измерительный преобразователь переменного тока
Классы МПК: | G01R19/20 с помощью магнитных усилителей |
Автор(ы): | Есаулов Александр Васильевич, Есаулов Георгий Васильевич |
Патентообладатель(и): | Есаулов Александр Васильевич, Есаулов Георгий Васильевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-05-30 публикация патента:
20.07.1997 |
Изобретение предназначено для бесконтактного измерения переменного тока, и может быть использовано в системах учета электроэнергии, управления электропривода, регуляторах и измерительных органах релейной защиты. Сущность изобретения состоит в том, что измерительный преобразователь переменного тока содержит магнитопровод из магнитомягкого материала, на котором расположены две обмотки, два операционных усилителя, четыре резистора и конденсатор, которые соединены между собой таким образом, что достигается упрощение устройства и повышение точности измерения. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Измерительный преобразователь переменного тока, содержащий первичную и вторичную обмотки, расположенные на магнитопроводе из магнитомягкого материала, первый резистор, первый операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с его выходом через конденсатор, второй операционный усилитель, второй резистор, первый вывод которого подключен к первому выводу вторичной обмотки, при этом второй вывод второго резистора соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с вторым выводом вторичной обмотки, а первый вывод первого резистора является выходом измерительного преобразователя переменного тока, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные третий и четвертый резисторы, точка соединения которых подключена к инвертирующему входу второго операционного усилителя, при этом выход первого операционного усилителя соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с первым выводом вторичной обмотки и другим выводом четвертого резистора, другой вывод третьего резистора соединен с вторым выводом вторичной обмотки и первым выводом первого резистора, второй вывод которого подключен к общей шине.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для бесконтактного измерения переменных токов в широкой полосе частот. Известны устройства для измерения переменных токов, например, устройство, содержащее измерительный резистор, магнитопровод из магнитомягкого материала, на который нанесены первичная и вторичная обмотки, к первому выводу вторичной обмотки подключены инвертирующий вход и выход операционного усилителя, второй вывод обмотки, неинвертирующий вход операционного усилителя и первый вывод измерительного резистора подключены к выходу устройства, второй вывод измерительного резистора соединен с общей шиной устройства [I]Указанное устройство имеет невысокую точность в области низких частот и низкую устойчивость из-за отсутствия в контуре регулирования звеньев частотной коррекции. Выходным сигналом вторичной обмотки является сигнал, пропорциональный производной измеряемого тока, сигнал компенсации представляет собой усиленный по напряжению и мощности сигнал вторичной обмотки. В области низких частот происходит резкий спад напряжения на выводах вторичной обмотки. Для его компенсации необходимо увеличивать коэффициент усиления операционного усилителя, что, в свою очередь, приводит к потере устойчивости схемы, охваченной по постоянному току единичной обратной связью. Известен также магнитоэлектронный преобразователь ток-напряжение, содержащий первичную и две вторичные обмотки, расположенные на магнитопроводе из магнитомягкого материала, два операционных усилителя, первый резистор, включенный между первым выводом первой вторичной обмотки и выходной шиной, соединенной с выходом первого операционного усилителя, конденсатор, включенный между инвертирующим входом и выходом второго операционного усилителя, второй резистор, включенный между первым выводом второй вторичной обмотки и инвертирующим входом второго операционного усилителя, неинвертирующие входы операционных усилителей и второй вывод второй вторичной обмотки подключены к общей шине, а инвертирующий вход первого операционного усилителя и второй вывод первой вторичной обмотки соединены с выходом второго операционного усилителя [2]
Указанное устройство имеет достаточно сложную конструкцию в связи с наличием двух вторичных обмоток и низкую точность измерения в связи с подмагничиванием сердечника постоянной составляющей, возникающей за счет дрефа выходного напряжения второго операционного усилителя. Выходное напряжение второго операционного усилителя усиливается первым операционным усилителем и через первый резистор подается на первую вторичную обмотку. По указанной обмотке протекает постоянная составляющая тока компенсации, которая подмагничивает сердечник. Так как для получения максимального напряжения на выходных клеммах первого операционного усилителя достаточно разности потенциалов между его инвертирующим входом и общей шиной в несколько милливольт, то после подачи питающих напряжений устройство за короткий промежуток времени теряет работоспособность вследствие насыщения сердечника. Заявляемое изобретение направлено на упрощение устройства и повышение точности измерения. На фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема измерительного преобразователя переменного тока, на фиг. 2а, б, в, г, представлены диаграммы работы. Измерительный преобразователь переменного тока (фиг. 1) содержит магнитопровод 1 из магнитомягкого материала, первичную обмотку 2, вторичную обмотку 3, первый и второй операционные усилители 4, 5, первый, второй, третий и четвертый резисторы 6, 7, 8, 9, конденсатор 10. Измерительный преобразователь переменного тока работает следующим образом. При отсутствии питающих напряжений и протекании входного тока Jbx (фиг. 2а) последний создает в магнитопроводе 1 магнитный поток, который при достаточном уровне входного тока насыщает сердечник. Во вторичной обмотке 3 наводится трансформаторная э.д.с. U3, пропорциональная величине и скорости изменения магнитного потока в магнитопроводе (фиг. 2б). При подаче питающих напряжений с момента времени t1 выходной сигнал вторичной обмотки 3 поступает на вход интегратора напряжения, выполненного на первом операционном усилителе 4, резисторе 7 и конденсаторе 10. Постоянная интегрирования равна произведению сопротивления второго резистора 7 на емкость конденсатора 10 в цепи обратной связи этого усилителя. Выходное напряжение операционного усилителя 4 U4 пропорционально разностному току Ip, который обуславливает наличие остаточного потока. Остаточный магнитный поток наводит во вторичной обмотку 3 электродвижущую силу, величина которой пропорциональна скорости изменения этого потока. Сигнал U4 усиливается усилительным звеном на втором операционном усилителе 5 и поступает на вторичную обмотку 3, вызывая протекание компенсационного тока Jк. Коэффициент усиления по напряжению усилительного звена находится по формуле
Ky=1+R9/R8,
где
R9 и R8 соответственно сопротивления четвертого и третьего резисторов 8, 9. Компенсационный ток Ik создает в магнитопроводе 1 магнитный поток, направленный встречно магнитному потоку, вызываемому измерительным током, протекающим в первичной обмотке 2. При заданной величине сопротивления первого резистора R6 и максимальной величине измеряемого тока Iвx уровень тока компенсации определяется из соотношения
![измерительный преобразователь переменного тока, патент № 2084905](/images/patents/388/2084905/2084905-2t.gif)
где
N1 число витков первичной обмотки;
N2 число витков вторичной обмотки;
![измерительный преобразователь переменного тока, патент № 2084905](/images/patents/388/2084038/948.gif)
![измерительный преобразователь переменного тока, патент № 2084905](/images/patents/388/2084905/2084905-3t.gif)
![измерительный преобразователь переменного тока, патент № 2084905](/images/patents/388/2084014/956.gif)
![измерительный преобразователь переменного тока, патент № 2084905](/images/patents/388/2084874/8811.gif)
![измерительный преобразователь переменного тока, патент № 2084905](/images/patents/388/2084038/948.gif)
![измерительный преобразователь переменного тока, патент № 2084905](/images/patents/388/2084905/2084905-4t.gif)
где U6 выходное напряжение устройства, U6=IkR6,
![измерительный преобразователь переменного тока, патент № 2084905](/images/patents/388/2084005/947.gif)
![измерительный преобразователь переменного тока, патент № 2084905](/images/patents/388/2084905/2084905-5t.gif)
Выходное напряжение U6 пропорционально измеряемому току Iвх, его форма соответствует форме входного тока (фиг. 2г). Погрешность преобразования
![измерительный преобразователь переменного тока, патент № 2084905](/images/patents/388/2084005/947.gif)
Класс G01R19/20 с помощью магнитных усилителей