Новизна заявляемого технического решения заключается в том, что данное устройство позволяет производить одновременный контроль величины полного тока и его симметричных составляющих, извлекаемых с помощью совокупности вторичных обмоток, расположенных относительно друг друга под определенными углами на базе трех магнитных систем.The novelty of the claimed technical solution lies in the fact that this device allows simultaneous control of the total current and its symmetrical components, extracted using a combination of secondary windings located relative to each other at certain angles based on three magnetic systems.

Предлагаемый датчик тока на выходе с выпрямителя формирует напряжения, пропорциональные амплитудам токов фаз, а также токов всех симметричных составляющих трехфазной системы.The proposed current sensor at the output from the rectifier generates voltages proportional to the amplitudes of the phase currents, as well as the currents of all symmetrical components of the three-phase system.

Работает заявляемый датчик тока следующим образом: через зажимы 2 и 3 преобразователей тока каждой фазы протекают токи промышленной частоты с фазовым сдвигом 120° относительно друг друга. При этом первичные обмотки преобразователей (4-7) посредством встречно включенных катушек создают в тороидальном магнитном сердечнике 1 две перпендикулярных и равных по модулю магнитодвижущих силы, которые, в свою очередь, создают ВМП, наводящее во вторичных обмотках 10, электродвижущие силы с попарно фазовым сдвигом 30°, в итоге полученные напряжения в результате соответствующего соединения обмоток в группы и их подключения к многофазным выпрямителям 11-16 позволяют получить на выходе датчика постоянный сигнал, пропорциональный амплитудам токов фаз и симметричных составляющих трехфазной системы.The inventive current sensor works as follows: through clamps 2 and 3 of the current converters of each phase, industrial frequency currents with a phase shift of 120 ° relative to each other flow. In this case, the primary windings of the transducers (4-7) by means of counter-connected coils create in the toroidal magnetic core 1 two perpendicular and equal in magnitude magnetomotive forces, which, in turn, create a magnetic field inducing in the secondary windings 10 electromotive forces with a pair of phase shift 30 °, as a result, the resulting voltages as a result of the corresponding connection of the windings into groups and their connection to multiphase rectifiers 11-16 allow you to get a constant signal at the output of the sensor proportional to the amplitudes phase currents and symmetrical components of a three-phase system.

Использование двенадцати групп систем вторичных обмоток, примененных для формирования параметров тока, позволяет получить на его выходе сигналы, пропорциональные амплитудам токов фаз, а также токов симметричных составляющих трехфазной системы, тем самым объединяя в одном устройстве несколько, что повышает информативность, компактность и функциональность построенных на его базе устройств.The use of twelve groups of secondary winding systems used to form current parameters allows to obtain signals at its output that are proportional to the amplitudes of the phase currents, as well as the currents of the symmetrical components of the three-phase system, thereby combining several in one device, which increases the information content, compactness and functionality built on its device base.

Claims

A multifunctional current sensor containing for each phase a current transducer and six rectifiers, while the inputs of the first, second and third rectifiers are connected to the outputs of the first, second and third groups of current transformer windings to obtain phase currents, the input of the fourth rectifier is connected to the output windings of the fourth current converters fifth, sixth groups to obtain a direct sequence current, the input of the fifth rectifier is connected to the output windings of the current transformers of the seventh, eighth, ninth groups for radiation inverse sequence current, of the sixth rectifier input connected to the output winding of the current transformers of the tenth, eleventh, twelfth groups for obtaining zero sequence current, wherein the current converters have rotating magnetic fields formed polyphase rectifiers.