SK284162B6 - Merací izolačný prevodník striedavého prúdu - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka izolačných meracích prevodníkov striedavého elektrického prúdu na elektrické napätie alebo prúd.

Doterajší stav techniky

Obvody na prevod striedavého prúdu elektrického prúdu na meracie účely, ktoré zabezpečujú aj funkciu galvanickej izolácie výstupného obvodu prevodníka od meraného okruhu sú založené na prenose elektrického prúdu prostredníctvom magnetického poľa, elektrického poľa v kondenzátoroch, alebo elektromagnetického poľa v optických prenosových prvkoch. Známe obvody pracujú principiálne s buď s priamym prevodom prostredníctvom magnetického poľa generovaného meraným prúdom, alebo s prevodom meraného prúdu na pomocnú veličinu, ktorá jc prostredníctvom magnetického, elektrického alebo elektromagnetického poľa prenesená do galvanický izolovanej časti obvodu a tam je pomocná veličina prevedená na požadovaný výstupný signál. Sú známe aj prevodníky na báze Hadovho javu, ktoré priamo prevádzajú magnetické pole vytvorené meraným prúdom na výstupné napätie, ale presnosť prevodu je limitovaná pomerne nízkou stabilitou parametrov Hadových sond. Z toho dôvodu sa v presných aplikáciách prakticky nepoužívajú. Výhoda prenosu prúdu prostredníctvom magnetického poľa v transformátoroch je to, že prenos je priamy, a tým principiálne umožňujúci maximálnu presnosť prenosu. Z tohto dôvodu sa na presný prevod prakticky používajú len transformátory. Nevýhoda priameho prevodu prúdu transformátorom je v tom, že prítomnosť jednosmernej zložky v meranom prúde ovplyvňuje magnetické vlastnosti transformátorového jadra a tým znižuje presnosť prevodu. Sú známe spôsoby elektronickej kompenzácie vplyvu jednosmernej zložky meraného prúdu na prenos, ich spoločnou nevýhodou je potreba komplikovaného elektronického a magnetického obvodu, čo prináša podstatné zvýšenie realizačných nákladov.

Je známy aj spôsob prenosu striedavého prúdu bez feromagnetického jadra, pri ktorom merací prevodník pozostáva z budiaceho vinutia, z ktorého sa do snímacieho vinutia cez vzájomnú indukčnosť indukuje napätie a toto výstupné napätie je potom fázovo korigované v elektronickom fázovacom obvode. Vzhľadom na problematické potlačenie vplyvu externých magnetických polí sa tento spôsob používa len na vysokofrekvenčné aplikácie.

Podstata vynálezu

Merací izolačný prevodník striedavého prúdu pozostávajúci z budiaceho vinutia a snímacieho vinutia pripojeného na vstup elektronického fázovacieho obvodu. Vodič budiaceho vinutia je tvarovaný do plošnej alebo priestorovej periodickej sústavy súbežných úsekov tohto vodiča, ktoré sú orientované tak, že elektrický prúd má v susedných súbežných úsekoch navzájom opačný smer. Toto usporiadanie vodiča vytvára v priestore vyplnenom budiacim vinutím periodické priestorové magnetické pole. Mimo tohto priestoru magnetické pole rýchlo zaniká. Snímacie vinutie tvorené vodičom vedeným súbežne s budiacim vinutím je orientované synchrónne s periodickým magnetickým poľom a preto sa parciálne príspevky periodickým poľom indukovaného napätia v snímacom vinutí spočítavajú. Externé magnetické pole má na výsledné indukované napätie malý vplyv, lebo jeho parciálne príspevky sa v jednotlivých opačne orientovaných úsekoch vzájomne kompenzujú. Ďalšou výhodou priestorového usporiadania budiaceho vinutia podľa vynálezu je rýchly zánik magnetického poľa budiaceho vinutia mimo tohto vinutia, čo sa prejavuje aj zmenšením vplyvu vlastností okolia na vzájomnú väzbu budiaceho a snímacieho vinutia.

Tienením z elektricky vodivého materiálu umiesteným medzi vodič budiaceho a snímacieho vinutia je možné potlačiť parazitný kapacitný prenos napäťového signálu z budiaceho na snímacie vinutie.

Umiestnenie budiaceho vinutia a snímacieho vinutia spoločne v dutine telesa z elektricky vodivého materiálu zmenšuje väzbu oboch vinutí s okolím, čím sa zníži vyžarovanie, vplyv okolia na väzobný koeficient a citlivosť prevodníka na externé magnetické polia.

Fázovací obvod meracieho izolačného prevodníka striedavého prúdu je možné výhodne realizovať tak, že budiace vinutie je pripojené medzi signálovú zem a neinvertujúci vstup operačného zosilňovača, pričom referenčný rezistor je zapojený medzi signálovú zem a invertujúci vstup operačného zosilňovača, pričom integračný kondenzátor je zapojený medzi výstup a invertujúci vstup operačného zosilňovača, pričom medzi výstup a invertujúci vstup operačného zosilňovača je zapojený aj dolnopriepustný filter tak, že na výstup operačného zosilňovača je zapojený vstup dolnopriepustného filtra a na invertujúci vstup operačného zosilňovača je zapojený výstup dolnopriepustného filtra.

Vzhľadom na obvodovú jednoduchosť je výhodné použitie meracieho prevodníka striedavého prúdu v elektronických elektromeroch.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obr. 1 je principiálne znázornený merací izolačný prevodník striedavého prúdu.

Na obr. 2 je principiálne znázornený tienený merací izolačný prevodník striedavého prúdu.

Na obr. 3 je principiálne znázornený príklad zapojenia fázovacieho obvodu meracieho izolačného prevodníka striedavého prúdu.

Na obr. 4 je principiálne znázornené iné zapojenie fázovacieho obvodu meracieho izolačného prevodníka striedavého prúdu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr. 1 je principiálne znázornený merací izolačný prevodník striedavého prúdu, ktorého vodič 1 budiaceho vinutia je tvarovaný do priestorovej periodickej sústavy štyroch súbežných úsekov (3) vodiča orientovaných tak, že susedné súbežne úseky sú z hľadiska toku prúdu navzájom opačne orientované. Súbežne s vodičom 1 budiaceho vinutia sú vedené štyri závity vodiča 2 snímacieho vinutia. Vodiče snímacieho vinutia sú vybavené tienením 9 prechádzajúcim priestorom medzi snímacím a budiacim vinutím.

Na obr. 2 je znázornený merací izolačný prevodník striedavého prúdu, ktorého vodič 1 budiaceho vinutia a vodič 2 snímacieho vinutia sú umiestnené v dutine telesa z elektricky vodivého materiálu.

Na obr. 3 je znázornený fázovací obvod meracieho prevodníka striedavého prúdu, v ktorom budiace vinutie 2 je pripojené medzi signálovú zem a neinvertujúci vstup operačného zosilňovača 14. Referenčný rezistor 13 je zapojený medzi signálovú zem a invertujúci vstup operačného zosil2 ňovača 14. Integračný kondenzátor 15 je zapojený medzi výstup a invertujúci vstup operačného zosilňovača 14 a paralelne k integračnému kondenzátoru medzi výstup a invertujúci vstup operačného zosilňovača 14 je zapojený doinopriepustný filter 16. Filter je zapojený tak, že na výstup operačného zosilňovača 14 je zapojený vstup dolnopriepustného filtra a na invertujúci vstup operačného zosilňovača 14 je zapojený výstup dolnopriepustného filtra 16.

Priemyselná využiteľnosť

Merací prevodník striedavého prúdu je možné využiť ako vstupný obvod meradiel a meracích systémov na meranie striedavého prúdu, výkonu a elektrickej energie.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Merací izolačný prevodník striedavého prúdu pozostávajúci z budiaceho vinutia a snímacieho vinutia pripojeného na vstup elektronického fázovacieho obvodu, vyznačujúci sa tým, že vodič (1) budiaceho vinutia je tvarovaný do plošnej alebo priestorovej periodickej sústavy súbežných úsekov (3) vodiča (1) budiaceho vinutia orientovaných tak, že susedné súbežné úseky (3) sú z hľadiska toku elektrického prúdu opačne orientované a aspoň jeden závit vodiča (2) snímacieho vinutia je vedený súbežne s vodičom (1) budiaceho vinutia.
2. 2. Merací izolačný prevodník striedavého prúdu podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že priestor medzi vodičom (2) snímacieho vinutia a vodičom (1) budiaceho vinutia je vybavený tienením (9) z elektricky vodivého materiálu.
3. 3. Merací izolačný prevodník striedavého prúdu podľa nárokov la 2, vyznačujúci sa tým, že budiace vinutie (1) a snímacie vinutie (2) sú spoločne umiestnené v dutine telesa (10) z elektricky vodivého materiálu.
4. 4. Merací izolačný prevodník striedavého prúdu podľa nároku laž 3, vyznačujúci sa tým, že fázovací obvod pozostáva aspoň z operačného zosilňovača (14), referenčného rezistora (13), integračného kondenzátora (15) a dolnopriepustného filtra (16), pričom budiace vinutie (2) je pripojené medzi signálovú zem a neinvertujúci vstup operačného zosilňovača (14), pričom referenčný rezistor (13) je zapojený medzi signálovú zem a invertujúci vstup operačného zosilňovača (14), pričom integračný kondenzátor (15) je zapojený medzi výstup a invertujúci vstup operačného zosilňovača (14), pričom medzi výstup a invertujúci vstup operačného zosilňovača (14) je zapojený aj dolnopriepustný filter (16) tak, že na výstup operačného zosilňovača (14) je zapojený vstup dolnopriepustného filtra (16) a na invertujúci vstup operačného zosilňovača (14) je zapojený výstup dolnopriepustného filtra (16).