SU1150566A1 - Измерительный преобразователь посто нного тока - Google Patents

Abstract

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий магнитный компаратор с магнитным экраном , двум  магнитопроводами, двум  последовательно включенными обмотками возбуждени , измерительной обмоткой , подключенной к входным клеммам преобразовател , и компенсационной обмоткой, генератор возбуждени  с выходами основной и удвоенной частот, первый датчик насыщени  магнитопроводов , фазовый детектор, управл ющий вход которого соединен с выходом удвоенной частоты генератора возбуждени , усилитель посто нного тока, к выходу которого последовательно подключены компенсационна  обмотка магнитного компаратора и эталонный резистор , соединенный вьтодами с выходными клеммами преобразовател , о тлнчающийс  тем, что, с целью Повьтени  надежности, в него введены коммутатор с восьмью ключа ми , блок управлени , источник питани  посто нного тока, импульсный генератор , формирователь импульсов, второй датчик насвдени  магнитопроводов, два выпр мител , два фильтра и два сумматора аналоговых сигналов, причем первый и второй выходные выводы основной частоты генератора возбуждени  соединены с необъединенными выводами обмоток возбуждени  магнитного компаратора соответственно через последовательно включенные первый датчик насыщени  магнитопровдцов, первый ключ коммутатора и через второй ключ коммутатора, первый и второй полюса источника питани  посто нного тока соответственно через последовательно включенные формирователь импуль (Л сов, второй датчик насыщени  магнитопроводов , третий ключ коммутатора и через четвертый ключ коммутатора, а входные потенциальные выводы первого и второго вьшр мителей - соответственно через п тый и через шестой ключи коммутатора, выходные, потенциальные выводы выпр мителей подел ключены к входным потенциальным выо сд водам соответствующих фильтров, общий вывод обмоток возбуждени  магОд нитного компаратора через седьмой О) ключ коммутатора соединен с шиной нулевого потенциала выпр мителей и фильтров, а через восьмой ключ коммутатора - с соответствующим выводом сигнального входа фазового детектора, выход импульсного генератора подключен к управл ющему входу формировател  импульсов, входы блока управлени  соединены с выходами датчиков насьлцени  магнитопроводов , а выход - с управл ющим входом коммутатора, входы первого сум

Description

матора аналоговых сигналов подключены к выходам филйТров, входы второго сумматора аналоговых сигналов соединены с выходами первого сумматора аналоговых ,сигналов и фазового детектора,

i выход - с

входом усилител  посто нного тока .

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и предназначено дл  использовани  при измерени х посто нных токов большой величины.

Известен измерительньй преобразовтель посто нного тока, содержащий магнитный компаратор с магнитным экраном, двум  основными магнитопроводами , двум  последовательно включенными обмотками возбз ждени , измерительной обмоткой, подключенной к входным клеммам устройства, компенсационной обмоткой, дополнительным магнитопроводом и короткозамкнутой обмоткой, охватывающей дополнительный магнитопровод и магнитопроводы с обмотками возбуадени , генератор возбуждени , демодул тор, усилитель посто нного тока, инверсный вход которого через демодул тор и обмотки возбуждени  соединен с выходами генератора возбуждени , выход через компенсационную обмотку и эталонный резистор, соединенный выводами с выходными клеммами устройства, а также через два последовательно включенных ЕС-звена подключен к шине нулевого потенциала устройства, а пр мой вход включен между упом нутыми ЕС-звень ми 1 .

Недостаток известного устройства св зан с низкой надежностью работы в автоматическом режиме, обусловленной наличием ложных нулей на статической характеристике компаратора Рабоча  точка контура отрицательной обратной св зи (включающего элемент с подобной статической характеристикой ) практически равноверо тно может находитьс  в окрестност х истинного нул  и ложных НУлей.

Наиболее близким техническим решнием к изобретению  вл етс  измерительньй преобразователь посто нного тока,содержащий магнитный компара т с магнитным экраном, двум  магнитопроводами , двум  последовательно включенными обмотками возбуждени , измерительной обмоткой, подключенной к входным клеммам устройства, и компенсационной обмоткой, генератор возбуждени  с выходом основной частоты, включенным в контур св зи с обмотками возбуждени  магнитного компаратора , и выходом удвоенной частоты, подключенным к компенсационной обмотке через фазовый детектор, усилитель посто нного тока и эталонный резистор выводы которого соединены с выходными клеммами устройства, датчик насьш1ени  магнитопроводов, выход которого подключен к входу блока сигнализачг ции 2.

Недостаток указанного устройства заключаетс  в низкой надежности работы в автоматическом режиме. При быстром изменении измер емого тока и значительном возрастании величины динамического рассогласовани  в контуре обратной св зи возможен оп ть же переход рабочей точки контура отрицательной обратной св зи из рабочей зоны в зоны ложных нулей. В этом случае срабатывает блок сигнализации насыщени  магнитопроводов, информирующ1- й оператора о нарушении нормального режима работы устройства. Средств дл  автоматического ввода магнитного компаратора в рабочую зону известное устройство не содержит , эту задачу выполн ет оператор.

Цель изобретени  - повьш1ение надежности работы в автоматическом режиме.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в измерительный преобразователь посто нного тока, содержащий магнитный компаратор с магнитным экраном , двум  магнитопроводами, двум  последовательно включенными обмотками возбуждени , измерительной обмоткой , подключенной к входным клеммам преобразовател , и компенсационной

обмоткой, генератор возбуждени  с выходами основной и удвоенной частот первый датчик насьщени  магнитопроводов , фазовый детектор, управл ющий вход которого соединен с выходом удвоенной частоты генератора возбуждени , усилитель посто нного тока, к выходу которого последовательно подключены компенсационна  обмотка магнитного компаратора и эталонный резистор , соединенный выводами с выходными клеммами преобразовател , введе (иы коммутатор с восьмью ключами, бло упрайлени , источник питани  посто нного тока, имнульсньй генератор, формирователь импульсов, второй датчик насьщени  магнйтопроводов, два выпр мител , два филвтра и два сумматора аналоговых сигналов, причем первый и второй выходные выводы основной частоты генератора возбуждени  соединены с необъединенньми выводами обмоток возбуждени  магнитного компаратора соответственно через последовательно включенные первый датчик насьщени  магнитопроводов, перв.ый ключ коммутатора и через второй ключ коммутатора, первый и второй полюса источника питани  посто нного тока - соответственно через последовательно включенные формирователь импульсов, второй датчик насьщени  магнитопроводов, третий ключ коммутатора и чезрез четвертьш ключ коммутатора, а входные потенциальные вьшоды первого и второго выпр мителей - соответственно через п тьй и через шестой ключи коммутатора, выходные потенциальные выводы вьтр мителей подключены к входным потенциальным выводам соответствующих фильтров , общий вывод обмоток возбуждени  магнитного компаратора через седьмой ключ коммутатора соединен с шиной нулевого потенциала выпр Мигелей и фильтров, а через восьмой ключ коммутатора - с соответствующим выводом сигнального входа фазового детектора, выход импульсного генератора подключен к управл ющему входу формировател  импульсов, входы блока управлени  соединены с выходами датчиков насьш1ени  магнито-проводов , а выход - с управл ющим входом коммутатора, входы первого сумматора аналоговых сигналов подключены к выходам фильтров, входы второго сумматора аналоговых сигналов

соединены с выходами первого сумматора аналоговых сигналов и фазового детектора, а выход - с входом усилител  посто нного тока,

На фиг. 1 представлена функциональна  схема измерительного преобразовател  посто нного тока; на фиг. 2 - статические характеристики магнитного компаратора.

Предложенный преобразователь характеризуетс  гибкой структурой, котора  измен етс  в зависимости от режима его работы. В рабочем режиме измерительный преобразователь имеет структуру I, а в режиме ввода структуру II, причем указанные структуры существенно отличаютс  одна от другой.

Структура I обеспечивает детектирование разбаланса компарируемых токов с помощью магнитного модул тора, действующего по принципу удвоени  частоты. Магнитный компаратор с таким детектором разбаланса обладает самыми высокими метрологическими характеристиками , что  вл етс  определ ющим дл  рабочего режима. Статическа  характеристика компаратора в структуре I имеет ложные нули (крива  М, фиг, 2), этот недостаток дл  предложенного устройства не имеет существенного значени .

Структура II обеспечивает детектирование разбаланса компарируемых токов при котором статическа  характеристика компаратора не имеет ложных нулей (крива  N, фиг. 2), это свойство  вл етс  определ ющим дл  режима ввода. Невысокие метрологические характеристики компаратора в структуре II не имеют в данном случае существенного значени .

Переход от одной структуры устройства к другой осуществл етс  с помощью коммутатора, который по командам блока управлени  включает в действие присущую данной структуре совокупность элементов и св зей. Блок управлени  вырабатывает команды в соответствии с информацией, поступающей в него от датчиков насьщени  магнитопроводов.

Таким образом, структура I обладает высокими метрологическими характеристиками , а дл  структуры II свойственна абсолютна  надежностьв смысле ввода в свою рабочую зону . Основу магнитного компаратора 1 (фиг. 1) составл ют магнитопроводы 2 и 3, последовательно включенные обмотки 4 и 5 возбуждени , магнитный экран 6, компенсационна  7 и измерительна  8 обмотки, Магнитопроводы 2 и 3 с обмотками А и 5 возбуждени  помещены в магнитный акран 6, поверх которого размещены компенсационна  7 и измерительна  8 обмотки Выводы последней подключены к входным клеммам 9 и 10 устройства. Генератор 11 возбуждени  имеет выход основной частоты (выходные выводы 12 и 13) и выход удвоенной частоты. Генератор 11, датчик 14 насыщени  магнитопроводов и фазовый детектор- 15 используютс  только в структуре I, Управл ющий вход фазового детектора 15 соединен с выходом удвоенной частоты генератора t1 Усилитель 16 посто нного тока (УПТ) рассчитан на полный ток компен сации, к его выходу подключены после довательно компенсационна  7 и эталонный резистор 17, выводы кото рого соединены с выходными клеммами 18 и 19 устройства. Элементы 16 и 1  вл ютс  общими дл  обеих структур измерительного преобразовател . Оперативное изменение структуры преобразовател  осуществл етс  с помощыо коммутатора 20. В его состав вход т ключи 21 - 28. Управл ющий вход коммутатора 20 подключен к выходу блока 29 управлени , В структуре II на обмотки 4 и 5 возбуждени  необходимо подавать однопол рные импульсы тока. Формирование этих импульсов осуществл етс  с помощью формировател  30 импульсов , управл ющий вход которого соеД1гаен с .выходом импульсного генера тора it, К выходу источника 32 пита ни  посто нного тока последовательн подключены форьшрователъ 30 импульсов , датчик 33 насыщени  .магнитопро водов, ключ 22, обмотки 3 и 4 возбу дени  и KJno4 24, К выходу генератора 11 возбуждеки  последовательно подключены датч 14 насыщени  магнитопроводов, ключ 2 обмотки 4 и 5 возбуждени  и ключ 26 Кроме того, необъединенные выводы обмоток 4 и 5 возбуждени  чррез клю чи 23 и 25 соединены с входными потенциальными выводами вьтр мителей 34 и 35, Выходы последних через фильтры 36 и 37 св зан с входами сумматора 38 аналоговых сигналов. Упом нутые элементы 30-38 вход т в структуру II. Общий вывод обмоток 4 и 5 возбуждени  через ключ 27 соединен с шиной нулевого потенциала вьтр мителей 34 и 35 и Фильтров 36 и 37, а через ключ 28 - с соответствующим выводом сигнального входа фазового детектора 15, Выход сумматора 38 аналоговых сигналов- подключен к одному из входов сумматора 39 аналоговых сигналов , с другим его входом соединен выход фанзового детектора 15, Выход сумматора 39 аналоговых сигналов соединен с входом УПТ 16. Сумматор 39 аналоговых сигналор  вл етс  общим элементом структур I и II. Выходы датчиков 14 и 33 насыщени  магнитопроводов соединены с входами блока 29 управлени . На фиг, 2 показаны статические характеристики магнитного компаратора 1 в рабочем режиме (крива  М), т.е. в режиме, который обеспечиваеТс  структурой I, и в режиме ввода (крива  N), т,е, в режиме, который обеспечиваетс  структурой II, Под статической .характеристикой компаратора понимаетс  зависимость напр жени  Ugy на выходе узла детектировани , разбаланса ампер-витков компенсационной 7 и измерительной 8 обмоток от величины этого разбаланса , Таким образом, дл  рабочего режима Uj, - напр жение на выходе фазового детектора 15 (крива  М), в режиме ввода Ug, - напр жение на выходе сумматора 38 аналоговых сигналов (крива  N), Уcтt)oйcтвo работает следзгкицим образом . Как уже отмечалос|, в рабочем режиме измерительный преобразователь имеет структуру I. В структуре I на обмотки 4 и 5 через замкнутые ключи 21 и 26 поступает напр жение возбуждени  с выхода генератора 11; В рабочем режиме намагничива1оща  сила действующа  на магиитопроводы 2 и 3, уравновешиваетс  намагничивак цей . силой , где посто нна  составл юща  измер емого тока; 1ь посто нный так компенсации на выходе УПТ 16; Wj, - количество витков измерительной обмотки 8; V - кгшичестВо витков компенсационной обмотки 7, Режим равновеси  магнитного компаратора t поддерживаетс .с помощью контура отрицательной обратной св зи При нарушении равновеси  в соответствии со статической характеристикой компаратора (крива  М, фиг. 2) на выходе фазового детектора 15 по вл етс  управл ющее напр жение, которое поступает на один из входов сумматора 39. На другой вход сумматора 39 сигнал в это врем  не подаетс , так как в структуре 3 ключи 22-25 и 27 разомкнуты и вьтр мители 34 и 35 полностью обесточены. Поэтому на выходе су даатора 39 воспроизводитс  выходное напр жение фазового детектора 15, которое и поступает на вход УПТ 16, Под действием этого напр жеНИН ток 1ко в обмотке 7 измен етс  и если / .и JW/ /41«W/,.режим равновеси  восстанавливаетс  (здесь AlVI разбаланс ампер-витков обмоток 7 и 8 значение указано на фиг. 2)-. IAKKM образом, благодар  указанно му действию контура отрицательной об ратной св зи, ток ((д строго следит за измер емым током 1ид и  вл етс  его мерой. Св зь между этими токами описываетс  соотношением Как ухе о-течалось выше, 1, и 3,посто нные или медленно мен ющиес  величины, жестка  св зь между которы tm обеспечиваетс  действием контура отрицательной обратной св зи. Что же касаетс  переменной составл ющей измер емого тока, то она из измерител1 ной обмотки 8 трансформируетс  В крмпеисационную обмотку 7, так как благодар  наличию массивного магнитного экрана 6 между обмотками 7 и 8 существует пр ма  магнитна  св зь и при малом суммарном сопротивлении R в цепи обмотки 7 элементы 6, 7 и 8,работают как трансформатор переменного тока (здесь Ry Нэт+ R, где х, где RjT - сопротивление эталонного резистора 17; выходное сопротивление УПТ 16; активное сопротивление обмотки 7). В соответствии с изложенным л/й и -wK К где i/v« мгновенные значени  переменной составл ю1 66 щей измер емого компенсирующего .соответственно, учетом соотношени  (1). а с Зк„- Ои + i.H)WH/4 или 1 1 W /W к и и к 1 + i Зы + i. - и Ид Соотношение (3) показывает, что мгновенное значение тока в цепи обмотки 7  вл етс  мерой мгновенного значени  измер емого тОка в обмотке 8 с точностью до погрешностей след щего контура отрицательной обратной св зи и трансформатора, переменного тока, С помощью эталонного резистора 17 ток i преобразуетс  в напр жение, которое и поступает.;на выходные клеммы 18 и 19 устройства. Благодар  использованию в структуре I в качестве детектора разбаланса компарируе емых ампер-витков магнитного модул тора с удвоением частоты достигаетс  высока  точность преобразовани  3ц S JfcoРассмотрим , каким образом в процессе работы преобразовател  обеспечиваетс  реализаци  структуры I. Выходной сигнал датчика насьш;ени  магнитопроводов имеет низкий уровень, если значение тока в измерительной цепи датчика ниже определенного порогового значени , в противном случае выходной сигнал датчика имеет высокий уровень. Оба датчика 34- и 33 устройства отвечают этим услови м, В рабочем режиме магнитопроводы 2 и 3 полностью размагничены, индуктивность обмоток 4 и 5 велика, и ток в измерительной цепи датчика t4 мал. Ток в измерительной цепи дат-i чика 33 в рабочем режиме равен нулю (ключи 22 и 24 разомкнуты). Поэтому в рабочем режиме на оба входа блока « 29 управлени  поступают сигналы низкого уровн . При этом в блоке 29 управлени  вырабатываютс  команды, обеспечивающие замкнутое состо ние ключей 21, 26 и 28,и разомкнутое состо ние остальных ключей коммутатора 20, Нарушение рабочего режима привоит к насыщению магнитопроводов 2 и 3, ток в цепи обмоток 4 и 5 (и сотответственно в измерительной цепи атчика 14) резко увеличиваетс  и 1 на выходе датчика 14 по вл етс  сигнал высокого зфовн . При подаче на один из входов блока 29 управлени  сигн.ала высокого уровн  в последнем вырабатьшаютс  команды, обеспечивающие замкнутое состо ние ключей 22-2 и 27 и разомкнутое состо ние ключей 21, 26 и 28. Такое состо ние ключей коммутатора 20 соответствует режиму автоматического ввода компаратора 1 в рабочую зону, Измерительньй Преобразователь в этом режиме имеет структуру II. После перехода устройства в режим ввода,ток в измерительной цепи датчика 1А становитс  равным нулю, чему соответствует низкий уровень сигнала на его выходе и на соответствзпощем входе блока 29 управлени , на другом входе блока 29 в тот же момедт по вл етс  сигнал высокого уровн -, так как в измерительной цепи датчика 33 протекает относительно большой ток обмото 4 и 5 (больше порогового значени ), обусловленный насыщением магнитопроводов 2 и 3 вследствие большого разбаланса ампер-витков обмоток 7 и 8. Так как на одном из входов блока 29 управлени  есть сигнал высокого. уровн , указанный блок продолжает вырабатывать команды, обеспечивающие сохранение структуры II« В режиме ввода к обмоткам 4 и 5 возбуждени  подвод тс  однопо-п рные импульсы тока. Указанные импульсы создаютс  формирователем 30 импульса из посто нного напр жени , подаваемо го от источника 32 питани  посто нного тока. Формирователь 30 импульсов управл етс  импульсным генератором 31. Детектирование разбаланса ампервитков обмоток 7 и 8 осуществл етс  в структуре II путем выпр млени  напр жени ,, образующегос  на обмотках 4 и 5 при возбуждении их однопол рными импульсами.-.Указанное выпр мление осуществл етс  с помощью выпр ми телей 34 и 35..,- Фильтраци  выпр мленных напр жений производитс  фильтрами 36 и 37i Полученные на выходах фильтров 36 и 37. посто нные напр жени  поступают на входы сумматора 38 выходное напр жение которого  вл ет с  .их разностью. При таком детектирован1-ш разбаланса статическа  ка рактеристика не нмеет ложных нулей (крива  Ы, фин. 2),. 6 10 В момент перехода измерительного преобразовател  в режим ввода разбаланса ампер-витков обмоток 7 и 8 велик. В соответствии со статической характеристикой компаратора (крива  N, фиг. 2) на выходе сумматора 38- по вл етс  напр жение которое поступает на один из входов сумматора 39. На другой вход сумматора 39 сигнал не поступает, так как в структуре II ключи 21, 26 и 28 разомкнуты и к управл ющему входу фазового детектора 15 напр жение удвоенной , частоты не подводитс . Поэтому на выходе сумматора 39 воспроизводитс  выходное напр жение сумматора 38, которое и поступает на вход УПТ 16, Под действием зтого напр жени  ток 1 в обмотке 7 измен етс  до тех пор, пока разбаланс ампер-витков обмоток 7 и 8 не згменьшитс  до малого значени  (до величины действующего рассогласовани  контура отридательной обратной св зи). В установившемс  режиме св зь между компарируемыми токами описываетс  соотношением (1), Таким образом, услови  дл  перехода от режима ввода в рабочий режим подготовлены: разбаланс ампер-витков обмоток 7 и 8 мал, соблюдаютс  с запасом услови  ввода в рабочую зону хсомпаратора 1, имеющего статическую характеристику с ложными нул ми (крива  М, фиг, 2), Как только структура II приходит в равновесное состо ние, ток в измерительной цепи датчика 33 уменьшаетс  ниже порогового значени . Происходит изменение сигнала на выходе датчика 33: высокий уровень смен етс  низким. Теперь на входы блока 29 управлени  поступают сигналы низкого уровн . В блоке 29 вырабатьшаютс  команды, обеспечивающие переход ключей 21, 26 и 28 в замкнутое состо ние, а остальных ключей коммутатора 20 - в разомкнутое. Структура II смен етс  структурой I, устройство включаетс  в рабочий режим. Таким образом, в предложенном устройстве с высокой точностью и надежностью осуществл етс  ввод компаратора в рабочую зону, а также гарантируетс  надежна  работа измерительного преобразовател  в автоматическом режиме.

Claims (1)

1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий магнитный компаратор с магнитным экраном, двумя магнитопроводами, двумя последовательно включенными обмотками возбуждения, измерительной обмоткой, подключенной к входным клеммам преобразователя, и компенсационной обмоткой, генератор возбуждения с выходами основной и удвоенной частот, первый датчик насыщения магнитопро- *водов, фазовый детектор, управляющий вход которого соединен с выходом удвоенной частоты генератора возбуждения, усилитель постоянного тока, к выходу которого последовательно подключены компенсационная обмотка магнитного компаратора и эталонный резистор, соединенный выводами с выходными клеммами преобразователя, о тличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены коммутатор с восьмью ключами, блок управления, источник питания 'постоянного тока, импульсный генератор, формирователь импульсов, второй датчик насыщения магнитопроводов, два выпрямителя, два фильтра и два сумматора аналоговых сигналов, причем первый и второй выходные выводы основной частоты генератора возбуждения соединены с необъединенными выводами обмоток возбуждения магнитного компаратора соответственно через последовательно включенные первый датчик насыщения магнитопровддов, первый ключ коммутатора и через второй ключ коммутатора, первый и второй полюса источника питания постоянного тока соответственно через последовательно включенные формирователь импульсов, второй датчик насыщения магнитопроводов, третий ключ коммутатора и через четвертый ключ коммутатора, а входные потенциальные выводы первого и второго выпрямителей - соответственно через пятый и через шестой ключи коммутатора, выходные, потенциальные выводы выпрямителей подключены к входным потенциальным выводам соответствующих фильтров, общий вывод обмоток возбуждения магнитного компаратора через седьмой ключ коммутатора соединен с шиной нулевого потенциала выпрямителей и фильтров, а через восьмой ключ коммутатора — с соответствующим выводом сигнального входа фазового детектора, выход импульсного генератора подключен к управляющему входу формирователя импульсов, входы блока управления соединены с выходами датчиков насыщения магнитопроводов, а выход - с управляющим входом коммутатора, входы первого сумSU 1150566 матора аналоговых сигналов подключены к выходам филотров, входы второго сумматора аналоговых сигналов соединены с выходами первого сум матора аналоговых .сигналов и фазового детектора, а выход - с входом усилителя постоянного тока .