SU789785A1 - Амперметр действующего значени электрического тока - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике.

Известны измерительные преобразователи действук дего значени  электрического напр жени  и тока, содержащие измерительный трансформатор, выходна  обмотка которого соединена через полупроводниковый выпр митель и индикатор с квадратичным детектором на диодио-резистивной цепочке с кусочно-гладкой аппроксимацией, подключенным к зталонному источнику посто нного напр жени  i} .

Однако данное устройство имеет сложную конструкцию квадратичного детектора, требует особой стабильности эталонного источника посто нного напр жени , и способно преобразовывать при трансформаторной разв з не измерительных цепей действук цйе значени  только переменного тока и напр жени .

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей за счет измерени  тока с посто нной составл ющей, а также повышение надежности и Стабильности работы прибора .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что амперметрдействующего

значени  электрического тока, содержащий измерительный трансформатор с входной и выходной обмотками и индикатор среднего значени , подклюS ченный к выпр мителю, снабжен балансным интегратором, т ранзисторным каскадом с двум  диодами и врем задающей цепью, состо щей из последовательного соединени  резистора и

to конденсатора, причем сердечники

измерительного трансформатора выполнены профилированными и на них расположены включенные попарно последовательно-встречно две секции коллекt5 торной обмотки транзисторного каскада и две секции iобмотки обратной св зи , подключенные соответственно через первый диод к базе и через цепь, состо щую из врем задающего

20, конденсатора и второго диода - к эмиттеру транзисторного каскада, а выходна  обмотка трансформатора, также состо ща  из двух секций, подключена к выпр мителю через балансный интегратор, причем кажда  из двух тороидальных частей сердечника измерительного трансформатора состоит из отдельных ферромагнитных колец из материала с пр моугольной петлей

30 гистерезиса, имеющих.сечение, пропорционашьное радиусу кольца и коэрцитивной силе материала с общим количеством колец, равным количеству участков апп роксимации вебер-амперн квадратичной характеристики преобр зовани  измерительного трансформатора . На фиг. 1 изображена приндипигшь на  схема амперметра; на фиг. 2 - п перечный разрез измерительного тран сформатора амперметра; на фиг. 3 эпюры напр жений и токов в различных точках схемы амперметра. Амперметр действующего значени  электрического тока содержит измерительный трансформатор 1,профилированный по сечению, сердечник которого выполнен из двух тороидаль ных частей 2 и 3, причем кажда  из этих частей может быть набрана из отдельных ферромагнг1тных колец 4, изготовленных из материала с пр моугольной петлей гистерезиса, с переменньм сечением. На обе части 2 и 3 сердечника намотаны включенные попарно последовательно-встречно две секции 5 и 6 обмотки обратной св зи, и две секции 7 и 8 коллекторной обмотки транзисторного каскада адаптивного генератора импульсов тока. Транзисторный каскад адаптивного генератора импульсов тока собран на транзисторе 9 по схеме блокинггенератора , в коллекторной цепи которого , помимо секций 7 и 8 коллекторной обмотки, включен ограничител ный резистор .10, а в базовую цепь, помимо секций5 и б обмотки обратно св зи, включен предохранительный диод 11. Врем задающий конденсатор 12 транзисторного каскада, зашунтированный фиксирующим диодом 13, подключен одним концом к эмиттеру транзистора 9 и одному полюсу источ ка питани , а другим концом - к общему выводу соединени  обмотки обратной св зи и врем эадающего резистора 14, подключенного также к св занному с другим полюсом источника питани / выводу коллекторной обмотки измерительного трансформато ра 1, секции 15 и 16 выходной обмот которого соединены последовательносогласно между собой, и включены последовательно с потенциометром 17 Причем секции 5 и б обмотки обратной св зи, секции 7 и 8 коллекторной обмотки и секции 15 и 16 выходной обмотки намотаны на каждой из частей 2 и 3 сердечника измерительного трансформатора 1 в отдель ности, в то врем  как входна  обмот ка 18,котора  выполнена в виде крепежного винта с токопровод щими контактги и, охватывает обе части 2 и 3 сердечника одновременно. Средни вывод потенциометра 17 и средний вывод соединени  секций 15 и 16 вых ной обмотки подключены к конденсатору 19 емкостного баипансного интегратора , который включает в себ  также потенциометр 17. Индикатор среднего значени  20, подключен к выходу балансного интегратора, параллельно конденсатору 19, через последовательно соединенные диод 21 однополупериодного выпр мител  и переменный резистор 22 регулировки чувствительности индикатора среднего значени . Усилитель напр жени  телеметрического канала, собранный по схеме с общей базой на транзисторе 23, нагружен на выходной кабель 24 этого канала, в то врем  как вход усилител  подключен к последовательно соединенным индикатору среднего значени  20 и диоду 21 однополупериодного выпр мител , причем пол рность включени  диода 21 противоположна пол рности включени  перехода эмиттер-база транзистора 23. В процессе работы амперметра действующего значени  электрического тока, транзистор 9 периодически открываетс  за счет блокинг-процесса в его базовой цепи, в которой включен предохранительный диод 11, преп тствующий попаданию на базу транзистора 9 большого обратного напр жени , и по секци м 7 и 8 коллекторной обмотки измерительного трансформатора 1 протекают импульсы тока с амплитудой намагничивающей силы, не менее чем вдвое превышающей максимальные амплитудные значени  намагничивающей силы измер емого электрического тока произвольной формы (фиг.З а) который протекает по секции 16 выходной обмотки измерительного трансформатора 1, причем амплитуда им- , пульсов напр жени  транзисторного каскада (фиг. 3 в) ограничиваетс  до необходимой величины резистором 10. Временные параметры транзисторного каскада адаптивного генератора импульсов тока определ ютс  режимом намагничивани  и величиной намагниченности от входного тока Jg обеих частей 2 и 3 сердечника измерительноно трансформатора, а также величинами врем задающей цепи из конденсатора 12.и резистора 14, но в отличии от обычного блокинг-генератора, у которого намагниченность сердечника не мен етс  от импульса к импульсу, намагниченность сердечника измерительного трансформатора 1 амперметра измен етс  при изменении измер емого электрического тока Jg , и за счет уменьшени  времени перезар да врем задающего конденсатора 12 включением параллельно ему фиксирующего диода 13, достигаетс  адаптивное изменение периода срабатывани  транзисторного каскада/ пропорциональное изменение величины измер емого тока.

В отсутствии измер емого тока обе части 2 и 3 сердечника измерительног трансформатора 1 по существу не измен ют своего магнитного состо ни , та как уже первый импульс тока в секцй  х 7 и 8 коллекторной обмотки перемагни .чиваот обе части 2 и 3 сердечмика в насыщенное магнитное состо ние которое не измен етс  между импульСс1ми тока, вследствие наличи  пр моугольной петли гистерезиса у материала сердечника. Период срабатыва ни  в этом случае определ етс  перемагничиванием обеих частей 2 и 3 сердечника по насыщенному участку пр моугольной петли гистерезиса, а импульсы тока в секци х 15 и 16 выходной обмотки имеют противоположную пол рность и могут быть скомпенсированы в балансном интеграторе амперметра.

При протекании измер емого тока Jg по входной обмотке 18 измерительного трансформатора 1, на каждом периоде спада импульса тока в секци  7 и 8 коллекторной обмотки транзистоного каскада, магнитное поле в обеих част х 2 и 3 сердечника измерительного трансформатора 1 измен етс  до величины, соответствующей максимальной мгновенной амплитуде входного тока. Так как магнитное поле в тороидальном сердечнике убывает от центра к кра м, то в той части.сердеч ника , в которой магнитное поле, созд аваемое измер емым током, и магнитное поле, создаваемое током подмагничивани  р данном цикле измерени  противоположны, происходит постепенное перемагничивание из одного магнитного состо ни  в другое определенного объема сердечника, или же дл  сердечника, набранного из отдельных ферромагнитных колец 4, поочередное перемагничивание этих колец, в то врем  как в другой части сердечника - такого перемагничивани  не происходит, вследствие встречного включени  секций 7 и 8 коллекторной обмотки измерительного трансформатора 1. Когда направление электрического тока измен етс , перемагничивание будет происходить в другой части сердечника.

Благодар  тому, что изменение профил  сечени  сердечника или же сечени  и коэрцитивной силы материал ферромагнитных колец 4, пропорцион .ально возрастанию радиуса перемагничивающего входным током объема сердечника или же радиуса ферромагнитных колец 4, изменение магнитного ,потока в той части сердечника, в которой происходит перемагничивание. пропорционально удвоенным величинам квадратов мгновенных значений измер емого тока, так как перемагничиваюцийс  объем сердечника пропорционален квадрату амплитуды измер емого тока в данный момент, а перемагничивание Б сердечнике происходит дважды за каждый цикл измерени .

Квадратична  зависимость изменени  магнитного потока от величины входного тока tJ0y получаетс  за счет соответствующего профилировани  сечени  вдоль его радиуса.

Использование отдельных ферромагнитных колец 4 с переменным сечением в сердечнике измерительного трансформатора позвол ет получить квадратичную зависимость изменени  магнитного потока от величины входного тока с кусочно-гладкой аппроксимацией и общим количеством участков аппроксимации , равным количеству ферромагнитных колец 4 в каждой части 2 и 3 сердечника измерительного трансформатора 1, а изменение коэрцитивной силы материала ферромагнитных колец 4 позвол ет расширить диапазон преобразовани  измерительного трансформатора 1 амперметра.

Поскольку частота транзисторного каскада амперметра зависит от намагниченности сердечника, то при быстром изменении входного тока происходит более частый опрос кривой входного тока, т.е. погрешность от квантовани  во времени в этом . случае почти така  же, как при посто нном или медленно мен ющемс  уровне входного тока, когда частота транзисторного каскада не мен етс  или мен етс  незначительно.

При этом имеем обратно пропорциональную Зависимость изменени  частот транзисторного каскада в пределах рабочего диапазона от уровн  намагниченности , создаваемой входным током. В процессе перемагничивани  сердечника измерительного трансформатора 1 в секци х 15 и 16 выходной обмотки нвод тс  импульсы напр жени ,вольт-секундна  площадь которых определ етс  произвольной от соответствующих магнитных потоков.Поэтому,учитыва  такж что частота транзисторного каскада измен етс  в процессе работы, дл  реализадии операции возведени  в квадрат мгновенных значений измер емого тока с незначительной погрешностью , необходимо совершить обратйую операцию интегрировани , котора  осуществл етс  при помощи балансного интегратора на потенциометре 17 и конденсаторе 19 (фиг. 3 с).

Claims (2)

1. После балансного интегратора, через диод 21 однополупериодного выпр мител  и переменный резистор 22 регулировки чувствительности, на индикатор среднего значени  -20 поступают импульсы напр жени  Ugy, одной пол рности (фиг. Зд), в то врем  как импульсы напр жени  . другой пол рности (дм.фиг. 3 е), через переменный резистор 22 регулировки чувствительности и транзистор 23 усилител  напр жени , поступают в кабель 24 телеметрического канала, причем средние значени  1/ор и УС Ра импульсов , напр жени  Ienn и U пропорциональны сумме квадратов мгновенных значений измер емого элек±рического тока. Таким образом, в амперметре реализуетс  вычисление известного выражени  где Эл - показани  действующего значени  электрического то ка индикатора амперметра; число измерений за период период измер емого тока; мгновенные значени  измер  мого тока. Предложенный амперметр действующего значени  электрического тока, не уступа  лучшим известным устройствам на квадратичных детекторах по точности и рабочему диапазону, имеет расширенные функциональные возможности за счет способности измер ть действующее значение элект ческого тока при наличии посто нной составл ющей, и более высокую надежность и стабильность параметров за счет устранени  из схемы прибора эталонного источника напр жени , в то врем  как к напр жению питани используемого в амперметре не предъ  вл етс  жестких требований по ста бильности. Формула изобретени  1. Амперме.тр действующего значе электрического тока, содержащий измерительный трансформатор с входной и выходной обмоткг1Мй и ин- дикатор среднего значени , подключенный к выпр мителю, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью расш рени  функциональных возможностей за счет измерени  тока с посто нной составл ющей, а также повышени  надежности и стабильности работы, он снабжен балансным интегратором, транзисторным каскадом с двум  диодами к врем задающей цепью, состо щей из последовательного соединени  резистора и конденсатора, причем сердечники измерительного трансформатора выполнены.профилированными и на них расположены включенные попарно последовательно-встречно две секции коллекторной обмотки транзисторного каскада и две секции обмотки обратной св зи, подключенные соответственно через первый диод к базе и через цепь, состо щую из врем задающего конденсатора и второго диода к змиттеру транзисторного каскада, а выходна  обмотка трансформатора, также состо ща  из двух секций, подключена к выпр мителю через балансный интегратор.
2. 2. Амперметр по п, 1, отличающийс  тем, что кажда  из двух тороидальных частей сердечника измерительного трансформатора состоит из отдельных ферромагнитных колец из материала с пр моугольной петлей гистерезиса, имеющих сечение, пропорциональное радиусу кольца и коэрцитивной силе материала с общим количеством колец, равным количеству участков аппроксимации вебер-амперНйй квадратичной характеристики преобразовани  измерительного трансформатора . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Савенко В.Г. Измерительна  техника, М., Высша  школа, 1974, с. 180.

   JS(

   uiiS.it

   Utt«

   I

   -4