RU2555524C1 - Electronic current transformer - Google Patents
Electronic current transformer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2555524C1 RU2555524C1 RU2014109646/28A RU2014109646A RU2555524C1 RU 2555524 C1 RU2555524 C1 RU 2555524C1 RU 2014109646/28 A RU2014109646/28 A RU 2014109646/28A RU 2014109646 A RU2014109646 A RU 2014109646A RU 2555524 C1 RU2555524 C1 RU 2555524C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amplifier
- current
- output
- measuring
- input
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к электроизмерительной технике и предназначено для прецизионных измерений широкого диапазона токов, особенно в высоковольтных сетях и энергосистемах.The proposed technical solution relates to electrical engineering and is intended for precision measurements of a wide range of currents, especially in high-voltage networks and power systems.
Из широкого ряда измерительных преобразователей тока (ИПТ) выделен ряд ИПТ, получивший название электронные трансформаторы тока (ЭТТ), отличительным признаком которых является наличие в них промежуточного преобразования измеряемого тока с помощью электронных схем [1].From a wide range of measuring current transducers (IPT), a number of IPTs, called electronic current transformers (ETTs), are distinguished, the hallmark of which is the presence in them of an intermediate conversion of the measured current using electronic circuits [1].
Широкое применение получили компенсационные ИПТ на основе измерительных трансформаторов тока (ИТТ), в которых первичный магнитный поток, создаваемый измеряемым током, компенсируется магнитным потоком противоположенного направления, создаваемого током, протекающим через обмотку обратной связи ИТТ [2].Compensatory IPTs based on measuring current transformers (ITTs) are widely used, in which the primary magnetic flux created by the measured current is compensated by magnetic flux in the opposite direction created by the current flowing through the ITT feedback winding [2].
Наиболее близкими к предлагаемому изобретению по технической сущности являются ИПТ, в которых для снижения массы, габаритов и стоимости ток первичных обмоток, используемых в них малогабаритных ИТТ, снижается в сотни раз путем параллельного подключения их к участкам цепи измеряемого тока вдоль оси их протекания [3, 4, 5, 6].The closest to the proposed invention by technical essence are IPT, in which to reduce the mass, size and cost, the current of the primary windings used in them small-sized ITT is reduced hundreds of times by parallel connecting them to sections of the measured current circuit along the axis of their flow [3, 4, 5, 6].
Для работы с приборами, имеющими токовые входы, например счетчики электроэнергии и мощности, в таких ИПТ используются выходные согласующие трансформаторы (ВСТ).To work with devices that have current inputs, for example, electricity and power meters, in such IPT output matching transformers (VST) are used.
Недостатком таких ИПТ является то, что миниатюризация применяемых в них трансформаторов значительно ухудшает линейность их магнитных характеристик, а это приводит к значительному увеличению токовой и угловой погрешности ИПТ, что не позволяет использовать такие ИПТ в качестве прецизионных и образцовых измерителей тока.The disadvantage of such IPTs is that the miniaturization of the transformers used in them significantly worsens the linearity of their magnetic characteristics, and this leads to a significant increase in the current and angular errors of IPTs, which does not allow the use of such IPTs as precision and reference current meters.
Выявленные недостатки ИПТ устраняются или сводятся к минимуму в предлагаемой реализации ЭТТ.Identified shortcomings of IPT are eliminated or minimized in the proposed implementation of ETT.
Целью предлагаемого технического решения является значительное снижение токовой и угловой погрешностей ЭТТ путем линеаризации и стабилизации магнитных характеристик входящих в их состав малогабаритных трансформаторов.The purpose of the proposed technical solution is to significantly reduce the current and angular errors of the ETT by linearizing and stabilizing the magnetic characteristics of the small-sized transformers included in their composition.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение следующих характеристик ЭТТ:The technical result of the invention is to improve the following characteristics of ETT:
- значительное снижение токовой и угловой погрешностей;- a significant reduction in current and angular errors;
- уменьшение массы, габаритов и стоимости применяемых ИТТ;- reduction in the mass, dimensions and cost of ITT;
- расширение диапазона измеряемых токов;- expanding the range of measured currents;
- инвариантность ЭТТ к изменению сопротивления нагрузки;- the invariance of ETT to a change in load resistance;
- повышение температурной и временной стабильности.- increase in temperature and time stability.
Технический результат достигается тем, что в электронном трансформаторе тока, содержащем входной измерительный трансформатор тока, первичная обмотка которого соединена с участком цепи измеряемого тока по оси его протекания, а измерительная обмотка соединена с дифференциальными входами предварительного усилителя, выход которого через последовательную цепь, состоящую из фазовращателя, регулируемого усилителя, усилителя мощности, ограничительного резистора и первичной обмотки выходного согласующего трансформатора, соединен с земляной шиной, при этом вторичная обмотка выходного трансформатора является токовым выходом устройства, кроме этого операционный усилитель прямым входом соединен с выходом предварительного усилителя, а его инвертирующий вход соединен с одним из концов обмотки обратной связи входного трансформатора и через токозадающий резистор с земляной шиной, второй конец этой обмотки соединен с выходом операционного усилителя, кроме того, выход регулируемого усилителя соединен с входом эталонного усилителя, выход которого через измерительный резистор соединен с земляной шиной и с одним из входов нового элемента схемы сравнения, второй вход которой соединен с точкой соединения ограничительного резистора и первичной обмотки выходного трансформатора, при этом выход схемы сравнения соединен с управляющим входом упомянутого регулируемого усилителя.The technical result is achieved in that in an electronic current transformer containing an input measuring current transformer, the primary winding of which is connected to a portion of the measured current circuit along the axis of its flow, and the measuring winding is connected to the differential inputs of the preliminary amplifier, the output of which is through a serial circuit consisting of a phase shifter , adjustable amplifier, power amplifier, limiting resistor and primary winding of the output matching transformer, connected to earth second bus, the secondary winding of the output transformer is the current output of the device, in addition, the operational amplifier is connected directly to the output of the pre-amplifier by the input amplifier, and its inverting input is connected to one of the ends of the feedback transformer of the input transformer and through the current-setting resistor to the ground bus, the second end this winding is connected to the output of the operational amplifier, in addition, the output of the adjustable amplifier is connected to the input of the reference amplifier, the output of which is through a measuring resistor connected to the ground bus and to one of the inputs of a new element of the comparison circuit, the second input of which is connected to the connection point of the limiting resistor and the primary winding of the output transformer, while the output of the comparison circuit is connected to the control input of the aforementioned adjustable amplifier.
Проведенный анализ существующего уровня электроизмерительной техники не выявил наличия аналога с признаками, тождественными всем признакам заявленного изобретения, а также показал наличие новой совокупности признаков, которые, дополняя известные признаки, позволяют реализовать поставленную цель.The analysis of the existing level of electrical equipment did not reveal the presence of an analogue with features that are identical to all the features of the claimed invention, and also showed the presence of a new set of features, which, complementing the known features, allow to achieve the goal.
На чертеже приведена структурная схема ЭТТ.The drawing shows a structural diagram of ETT.
ЭТТ содержит токопровод 1, входной измерительный трансформатор тока 2 с первичной 3, измерительной 4 и обратной связи 5 обмотками, а также предварительный усилитель 6, фазовращатель 7, регулируемый усилитель 8, усилитель мощности 9, токоограничительный резистор 10, выходной согласующий трансформатор 11 с первичной 12 и вторичной 13 обмотками, токозадающий резистор 14, операционный усилитель 15, эталонный усилитель 16, измерительный резистор 17 и схему сравнения 18.ETT contains current lead 1, input measuring current transformer 2 with primary 3, measuring 4 and feedback 5 windings, as well as preamplifier 6, phase shifter 7, adjustable amplifier 8, power amplifier 9, current limiting resistor 10, output matching transformer 11 with primary 12 and secondary 13 windings, a current setting resistor 14, an operational amplifier 15, a reference amplifier 16, a measurement resistor 17, and a comparison circuit 18.
Для снижения веса, габаритов и стоимости ЭТТ в них применяются малогабаритные измерительные трансформаторы тока (ИТТ). Это полезная и необходимая мера, но она значительно ухудшает магнитные характеристики и параметры ИТТ.To reduce the weight, size and cost of ETT, they use small-sized measuring current transformers (ITT). This is a useful and necessary measure, but it significantly worsens the magnetic characteristics and parameters of ITT.
Значительное улучшение магнитных характеристик ИТТ и эффективная стабилизация параметров ЭТТ в целом осуществляется данным техническим решением, превращает ЭТТ в прецизионное средство измерения и осуществляется это следующим образом.A significant improvement in the magnetic characteristics of the ITT and effective stabilization of the ETT parameters as a whole is carried out by this technical solution, turns the ETT into a precision measuring tool, and this is carried out as follows.
Через токопровод 1 протекает измеряемый ток Iн сетевой нагрузки. Параллельно точкам «a» и «b», расположенным вдоль оси протекания тока Iн, подсоединена первичная обмотка 3 ИТТ 2, таким образом токопровод становится эквивалентом шунта, многократно ослабляющим (до сотен раз) ток Iп первичной обмотки.A measured current In of the network load flows through the conductor 1. Parallel to points “a” and “b”, located along the axis of current flow Iн, the primary winding 3 of the ITT 2 is connected, so the current lead becomes the equivalent of a shunt, weakening (up to hundreds of times) the current Iп of the primary winding.
При этом ток Iп, проходя через индуктивное сопротивление первичной обмотки, сдвигается по фазе относительно тока Iн на величину, достигающую нескольких десятков градусов, и наводит в измерительной обмотке 4 напряжение Uвх, которое усиливается предварительным усилителем (ПУ) 6, выходное напряжение Uпу которого поступает на вход фазовращателя 7, обеспечивающего компенсацию фазового сдвига напряжения первичной обмотки 3 ИТТ 2.In this case, the current Ip, passing through the inductive reactance of the primary winding, is shifted in phase relative to the current In by an amount reaching several tens of degrees, and induces a voltage Uin in the measuring winding 4, which is amplified by a preamplifier (PU) 6, the output voltage of which Upu is supplied to the input of the phase shifter 7, providing compensation for the phase shift of the voltage of the primary winding 3 ITT 2.
Затем напряжение Uпу подается на прямой вход операционного усилителя (ОУ) 15, выход и инверсный вход которого соединены с обмоткой обратной связи (ОС) 5. Такое включение ОУ 15 позволяет ему одновременно выполнять три очень важные функции, а именно:Then, the voltage UпУ is supplied to the direct input of the operational amplifier (ОУ) 15, the output and inverse input of which is connected to the feedback winding (OS) 5. Such switching on the ОУ 15 allows it to simultaneously perform three very important functions, namely:
- преобразование напряжение-ток;- voltage-current conversion;
- стабилизацию параметров и характеристик ИТТ 2;- stabilization of the parameters and characteristics of ITT 2;
- эффективную отрицательную обратную связь.- effective negative feedback.
ОУ 15 включен по схеме преобразователя напряжение-ток (ПНТ), токовой нагрузкой которого является обмотка ОС 5, ток которой зависит только от вариации двух величин, а именно напряжения Uпу и номинала токозадающего резистора 14 и практически не зависит от вариации нестабильности характеристик самой обмотки ОС 5.OS 15 is turned on according to the voltage-current converter (PNT) circuit, the current load of which is the OS 5 winding, the current of which depends only on the variation of two values, namely the voltage Uпу and the value of the current-setting resistor 14 and practically does not depend on the variation in the instability of the characteristics of the OS winding itself 5.
Благодаря этому уникальному свойству созданное обмоткой ОС 5 магнитное поле, воздействуя на магнитное поле, созданное первичной обмоткой 3, создает результирующее магнитное поле, линеаризующее и стабилизирующее параметры и характеристики ИТТ 2 и подавляющее (даже не учтенные) погрешности преобразования.Due to this unique property, the magnetic field created by the OS 5 winding, acting on the magnetic field created by the primary winding 3, creates a resulting magnetic field that linearizes and stabilizes the parameters and characteristics of ITT 2 and suppresses (not even taken into account) the conversion errors.
Известно, что стабильность параметров и характеристик любого устройства повышается с ростом глубины охватывающей его отрицательной ОС (ООС), поэтому ИТТ 2, ПУ 7 и обмотка ОС 5 включены таким образом, что образуют петлю глубокой ООС, в которой ОУ выполняет роль эффективного регулятора следящей ООС, иначе говоря, выполняет функцию дополнительного стабилизатора параметров и характеристик ИТТ 2.It is known that the stability of the parameters and characteristics of any device increases with increasing depth of the negative OS (OOS) surrounding it, therefore ITT 2, PU 7 and the winding of OS 5 are turned on in such a way that they form a loop of deep OOS, in which the OS acts as an effective regulator of the tracking OOS , in other words, serves as an additional stabilizer of the parameters and characteristics of ITT 2.
Далее работа ЭТТ происходит следующим образом. Напряжение Uф с выхода фазовращателя 7 поступает на сигнальный вход регулируемого усилителя (РУ) 8, выходное напряжение Upy которого поступает на вход усилителя мощности 9, выход которого через токоограничительный резистор 10 поступает на первичную обмотку 12 выходного согласующего трансформатора (ВСТ) 11, вторичная обмотка 13 которого является токовым выходом ЭТТ.Further, the work of ETT is as follows. The voltage Uf from the output of the phase shifter 7 is supplied to the signal input of an adjustable amplifier (RU) 8, the output voltage Upy of which is supplied to the input of a power amplifier 9, the output of which through a current-limiting resistor 10 is supplied to the primary winding 12 of the output matching transformer (BST) 11, the secondary winding 13 which is the current output of the ETT.
Значительное снижение погрешностей и повышение стабильности характеристик и параметров ВСТ 11 может быть реализовано только включением его в петлю глубокой ООС, а для этого необходимо произвести оценку уровня погрешности ВСТ 11.A significant reduction in errors and an increase in the stability of the characteristics and parameters of the TSA 11 can be realized only by including it in the loop of the deep OOS, and for this it is necessary to assess the level of error of the TSA 11.
Эта оценка производится дифференциально-нулевым методом, для этого напряжение Uвых (точка «с») первичной обмотки ВСТ 11 поступает на один из входов схемы сравнения (СС) 18, а на другой ее вход поступает эталонное (образцовое) напряжение Uэ, формируемое эталонным усилителем (ЭУ) 16 на его нагрузке измерительном резисторе 17 (точка d).This assessment is carried out by the differential-zero method, for this the voltage Uout (point "c") of the primary winding of VST 11 is supplied to one of the inputs of the comparison circuit (CC) 18, and its other input receives the reference (model) voltage Ue formed by the reference amplifier (EU) 16 at its load with a measuring resistor 17 (point d).
Выходное напряжение СС 18, несущее информацию об отклонении напряжения Uвых от напряжения Uэ, поступает на управляющий вход РУ 8 и, тем самым, объединяет в петлю глубокой ООС РУ 8, УМ 9, ВСТ 11 и СС 18.The output voltage of SS 18, carrying information about the deviation of the voltage Uout from the voltage of Ue, is fed to the control input of RU 8 and, thereby, combines the deep OOS of RU 8, UM 9, VST 11 and SS 18 into a loop.
Действие этой петли ООС линеаризует и повышает стабильность характеристик и параметров ВСТ 11. Таким образом, оба трансформатора (ИТТ 2 и ВСТ 11) охвачены глубокой ООС.The action of this OOS loop linearizes and increases the stability of the characteristics and parameters of the TSB 11. Thus, both transformers (ITT 2 and TSB 11) are covered by a deep OOS.
Во всех приборах измерения тока токовая и угловая (фазовая) погрешности, входящих в их состав ИТТ и других трансформаторов, имеют максимальные значения на начальном участке измеряемых токов.In all current measuring devices, the current and angular (phase) errors, which are part of the ITT and other transformers, have maximum values at the initial section of the measured currents.
Именно на этом участке в ЭТТ эффективно работает введенная в него жесткая ООС, благодаря которой токовая и угловая (фазовая) погрешности снижаются в 3÷5 раз, и во всем диапазоне благодаря действию ООС улучшается температурная и долговременная стабильность параметров ЭТТ.It is in this area that the rigid OOS introduced into it effectively works in the ETT, due to which the current and angular (phase) errors are reduced by 3–5 times, and the temperature and long-term stability of the ETT parameters are improved in the whole range due to the action of the OOS.
Эти доступные и недорогие меры позволяют реализовать поставленную цель и превратить ЭТТ в малогабаритное прецизионное средство измерения широкого диапазона токов с высокой точностью (минимизация токовой и угловой погрешностей) и стабильностью результатов измерений.These affordable and inexpensive measures allow you to achieve your goal and turn the ETT into a small-sized precision instrument for measuring a wide range of currents with high accuracy (minimizing current and angular errors) and the stability of the measurement results.
ЛитератураLiterature
1. ГОСТ Р МЭК 60044-8-2010. Электронные трансформаторы тока (часть 8).1. GOST R IEC 60044-8-2010. Electronic current transformers (part 8).
2. Лейтман М.Б. Нормирующие измерительные преобразователи электрических сигналов. М.: Энергоатомиздат, 1986.2. Leytman M.B. Normalizing measuring transducers of electrical signals. M .: Energoatomizdat, 1986.
3. Рожнов Е.И. Патент РФ №2176088. Измерительный преобразователь.3. Rozhnov E.I. RF patent No. 2176088. Measuring transducer.
4. Рожнов Е.И. Патент РФ №2224262. Измерительный преобразователь тока.4. Rozhnov E.I. RF patent No. 2224262. Measuring current transducer.
5 Рожнов Е.И. Патент РФ №2224266. Измеритель метрологических характеристик трансформаторов тока.5 Rozhnov E.I. RF patent No. 2224266. Meter of metrological characteristics of current transformers.
6. Рожнов Е.И. Патент РФ №2300774. Измерительный преобразователь.6. Rozhnov E.I. RF patent No. 2300774. Measuring transducer.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014109646/28A RU2555524C1 (en) | 2014-03-13 | 2014-03-13 | Electronic current transformer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014109646/28A RU2555524C1 (en) | 2014-03-13 | 2014-03-13 | Electronic current transformer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2555524C1 true RU2555524C1 (en) | 2015-07-10 |
Family
ID=53538430
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014109646/28A RU2555524C1 (en) | 2014-03-13 | 2014-03-13 | Electronic current transformer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2555524C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2617858C1 (en) * | 2015-12-11 | 2017-04-28 | Евгений Иванович Рожнов | Electronic current transformer |
RU2729954C1 (en) * | 2019-11-13 | 2020-08-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Alternating current measuring device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU920543A1 (en) * | 1980-08-18 | 1982-04-15 | Предприятие П/Я В-2156 | Active current pickup for three-phase circuits |
SU1273820A1 (en) * | 1985-03-04 | 1986-11-30 | Предприятие П/Я А-7460 | D.c.voltage instrument transducer with conductive decoupling |
RU2176088C1 (en) * | 2001-01-11 | 2001-11-20 | Рожнов Евгений Иванович | Instrument converter |
WO2002027333A2 (en) * | 2000-09-25 | 2002-04-04 | Mts Systems Corporation | Transformer current sensor |
RU2300774C1 (en) * | 2006-03-23 | 2007-06-10 | Евгений Иванович Рожнов | Measuring converter |
-
2014
- 2014-03-13 RU RU2014109646/28A patent/RU2555524C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU920543A1 (en) * | 1980-08-18 | 1982-04-15 | Предприятие П/Я В-2156 | Active current pickup for three-phase circuits |
SU1273820A1 (en) * | 1985-03-04 | 1986-11-30 | Предприятие П/Я А-7460 | D.c.voltage instrument transducer with conductive decoupling |
WO2002027333A2 (en) * | 2000-09-25 | 2002-04-04 | Mts Systems Corporation | Transformer current sensor |
RU2176088C1 (en) * | 2001-01-11 | 2001-11-20 | Рожнов Евгений Иванович | Instrument converter |
RU2300774C1 (en) * | 2006-03-23 | 2007-06-10 | Евгений Иванович Рожнов | Measuring converter |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2617858C1 (en) * | 2015-12-11 | 2017-04-28 | Евгений Иванович Рожнов | Electronic current transformer |
RU2729954C1 (en) * | 2019-11-13 | 2020-08-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Alternating current measuring device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3023806B1 (en) | Self-correcting current transformer system | |
US8421444B2 (en) | Compact, two stage, zero flux electronically compensated current or voltage transducer employing dual magnetic cores having substantially dissimilar magnetic characteristics | |
US8847576B1 (en) | Phase compensation method and apparatus for current transformers | |
RU2555524C1 (en) | Electronic current transformer | |
CN113341193B (en) | Balanced bridge measuring device and measuring method for broadband alternating current shunt | |
CN104851580A (en) | Gapped core-type Rogowski coil transformer based on magnetic potentiometer compensation | |
CN104730342A (en) | Circuit and method for measuring time constant of alternating-current resistor | |
Prochazka et al. | Impulse current transformer with a nanocrystalline core | |
RU2329514C1 (en) | Alternating current measurening tool | |
Slomovitz et al. | A self-calibrating instrument current transformer | |
KR20070112634A (en) | A ratio error evaluation device of a current transformer ratio error comparator | |
Ward et al. | Experience with using Rogowski coils for transient measurements | |
Slomovitz et al. | Shielded electronic current transformer | |
RU2617858C1 (en) | Electronic current transformer | |
CN107037252B (en) | Electronic compensation type induction current divider | |
RU122777U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC CONDUCTIVITY OF A LIQUID | |
Aristoy et al. | Burden influence on measuring transformers calibration | |
RU143663U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC CONDUCTIVITY OF A LIQUID | |
CN113985176B (en) | Device for synchronously sampling and calibrating broadband alternating current shunt | |
Yoda | AC/DC Current Sensor CT6904/CT6904-60 | |
Kinard et al. | Wattmeter calibration at zero power factor using digitally generated sinewaves | |
Mikhal et al. | Electromagnetic protection in high precision tri-axial thermometric AC bridge | |
Hammarqvist et al. | Improvement of frequency response for a zero-flux current measuring system | |
JPH037071B2 (en) | ||
SU522473A1 (en) | Device for measuring the transformation ratio and the angular error of high voltage voltage transformers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160314 |