SU1725139A1 - Датчик тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  бесконтактного измерени  посто нных, импульсных и переменных токов в цеп х радио- и электроустановок, а также в устройствах релейной защиты электроэнергетических объектов низкого напр жени . Датчик тока содержит кольцевой магнито- провод 1с зазором, обмотку 2 обратной св зи, гальваномагнитный элемент 3, размещенный в зазоре магнитопровода 1, измерительный резистор 4, усилитель 5 напр жени  и усилитель 6 мощности, включенные последовательно, клеммы 7 и 8 дл  подключени  к источникам напр жени , клемму 9 Выход. Выводы гальваномагнитного элемента 3 соединены с входом усилител  5 напр жени , первый вывод обмотки 2 обратной св зи соединен с выходом усилител  6 мощности, второй ее вывод - с первым выводом измерительного резистора 4 и клеммой 9 Выход, второй вывод измерительного резистора 4 соединен с общей шиной. Кроме того, датчик тока содержит пороговый элемент 10 верхнего уровн , пороговый элемент 11 нижнего уровн , первый 12 и второй 13 аналоговые ключи и токоограничительный резистор 14. Вход порогового элемента 10 верхнего уровн  соединен с первым входом порогового элемента 11 нижнего уровн  и клеммой 9 Выход, выход порогового элемента 10 верхнего уровн  соединен с управл ющим входом первого аналогового ключа 12, выход порогового элемента 11 нижнего уровн  соединен с управл ющим входом второго ана- логового ключа 13. Вход первого аналогового ключа 12 соединен с клеммой 7 дл  подключени  источника положительного напр жени , вход второго аналогового ключа 13 - с клеммой 8 дл  подключени  источника отрицательного напр жени . Выход первого аналогового ключа 12 соединен с выходом второго аналогового ключа 13 и с первым выводом токоограничительного резистора 14, второй вывод которого соединен с выходом усилител  6 мощности. 4 ил. W Ё VI ю ел CJ ю

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  бесконтактного измерени  посто нных, импульсных и переменных токов в цеп х радио- и электроустановок, а также в устройствах релейной защиты электроэнергетических объектов низкого напр жени  до 1000 В.

Целью изобретени   вл етс  расширение динамического диапазона измерени .

На фиг.1 приведена функциональна  схема датчика тока; на фиг.2 - передаточные характеристики пороговых элементов; на фиг.З - структурна  схема датчика тока; на фиг.4 - временные диаграммы работы устройства.

Датчик тока содержит кольцевой магни- топровод 1 с зазором, обмотку 2 обратной св зи, гальваномагнитный элемент 3, размещенный в зазоре магнитопровода 1, измерительный резистор 4, усилитель 5 напр жени  и усилитель 6 мощности, включенные последовательно, клеммы 7 и 8 дл  подключени  к источникам напр жени , клемму 9 Выход, выводы гальваномагнитного элемента 3 соединены с входом усилител  5 напр жени , первый вывод обмотки 2 обратной св зи соединен с выходом усилител  6 мощности, второй ее вывод - с первым выводом измерительного резистора 4 и клеммой 9 Выход, второй вывод измерительного резистора 4 соединен с общей шиной, пороговый элемент 10 верхнего уровн , пороговый элемент 11 нижнего уровн , первый 12 и второй 13 аналоговые ключи, токоограничительный резистор 14, вход порогового элемента 10 верхнего уров-. н  соединен с первым входом порогового элемента 11 нижнего уровн  и клеммой 9 Выход, выход порогового элемента 10 верхнего уровн  соединен с управл ющим входом первого аналогового ключа 12, выход порогового элемента 11 нижнего уровн  соединен с управл ющим входом второго аналогового ключа 13, вход первого аналогового ключа 12 соединен с клеммой 7 дл  подключени  источника положительного напр жени , вход второго аналогового ключа 13 - с клеммой 8 дл  подключени  источника отрицательного напр жени , выход первого аналогового ключа 12 соединен с выходом второго аналогового ключа 13 и с первым выводом токоограничительного резистора 14, второй вывод которого . соединен с выходом усилител  6 мощности.

Устройство работает следующим образом .

После подачи питающих напр жений и при отсутствии входного измер емого тока выходное напр жение датчика тока Ug близко к нулю и определ етс  (фиг.З) коэффициентом усилени  последовательно включенных усилител  5 напр жени  и усилител  6 мощности, напр жением смещени  нул 

усилител  5 напр жени  и выходным напр жением гальваномагнитного элемента 3, например преобразовател  Холла, которое определ етс  уровнем Вост. магнитной индукции в зазоре магнитопровода 1, вызванной остаточной намагниченностью последнего, а также собственным остаточным напр жением И ост., вызванным различ- ными факторами (температурой окружающей среды, технологическими погрешност ми и т.д.). Выходное напр жение датчика тока Ug при отсутствии входного тока 1Вх определ етс  по формуле

U9 (B0cT.W8(p) + UOCT + UCMO). X W3(P) ЩР);У(Р)ЩР)ЩР)

ХЩР) + (P)(P)(P)(P)

где Ws(P) - отношение изображений индукции , возникающей в зазоре магнитопровода при протекании тока в обмотке обратной св зи, к току (ток в обмотке 2 обратной св зи создает магнитный поток, направленный встречно магнитному потоку, создаваемому измер емым током 1Вх);

WA(P) - отношение изображений тока, протекающего в обмотке 2 обратной св зи,

и выходного напр жени  усилител  мощности;

Ws(P) - передаточна  функци  измерительного резистора, отношение изображений выходного напр жени  датчика тока и

тока, протекающего через измерительный резистор 4;

Л/е(Р)- передаточна  функци  преобразовател  Холла, отношение изображени  выходного напр жени  преобразовател 

Холла и индукции в зазоре магнитопровода 1;

W(P)- передаточна  функци  усилител  6 мощности, отношение изображени  выходного тока усилител  6 мощности к его

входному напр жению;

Ws(P)- передаточна  функци  усилител  5 напр жени , отношение изображений выходного напр жени  усилител  5 и его входного напр жени .

В момент времени п (фиг.4а) поступает входной сигнал, и во входной обмотке 15 (котора  также может состо ть из одного витка) протекает измер емый ток Вх. В маг- нитопроводе 1 создаетс  магнитный поток

и в зазоре увеличиваетс  индукци . Это ведет к повышению выходного сигнала гальваномагнитного элемента 3, который усиливаетс  усилител ми 5 и 6 и поступает на обмотку 2 обратной св зи. В последней

протекает ток, создающий магнитный поток , направленный встречно магнитному потоку, вызванному измер емым током.

Ток 2 протекающий в обмотке обратной св зи, определ етс  по формуле

12

lex Wi(P) + (p) W (p) (P)W(P) (Р)(P)(P)W;(p)Afe(P) +

4. С + UCMO ) W« (P) Wy(P) W(P)

1 + (P) Wi(P) -VVfe(P) W(P) (P)

где Wi(P) - отношение изображений по Лапласу тока обмотки 2 обратной св зи, возникающего при изменении входного тока вх, к изображению входного тока;

W2(P) - отношение изображений индукции в магнитопроводе 1 и входного тока Вх.

Благодар  значительному коэффициенту усилени  (Ку -1) выходных сигналов гальваномагнитного датчика 3 усилител ми 5 и б, уровень тока в обмотке 2 обратной св зи поддерживаетс  таким, что результирующий магнитный поток в магнитопроводе 1 близок к нулю, и его уровень определ етс  практически остаточным потоком и потоком , вызванным статической ошибкой контура регулировани . Таким образом, уровень тока в обмотке 2 обратной св зи пропорционален входному току Вх датчика. В свою очередь, выходное напр жение Ug датчика тока (фиг.4 г), равное падению напр жени  на измерительном резисторе 4, пропорционально току UBx датчика тока и определ етс  по формуле Ug l2.W5(P).

В момент времени 2 выходное напр жение Ug датчика тока (фиг.4 г) достигает порога срабатывани  Uio6 порогового элемента 10 верхнего уровн . Выходное напр жение Uio порогового элемента 10 скачкообразно уменьшаетс , что вызывает замыкание первого аналогового ключа 12,

После срабатывани  аналогового ключа 12 напр жение на первом выводетокоогра- ничительного резистора 14 скачкообразно увеличиваетс , и через него протекает ток, определ емый по формуле

. En-Ue

|R14 En - напр жение питающей шины;

UB - выходное напр жение усилител  6 мощности;

R14 - сопротивление токоограничитель- ного резистора 14.

С момента подключени  резистора 14 к шине питани  через обмотку 2 обратной св зи начинает протекать ток, равный сумме выходного тока усилител  6 мощности и тока, протекающего через токоограничительный резистор 14. Суммарный ток г определ етс  по формуле

..(wifp)+i/w;

. . . №)(P + l8M + (Uoc,)Wl(P)W(P)WP)

)№цр)1Ацр) w

Благодар  наличию глубокой отрицательной обратной св зи в контуре регулировани  при срабатывании аналогового ключа

12 скачкообразно уменьшаетс  выходное напр жение Us усилител  5 напр жени  (фиг.4в, момент времени t2). При работе усилител  6 мощности в классе В выходное напр жение усилител  5 напр жени , в моменты перехода усиливаемого сигнала через ноль, резко возрастает в пределах зоны нечувствительности Аи усилител  6 мощности (фиг.4в). При уменьшении выходного напр жени  Ug датчика тока ниже порога

отпускани  Uio происходит возврат порогового элемента 10 верхнего уровн  в начальное состо ние, его выходное .напр жение скачкообразно увеличиваетс  (фиг.4д, момент времени ta), аналоговый ключ 12 размыкаетс , выходное напр жение Us усилител  5 напр жени  скачкообразно увеличиваетс . В момент времени т.4 выходное напр жение превышает порог срабатывани  порогового элемента 11 нижнего уровн 

(фиг.4г). Выходное напр жение Un порогового элемента 11 нижнего уровн  скачкообразно уменьшаетс  (фиг.4е) и в момент времени ц замыкаетс  аналоговый ключ 13. Черезтокоограничительный резистор 14 начинает протекать ток IR и, благодар  глубо- кой отрицательной обратной св зи, выходное напр жение Ug усилител  5 напр жени  скачкообразно уменьшаетс . При выборе тока компенсации, протекающего

через, токоограничительный резистор 14 в момент срабатывани  аналогового ключа 13, равны выходному току усилител  6 мощности , соответствующему предельному значению , выходное напр жение усилител  5

напр жени  скачкообразно уменьшаетс  до уровн , равного половине зоны нечувствительности усилител  6 мощности. В течение интервала времени t4 - ts датчик тока функционирует на втором поддиапазоне, а в момент времени ts входной ток уменьшаетс  настолько, что выходное напр жение датчика тока становитс  ниже напр жени  отпускани  порогового элемента 11 нижнего уровн . Последний возвращаетс  в исходное состо ние, его выходное напр жение скачкообразно увеличиваетс  (фиг.4е, момент времени ts). Таким образом, благодар  наличию двух поддиапазонов измерени  расшир етс  динамический диапазон выходных сигналов (по току), поступающих в

цепь обратной св зи в виде обмотки 2 обратной св зи.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Датчик тока, содержащий кольцевой магнитопровод с зазором, обмотку обратной св зи, гальваномагнитный элемент, размещенный в зазоре магнитопровода, измерительный резистор, усилитель напр жени  и усилитель мощности, включенные последовательно, клеммы дл  подключени  к источникам напр жени  и клемму Выход , выходы гальваномагнитного элемента соединены с входами усилител  напр жени , первый вывод обмотки обратной св зи соединен с выходом усилител  мощности, второй вывод обмотки обратной св зи соединен с первым выводом измерительного резистора и клеммой Выход, второй вывод измерительного резистора соединен с общий шиной, отличающийс  тем, что, с целью расширени  динамического диапазона измерени , в него введены пороговые

   элементы верхнего и нижнего уровней, пер вый и второй аналоговые ключи, токоогра- ничительный резистор, причем вход порогового элемента верхнего уровн  соединен с первым входом порогового элемента нижнего уровн  и клеммой выход , выход порогового элемента верхнего уровн  соединен с управл ющим входом первого аналогового ключа, выход порогового

   элемента нижнего уровн  соединен с управл ющим входом второго аналогового ключа, вход первого аналогового ключа соединен с клеммой дл  подключени  источника положительного напр жени , вход второго аналогового ключа соединен с клеммой дл  подключени  источника отрицательного напр жени , выход лервого аналогового ключа соединен с выходом второго аналогового ключа и с первым выводом токоограничительного резистора, второй вывод токоогра- ничительного резистора соединен с выходом усилител  мощности.

   Чш

   Ч i

   а

   Щ -Uj фиг. Z

   Ц V

   о

   №fcj