измерительный преобразователь переменного тока

Формула изобретения

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий N входных обмоток и две обмотки обратной связи, расположенные на магнитопроводе из магнитомягкого материала, измерительный резистор, два усилителя напряжения, два одноквадрантных повторителя напряжения, входы которых соединены соответственно с выходами усилителей напряжения, выход первого одноквадрантного повторителя напряжения соединен с выводом начала первой обмотки обратной связи, выход второго одноквадрантного повторителя напряжения соединен с выводом конца второй обмотки обратной связи, вывод начала которой, первый вывод измерительного резистора и вывод конца первой обмотки обратной связи соединены с выходом преобразователя, второй вывод измерительного резистора соединен с общей шиной преобразователя, выводы входных обмоток соединены с входами преобразователя, отличающийся тем, что инвертирующие входы первого и второго усилителей напряжения соединены соответственно с выходами первого и второго одноквадрантных повторителей напряжения, а неинвертирующие входы усилителей напряжения соединены с выходом преобразователя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения переменных токов в цепях радио и электроустановок в широкой полосе частот.

Известны устройства для измерения переменных токов, например, трансформаторы тока, содержащие магнитопровод из магнитомягкого материала, на который нанесены входная обмотка и измерительная обмотка, погруженная на измерительный резистор.

В указанном устройстве отсутствуют выходной сигнал, пропорциональный модулю измеряемого тока, и поэтому устройство имеет ограниченные функциональные возможности, применение его в системах управления возможно только при наличии дополнительных устройств для формирования модуля измеряемого тока.

Известен также измерительный преобразователь тока, содержащий N входных обмоток, две измерительные обмотки, две обмотки обратной связи, расположенные на магнитопроводе из магнитомягкого материала, два усилителя напряжения, два одноквадрантных повторителя напряжения, измерительный резистор, выводы начала и конца первой измерительной обмотки подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам первого усилителя напряжения, выводы начала и конца второй измерительной обмотки подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам второго усилителя напряжения, к выходам усилителей напряжения подключены входы одноквадрантных повторителей напряжения, к выходу первого одноквадрантного повторителя напряжения подключен вывод начала первой обмотки обратной связи, к выходу второго одноквадрантного повторителя напряжения подключен вывод конца второй обмотки обратной связи, вывод конца первой обмотки обратной связи, вывод начала второй обмотки обратной связи и первый вывод измерительного резистора подключены к выходу преобразователя, второй вывод измерительного резистора соединен с общей шиной преобразователя, выводы N входных обмоток подключены соответственно к входам преобразователя.

Указанное устройство имеет достаточно сложную конструкцию в связи с наличием измерительных обмоток.

Заявляемое изобретение направлено на упрощение устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в измерительный преобразователь тока, содержащий N входных обмоток и две обмотки обратной связи, расположенные на магнитопроводе из магнитомягкого материала, измерительный резистор, два усилителя напряжения, два одноквадрантных повторителя напряжения, в котором входы одноквадрантных повторителей напряжения подключены соответственно к выходам усилителей напряжения, к выходу первого одноквадрантного повторителя напряжения подключен вывод начала первой обмотки обратной связи, к выходу второго одноквадрантного повторителя напряжения подключен вывод конца второй обмотки обратной связи, к выходу преобразователя подключены вывод начала второй обмотки обратной связи, вывод конца первой обмотки обратной связи и первый вывод измерительного резистора, второй вывод измерительного резистора соединен с общей шиной преобразователя, а выводы N входных обмоток подключены соответственно к входам преобразователя, инвертирующие входы первого и второго усилителей напряжения подключаются соответственно к выходам первого и второго одноквадрантных повторителей напряжения, а неинвертирующие входы усилителей напряжения подключаются к выходу преобразователя.

Подключение входов усилителей напряжения к выводам обмоток обратной связи позволило осуществить контроль переменного магнитного потока в сердечнике магнитопровода без использования измерительных обмоток и получить сигналы компенсации магнитного потока, которые поступают на соответствующие входы одноквадрантных повторителей напряжения. Так как усилители напряжения имеют коэффициенты усиления Ку >> 1, то падения напряжения на обмотках обратной связи в установившемся режиме близки к нулевому уровню в широкой полосе частот. Ток, протекающий через измерительный резистор, пропорционален модулю алгебраической суммы токов, протекающих во входных обмотках. Так как результирующий магнитный поток в сердечнике близок к нулю (вследствие значительного коэффициента усиления усилителей напряжения), то ошибка суммирования токов не превышает десятых долей процента.

На фиг. 1 приведена функциональная схема измерительного преобразователя переменного тока; на фиг.2 диаграммы измеряемых токов и выходного сигнала преобразователя.

Устройство содержит магнитопровод 1, выполненный из магнитомягкого материала, на который нанесены N входные обмотки 2, 3, 4, первую и вторую 5, 6 обмотки обратной связи, а также первый и второй усилители напряжения 7, 8, первый и второй одноквадрантные повторители напряжения 9, 10 и измерительный резистор 11. Выход первого усилителя напряжения 7 подключен к входу первого одноквадрантного повторителя напряжения 9. Инвертирующий вход первого усилителя напряжения 7 и вывод начала первой обмотки 5 обратной связи подключены к выходу первого повторителя напряжения 9. Инвертирующий вход второго усилителя напряжения 8 и вывод конца второй обмотки 6 обратной связи подключены к выходу второго одноквадрантного повторителя напряжения 10. Неинвертирующие входы усилителей напряжения 7, 8, вывод конца первой обмотки 5 обратной связи, вывод начала второй обмотки 6 обратной связи и первый вывод измерительного резистора 11 подключены к выходу 12 измерительного преобразователя переменного тока. Второй вывод измерительного резистора 11 соединен с общей шиной 13 устройства, к входам которого 14.19 подключены соответственно выводы N входных обмоток 2, 3, 4.

Устройство работает следующим образом. При отсутствии питающих напряжений и протекании входных токов последние создают в магнитопроводе 1 магнитные потоки. Результирующий магнитный поток равен геометрической сумме магнитных потоков, создаваемых вышеуказанными токами. В обмотках обратной связи 5, 6 наводится трансформаторная ЭДС, пропорциональная величине и скорости изменения результирующего магнитного потока. При подаче питающих напряжений выходные сигналы обмоток обратной связи 5, 6 усиливаются усилителями напряжения 7, 8. Выходные сигналы усилителей 7 и 8 поступают на входы одноквадрантных повторителей напряжения 9 и 10, которые усиливают выходные сигналы усилителей напряжения по току только в одном квадранте. Так как обмотки обратной связи 5, 6 по отношению друг к другу включены встречно, то они создают магнитные потоки, противоположные по знаку результирующему магнитному потоку, вызванному измеряемыми токами. Благодаря высокому коэффициенту усиления К_у >> 1 усилителей напряжения 7 и 8, падение напряжения на обмотках 5, 6 близко к нулевому уровню, результирующий магнитный поток близок к нулю и измеряемые токи практически не оказывают влияния на процессы в индуктивно связанных цепях. Алгебраическое суммирование токов выполняется с высокой точностью. Выходные токи одноквадрантных повторителей напряжения 9, 10 имеют одинаковое направление, падение напряжения на измерительном резисторе 11 имеет одну полярность независимо от результата суммирования токов, т.е. выходной сигнал U_вых устройства пропорционален модулю суммы измеряемых токов (см.фиг.2), протекающих во входных обмотках I₁, I₂, I₃.

Решение поставленной задачи подтверждается испытанием макетного образца устройства. Усилители напряжения выполнены на микросхеме К574УД21, одноквадрантные повторители напряжения выполнены на транзисторах КТ6301. Диапазон измеряемых токов составлял 0.50 А. Приведенная погрешность измерения не превышает 0,1% и обусловлена потоками рассеяния входных обмоток.

Предложенное устройство может быть использовано в качестве широкополосного преобразователя переменных токов в постоянный в системах управления электропривода, регуляторах и в качестве измерительного органа релейных защит.